Dampfmaschine

Was ist eine Dampfmaschine?

Eine Dampfmaschine ist eine Kraftmaschine, die mit Wasserdampf Bewegung erzeugt. In einem Kessel wird Wasser mit einem Feuer erhitzt, meist mit Kohle. Der Dampf bewegt einen Kolben in einem Zylinder hin und her. Diese Bewegung kann eine Pumpe, ein Rad oder eine andere Maschine antreiben.

Das Besondere: Vorher hingen Menschen von Muskelkraft, Wind oder fließendem Wasser ab. Die Dampfmaschine lieferte Kraft, wann und wo man sie brauchte. Deshalb gilt sie als eine der wichtigsten Erfindungen der Industrialisierung.

Wer hat die Dampfmaschine erfunden?

Newcomen baute sie, Watt verbesserte sie!

Einen einzigen Erfinder der Dampfmaschine gibt es nicht. Die Erfindung der Dampfmaschine war ein Weg in mehreren Schritten, an dem vor allem zwei Männer beteiligt waren.

Thomas Newcomen: die erste praxistaugliche Kolbendampfmaschine

Die erste praxistaugliche Kolbendampfmaschine baute der Engländer Thomas Newcomen im Jahr 1712. Es war eine atmosphärische Kolbendampfpumpe. Sie pumpte Wasser aus Bergwerksschächten, damit die Bergleute weiter Kohle abbauen konnten. Die Maschine funktionierte, verbrauchte aber viel Brennstoff: Nur ein kleiner Teil der Energie aus der Kohle wurde zu nützlicher Arbeit.

James Watt: der große Verbesserer

Der Schotte James Watt verbesserte die Dampfmaschine entscheidend; 1769 ließ er seine Erfindung patentieren. Seine wichtigste Idee war der separate Kondensator, ein eigener Behälter zum Abkühlen des Dampfes. Dadurch verbrauchte die Maschine deutlich weniger Kohle als eine Newcomen-Maschine. Der geringere Kohleverbrauch erleichterte den Einsatz außerhalb der Kohlebergwerke, wo der Brennstoff oft teurer war.

James Watt führte die britische Leistungseinheit horsepower ein, um die Leistung seiner Maschinen mit der von Pferden zu vergleichen. Die später festgelegte metrische Pferdestärke (PS) entspricht etwa 735,5 Watt. Die heutige Einheit Watt ist übrigens nach ihm benannt.

Wie funktioniert eine Dampfmaschine?

Eine Dampfmaschine funktioniert, indem Dampf in einem Zylinder einen Kolben bewegt. Die wichtigsten Teile sind:

Newcomens Maschine einfach erklärt

1. Dampf aus dem Kessel strömt in den Zylinder unter den Kolben.
2. Kaltes Wasser wird in den Zylinder gespritzt. Der Dampf kühlt ab und wird wieder zu Wasser.
3. Weil Wasser viel weniger Platz braucht als Dampf, entsteht im Zylinder ein Unterdruck.
4. Der Luftdruck von außen drückt den Kolben nach unten. Über einen Balken bewegt sich die Pumpe im Schacht.
5. Das Gewicht des Pumpengestänges zieht den Kolben wieder nach oben. Dabei strömt erneut Dampf ein, und der Ablauf beginnt von vorn.

Die eigentliche Arbeit leistet also der Luftdruck. Daher kommt der Name „atmosphärisch“. Der Nachteil: Bei jedem Takt kühlte der ganze Zylinder ab und musste mit neuem Dampf wieder aufgeheizt werden. Dabei ging viel Wärme verloren.

Watts Verbesserung

Watt ließ den Dampf nicht mehr im Zylinder abkühlen, sondern leitete ihn in den separaten Kondensator. Der Zylinder blieb dadurch ständig heiß, der Kondensator ständig kalt. So ging viel weniger Wärme verloren. Damit Dampfmaschinen auch Maschinen in Fabriken antreiben konnten, wurde die Auf-und-Ab-Bewegung des Kolbens später in eine Drehbewegung umgewandelt.

Warum veränderte die Erfindung der Dampfmaschine die Welt?

Die Dampfmaschine veränderte die Welt, weil sie Kraft fast überall verfügbar machte. Fabriken mussten nicht mehr an Flüssen mit Wasserrädern liegen. Sie konnten dort entstehen, wo Arbeiter, Rohstoffe oder Kohle waren. Bergwerke konnten tiefer graben, und mehr Kohle lieferte wiederum Brennstoff für noch mehr Maschinen.

Wie schnell sich die Dampfkraft ausbreitete, zeigen diese Zahlen:

Großbritannien war also Vorreiter, Deutschland holte im 19. Jahrhundert stark auf. Die Dampfmaschine trieb später auch Lokomotiven und Schiffe an. Waren und Menschen kamen dadurch schneller und billiger voran. Die Dampfmaschine steht deshalb am Anfang der Industriellen Revolution, die das Leben und Arbeiten der Menschen grundlegend veränderte.

Die Erfindung fällt in das 18. Jahrhundert, also in die Zeit der Aufklärung, in der Wissenschaft und Technik immer wichtiger wurden.