Die ersten Versuche
Dass mithilfe von Dampf Arbeit verrichtet werden kann, war schon im Altertum
bekannt. Es bestand aber keinerlei Bedürfnis, diesen Sachverhalt für
Maschinen zu nutzen. Das änderte sich erst im 17. Jahrhundert, als
zunehmend das Bedürfnis nach Antrieben für Pumpen im Bergbau,
für Mühlen und für die ersten einfachen Maschinen in der
sich entwickelnden Industrie entstand.
Erste wichtige Versuche zur Konstruktion einer Dampfmaschine machte der
französische Naturwissenschaftler DENIS
PAPIN
(1647-1712) um 1690. Er konstruierte eine Maschine, in der ein Kolben in
einem Zylinder durch Wasserdampf angehoben wurde und dadurch ein Pumpengestänge
bewegte (Bild 2). Nach Abkühlung des Dampfes drückte der äußere
Luftdruck den Kolben wieder nach unten. Das Pumpgestänge wurde dadurch
gehoben.
Die atmosphärische Dampfmaschine von NEWCOMEN
Weiterentwickelt wurde diese Art von Dampfmaschine - man bezeichnet sie
wegen der Beteiligung des Luftdruckes als atmosphärische
Dampfmaschine - von dem englischen Schmied und Techniker THOMAS
NEWCOMEN (1663-1729). NEWCOMEN entwickelte eine Maschine, bei der
das Wasser nicht mehr direkt im Zylinder erhitzt wurde, sondern von einem
einfachen Dampferzeuger aus durch ein Ventil in den Zylinder strömte.
Bild 3 zeigt eine zeitgenössische Darstellung dieser Dampfmaschine.
Durch den einströmenden Dampf wurde der Kolben gehoben. Nach Schließen
des Dampfventils wurde ein Ventil mit kaltem Wasser geöffnet. Das in
den Zylinder einströmende Wasser kühlte den Dampf ab. Durch den
Luftdruck wurde der Kolben wieder nach unten bewegt. Durch ein zusätzliches
Ventil konnte das Wasser wieder abgelassen werden. Die Maschine wurde zum
Antrieb einer Pumpe eingesetzt, die bei 12 Hüben in der Minute 540
Liter Wasser förderte.
JAMES WATT erzielt entscheidende Fortschritte
Wichtige Forschritte bei der Weiterentwicklung von Dampfmaschinen erzielte
der schottische Techniker JAMES WATT (1736-1819).
WATT gelang es, die Dampfmaschine so zu verbessern, dass die Ausdehnung
und Abkühlung des Dampfes in verschiedenen Bereichen erfolgte (Bild
4). Er erfand den Kondensator zur Abkühlung (Kondensation) des Dampfes, den Fliehkraftregler zur automatischen Regulierung der Dampfzufuhr, ein Getriebe zur Umwandlung
der Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung und ergänzte ein Schwungrad
zur Überwindung der Totpunkte. Um 1781 war die Dampfmaschine so entwickelt,
dass sie in breitem Umfange als Antriebsmaschine verwendet werden konnte.
In den folgenden Jahren wurden Dampfmaschinen in den
unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt: Als Antrieb für Pumpen
in Bergwerken (Bild 5), für Textilmaschinen, für Schiffe und
Dampfkutschen.
1800 erhielt der englische Ingenieur RICHARD
TREVITHICK
(1771-1833) ein Patent für eine Hochdruckdampfmaschine für Schienenfahrzeuge,
1801 baute er einen Dampfwagen für die Straße.
Eine neue Etappe - Lokomotiven
Zum endgültigen Erfolg verhalfen der Lokomotive die Brüder GEORGE STEPHENSON (1781-1848)
und ROBERT STEPHENSON (1803-1859). 1822
gründete GEORGE STEPHENSON die erste Lokomotivenfabrik. Sie lieferte
die Lokomotiven für die erste Bahnstrecke
der Welt, die 1822-1825 zwischen
den 40 Kilometer entfernten Orten Stockton und Darlington gebaut und 1825
in Betrieb genommen wurde. In Deutschland wurde die erste Bahnstrecke am
7. Dezember 1835 zwischen Nürnberg und Fürth eröffnet. Bild
6 zeigt die 1829 von STEPHENSON gebaute Lokomotive "Rocket", die
eine Geschwindigkeit von ca. 50 km/h erreichte.
Das Grundprinzip aller modernen Dampfmaschinen
Das Grundprinzip moderner Dampfmaschinen besteht darin, dass Wasserdampf von einem Heizkessel durch eine spezielle Steuerung in Form eines Steuerzylinders (Bild 7) in den Arbeitszylinder strömt, und zwar einmal in den Bereich links vom Arbeitskolben und einmal in den Bereich rechts vom Arbeitskolben. Durch den unter hohen Druck stehenden Wasserdampf wird der Arbeitskolben bewegt. Er führt eine Hin- und Herbewegung aus, die über eine Pleuelstange in eine Drehbewegung umgewandelt wird.
Heute werden Dampfmaschinen kaum noch verwendet. Man
findet sie noch bei historischen Bahnen (Dampflokomotiven) und in Museen.
Sie sind durch den Elektromotor und durch Verbrennungsmotoren (Ottomotor,
Dieselmotor) schon seit Beginn des 20. Jahrhunderts allmählich verdrängt
worden.