Dampfmaschine

Wie sieht der Aufbau einer einfachen Dampfmaschine aus?

Eine einfache Dampfmaschine besteht aus folgenden Komponenten:

• geschlossener Wasserkessel
• Zylinder mit Kolben
• Schieber
• Schwungrad

Diese Elemente sind über Zuleitungen, Ventile und Hebel miteinander verbunden. Große Dampfmaschinen für die praktische Nutzung bestanden aus weitaus mehr Teilen und waren komplex.

Wie funktioniert eine Dampfmaschine?

Das Prinzip der Dampfmaschine:

• Feuer erhitzt Wasser im Kessel, das daraufhin verdampft.
• Da der Kessel geschlossen ist, entsteht Druck aufgrund der Ausdehnung des gasförmigen Wassers.
• Leitungen führen den Wasserdampf in den Zylinder.
• Der Schieber lässt dabei jeweils nur eine Öffnung offen: die über oder unter dem Kolben.
• Je nachdem, wo der Dampf in den Zylinder eintritt, presst der Druck den Kolben aus dem Zylinder heraus oder wieder hinein.
• Wenn der Kolben an einem Ende des Zylinders angekommen ist, wechselt der Schieber seine Ausrichtung und verdeckt die jeweils andere Öffnung.
• Der sich auf und ab bewegende Kolben treibt ein Schwungrad an, von dem aus die Energie weitergeleitet werden kann.

Kraft aus Wasserdampf: Geschichte der Dampfmaschine

Die Geschichte der Dampfmaschine beginnt bereits in der Antike. Heron von Alexandria erfand einen ersten Vorläufer. Bei diesem strömt Wasserdampf aus einem geschlossenen Kessel in eine drehbar gelagerte Kugel. Diese hat zwei Öffnungen, durch die der Dampf entweicht. Der Rückstoß treibt die Kugel an. Jedoch wurde Herons Erfindung beziehungsweise das dahinter steckende Prinzip nicht weiter genutzt.

Erfinder der Dampfmaschine: Watt war nicht der erste

Nach Heron von Alexandria dauerte es mehr als anderthalb Jahrtausende, bis die Dampfmaschine, wie wir sie kennen, erfunden wurde. James Watt griff dafür auf die Arbeiten früherer Erfinder zurück. Die ersten – jedoch nur theoretischen – Ansätze kamen von dem Franzosen Denis Papin und dem Engländer Thomas Savery. Die erste praktische Umsetzung stammt von Thomas Newcomen. Er baute die sogenannte atmosphärische Dampfmaschine, die vor allem in Bergwerken zum Einsatz kam, um Wasser aus der Tiefe zu pumpen.

Watt patentierte seine Dampfmaschine 1769. Die wichtigsten Unterschiede zu der Erfindung von Newcomen waren folgende:

• Die Dampfmaschine von Watt verfügte über einen Kondensator außerhalb des Zylinders. In früheren Versionen kühlte der Wasserdampf im Zylinder ab. Daher musste auch der Zylinder ständig neu aufgeheizt werden.
• Da der Dampf beidseitig vom Kolben in den Zylinder geleitet wird, kann die Kraft doppelt wirken. In früheren Dampfmaschinen drückte der Wasserdampf den Kolben aus dem Zylinder. Das Absinken erfolgte durch Abkühlen des Wasserdampfs.

Die Rolle der Dampfmaschine in der industriellen Revolution

Die Dampfmaschine hat einen entscheidenden Beitrag zur Industrialisierung geleistet. Zahlreiche Gewerbe konnten schneller und in großen Mengen produzieren. Im Bergbau pumpten die Dampfmaschinen das Grundwasser aus den Schächten. Außerdem trieben Dampfmaschinen Mühlen, Pflüge und verschiedene andere Maschinen in Fabriken an, beispielsweise Webstühle in der Textilherstellung. Zudem erlaubte die Dampfmaschine den schnelleren Transport von Rohstoffen und produzierten Waren: mit Dampfloks und Dampfschiffen.

Zuerst kamen Dampfmaschinen in England Ende des 18. Jahrhunderts zum Einsatz und revolutionierten dort die Güterproduktion. Die gleiche Entwicklung fand zeitversetzt in Deutschland, dem Rest Europas, den USA und weiteren Ländern weltweit statt.

Wo begegnen uns heute noch Dampfmaschinen?

Heutzutage spielt die Dampfmaschine in der Industrie kaum noch eine Rolle. Leistungsstärkere Maschinen und Antriebsarten haben sie ersetzt. Im Steinkohlebergbau finden Dampfmaschinen teilweise noch Verwendung in Förderanlagen. In historischen Dampfloks oder Schiffen dienen sie vor allem als Attraktion für Touristen. Und Modellbauer holen sich Dampfmaschinen im Miniaturformat ins Wohnzimmer.

Dampfmaschine selber bauen für ein besseres Verständnis

Kleine Modellbausätze sind gut geeignet, um die Funktionsweise der Dampfmaschine besser verstehen und genau nachvollziehen zu können. Es gibt zahlreiche Bausätze mit allen benötigten Teilen. Zudem hat der Hobby-Bastler die Wahl zwischen verschiedenen Arten von Dampfmaschinen. Denn allen Dampfmaschinen liegt zwar das gleiche Prinzip zugrunde, aber für die unterschiedlichen Einsatzgebiete gibt es auch unterschiedliche Umsetzungen.