Geschichte - Dampfmaschine
Kurbeltrieb mit Watt-Gestänge . . . |
Auch unter Fachleuten gibt es die Auffassung, am Verbrennungsmotor sei schon bis in die Zwanziger Jahre des vorigen Jahrhunderts alles Wesentliche erfunden worden. Bisweilen benutzen sie statt
'Wesentliche' den Begriff 'Mechanische'. Da ist zweifellos etwas dran, wenn man die Elektronik weglässt. Umgekehrt kann man aber auch behaupten, er habe erst durch die Abgas-Restriktionen seinen letzten
Schliff erhalten.
So ähnlich ist es der Dampfmaschine ergangen. Die hatte auch einige Probleme, die behoben schienen, als gerade der Verbrennungsmotor ihr den Rang ablief. Wir wollen die Entwicklung bis zu diesem
Zeitpunkt einmal aus deren Blickwinkel betrachten. Man kann zwar nicht unbedingt sagen, sie habe die Industrielle Revolution ausgelöst, aber gegenseitig beflügelt haben schon beide sehr.
Es ist der beschwerliche Weg zu einer kontinuierlich Drehkraft liefernden Maschine, die am Ende auch noch einen einigermaßen akzeptablen Wirkungsgrad erzielt. Die mehr oder weniger gebrauchstüchtigen
Fahrzeuge mit Dampfantrieb hatten wir schon. Aber wie verhält es sich mit der Notwendigkeit, überhaupt Dampfmaschinen zu entwickeln? Aber das wissen Sie vermutlich schon, dass sie aus Problemen beim
Bergbau entstanden sind.
Schon bei Dennis Papan sind dessen Erfindungen bis nach Hessen gedrungen und er wurde eingeladen, dort eine Kohlengrube zu retten. Es scheiterte an der Technik für die Herstellung. Aber warum fördert
man denn eigentlich Steinkohle, um mit dieser eine Maschine zu füttern, die das Grundwasser abpumpt? Man sagt, der Abbau von Kohle sei in England besonders forciert worden, weil man dort, angesichts
des angelsächischen Klimas, einen großen Teil der Wälder verfeuert hatte.
Es war zumindest so, dass die Vertriebswege für Holz, z.B. durch Kanäle erweitert werden mussten, weil es mit den bisherigen Transportmethoden nicht mehr in genügendem Maße verfügbar war. Hinzu kam,
dass Holz und keineswegs Metall vor der Industriellen Revolution der Werkstoff schlechthin war, denken Sie nur an den Schiffsbau in Großbritannien, wo man zu der Zeit Weltgeltung erlangte.
Nein, die ersten Versuche, Eisen in Formen zu gießen, endeten häufig bei Kanonenkugeln mit den nun wirklich geringsten Ansprüchen. Übrigens wurden zu der Zeit auch Vorläufer heutiger Hochöfen mit Holz
beschickt. Würde man die Entwicklung der Reihe nach betrachten, dann waren auch mit der nächsten Entwicklungsstufe nur Töpfe, Pfannen usw. möglich. Keine Aussicht auf die enormen Anforderungen an
die Passungen bei einer Dampfmaschine.
Die Kanäle ermöglichen also zunächst auch den Transport von Steinkohle. Wir befinden uns am Ende des 17. Jahrhunderts und der Abbau von Steinkohle wird immer schwieriger. Immerhin leisten Pferde die
Arbeit an den Pumpen. Vielleicht kommt ja die Pferdestärke daher. Aber Sie können sich denken, dass so eine Pferdestärke Platz braucht, auch und gerade, wenn sie dauernd im Kreis läuft. Außerdem muss
man Pferde mit Hafer ernährend. Bei einer Dampfmaschine hätte man die Chance etwas von der reichlich geförderten Kohle verwenden zu können.
Immerhin gelang es Thomas Newcomen (1663-1829), das drohende Ende der Kohleförderung durch eine Maschine hinauszuzögern. Da kaum jemand Erfindungen größeren Ausmaßes jemals allein zustande
brachte, nutzt auch Newcomen außer Papins Vorarbeiten auch noch die von Thomas Savery. Den häufig bei Dampfmaschinen anzutreffenden Waagebalken (Balancier) hatte die erste brauchbare
Dampfmaschine schon, aber noch keinen einen Kurbeltrieb antreibenden Kolben.
Newcomen war Schmied und das hat der Genauigkeit seiner Arbeit gewiss gutgetan. So konnte er mehr Dichtigkeit in so ein System einbringen und die Passungen des durch Dampfkraft angetriebenen
Kolbens auf der einen Seite und des Wasser pumpenden auf der anderen erhöhen. Leider hat er sich nicht anders zu helfen gewusst, als den außerhalb in einem Dampfkessel erzeugten Druck im
Arbeitszylinder zum geeigneten Zeitpunkt durch eingespritztes Wasser abzusenken.
Es ist vom Wirkungsgrad her eine kleine Katastrophe, mühsam und teuer erzeugte Wärme einfach so der Umwelt anzuvertrauen. Immerhin war so aber eine gewisse Kontinuität gegeben, die allerdings in
später bis zu 16 Hübe und mehr in der Minute ausgrdückt wurden und noch nicht in Umdrehungen pro Minute. Immerhin musste sich niemand mehr um die Pferde kümmern und nachher lief die Maschine bis
auf die Kohlezufuhr automatisch.
Mit der Erwähnung des Wirkungsgrades haben wir den Knackpunkt schon erwähnt, der irgendwann die Förderung von Kohle wieder an ihre Grenzen brachte. Denn wenn man bei der nun gewonnenen, doppelt
so großen Fördertiefe fast alle gewonnene Kohle an die Maschine verfüttern muss, die diese Förderung ermöglicht, dann ist das Ganze sinnlos. James Watt (1736 - 1819) arbeitet kurz nach der Mitte des 18.
Jahrhundert als Mechaniker an der Universität vom Glasgow.
Watt hat also keineswegs die Dampfmaschine erfunden, aber so wesentliche Bestandteile hinzgefügt, dass man später die Einheit für die Leistung nach ihm benannt hat. Dazu gehört ein Kondensator, der
dafür sorgt, dass die Wärme im System bleibt. Allein damit soll er Ersparnisse von über 60 Prozent (Wikipedia) erzielt haben. Es blieb zunächst bei der Hin- und Herbewegung und auch bei der Tatsache, dass
der Dampfdruck schon, wie das Schießpulver bei Huygens, den zusätzlich beschwerten Kolben anhob und der erst beim Gang nach unten Arbeit verrichtete.
Es war die Angst vor dem Hochdruck, nicht ganz unberechtigt. Immerhin ist unser heutiger TÜV nicht wegen der Prüfung von Kraftfahrzeugen sondern derdringend nötigen Überwachung von Dampfkesseln
gegründet worden. Erst viel später gelang es Watt, die Effienz der Maschine durch Treiben des Kolbens in beide Richtungen mit Hochdruck noch einmal deutlich zu steigern.
In die Zeit fällt dann auch die Erfindung des Watt-Gestänges. Im Kfz-Bereich kennt man es zum Beherrschen der Seitenkräfte an einer starren (Hinter-) Achse. Wichtig ist das Prinzip. Es handelt sich durch
das starr mit dem Pleuel verbundene, umlaufende Zahnrad um eine Art Plantentrieb, der das Drehmoment so auf die untere Welle übertragt, wie es auch ein Kurbeltrieb tun würde.
Im Unterschied zu diesem ist die Welle allerdings bezogen auf die Kolbenhübe doppelt so schnell. Diese Art der Übertragung der Dampfkraft auf eine Welle hat natürlich die Gedanken an enen Dampfmotor
beflügelt. James Watt hat sie wohl zunächst einmal benutzt, um durch einen angeschlossenen Fliehkraftregler eine zu hohe drehzahl seiner Maschine zu verhindern.
|