Freitag, 9. Mai 2008

Dampfkraft

Erfinder der Dampfkraft



Nachdem Otto von Guericke und Denis Papin nachgewiesen haben, dass man ein Vakuum erzeugen und mit Hilfe atmosphärischen Druckes Arbeit leisten kann, hat der Engländer Thomas Newcomen diese Vorarbeiten aufgenommen und entwickelte 1712 eine „Feuermaschine“ zum Heben von Wasser, welche aber noch schwerfällig und leistungsschwach war.
Erst 1769 revolutionierte James Watt die „Feuermaschine“ zur damaligen Dampfmaschine, welche jedoch erst in den 80er Jahren die Maschine von Newcomen ersetzte. Somit entwickelte er das Grundprinzip folgender Dampfmaschinen.

Aber wer war James Watt?
James Watt wurde als Sohn einer armen, aber sehr gebildeten Familie geboren. James war ein kränkliches Kind, das u.a. unter chronischen Kopfschmerzen litt. Die Eltern unterrichteten ihn deshalb teilweise selbst. Schon als Junge experimentierte er eifrig und soll die Funktionsweise von jedem Gegenstand, den er in die Hand bekam, erforscht haben. Darüberhinaus war er ein eifriger Sammler von Pflanzen und Steinen, las alles, was er unter die Finger bekam, und erfand selber Geschichten.
James interessierte sich lange Zeit für ein Medizinstudium, für welches aber seine Eltern zu arm waren. Somit entschied er sich für eine inoffizielle Mechanikerlehre, welche er in London antrat, die er aber vor Ablauf der vorgeschriebenen sieben Jahren abbrach, deshalb konnte er sich nicht als Handwerker niederlassen und hatte Glück das er 1757 in Glasgow eine Stelle als Instrumentenmacher fand.
1760 heiratete Watt seine Jugendliebe Margaret Miller. Von ihren Kindern überlebte nur der eine Sohn James. 1800 stieg Watt aus dem Berufsleben aus. Er entwickelte immer noch Erfindungen welche aber nur zum Zeitvertrieb dienten. 1819 am 19.August starb Watt schliesslich als Ehrendoktor der Universität Glasgow und als korrespondiertes Mitglied der französischen Akademie der Wissenschaften. Er wurde in Handsworth bei Birmingham in der St. Mary’s Church beigesetzt wo er bis heute liegt.


Wirkungsweise der Nieder-und Hochdruckdampfmaschine


Niederdruckdampfmaschine


Bei der Niederdruckdampfmaschine wird der Dampf mit einem leichten Überdruck von einigen 100 mbar aufgegeben. Im Gegensatz zur Newcomen-Dampfmaschine wird nicht nur bei der Kondensation sondern auch bei der Dampfaufgabe Arbeit geleistet. Dieses führt zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und war Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung der Dampfmaschine zu höheren Dampfdrücken. Die bekanntesten Vertreter dieser Bauart waren die Dampfmaschinen von James Watt ab etwa 1769 (s. u.).



















Hochdruckdampfmaschine


Bei Hochdruckdampfmaschinen wird der Dampf weit über 100 °C erwärmt, so dass sich ein höherer Druck aufbaut. Auf eine Abkühlung des aus dem Zylinder austretenden Wasserdampfes kann verzichtet werden (Auspuffbetrieb). Der Kondensator kann also wegfallen, was diesen Maschinentyp in Verbindung mit der höheren Energiedichte des unter Druck stehenden Dampfes erheblich leichter macht und damit den Einsatz von Dampfmaschinen in Dampflokomotiven erst ermöglichte. Vertreter dieser Bauart sind praktisch alle Kolben-Dampfmaschinen in Fahrzeugen seit Richard Trevithick ab etwa 1802 (s. u.).



Dampfbetriebene Fahrzeuge



Dampflokomotive


Die erste Dampflokomotive, welche auf Schienen fahren konnte, wurde im Jahre 1804 von Richard Trevithick gebaut und der Öffentlichkeit vorgeführt. Doch die Schienen hielten der Belastung nicht stand und zerbrachen. Richard Trevithick baute bis 1808 noch zwei weitere Dampflokomotiven, unter denen deren Gewicht ebenfalls die Schienen der Belastung nicht standhielten. Man bedenke, Schienen bestanden zur damaligen Zeit noch nicht aus hochwertigem Stahl, sondern aus Guseisen
Bei den Technikern und Ingenieuren traten Zweifel auf, ob glatte Antriebsräder überhaupt auf glatten Schienen ausreichende Reibung bewirken könnten, um die benötigten Zugkräfte für schwere Lasten auf die Schienen zu übertragen. Es wurden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, die nur die weitere Entwicklung zurück hielten. Unter anderem wurde mit aufgerauten Reifen und mit einer Zahnradlokomotive experimentiert. Erst im Jahre 1813 soll es einem Engländer mit Namen Blakett gelungen sein den Beweis zu erbringen, dass die Reibung zwischen Schiene und Rädern groß genug ist, um die erforderlichen Zugkräfte auf die Schienen auch mit glatten Rädern zu übertragen.
Als die erste wirklich brauchbare Dampflokomotive kann die "Puffing Billy" von William Hedley aus dem Jahre 1813 angesehen werden. William Hedley war ein englischer Grubendirektor und beabsichtigte eine mit Pferden betriebene Bahn durch eine Dampflokomotive zu ersetzen. Diese von Hedley gebaute Lokomotive bewies zwar, dass die Reibung zwischen Antriebsrädern und Schienen groß genug war, um die erforderlich Zugkraft direkt auf die Schienen zu übertragen, doch auch unter ihr zerbrachen die Schienen. Um diesen Misstand zu begegnen wurden zwei weitere Achsen unter der Puffing Billy befestigt. Durch die nun gleichmäßiger auf den Schienen verteilte Last der Lokomotive verbesserte sich die Lebensdauer der Gleisanlagen. Dies hatte zur Folge, dass die Dampfmaschine Puffing Billy noch bis zum Jahre 1860 ihre Dienste auf dem Grubengelände verrichtete und heute im Museum der Wissenschaften von London steht.


















Dampfschiff


Von 1647 bis 1802 gab es viele Pläne und Versuche zum Thema Dampfschiff, die aber alle misslangen.

Ein kleines Dampfboot, dessen Schaufelräder an den Seiten angebracht waren, wurde alsbald in Auftrag gegeben und bis zum Frühjahr 1803 auf der Seine bei Paris auch fertiggestellt. Aber bei der Probefahrt zerbrach der Rumpf des Schiffes unter der Last der Maschine. Fulton gelang es jedoch die Maschine zu heben, und da sie noch gebrauchsfähig war, wurde sofort ein neues, größeres und vor allem kräftigeres Boot von 20 m Länge und 2,4 m Breite erbaut. Schon am 9. August 1803 konnte das neue Dampfboot, von einer großen Zuschauermenge staunend bewundert, die Seine stromaufwärts dampfen.
Am 7. Oktober 1807 machte der "Clermont", wie das neue Dampfschiff nach dem Wohnort des Kanzlers Livingston genannt war, seine erste Fahrt auf dem Hudson von New York nach Albany. Das Schiff war 40,5 m lang und 5,5 m breit und erreichte eine größte Geschwindigkeit von 4 Knoten (7,4 km) in der Stunde bei einer Leistung von ca. 20 Pferdestärken. Gewaltig war der Eindruck, den das Schiff auf die Anwohner des Flusses und die Mannschaften anderer Schiffe machte. Zeitungsberichte aus der damaligen Zeit erzählen von dem "Ungeheuer, das Wind und Flut Trotz bot und Flammen und Rauch von sich blies." Da man zuerst trockenes Fichtenholz als Brennstoff benutzte, so schlug die helle Flamme oft hoch über den Schornstein hinaus und setzte einige Schiffer, die das unheimliche Licht schnell auf sich zukommen sahen, so sehr in Schrecken, "daß sie sich bei diesem fürchterlichen Anblick unter Deck flüchteten und auf ihren Knien den Himmel anflehten, sie vor dem Nahen des entsetzlichen Ungetüms zu schützen, das auf dem Wasser einherzog und seinen Weg durch Flammen erleuchtete."
Nach der gelungenen Versuchsfahrt nahm man den "Clermont" sofort als Passagierboot zwischen New York und Albany in regelmäßigen Betrieb. Im folgenden Jahr wurde er den Bedürfnissen entsprechend etwas umgeändert und vergrößert. Der "Clermont" war somit das erste Dampfschiff, das über die Versuche hinaus kam, das erste, das dauernd regelmäßig in den Dienst des Verkehrs trat.

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