Dampfmaschine


Eine Dampfmaschine ist (im engeren Sinne) eine Kolben-Wärmekraftmaschine. In einem beheizten Dampferzeuger, der als Bestandteil der Maschine gilt, wird Wasser verdampft. Der unter Druck gesetzte Dampf wandelt die in ihm enthaltene Wärmeenergie (auch Druckenergie) durch Verschieben eines in einem Zylinder beweglichen Kolbens in Bewegungsenergie um.[1] Üblicherweise ist der Kolben Teil eines Schubkurbelgetriebes, mit dem die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in Rotation eines Schwungrades, das die Arbeitsmaschine antreibt, umgewandelt wird. Zur Bewegungsumkehr des Kolbens, wird der Druck jeweils auf dessen anderer zylindrischer Seite umgelenkt.

Eine andere mit Dampf betriebene Wärmekraftmaschine ist die Dampfturbine, die schon ohne einen die Bewegungsart ändernden Folgemechanismus (Getriebe) die Wärmeenergie des Dampfs in Rotationsenergie umwandelt.

Dampfmaschinen sind Wärmekraftmaschinen mit „äußerer Verbrennung“, was sie von Verbrennungsmotoren unterscheidet.

Die Anwendungen der ersten funktionsfähigen Dampfmaschine von Thomas Newcomen fanden sich ab Anfang des 18. Jahrhunderts im Steinkohlebergbau zur Wasserhaltung, wo sie zunächst ältere mechanische Kraftquellen wie z. B. Wasserräder ergänzten und später auch ersetzten. Nach allmählichen Verbesserungen des Wirkungsgrades lohnte es sich gegen Ende des 18. Jahrhunderts, sie ebenfalls in der wachsenden Textilindustrie zum Antrieb von Textilmaschinen einzusetzen und sie verbreiteten sich schließlich auch in weiteren Industriebranchen, wo sie ebenfalls Wasser- und Windmühlen ergänzten. Eine entscheidende Verbesserung gelang James Watt, der 1769 darauf ein Patent erhielt. Im Laufe des 19. Jahrhunderts erlangten sie eine wichtige Rolle im Verkehrswesen, insbesondere zum Antrieb von Dampfschiffen und Dampflokomotiven. Ebenfalls nicht unbedeutend war zudem der Einsatz als Lokomobile. Nach anfänglichen Erfolgen verlor ihre Anwendung in Dampfautomobilen und -lastwagen an Bedeutung und existiert heute praktisch nicht mehr. Ähnliches gilt für den Bereich der Dampftraktoren und Lokomobile, wo der Dampfantrieb vor 1900 dominierte. Auch das erste Luftschiff wurde 1852 von einer Dampfmaschine angetrieben. Abgelöst wurden die Dampfmaschinen in der Wende zum 20. Jahrhundert allgemein durch den Elektromotor und als Fahrzeugantrieb durch den Verbrennungsmotor. In Kraftwerken werden bis heute Dampfturbinen genutzt, um elektrische Energie zu erzeugen.

Die Kolbendampfmaschine setzt thermodynamische Energie (Dampfdruck) aus Dampferzeugern in mechanische Rotationsenergie um. Dabei bewegt sich ein Kolben in dem zugehörigen Zylinder hin und her, er führt eine oszillierende Bewegung aus. Benötigt wird für die mechanische Nutzenergie jedoch zumeist eine Rotationsbewegung.


Animation einer doppelt wirkenden Dampfmaschine mit Fliehkraftregler
Video: Zylinder-Dampfmaschine in einer Leinenweberei, 1981
Pumpenhaus einer Wasser­hebe­dampf­maschine mit Balancier und Pumpen­gestänge
Vergleich zwischen atmosphärischer Dampfmaschine (links) und Expansionsdampfmaschine (rechts)
Wattsche Niederdruckdampfmaschine
Schema einer Dreifachexpansionsdampfmaschine
Planetengetriebe zur Umwandlung der Auf- und Abbewegung in eine Rotation
Querprofil und Details der 1799 errichteten Dampfmaschine der Saline Königsborn, kolorierte Tuschzeichnung von Jacob Niebeling, 1822
Teilansicht einer sächsischen Dampfmaschine
Dampffördermaschine einer Koh­le­zeche von 1887, eine lie­gen­de Zwei­zy­lin­der­ver­bund­ma­schi­ne mit Ven­til­steue­rung, Zeche Nachtigall, Westfälisches Industriemuseum