Erfindung der Dampfmaschine

Dampfmaschinen sind Mechanismen, die Wärme verwenden, um Dampf zu erzeugen, der wiederum mechanische Prozesse ausführt, die allgemein als bekannt sind Arbeit. Während mehrere Erfinder und Innovatoren an verschiedenen Aspekten der Stromerzeugung mit Dampf gearbeitet haben, sind an der Hauptentwicklung früherer Dampfmaschinen drei Erfinder und drei Hauptmotorenkonstruktionen beteiligt. 

Thomas Savery und die erste Dampfpumpe

Die erste für Arbeiten verwendete Dampfmaschine wurde 1698 vom Engländer Thomas Savery patentiert und zum Pumpen von Wasser aus Minenschächten verwendet. Der Grundprozess beinhaltete einen Zylinder, der mit Wasser gefüllt war. Dann wurde dem Zylinder Dampf zugeführt, der das durch ein Einwegventil ausströmende Wasser verdrängte. Sobald das gesamte Wasser ausgestoßen war, wurde der Zylinder mit kaltem Wasser besprüht, um die Zylindertemperatur zu senken und den Dampf im Inneren zu kondensieren. Dies erzeugte ein Vakuum im Zylinder, das dann zusätzliches Wasser aufsaugte, um den Zylinder wieder aufzufüllen, wodurch der Pumpenzyklus abgeschlossen wurde. 

Thomas Newcomens Kolbenpumpe

Ein anderer Engländer, Thomas Newcomen, verbesserte die Pumpe von Slavery mit einem Design, das er um 1712 entwickelte. Newcomens Motor enthielt einen Kolben in einem Zylinder. Die Oberseite des Kolbens war mit einem Ende eines Schwenkbalkens verbunden. Ein Pumpmechanismus war mit dem anderen Ende des Strahls verbunden, so dass Wasser immer dann angesaugt wurde, wenn der Strahl am Pumpenende hochkippte. Um die Pumpe anzutreiben, wurde dem Kolbenzylinder Dampf zugeführt. Gleichzeitig zog ein Gegengewicht den Strahl am Pumpenende nach unten, wodurch der Kolben zur Oberseite des Dampfzylinders aufstieg. Sobald der Zylinder mit Dampf gefüllt war, wurde kaltes Wasser in den Zylinder gesprüht, wodurch der Dampf schnell kondensiert und ein Vakuum im Zylinder erzeugt wurde. Dadurch sank der Kolben und bewegte den Strahl am Kolbenende nach unten und am Pumpenende nach oben. Der Zyklus wiederholt sich dann automatisch, solange der Zylinder mit Dampf beaufschlagt wird. 

Newcomens Kolbendesign erzeugte effektiv eine Trennung zwischen dem abgepumpten Wasser und dem Zylinder, der zur Erzeugung der Pumpleistung verwendet wurde. Dies verbesserte die Effizienz des ursprünglichen Designs von Slavery erheblich. Da Savery jedoch ein breites Patent für seine eigene Dampfpumpe hatte, musste Newcomen mit Savery zusammenarbeiten, um die Kolbenpumpe patentieren zu lassen. 

James Watt's Verbesserungen

Der Schotte James Watt verbesserte und entwickelte die Dampfmaschine in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts erheblich und machte sie zu einem wirklich brauchbaren Maschinenteil, das die industrielle Revolution auslöste. Die erste wichtige Neuerung von Watt bestand darin, einen separaten Kondensator einzubauen, damit der Dampf nicht in demselben Zylinder gekühlt werden musste, in dem sich der Kolben befand. Dies bedeutete, dass der Kolbenzylinder auf einer viel gleichmäßigeren Temperatur blieb, was die Kraftstoffeffizienz des Motors stark erhöhte. Watt entwickelte auch einen Motor, der eine Welle drehen und nicht auf- und abpumpen konnte, sowie ein Schwungrad, das eine reibungslose Kraftübertragung zwischen Motor und Arbeitslast ermöglichte. Mit diesen und anderen Innovationen wurde die Dampfmaschine auf eine Vielzahl von Fabrikprozessen anwendbar, und Watt und sein Geschäftspartner Matthew Boulton bauten mehrere hundert Motoren für den industriellen Einsatz. 

Später Dampfmaschinen

Im frühen 19. Jahrhundert gab es große Innovationen bei Hochdruckdampfmaschinen, die viel effizienter waren als die Niederdruckkonstruktionen von Watt's und den anderen Pionieren der Dampfmaschinen. Dies führte zur Entwicklung von viel kleineren, leistungsstärkeren Dampfmaschinen, mit denen Züge und Boote angetrieben und ein breiteres Spektrum industrieller Aufgaben erledigt werden konnten, beispielsweise das Sägen in Mühlen. Zwei wichtige Innovatoren dieser Motoren waren der Amerikaner Oliver Evans und der Engländer Richard Trevithick. Im Laufe der Zeit wurden Dampfmaschinen für die meisten Arten von Fortbewegungs- und Industriearbeiten durch Verbrennungsmotoren ersetzt, aber der Einsatz von Dampferzeugern zur Stromerzeugung bleibt auch heute ein wichtiger Bestandteil der Stromerzeugung.