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Die Dampfmaschine ist keine Maschine sondern ein Motor, der eine Maschine antreibt.
Konventionell wird die Kolben-Dampfmaschine als Dampfmaschine bezeichnet. Sie ist Teil der Evolution des Kolben-Verbrennungsmotors, der ihre Entwicklung aufgehoben hat. |
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Die erste Dampfmaschine - von welcher geschichtliche Überliferungen bekannt sind - ist der Heronsball von Heron von Alexandria. Wie alles von den alten Griechen ist unklar, wann diese Maschine von wem konstruiert wurde. Es handelt sich um zugeschriebene Zeichnungen mit zugeschriebener Datierung - eben in der Zeit der alten Griechen. Sagen wir um 100 vor oder nach Chr. Dieser Motor von Heron beruht auf dem Rückstoos, was mithin das älteste bekannte Motorenprinzip darstellt, aber heute als Jet Flugzeuge antreibt. Heron hat aber auch eine eine weitere Konstruktion dargestellt, mit welcher er Tempeltüren geöffnet hat. Dabei wird Dampf in einer Pumpe verwendet. Das Gewicht des Wassers, das in einen Behälter gepumpt wird, dreht die Welle, die die Türe öffnet.
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Quelle: Wikipedia 
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Auch in den Jahrhunderten, die den ersten neuzeitlichen "Dampfmaschinen" vorangingen, wurden dampfgetriebene „Maschinen“ hauptsächlich zu Demonstrationszwecken gebaut, um das Prinzip der Dampfkraft zu illustrieren.
Jerónimo de Ayanz y Beaumont liess 1606 als erster eine Dampfmaschine patentieren. Die von ihm konstruierte Maschine kam bei der Entwässerung von Bergwerksstollen auch zur praktischen Anwendung, indem der Dampfdruck dazu diente, einen kontinuierlichen Wasserfluss in Rohrleitungen anzutreiben. Die Wasserhebemaschine des Marquis of Worcester, beschrieben 1663. Eine nach Worcesters Prinzip arbeitende Maschine wurde in Vauxhall für die Wasserversorgung Londons verwendet. L3362053. 1681 beschreibt Dionysius (Denis) Papin seinen 'Papinischen Topf'. Er ist heute noch als Dampfkochtopf überall in Küchen in Gebrauch und nutzt den höheren Siedepunkt des Wassers unter Druck. L3362060 Denis Papins veröffentlicht 1690 seine Erfindung durch Kondensation von Wasserdampf einen luftverdünnten Raum zu bilden. Er benutzt hierbei die Ausdehnung des Dampfes und die Luftleere nach dessen erkalten zum Antrieb eines Kolbens. Papin schlägt u. a. vor seine Erfindung auch für "den Antrieb von Schiffen gegen den Wind" einzusetzen. L3362064 Weitere Fortschritte wurden dann unter anderem durch D. Papin 1690 durch die Erfindung des Sicherheitsventils und den Papinschen Topf erzielt. T. Saverys Dampfpumpe von 1698 stellte einen bedeutenden Schritt in der praktischen Anwendung von Dampf dar. 1707 baute D. Papin ein durch seinen Dampfzylinder und Muskelkraft angetriebenes Schaufelradboot, mit dem er auf der Fulda von Kassel bis nach Münden fuhr. 1699 schlug Guillaume Amontons eine als 'Feuerrad' benannte Rotationsdampfmaschine vor. Leupold schägt 1724 ein verbessertes Feuerrad vor. |
Giovanni Branca (1571-1645) war Ingenieur. 1629 beschrieb er als Erster im Abendland eine Dampfturbine, jedoch hatte der osmanisch-türkische Universalgelehrte Taqi al-Din bereits vor Branca 1551 eine Dampfturbine in einem seiner Werke beschrieben. Le Machine. Volume nuovo et di molto artificio da fare effetti maravigliosi tanto spiritali quanto di animale operatione …. Rom 1629 Quelle: Wikipedia |
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. In den Jahrhunderten, die den ersten neuzeitlichen Dampfmaschinen vorangingen, wurden dampfgetriebene „Maschinen“ hauptsächlich zu Demonstrationszwecken gebaut, um das Prinzip der Dampfkraft zu illustrieren. Die ersten konkreten Versuche kamen unter anderem im Jahr 1543 von Blasco de Garay, 1615 von Salomon de Caus und 1629 von Giovanni Branca.[2] Der Ingenieur Jerónimo de Ayanz y Beaumont ließ 1606 als erster eine Dampfmaschine patentieren. Die von ihm konstruierte Maschine kam bei der Entwässerung von Bergwerksstollen auch zur praktischen Anwendung, indem der Dampfdruck dazu diente, einen kontinuierlichen Wasserfluss in Rohrleitungen anzutreiben.[3][4] Weitere Fortschritte wurden dann unter anderem durch Denis Papin 1690 durch die Erfindung des Sicherheitsventils und den Papinschen Topf erzielt. Thomas Saverys Dampfpumpe von 1698 stellte einen bedeutenden Schritt in der praktischen Anwendung von Dampf dar. 1707 baute Papin[5] ein durch seinen Dampfzylinder und Muskelkraft angetriebenes Schaufelradboot, mit dem er auf der Fulda von Kassel bis nach Münden fuhr. Dieses Schiff fand nach der Ankunft jedoch ein unrühmliches Ende. Die erste verwendbare Dampfmaschine wurde 1712 von Thomas Newcomen konstruiert und diente zur Wasserhaltung in Bergwerken. Diese sogenannte atmosphärische Dampfmaschine erzeugte durch Einspritzen von Wasser in einen mit Dampf gefüllten Zylinder einen Unterdruck gegenüber der Atmosphäre. Mit diesem Druckunterschied wurde der Kolben im Arbeitstakt vom atmosphärischen Luftdruck nach unten gedrückt und anschließend durch das Eigengewicht der anzutreibenden Pumpenstange wieder nach oben in die Ausgangsposition gezogen. Die Kraftübertragung zwischen Kolbenstange und Balancier erfolgte mittels einer Kette. Der Wirkungsgrad dieser newcomenschen Maschine lag bei 0,5 Prozent und begrenzte ihre Anwendung auf diesen Pumpvorgang. 1720 beschrieb Jacob Leupold, Mathematico und Mechanico in Preußen und Sachsen, eine Hochdruckdampfmaschine mit zwei Zylindern. Die Erfindung wurde in seinem Hauptwerk Theatri Machinarum Hydraulicarum Tomus II veröffentlicht.[6] Die Maschine verwendete zwei mit Blei belastete Kolben, die ihre kontinuierliche Bewegung einer Wasserpumpe zur Verfügung stellten. Jeder Kolben wurde durch den Dampfdruck gehoben und kehrte durch sein Eigengewicht in die ursprüngliche Stellung zurück. Die zwei Kolben teilten sich ein gemeinsames Vier-Wege-Ventil, welches direkt mit dem Dampfkessel verbunden war.[7] ========0 Dampfmaschine ist auch insofern ein unglücklicher Name, als damit ein spezieller Fall bezeichnet wird, nämlich die Kolbendampfmaschine. Es gibt aber auch Dampfturbine und den Dampf-Reaktionsturbine, die älter ist und schon von Heron beschrieben wurde Als Dampfmaschine bezeichne ich - der Konvention folgend - einen Motor, der mit Dampf einen Kolben antreibt. Die umgangsprachlichen Redeweisen, die auch von Technikern und Wissenschaftlern verwendet werden, folgen einer anderen Logik, die ich anhand des Ausdruckes "Erd"beere erläutere. Dort wird mit Maschinen Energie "umgewandelt". Die Kolben-Dampfmaschine hat eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Verbrennungsmotor, die Hitze wird aber im Unterschied zu diesem nicht im Zylinder erzeugt. Es gibt auch Dampfturbinen, die die mechanische Energie nicht via Kolben, sondern eben via eine Turbine erzeugen. |
Giovanni Branca (1571-1645) war Ingenieur. 1629 beschrieb er als Erster im Abendland eine Dampfturbine, jedoch hatte der osmanisch-türkische Universalgelehrte Taqi al-Din bereits vor Branca 1551 eine Dampfturbine in einem seiner Werke beschrieben. Le Machine. Volume nuovo et di molto artificio da fare effetti maravigliosi tanto spiritali quanto di animale operatione …. Rom 1629 Quelle: Wikipedia |
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siehe auch: Zeittafel diasynchron, Dampfmobile (Dampfwagen, Dampflokomotive, Dampfschiff) Das technologische Wissen kam - in Form von Dokumenten - durch Araber via Spanien nach Europa. Weder die Griechen noch die Araber nutzen dieses Wissen produktiv und auch die Spanier, die mit der Reconquista beschäftigt waren, erkannten den Sinn der Technologien kaum.
Ein schöne Geschichte dazu (aus der Wikipedia):
Nach 1690 entwickelten D. Papin und Thomas Savery Dampfmaschinen. D. Papin experimentierte mit Dampfkochtöpfen und hat dabei auch ein Sicherheitsventil erfunden, was einer impliziten Steuerung des Druckes entspricht. Die Dampfmaschine, die D. Papin konstruierte, war einen Zylinder, in dem sich ein wenig Wasser und ein Kolben befanden. Wenn der Zylinder von außen abwechselnd erwärmt und abgekühlt wurde, bewegte sich der Kolben und lieferte nutzbare mechanische Arbeit. Es war die erste funktionierende Wärmekraftmaschine. DampfpumpeT. Savery baute auf der Kolben-Dampfpumpe von D. Papin auf und konstruierte eine kolbenlose Dampfpumpe, für die er am 2. Juli 1698 unter dem Namen The Miner's Friend (des Bergmanns Freund) ein englisches Patent mit einer Laufzeit von 14 Jahren erhielt. Der Name der Pumpe ist Folge eines Problems der Zeit: Das Grubenwasser musste aus den Bergwerken gepumpt werden. Dies wurde manuell oder von pferdegetriebenen Göpeln und Wasserkünsten erledigt.
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Quelle: Wikipedia 
Newcomen-Maschine Quelle: Wikipedia |
T. Saverys Pumpe wird mittels Wasserdampf angetrieben, der meist in Pumpennähe mittels Dampfkessel erzeugt wurde. Die eigentliche Pumpe besteht aus zwei Druckbehältern, die jeweils über Rückschlagventile mit der Saug- (Einlass) und der Druckleitung (Auslass) verbunden sind. Im Betrieb werden die Druckbehälter abwechselnd durch einen Steuerhahn mit Dampf beaufschlagt. Der heiße Dampf dehnt sich im Behälter aus und drückt das Wasser über ein Rückschlagventil in die Druckleitung. Die Dampfzufuhr wird gestoppt. Mit beginnender Kondensation reicht der Druck hierfür nicht mehr aus, das Rückschlagventil der Druckleitung schließt. Zur Beschleunigung der Kondensation wurden die Druckbehälter von außen mit Wasser gekühlt, dies erhöhte die Pumpfrequenz, die Pumpe lief also schneller. Mit weiterer Kondensation sinkt der Druck im Druckbehälter unter den Außendruck. Diese Druckdifferenz drückt das Wasser aus der Saugleitung über das Ventil in den Behälter. Das einströmende Wasser führt zu einer weiteren Kondensation des Dampfes. Mit Öffnung des Steuerhahns kommt wieder Dampf in den Druckbehälter und der Kreislauf beginnt erneut. Auch wenn der Steuerhahn bei den Demonstratoren mit der Hand zu bedienen war, wurden die Seriengeräte über Schwimmkörper gesteuert.
T. Savery war von der Leistungsfähigkeit seiner Maschine überzeugt; sie hatte jedoch einige gravierende Mängel: Sie konnte die Wassersäule nur um 12 Meter heben; für größere Tiefen mussten mehrere Pumpen hintereinander geschaltet werden. Der benötigte Dampfdruck war in der damaligen Zeit an der Grenze des Machbaren, wofür neben den Lötstellen auch der Stahl und die damals verwendeten Vernietungen verantwortlich waren. Daher mussten die Pumpen und erst recht die Dampfkessel häufig repariert werden. Konstruktionsbedingt erwärmte der Dampf auch das zu pumpende Wasser. Dies hatte einen thermodynamischen Wirkungsgrad im Promillebereich zur Folge, so dass die Pumpe aufgrund ihres großen Kohlebedarfs praktisch nur in oder in der Nähe von Kohlebergwerken verwendet werden konnte.
T. Saverys Patent war so weit gefasst, dass er T. Newcomen, der 1712 die technisch überlegene atmosphärische Dampfmaschine erfunden hatte, eine Partnerschaft aufnötigen konnte. Bei T. Newcomens Dampfmaschine handelt es sich, genau wie bei der von D. Papin, um ein Kolben-Zylinder-System.
Die erste verwendbare Dampfmaschine wurde 1712 von T. Newcomen konstruiert und diente zum Abpumpen des Wassers in einem Bergwerk. Diese so genannte atmosphärische Dampfmaschine erzeugte durch Einspritzen von Wasser in einen mit Dampf gefüllten Zylinder einen Unterdruck gegenüber der Atmosphäre. Mit diesem Druckunterschied wurde der Kolben im Arbeitstakt vom atmosphärischen Luftdruck nach unten gedrückt und anschließend durch das Eigengewicht der anzutreibenden Pumpenstange wieder nach oben in die Ausgangsposition gezogen. Die Kraftübertragung zwischen Kolbenstange und Balancier erfolgte mittels einer Kette. Der Wirkungsgrad der newcomenschen Maschine lag bei 0,5 Prozent.
Zu Anfang wurden die Ventile zum Einlassen des Dampfes in den Zylinder und zum Einspritzen des Kühlwassers mit Hand von einem Knaben bedient. Einer dieser Knaben, Humphrey Potter, der auch an einer solchen Maschine zum Öffnen und Schließen der Hähne angestellt war, kam (1712 oder 1713) – wohl aus Bequemlichkeit – um sich die Arbeit zu erleichtern (und weil er mit den anderen Jungen spielen wollte), auf die Idee, die Betätigung der Ventile durch den Gang der Maschine selbst besorgen zu lassen. Er verband in geeigneter Weise den auf- und nieder gehenden Balancier(balken) durch Schnüre mit den Hähnen und hatte damit, ohne sich dessen selbst bewusst zu sein, die Erfindung der selbsttätigen Steuerung gemacht.
Mit der Erfindung des Kondensators durch J. Watt konnten erstmals Dampfmaschinen gebaut werden, die einen vergleichsweise geringen Energiebedarf hatten. Ein Kondensator ist daher ein entscheidendes Element für den effizienten Betrieb von Dampfmaschinen und Dampfturbinen, und seine Einführung gilt als Meilenstein der Technikgeschichte.
J. Watt nutzte für seine Maschinen die einfache Bauform des Einspritzkondensators. In ein getrenntes Gefäß hinter dem Dampfauslass der Maschine wird kaltes Wasser eingespritzt. Der Dampf verflüssigt sich und hinterlässt ein fast vollständiges Vakuum. Dieses Vakuum ermöglicht eine verbesserte Ausnutzung der im Dampf innewohnenden Wärmeenergie zur Erzeugung von Bewegungsenergie. Einspritzkondensatoren werden auch heute noch angewendet; sie sind aber sehr selten geworden, da sie wegen des Eintrages von gelösten Stoffen kein nutzbares Kondensat für die Speisung des Dampfkessels liefern können.
Der bereits aus dem Mühlenbau bekannte Fliehkraftregler wurde 1788 von James Watt in den allgemeinen Maschinenbau eingeführt. James Watt benutzte den Fliehkraftregler, um die Arbeitsgeschwindigkeit der von ihm verbesserten Dampfmaschine konstant zu halten.
Wattsche Dampfmaschine [ ]
Zeittafel diasynchron, Geschichte(n)
[ Eine schöne illustrierte Geschichte im Netz ]
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