Wärmekraftmaschinen/Dampfmaschinen

 
Die Geschichte

Der erste der auf die Idee kam mit Hilfe der Kondensation von Wasserdampf einen Unterdruck zu erzeugen war im Jahre 1690 Denis Papin ein Gehilfe Huygens (Schießpulvermotor). Damit war das Prinzip der atmosphärischen Dampfmaschine gefunden.
Die erste brauchbare Dampfmaschine wurde allerdings von dem englischen Ingenieur Thomas Savery (1650 - 1715) konstruiert, mit der man aber nur Wasser aus den Stollen von Minen befördern konnte. Von ihm bekam die Dampfmaschine auch ihren Namen.
Seine Arbeit wurde schließlich weitergeführt vom englischen Schmied und späterem Erfinder und Technikrestaurateur Thomas Newcomen (1663 - 1729), der einen über einen Zylinder laufenden Kolben einbaute und die Dampfmaschine somit entschieden verbesserte.
Vierzig Jahre danach kam die nächste bahnbrechende Innovation und zwar durch James Watt (1736 - 1819). Er versuchte als erster in die Newcomen Dampfmaschine ein Gelenk einzubauen.
Watt gilt bis heute als der "Vater der Dampfmaschine".
 
Die Dampfmaschine

Dampfmaschinen sind Maschinen, bei denen Wärmeenergie, die z. B. durch die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas gewonnen wird oder aus Kernenergie stammt, genutzt wird um mit Hilfe von Maschinen eine Arbeit zu verrichten. Bei diesen Maschinen wird in einer Kesselanlage Wasser zum Sieden gebracht und es entsteht Wasserdampf von hohem Druck. Der Druck entsteht, weil der Wasserdampf sich stark ausdehnt und einen größeren Raum einnimmt als Wasser (zum besseren Verständnis: 1m³ Wasser wird zu 1700m³ Wasserdampf). Mit Hilfe dieses Dampfes wird dann in der Maschine mechanische Energie erzeugt.
Wir unterscheiden 2 Gruppen von Dampfmaschinen: Kolbendampfmaschinen und Dampfturbinen.

Kolbendampfmaschine: Bei dieser Dampfmaschine wird der erzeugte Wasserdampf abwechselnd durch automatische Schieber oder Ventile in einen der beiden Arbeitsräume des Zylinders gegeben Diese Arbeitsräume teilt der Kolben auf. Der Dampf kommt also in eine der Zylinderkammern und schiebt den Kolben vor sich her. Der verbrauchte Wasserdampf, der sich hinter dem Kolben befindet, wird nicht mehr benötigt und somit abgelassen. Der Kolben betätigt ein Schwungrad, welches gleich wieder mit einem Schieber verbunden ist. Wenn der Kolben nun weit genug vor sich her geschoben wurde, sorgt der Schieber nun durch Verändern seiner Lage und dem damit verbundenen Öffnen eines anderen Ventils dafür, dass der zuvor eingegebene Dampf wieder abgelassen wird. Dabei öffnet der Schieber gleichzeitig ein anderes Ventil, durch das nun der Frischdampf in die zweite Kammer des Zylinders kommt. Der Dampf schiebt den Kolben nun wieder vor sich her. So entsteht ein periodischer Vorgang.




Dampfturbine: Außerhalb der Dampfturbine erzeugter Dampf strömt durch Düsen in die Maschine und erhält dabei eine hohe Strömungsgeschwindigkeit. Durch die Düsen wird er auf Leitschaufeln und Laufräder gelenkt und setzt die Laufräder in Bewegung. Die Leitschaufeln sind fest in der Turbine verankert und dienen dazu den Dampf wieder auf die Laufräder zu leiten. Der Dampf wird dabei effektiv ausgenutzt und kann somit mehr mechanische Arbeit verrichten. Aus genau diesem Grund setzt man auch mehrere Laufräder hintereinander auf die gemeinsame Achse der Turbine.
Bei der Dampfturbine wird im Gegensatz zur Kolbendampfmaschine sofort eine Drehbewegung erzeugt, was die Dampfturbinen sehr gleichmäßig laufen lässt. Dampfturbinen sind in unserer heutigen Zeit auch gefragter, da sie effektiver sind und auf einen einfacherem Prinzip basieren als ihre Vorgänger, die Kolbendampfmaschinen.

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