Dampfmaschine
Eine Dampfmaschine ist eine Wärmekraftmaschine, die Wärmeenergie in mechanische Arbeit umwandelt.
Wirkungsweise
Wird Wasser in einem Kessel über den Siedepunkt von 100°C erhitzt, entsteht Wasserdampf. Der Dampf hat im Kessel einen wesentlich höheren Druck als die Umgebung. Der Dampf wird in einen Zylinder geleitet, wo die Druckdifferenz zur Umgebung die Bewegung eines Kolbens nach sich zieht. Ist diese lineare Bewegung zu Ende, wird der Zylinder geöffnet und der Kolben durch eine äußere Kraft, in der Regel die Schwungmasse eines angetriebenen Rades, zurückbewegt.
Der Vorteil der Dampfmaschine gegenüber Verbrennungsmotoren besteht darin, dass Dampfmaschinen mit jeder Art von Hitzequelle "angetrieben" werden können. Der Nachteil ist ein geringer Wirkungsgrad, der dadurch zustande kommt, dass heißer Dampf an die Umgebung abgegeben wird und die Wärmeenergie des heißen Dampfs nur teilweise genutzt wird. Zusätzlich muss ein beträchtlicher Teil am Wärmeenergie aufgewendet werden, um das Wasser auf Siedetemperatur aufzuheizen und den Dampfübergang herbeizuführen. Diese Energiemenge ist Verlust.
Eine modernere Maschine zur Nutzung von Dampfkraft mit hohem Wirkungsgrad ist die Dampfturbine, die zum Beispiel bei Wärmekraftwerken zum Einsatz kommt. Bei Kraftwerksanlagen wird der Abdampf hinter der Turbine kondensiert, um gegen ein Vakuum zu arbeiten und nicht gegen den atmosphärischen Luftdruck.
Geschichte der Dampfmaschine
Das erste von Dampf angetriebene Gerät wurde von dem Griechen Heron von Alexandria im 1. Jahrhundert erfunden, aber nur als Spielerei verwendet. Es folgten einige weitere Versuche, die alle keine große Anwendung fanden, unter anderem von Denis Papin und Thomas Savery. Die erste verwendbare Dampfmaschine wurde Anfang des 18. Jahrhunderts von Thomas Newcomen konstruiert. James Watt, dem oft fälschlicherweise die Erfindung der Dampfmaschine zugeschrieben wird, verbesserte in Wirklichkeit den Wirkungsgrad erheblich, sodass Dampfmaschinen ab der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts nun auch wirtschaftlich wurden.
Frühe Anwendungen der Dampfmaschinen waren Dampflokomotiven und Dampfschiffe. Die Abbildung rechts zeigt ein Raddampfer um die Jahrhundertwende. Raddampfer zeichnen sich dadurch aus, dass ein Schaufelrad auf der Seite oder am Heck vorhanden ist. Die industrielle Revolution wurde durch die Dampfmaschine erst ermöglicht.
Neuzeit
Obwohl die Zeit der Kolbendampfmaschine schon lange vorbei zu sein scheint, ist eine Renaissance nicht völlig ausgeschlossen. Einige Vorteile einer Dampfmaschine gegenüber dem Verbrennungsmotor sind ihr kontinuierlicher Verbrennungsvorgang, der sich viel emmissionsärmer gestalten lässt, dadurch auch weniger Verschleiß/Wartung, reduzierte Öl-Emmissionsgefahr durch Wasserschmierung. Der Wasserkreislauf kann geschlossen ausgeführt werden.