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Dampfmaschine


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"Wat is en Dampfmaschin´? Da stelle mer janz dumm
und da sage mer so: En Dampfmaschin is ene jroße
schwarze Raum. Der hat hinten un vorn Loch. Dat eine
Loch dat is de Feuerung. Und dat Loch dat
krieje mer später."
Lehrer Bommel in Die Feuerzangenbowle

Eine Dampfmaschine ist eine Wärmekraftmaschine die Wärmeenergie teilweise in mechanische Arbeit umwandelt.

Inhaltsverzeichnis

Wirkungsweise

In einer atmosphärischen Dampfmaschine wird der Zylinderraum unter dem Kolben mit Wasserdampf gefüllt der dann bis zur Kondensation abgekühlt wird. Daraufhin wird der Kolben den äußeren Atmosphärendruck in den Zylinder gedrückt. ausfahrende Bewegung des Kolbens erfolgt von außen durch eine Schwungmasse. Der bekannteste Vertreter dieser war die atmosphärische Dampfmaschine von Thomas Newcomen ab 1712 (s.u.).

Bei einer Niederdruck-Dampfmaschine drückt zusätzlich Dampf einigen 100 mbar Überdruck auf die andere Auf den Kolben wirken dadurch Überdruck plus was die Leistungsfähigkeit erhöht. Die bekanntesten Vertreter Bauart waren die Dampfmaschinen von James Watt ab etwa 1769 (s.u.).

Bei Hochdruck-Dampfmaschinen wird das Wasser weit 100°C erhitzt so dass sich ein höherer aufbaut. Auf eine Abkühlung des aus dem austretenden Wasserdampfes kann verzichtet werden (Auspuffbetrieb). Der fällt also weg was diesen Maschinentyp in mit der höheren Energiedichte des unter hohem stehenden Dampfes erheblich leichter macht und damit Einsatz von Dampfmaschinen in Dampflokomotiven erst ermöglichte. dieser Bauart sind praktisch alle Kolben-Dampfmaschinen in seit Richard Trevithick ab etwa 1802 (s.u.).

Geschichte der Dampfmaschine

Wattsche Niederdruckdampfmaschine

Das erste von Dampf angetriebene Gerät wurde von dem Griechen Heron von Alexandria im 1. Jahrhundert erfunden aber nur als Spielerei verwendet Aeolipile ). Es folgten einige weitere Versuche die keine große Anwendung fanden unter anderem von Denis Papin 1690 und Thomas Savery 1698 . Die erste verwendbare Dampfmaschine wurde 1712 von Thomas Newcomen konstruiert und diente zum Abpumpen des in einem Bergwerk . Diese so genannte atmosphärische Dampfmaschine erzeugte Einspritzen von Wasser in einen mit Dampf Zylinder einen Unterdruck gegenüber der Atmosphäre. Mit Druckunterschied wurde der Kolben im Arbeitshub in des abkühlenden Dampfes gezogen bzw. vom Atmosphärendruck gedrückt und anschließend durch das Eigengewicht der Pumpenstange wieder in die Ausgangsposition zurückgeführt.

James Watt dem oft fälschlicherweise die Erfindung der zugeschrieben wird verbesserte den Wirkungsgrad der Newcomen'schen Dampfmaschine erheblich indem er 1769 einerseits den Abkühlvorgang aus dem Zylinder heraus in einen separaten Kondensator verlagerte andererseits den Kolben abwechselnd von der einen und der Seite mit Dampf beschickte - und auf jeweils gegenüberliegenden Seite den Auslass zum Kondensator So konne Watt auf das mechanische Rückführen Kolbens verzichten und die Maschine bei beiden Arbeit verrichten lassen. Zusammen mit der Erfindung wattschen Parallelogramms war es möglich die Maschine ein drehen zu lassen. Dieses Parallelogramm lässt sich der neben stehenden Abbildung mit den Buchstaben a b r s t u erkennen. James Watt bezeichnete diese Erfindung seine bedeutendste; sie gilt auch heute noch Musterbeispiel für die Lösung der Aufgabe eine kreisförmige Bewegung in eine geradlinige nur mit Hilfe von Drehgelenken umzuwandeln. hatte man sich mit einer Kette zur Verbindung von Kolbenstange und Balancier beholfen.

James Watt gilt als Entdecker des der Dampfexpansion. Bei der Dampfmaschine wird dieser durch ein vorzeitiges Schließen der Ventile erreicht dadurch wird die Zuführung von in den Zylinder unterbrochen während der darin Dampf weiter Arbeit leistet. Weiterhin führte James Watt den Fliehkraftregler zur Geschwindigkeitsregulierung seiner Maschine ein. Vorher dieses Maschinenelement bereits beim Bau und Betrieb von Mühlen eingesetzt worden.

Die Wattsche Dampfmaschine ersparte durch diese Verbesserungen gegenüber ihren ein Vielfaches der Wärmeenergie die zum Betrieb Maschine notwendig war. Mit seinem kaufmännischen Teilhaber Boulton verkaufte er seine Maschinen jedoch nicht stellte sie seinen Kunden zur Verfügung um einen Teil der eingesparten Brennstoffkosten auszahlen zu Damit war eine frühe Form des Maschinenleasings geboren.

Die Hochdruckdampfmaschine wurde 1784 von Oliver Evans konstruiert. Das erste Exemplar wurde von jedoch erst 1812 gebaut. Ihm zuvor kam Richard Trevithick der 1801 die erste Hochdruckdampfmaschine in ein Straßenfahrzeug Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit der Hochdruckdampfmaschinen war Fortschritt in der Metallherstellung und -bearbeitung zu Zeit denn in Hochdruckmaschinen müssen die Maschinenteile passgenau sitzen. Außerdem besteht die Gefahr der des Kessels.

Mit diesen Entwicklungen wurden Dampfmaschinen ab zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts nun auch wirtschaftlich.

Mehrere weiße Raddampfer an einer Anlegestelle (hier: (Stadt))


Frühe Anwendungen der Dampfmaschinen fanden sich im Bergbau zur Wasserhaltung. Es folgten Dampflokomotiven Dampfschiffe und Lokomobile. Auch das erste Luftschiff wurde 1852 von einer Dampfmaschine angetrieben. Abbildung rechts zeigt ein Raddampfer um die Jahrhundertwende. Raddampfer zeichnen sich aus dass ein Schaufelrad auf der Seite am Heck vorhanden ist. Die industrielle Revolution wurde durch die Dampfmaschine erst ermöglicht.

Siehe auch: Liste bedeutender Erfindungen

Neuzeit

Als Fahrzeugantrieb sind Dampfmaschinen weitgehend durch Verbrennungsmotoren abgelöst worden die einen höheren Wirkungsgrad größere Leistung bei geringerem Gewicht bieten und zu bedienen sind. Weiterhin hat die Dampfmaschine durch die flächendeckende Versorgung mit elekrischer Energie ihre Funktion als zentrale Enegiequelle eines Industrieunternehmens verloren die sie lange Zeit inne

Schnittzeichnung einer modernen Verbunddampfmaschine mit zweifacher Dampfexpansion

Obwohl die Zeit der Kolbendampfmaschine schon vorbei zu sein scheint ist eine Renaissance völlig ausgeschlossen. Einige Vorteile der Dampfmaschine gegenüber dem Verbrennungsmotor sind ihr kontinuierlicher Verbrennungsvorgang der sich emissionsärmer gestalten lässt. Ein weitere Vorteil der ist ihre extreme Überlastbarkeit bei der Nachfrage Leistungsspitzen . Durch den heute üblichen geschlossenen Kreislauf von Dampf und Kondensat ergibt sich emissionsarme Schmierung von Zylinder und Kolben der

Eine Weiterentwicklung der Dampfmaschine stellt der Dampfmotor dar. Diese Antriebsmaschine kann hinsichtlich ihrer und Zylinderanzahl aus einem Baukasten zusammengestellt werden und wird genutzt wenn einem thermischen Prozess eine größere Menge Abdampf der noch wirtschaftlich genutzt werden soll.

Eine modernere Maschine zur Nutzung von mit hohem Wirkungsgrad ist die Dampfturbine die zum Beispiel bei Wärmekraftwerken zum Einsatz kommt. Bei Kraftwerksanlagen wird Abdampf hinter der Turbine kondensiert um gegen Vakuum zu arbeiten und nicht gegen den Luftdruck.

Eine weitere Kolbenmaschine zur Ausnutzung thermischer ist der Stirlingmotor der die Energie genau wie bei einer Dampfmaschine durch einen Kreisprozess umsetzt.

Weiterführende Links

Weiterführende Literatur

  • Die Geschichte der Dampfmaschine Historische Entwicklungen Industriegeschichte - Technische Denkmale Autoren: Otfried Wagenbreth Dützsch Albert Gieseler Aschendorff-Verlag Münster ISBN 3-402-05264-4
  • Die Maschine Geschichte - Elemente - Autor: Sigvard Strandh Herder Verlag ISBN 3-451-18873-2
  • Umwelt: Technik 9 von Gerhard Hessel Kornaker und Rainer Schönherr aus dem Ernst Schulbuchverlag
  • Physik mit SI-Einheiten (Gesamtausgabe) von Walz dem Schroedel Verlag
  • Tempora aus dem Klett Verlag (Internet)
  • Technik leicht verständlich Fachredaktion Technik des Instituts unter Leitung von Johannes Kunsemüller aus Fackel-Buchklub
  • Bewegungssignale Maschinen und Welten(Zeitschrift zum Jahr Technik) von Lucian Haas Tim Schröder und Wimmer

siehe auch: Flächenschaden Verbundwirkung



Bücher zum Thema Dampfmaschine

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