Steam Engine Puzzle
Eine Dampfmaschine ist eine Wärmekraftmaschine, die mit Dampf als Arbeitsmedium mechanische Arbeit verrichtet.
Die Verwendung von kochendem Wasser zur Erzeugung mechanischer Bewegungen reicht mehr als 2000 Jahre zurück, doch die ersten Geräte waren nicht praktikabel. Der spanische Erfinder Jerónimo de Ayanz y Beaumont patentierte 1606 die erste Dampfmaschine. Im Jahr 1698 patentierte Thomas Savery eine Dampfpumpe, die Dampf in direktem Kontakt mit dem gepumpten Wasser verwendete. Die Dampfpumpe von Savery nutzte kondensierenden Dampf, um ein Vakuum zu erzeugen und Wasser in eine Kammer zu saugen, und setzte dann unter Druck stehenden Dampf ein, um das Wasser weiter zu pumpen. Die atmosphärische Maschine von Thomas Newcomen war die erste kommerzielle echte Dampfmaschine mit Kolben und wurde 1712 zum Pumpen in einem Bergwerk eingesetzt.
Im Jahr 1781 patentierte James Watt eine Dampfmaschine, die eine kontinuierliche Drehbewegung erzeugte.[1] Watts Zehn-PS-Motoren ermöglichten den Antrieb einer breiten Palette von Fertigungsmaschinen. Die Motoren könnten überall dort aufgestellt werden, wo Wasser und Kohle oder Holzbrennstoff gewonnen werden könnten. Bis 1883 waren Motoren mit einer Leistung von 10.000 PS realisierbar.[2] Dampfmaschinen könnten auch in Fahrzeugen wie Traktionsmotoren und Eisenbahnlokomotiven eingesetzt werden. Die stationäre Dampfmaschine war eine Schlüsselkomponente der industriellen Revolution und ermöglichte es Fabriken, dort anzusiedeln, wo keine Wasserkraft verfügbar war.
Dampfmaschinen sind externe Verbrennungsmotoren,[3] bei denen das Arbeitsmedium von den Verbrennungsprodukten getrennt ist. Es können nicht verbrennende Wärmequellen wie Solarenergie, Kernkraft oder Geothermie genutzt werden. Der ideale thermodynamische Zyklus, der zur Analyse dieses Prozesses verwendet wird, wird Rankine-Zyklus genannt. Im Kreislauf wird Wasser erhitzt und in einem unter hohem Druck arbeitenden Kessel in Dampf umgewandelt. Bei der Expansion durch Kolben oder Turbinen wird mechanische Arbeit verrichtet. Der unter vermindertem Druck stehende Dampf wird dann kondensiert und zurück in den Kessel gepumpt.
Im allgemeinen Sprachgebrauch kann sich der Begriff „Dampfmaschine“ entweder auf integrierte Dampfanlagen (einschließlich Kessel usw.) wie Eisenbahndampflokomotiven und tragbare Maschinen beziehen, oder er kann sich nur auf die Kolben- oder Turbinenmaschinen beziehen, wie bei der Strahlmaschine und der stationären Dampfmaschine. Spezialgeräte wie Dampfhämmer und Dampframmen sind auf die Dampfzufuhr aus einem separaten Kessel angewiesen. Dampfmaschinen mit hin- und hergehenden Kolben blieben bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts die vorherrschende Energiequelle, als Fortschritte in der Konstruktion von Elektromotoren und Verbrennungsmotoren nach und nach dazu führten, dass die Dampfmaschinen mit hin- und hergehenden Kolben im kommerziellen Einsatz ersetzt wurden und Dampfturbinen bei der Stromerzeugung den Vormarsch erlangten.[4] Wenn man bedenkt, dass der Großteil der weltweiten Stromerzeugung durch Dampfmaschinen vom Turbinentyp erzeugt wird, setzt sich das „Dampfzeitalter“ mit einem Energieniveau fort, das weit über dem der Wende des 19. Jahrhunderts liegt.
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