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Kette und die Stange E mit dem Kolben in Verbindung steht und zugleich das Pumpengestänge I herabdrückt, in die Höhe gezogen wird. Alsdann wird der Dampfzutrittshahn C geschlossen und aus dem Gefäß [* 2] L Wasser durch Rohr P in den Cylinder gespritzt, wobei eine Kondensation des Dampfes eintritt und infolge des im Cylinder entstehenden Vakuums der Kolben durch den Luftdruck herniedergedrückt wird, so daß das Gegengewicht mit dem Pumpengestänge gehoben wird. RS ist ein Ableitungsrohr für das Kondensationswasser, M das Gestänge zu einer kleinen Pumpe, [* 3] die mittels des Druckrohrs N das Reservoir L gefüllt erhält. An dieser Maschine [* 4] geschah das Öffnen und Schließen der Hähne durch einen Arbeiter, ein solcher (Potter mit Namen) verband die Hähne durch Schnüre mit bewegten Maschinenteilen und erfand so die selbstthätige Steuerung.
Bis 1770 erhielt sich die Dampfmaschine [* 5] wesentlich auf diesem Standpunkt, und es war James Watt vorbehalten, sie durch die glänzendsten Erfindungen auf eine ungleich höhere Stufe und zu einem solchen Grade der Vollkommenheit zu bringen, daß man selbst bis auf den heutigen Tag nicht im stande gewesen ist, größere, bedeutsamere und sehr wesentliche Verbesserungen in den Hauptteilen der Maschine anzubringen. Watt war der Schöpfer der Dampfmaschine von der Form und Einrichtung, wie sie jetzt allgemein benutzt wird.
Bei seiner ersten, 1768 erbauten Maschine bewirkte der Dampf [* 6] zugleich durch Druckwirkung und Erzeugung eines Vakuums durch Kondensation den Niedergang des Kolbens, während er durch Gegengewichte wieder in die Höhe gezogen wurde; die Kondensation fand in einem besondern Kondensator [* 7] statt. Solche Maschinen wurden namentlich in den Bergwerken von Cornwall zur Wasserhaltung angewendet und sind noch bis vor kurzem unter dem Namen Cornwall-Maschinen im Betrieb gewesen.
Schon 1769 trug sich Watt mit der Idee einer Expansionsmaschine, brachte dieselbe jedoch erst 1778 zur Ausführung. 1778 und 1779 kam Watt auf den Gedanken, Kurbel, [* 8] Lenkstange und Schwungrad auch bei der Dampfmaschine anzuwenden; da er aber mit der Sicherung durch ein Patent zögerte, so kamen ihm andre zuvor, und er sah sich lange auf die von ihm erfundene Sonnen- und Planetenradanordnung beschränkt. Im J. 1774 hatte er dem Unterhaus die Zeichnung einer doppelt wirkenden Dampfmaschine vorgelegt, und 1782 brachte er eine solche zur Ausführung.
Zwei Jahre später erfand er das Parallelogramm, [* 9] und gleichzeitig ließ er sich die Anwendung des Zentrifugalpendels patentieren, dessen man sich schon früher bei englischen Windmühlen bedient hatte. Durch alle diese Verbesserungen war die Dampfmaschine über die einseitige Verwendung in den Bergwerken hinausgehoben; es war ihr ein neues, unabsehbares Feld eröffnet, und bald bürgerte sie sich nun auch in Baumwollspinnereien, Bierbrauereien, Mühlen, [* 10] Walzwerken etc. ein.
Ungemein schnell verbreiteten sich die Dampfmaschinen [* 11] auf den britischen Inseln; Watt hatte sich 1769 mit Boulton associiert, und aus ihrer Fabrik in Soho bei Birmingham [* 12] gingen die ersten Dampfmaschinen hervor. Im J. 1776 wurde die erste große Maschine von 50 Zoll Kolbendurchmesser für ein Wasserpumpwerk bei Tipton in Staffordshire geliefert, 1778 eine ähnliche von 58 Zoll für Ketley in Shropshire. Die erste Dampfmaschine für die Manchester-Baumwollspinnerei lieferte Watt 1782 an Arkwright.
Schon 1810 wurde die Zahl der in Großbritannien [* 13] arbeitenden Dampfmaschinen auf 5000 geschätzt. In Frankreich baute Périer 1780 die erste Dampfmaschine nach Watts System, aber 1810 zählte man erst 200 Dampfmaschinen. In Preußen [* 14] wurde die erste Dampfmaschine 1788 in Tarnowitz [* 15] zum Wasserheben aufgestellt. Die zweite folgte 1822 in der Berliner [* 16] königlichen Porzellanmanufaktur, und erst von 1830 an datiert die allmählich zunehmende Verwendung der Dampfkraft. Hannover [* 17] erhielt 1832, Württemberg [* 18] 1841 die erste Dampfmaschine. Schon 1799 ersetzte Murdock in der Soho-Fabrik die Ventile der Steuerung durch einen Schieber, und Murray in Leeds [* 19] führte den Muschelschieber und die exzentrische Scheibe ein und lieferte die erste Dampfmaschine ohne Balancier. [* 20]
Die erste wirklich brauchbare Hochdruckmaschine baute der Amerikaner Evans zum Betrieb einer Getreidemahlmühle, und in England wurde eine solche von Trevithick und Vivian 1802, zunächst nur als transportable Maschine, bald aber auch in vielseitigen andern Anordnungen, gebaut. Seit dieser Zeit kam die Hochdruckmaschine nicht wieder außer Gebrauch; die verhältnismäßig günstigen Resultate, welche sie lieferte, wurden zunächst Hauptveranlassung, daß man eine bereits 1781 von Hornblower versuchte Anordnung weiter ausbildete, nämlich Maschinen mit zwei Cylindern von verschiedener Weite, in denen der Dampf zunächst gegen den Kolben des kleinern, dann gegen den Kolben des größern Cylinders wirkte und zuletzt kondensiert wurde.
Hornblower scheiterte mit seiner Idee an den Patentrechten Watts; dagegen lieferte Woolf 1804 nach dem Erlöschen des Wattschen und des Hornblowerschen Patents Zweicylindermaschinen. Maudslay lieferte 1807 Dampfmaschinen ohne Balancier von einer bis dahin unbekannten Symmetrie und Eleganz, welche überall großen Beifall ernteten. Eine oszillierende Dampfmaschine führte Murdock 1785 im Modell aus; praktische Anwendung fand sie aber erst 1820 durch Cavé in Paris [* 21] und 1822 durch Manby in England. Direkt wirkende Maschinen mit unbeweglichem, liegendem Cylinder wurden zuerst 1801 von Symington gebaut; doch stand ihrer weitern Ausbreitung vorderhand das unbegründete Vorurteil im Weg, daß sich die Cylinder einseitig ausarbeiten und die Kolben schwerer dicht zu erhalten sein würden. Erst nach
[* 1] ^[Abb.: Fig. 30. Newcomens Dampfmaschine.] ¶
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1831, wo Stephenson angefangen hatte, bei seinem damaligen Dampfwagen ausschließlich Maschinen mit horizontalem Cylinder zu benutzen, kam man zu andern Ansichten und freilich auch zu zweckmäßigern Konstruktionen, und heute gehören die liegenden Maschinen zu den beliebtesten und bewährtesten. Die letzten Jahrzehnte haben namentlich eine sehr weit getriebene und glückliche Ausarbeitung aller Details gebracht; es sind zahlreiche neue Konstruktionen angegeben worden, und vorzüglich hat sich der Erfindungsgeist auf die Expansionsvorrichtungen geworfen, während man in allerneuester Zeit besonders auf die Verbesserung der zweicylindrigen Expansionsmaschinen und namentlich der Receivercompoundmaschinen hindrängt.
Die ersten Maschinen, welche eine Leistungsfähigkeit von 100 Pferdekräften besaßen, erregten großes Aufsehen, während man gegenwärtig sehr viel größere Maschinen mehrfach in Betrieb gesetzt hat. Zur Trockenlegung des Haarlemer Meers wurden drei Woolfsche Dampfmaschinen aufgestellt, deren Cylinder ja 2,2 und 3,76 m Durchmesser hatten, mit 350 bis 500 Pferdekräften arbeiteten und pro Kolbenschub mittels Pumpen [* 23] von 3 m Hub 66 cbm Wasser durchschnittlich 5 m hoch hoben.
Diese Maschinen haben in zehn Jahren 45,000 Acres Land trocken gelegt und im ganzen etwa 8000 Mill. cbm Wasser fortgeschafft. Das englische Schiff [* 24] Leviathan erhielt für den Räderbetrieb eine viercylindrige Dampfmaschine von ca. 1200 Pferdekräften und zum Schraubenbetrieb gleichfalls eine viercylindrige Maschine, die 2500 Pferdekräfte entwickeln soll. Die Maschinen des Panzerschiffs König Wilhelm aber besitzen 8664 Indikatorpferdekräfte. Man hat die Gesamtstärke aller Dampfmaschinen der Erde vor zehn Jahren (wohl etwas zu hoch) auf 15 bis 20 Mill. Pferdekräfte geschätzt; dies ist etwa 30mal soviel wie die absolute Arbeitsstärke, welche der Rhein vom Bodensee bis zum Meer entwickelt; dagegen ist die Arbeitsstärke des Niagara auf einer kurzen Strecke seines Laufes (Stromschnellen und Fall) zu 12,5 Mill. Pferdekräfte, d. h. zu etwa 0,66 der Stärke [* 25] sämtlicher Dampfmaschinen der Erde, geschätzt worden.
Alle diese Maschinen, um den Niagarafall geschart, würden bei 16stündiger täglicher Arbeit kaum imstande sein, dessen Wassersturz wieder auf die Höhe der Stromschnellen zu schaffen. Erscheint bei solchem Vergleich die benutzte Dampfkraft geringfügig, so zeigt doch eine andre Betrachtung sehr bald, welche eminente Bedeutung sie für die Menschheit besitzt. Die 1000 Mill. Menschen, welche auf der Erde leben, würden im günstigsten Fall 70 Mill. Arbeiter stellen können, und diese würden bei täglich zwölfstündiger angestrengter Arbeit noch nicht ganz 12 Mill. Pferdekräfte, also etwa. 0,66 von dem, was die Dampfmaschinen leisten, repräsentieren. Da nun aber thatsächlich noch nicht 7 Mill. Menschen industriell arbeiten, so haben die Dampfmaschinen schon jetzt die wirklich geleistete industrielle Arbeit des Menschengeschlechts sehr weit überholt.
Leider stehen aber auch unsre besten Dampfmaschinen in der Ausnutzung der durch Verbrennung der Kohle erzeugten Wärme [* 26] noch auf sehr niedriger Stufe, und jene Leistung wird daher nur mit einem verhältnismäßig ganz enormen Aufwand von Brennmaterial erzielt. 1 kg Steinkohle ergibt bei seiner Verbrennung etwa 12,000 Wärmeeinheiten, deren jede 1 kg Wasser um 1° C. zu erwärmen vermag und 424 Meterkilogramm Arbeitsleistung entspricht, so daß man bei Verbrennung von 1 kg Steinkohle theoretisch 12,000 . 424 = 2,544,000 Meterkilogramm erhält. Die besten Dampfmaschinen geben jedoch von 1 kg Kohle ca. 810,000 Meterkilogramm, also etwa 16 Proz. des theoretischen Effekts, während z. B. Wassermotoren ca. 75 Proz. Nutzeffekt ergeben.
Die Dampfmaschine hat auf die gesamte Industrie einen ungeheuern Einfluß ausgeübt, ja sie hat dieselbe gewissermaßen erst geschaffen, indem sie den Gewerben eine Vergrößerung des Arbeitsvermögens bot und sofort eine bedeutende Erhöhung der Leistungen hervorbrachte. Sie veranlaßte eine Verbesserung der Werkzeuge, [* 27] welche durch sie in Bewegung gesetzt wurden, und führte zur Erfindung neuer Arbeitsmaschinen, durch deren vorzügliche Produkte sie selbst wieder an Vollendung gewann.
An der Erfindung der Dampfmaschine haben alle Nationen Anteil, aber vor allen hat England mit erstaunlicher Rührigkeit die Verwertung der neuen Idee betrieben. Der gesamte Maschinenbau lag anfangs fast ausschließlich in seinen Händen, und erst allmählich gelangte Frankreich und noch später Deutschland [* 28] zu selbständiger Bethätigung. In der Folge sind viele sehr wesentliche Vervollkommnungen in beiden Ländern ersonnen worden, und der Maschinenbau hat sich auch in ihnen schnell zu hoher Blüte [* 29] entfaltet.
Cavé in Paris und Borsig in Berlin [* 30] müssen als die hervorragendsten Industriellen auf diesem Gebiet genannt werden. Auch Amerika [* 31] hat sich an der Entwickelung des Maschinenwesens lebhaft beteiligt und sich dabei durch eine originelle Auffassung der Konstruktionen hervorgethan. Wenn aber England seine Führerschaft in der neuesten Zeit mehr und mehr verloren hat, so hat es dies hauptsächlich der mindern Berücksichtigung wissenschaftlicher Hilfsmittel zuzuschreiben.
Die Dampfmaschine ist Schritt für Schritt mit dem Fortschreiten der Wissenschaften ausgebildet worden; sie hat auch durch die neuesten Forschungen in der Physik gewonnen, und es ist mehr als wahrscheinlich, daß die neue Wärmelehre die Dampfmaschine oder allgemeiner die Wärmemaschine in neue, von den gegenwärtigen auf das vorteilhafteste sich unterscheidende Bahnen leiten werde. In Deutschland und Frankreich ist die wissenschaftliche Seite der Dampfmaschine mit besonderm Eifer gepflegt worden, und Poncelet, Navier, Pambour, Redtenbacher, Zeuner, G. Schmidt u. a. haben sich in dieser Hinsicht große Verdienste erworben.
Über die Entwickelung der Dampfmaschinenindustrie in Preußen gibt folgende Tabelle Aufschluß:
|Jahr||Dampfmaschinen (Inkl. Schiffsmaschinen und Lokomotiven)||Pferdekräfte|
|1837||423||7514|
|1840||634||12279|
|1843||1090||27241|
|1846||1491||41130|
|1849||1969||67150|
|1852||2833||92476|
|1855||4085||161774|
|1861||8685||365631|
|1878||37320||2891867|
In Deutschland waren am Beginn des Jahrs 1879, mit Einschluß der Maschinen von 92 Kriegsdampfern und 10,398 Lokomotiven, 1165 Dampfschiffe, 70,185 Dampfkessel [* 32] und 65,170 Dampfmaschinen mit 4,510,637 Pferdekräften à 75 Meterkilogramm Leistung in der Sekunde vorhanden. In Frankreich zählte man 1869: 32,891 Dampfmaschinen mit 1,720,244 Pferdekräften, in England 1870-72: 52,440 Dampfmaschinen mit 3,336,267 Pferdekräften, während 1870-73 die Dampfmaschinen in den Vereinigten Staaten [* 33] von Nordamerika [* 34] die Zahl 53,124 mit 3,818,310 Pferdekräften erreichten. Sehr interessant ist die Verteilung der Dampfkraft auf die verschiedenen Gewerbszweige, wie sie für Preußen 1878 folgendermaßen ermittelt wurde: ¶