Hier wird die Dampftechnik im Allgemeinen und im Speziellen beschrieben. Interessenten, die sich als Autoren versuchen möchten, sind herzlich aufgefordert ihre Manuskripte per Mail einzureichen.
Die 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 (Aeolipile).
Es folgten einige weitere Versuche, die alle 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 Wassers in einem Bergwerk. Diese so genannte atmosphärische Dampfmaschine erzeugte durch Einspritzen von Wasser in einen mit Dampf gefüllten Zylinder einen Unterdruck gegenüber der Atmosphäre. Mit diesem Druckunterschied wurde der Kolben im Arbeitstakt vom atmosphärischen Luftdruck nach unten gedrückt und anschließend durch das Eigengewicht der anzutreibenden Pumpenstange wieder nach oben in die Ausgangsposition gezogen. Die Kraftübertragung zwischen Kolbenstange und Balancier erfolgte mittels einer Kette. Der Wirkungsgrad der Newcomenschen Maschine lag bei 0,5 Prozent.
James Watt, dem oft fälschlicherweise die Erfindung der Dampfmaschine zugeschrieben wird, verbesserte den Wirkungsgrad der Newcomen’schen Dampfmaschine erheblich, indem er ab 1769 einerseits den Abkühlvorgang aus dem Zylinder heraus in einen separaten Kondensator verlagerte, andererseits den Kolben abwechselnd von der einen und der anderen Seite mit Dampf beschickte – und auf der jeweils gegenüberliegenden Seite den Auslass zum Kondensator öffnete. So konnte Watt auf das mechanische Rückführen des Kolbens verzichten, und die Maschine bei beiden Kolbenhüben Arbeit verrichten lassen. Zusammen mit der Erfindung des Watt’schen Parallelogramms war es möglich, die Maschine ein Schwungrad drehen zu lassen. James Watt bezeichnete diese Erfindung als seine bedeutendste; sie gilt auch heute noch als Musterbeispiel für die Lösung der Aufgabe, eine kreisförmige Bewegung in eine geradlinige nur mit Hilfe von Drehgelenken umzuwandeln.
James Watt gilt als Entdecker des Nutzens der Dampfexpansion. Bei der Dampfmaschine wird dieser Effekt durch ein vorzeitiges Schließen der Ventile erreicht; dadurch wird die Zuführung von Dampf in den Zylinder unterbrochen, während der darin eingeschlossene Dampf weiter Arbeit leistet. Weiterhin führte James Watt den Fliehkraftregler zur Geschwindigkeitsregulierung seiner Maschine ein. Vorher war dieses Maschinenelement bereits beim Bau und Betrieb von Mühlen eingesetzt worden. Um die Fähigkeit seiner Dampfmaschinen zu demonstrieren, erfand Watt die Leistungseinheit Pferdestärke. Die wattsche Dampfmaschine ersparte durch diese Verbesserungen gegenüber ihren Vorgängern ein Vielfaches der Wärmeenergie, die zum Betrieb der Maschine notwendig war. Der Wirkungsgrad der Watt’schen Maschine erreichte schließlich 3,0 Prozent.
Mit seinem kaufmännischen Teilhaber Matthew Boulton verkaufte er seine Maschinen jedoch nicht, sondern stellte sie seinen Kunden zur Verfügung, um sich einen Teil der eingesparten Brennstoffkosten auszahlen zu lassen. Damit war eine frühe Form des Maschinenleasings geboren.
Die Hochdruckdampfmaschine wurde 1784 von Oliver Evans konstruiert. Das erste Exemplar wurde von ihm jedoch erst 1812 gebaut. Ihm zuvor kam Richard Trevithick, der 1801 die erste Hochdruckdampfmaschine in ein Straßenfahrzeug einbaute. Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit der Hochdruckdampfmaschinen war der Fortschritt in der Metallherstellung und -bearbeitung zu dieser Zeit, denn in Hochdruckmaschinen müssen die Maschinenteile sehr passgenau sitzen. Außerdem bestand die Gefahr der Explosion des Kessels.
Wo die erste Dampfmaschine Deutschlands stand, ist strittig. Eine der ersten Dampfmaschinen Deutschlands stand 1793 in Eschweiler und wurde dort für die Wasserhaltung im Bergbau eingesetzt. 1803 baute Franz Dinnendahl die erste Dampfmaschine im Ruhrgebiet. Hergestellt in England, wurde sie auf der Zeche Vollmond in Bochum-Langendreer in Betrieb genommen. Im Mansfeld-Museum steht die erste deutsche Dampfmaschine Wattscher Bauart, die auf dem König-Friedrich-Schacht bei Hettstedt im Jahr 1785 in Betrieb genommen wurde. Die Maschine kann in Bewegung vorgeführt werden. Auch das oberschlesische Tarnowitz sonnt sich in diesem Ruhm. Hier wurde angeblich am 19. Januar 1788 die erste Dampfmaschine auf dem europäischen Festland in Betrieb genommen. Sie diente zur Entwässerung der Tarnowitzer Bergwerke.
Mit diesen Entwicklungen wurden Dampfmaschinen ab der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts nun auch wirtschaftlich.
Die kontinuierliche Weiterentwicklung der druckbetriebenen Dampfmaschine, die zuerst mit so genanntem „Sattdampf„ arbeitete, führte über die einzylindrige Heißdampfmaschine zur zwei- oder dreizylindrischen Compound-Maschine und zuletzt zur mehrzylindrischen Heißdampf-Hochdruck-Dampfmaschine, wie sie von Kemna angeboten wurde. Bei der Sattdampfmaschine befinden sich im Kessel alle Siederohre für die Dampferzeugung im Wasserbett, die Heißdampfmaschine besitzt ein zweites Röhrensystem, das vom Feuer oder den heißen Rauchgasen bestrichen wird. Dadurch wird der Dampf „überspannt“ und erreicht Temperaturen um 350 Grad Celsius.
Die Compound-Maschine oder Verbund-Maschine besitzt einen Hochdruckzylinder mit kleiner Bohrung und einen oder mehrere in Serie geschaltete(n) Niederdruckzylinder. Der als Heißdampf in den Hochdruckzylinder eingespeiste, nunmehr teilentspannte und kühlere entweichende Dampf hat immer noch genug Arbeitsvermögen, um den mit einer wesentlich größeren Bohrung versehenen Niederdruckzylinder zu betreiben. Dabei wird versucht, die Zylinderbohrungen so abzustimmen, dass das erzeugte Drehmoment beider Zylinder auf die Kurbelwelle etwa gleich ist. Auch muss das Volumen beider Zylinder auf die Drehzahl der Dampfmaschine abgestimmt sein, damit die Entspannung des Dampfes auf beide Zylinder verteilt wird. Compound-Maschinen gab es im Gleichlauf (beide Kolbenstangen gehen gleichzeitig in die gleiche Richtung) und im Gegenlauf (Kurbelwellenkröpfung um 180 Grad versetzt). Kemna baute ab 1908 Dampfmaschinen mit zwei Hochdruckzylindern.
Die besten Maschinen hatten bereits um 1910 einen sehr hohen Wirkungsgrad und erreichten mit Steinkohle mittlerer Güte einen Verbrauch von etwa 0,5 kg/PS-Stunde.
Frühe Anwendungen der Dampfmaschinen fanden sich in der Textilindustrie zum Antrieb von Textilmaschinen und im Bergbau zur Wasserhaltung. Es folgten Dampflokomotiven, Dampfschiffe sowie Lokomobilen und Lkw. Auch das erste Luftschiff wurde 1852 von einer Dampfmaschine angetrieben. Die industrielle Revolution wurde durch die Dampfmaschine erst ermöglicht.