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Dampfmaschinen - Referat
Die Dampfmaschine gilt als erste und wichtigste Erfindung im 18 Jahrhundert. Im allgemeinen ist sie eine Wärmekraftmaschine, die Wärmeenergie teilweise in mechanische Arbeit umwandelt.
Die ersten Anwendungen der „Kraft“ des Wasserdampfes liegen schon weit zurück:
Im Jahr 50 n. Chr. konstruierte der griechische Mathematiker, Naturphilosoph und Mechaniker Heron von Alexandria beispielsweise einen Kessel mit zwei Rohren, der bei Dampfaustritt zu rotieren begann. Diese erste „Dampfmaschine“ funktionierte nach dem Prinzip unserer heutigen rotierenden Rasensprenger, fand aber keine Anwendung.
Bereits 1690 und 1698 bauten Denis Papin und Thomas Savery unabhängig voneinander die ersten Dampfmaschinen. Saverys Maschine wurde in einem Bergwerk eingesetzt, war allerdings noch zu unausgereift um den gewünschten Erfolg zu bringen. Die erste im größeren Stil verwertbare Dampfmaschine wurde 1712 von Thomas Newcomen in England gebaut.
Sie 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 schottische Ingeneur James Watt wird oft fälschlicherweise die Erfindung der Dampfmaschine zugeschrieben. Er verbesserte 1764 aber lediglich den Wirkungsgrad der Newcomenschen Dampfmaschine erheblich, da diese zu viel Kohle verbrauchte.
Um den Dampf zu kondensieren musste Newcomen Wasser in den Zylinder einspritzen, was nicht nur eine Kondensation des Dampfes sondern auch eine Abkühlung des gesamten Zylinders bedeutete und mit hohen Energieverlusten verbunden war. Um dies zu vermeiden führte Watt seine wichtigste Neuerung ein, den Kondensator. Damit entfiel das energiezehrende Aufheizen und Abkühlen des Zylinders, da die Kondensation in einem vom Zylinder getrennten, stets gekühlten Gefäß stattfand. Darüber hinaus baute Watt an den Kondensator eine Pumpe, welche die Luft und warmes Wasser (das später wieder dem Kessel zugeführt wurde) aus dem Kondensator absaugte. Auf diese Weise entstand ein Unterdruck im Kondensator, der den Betrieb der Maschine wesentlich verbesserte. Durch eine wärmedämmende Ummantelung des Zylinders wurden weitere Energieverluste vermieden.
Wattsche erste Konstruktion war die „einfach wirkende“ Dampfmaschine, die folgender Maßen funktioniert:
Dies ist die Ausgangsposition
Bild
1-3:
Einlass- und Auslassventil sind offen, das Ausgleichsventil ist geschlossen. Heißer Dampf strömt vom Kessel, drückt den Kolben nach unten (dies wird durch den Unterdruck im Kondensator noch unterstützt). Der heiße Dampf verrichtet unter allmählicher Abkühlung Arbeit (Arbeitstakt). Der noch vom vorangegangen Takt vorhandene kalte Dampf wird in den Kondensator geschoben.
4-6:
Einlass- und Auslassventil sind geschlossen, das Ausgleichsventil ist offen. Es kann ein Druckausgleich zwischen dem Raum oberhalb und unterhalb des Kolbens erfolgen. Der nicht im Gleichgewicht befindliche Balancier zieht den Kolben wieder nach oben.
Watts verbesserte Dampfmaschine verbrauchte im Vergleich zu der von Newcomen nur ein viertel der Kohlenmenge.
Die "zweifach wirkende" Dampfmaschine
Aufgrund ihrer Konstruktion kam die "einfach wirkende" Dampfmaschine fast ausschließlich als Pumpenantrieb zum Einsatz. Mit der zunehmenden Industrialisierung war man jedoch an einer universell einsetzbaren, gleichmäßig laufenden Betriebsmaschine interessiert. Diese Forderung erfüllte Watt indem er bei der zweifach wirkenden Maschine die Räume über und unter dem Kolben abwechselnd mit dem Kondensator verbindet. So kann er beide Kolbenbewegungen als Arbeitshübe nutzen. Ein Gewicht zum Hochziehen des Kolbens ist nicht mehr nötig, der Balancier konnte entfallen.
Diese neue leistungsfähige Dampfmaschine leitete eine Entwicklung, die als „Industrielle Revolution“ bekannt ist. Im 19. Jahrhundert wurde die Dampfmaschine der wichtigste Antrieb für Industriemaschinen wie Webstühle oder Spinnmaschinen. Sogar als Antrieb in Verkehrsmitteln diente sie. Im Jahr 1825 fuhr z. B. in England der erste dampfbetriebene Zug. Zehn Jahre später, am 7.12.18335, wurde die erste deutsche Eisenbahnlinie zwischen Fürth und Nürnberg eröffnet.
Ende des 19.Jhd. Und während dem 20.Jhd. wurde die Dampfmaschine aber nach und nach verdrängt, allerdings hat im 20.Jhd. Die Dampfmaschine einen „Nachfolger“ bekommen. Die Dampfturbine .
Die Idee der Dampfturbine hatte bereits Giovanni Branca im Jahre 1629. Die ersten einsetzbaren Dampfturbinen entwickelten aber der Schwede Carl Gustav Patrik de Laval 1883
und der Engländer Charles Parsons.
Die heutige Form der Dampfturbine hat allerdings eine lange Entwicklung hinter sich. Auf einer gemeinsamen Achse sind mehrere Laufräder angeordnet. Dazwischen befinden sich feststehende Leitgitter. Der Dampf wird jeweils über ein Leitgitter so auf das dahinter leigende Laufrad gelenkt, dass er dieses wieder im optimalen Winkel anströmt. Der Dampf gibt so in mehreren Stufen Energie an die Turbine ab. Von Stufe zu Stufe nehmen Temperatur und Druck des Dampfs ab. Der Druck nimmt dabei aber viel stärker ab als die Temperatur, sodass das Volumen zunimmt. Deshalb werden auch die Laufräder immer größer gebaut. Dampfturbinen sind heute vorallem in Kraftwerken zum Antrieb der Generatoren und in großen Schiffen im Einsatz. Zur Dampferzeugung werden Kohle, Öl oder Gas verbrannt oder Kernreaktoren genutzt.
Dieses Referat wurde eingesandt vom User: Itsme345
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