delcha wallsworth wahkunah
Florene Pothoven
Es handelt sich hierbei um das Original einer kolorierten technischen Zeichnung der Maschinenfabrik Kinne, die in den Musealen Sammlungen des Montanhistorischen Dokumentationszentrums (montan.dok) beim Deutschen Bergbau-Museum Bochum aufbewahrt wird (montan.dok 037000111001). Die Zeichnung im Format 526 x 725 mm gelangte ber eine Schenkung des langjhrigen Museumsdirektors Prof. Dr. Rainer Slotta in die Sammlung.
Die ersten Maschinen im deutschen Steinkohlenbergbau lassen sich 1793 im Aachener Revier und kurz darauf auch im Ruhrgebiet nachweisen. Im Jahr 1802 wurde auf der Zeche Vollmond in Bochum Werne, die bis dahin erste Dampfmaschine zur Wasserhaltung installiert. Weitere Steinkohlenzechen, wie 1819 im schsischen Freital, folgten. Den eigentlichen Durchbruch dieser neuen Technologie hin zum industriell betriebenen Bergbau bedeutete aber erst das Erreichen groer Abbautiefen, das erstmals Franz Haniel (1779-1868) mit dem Durchstoen der Mergelschicht 1832 gelang. Von da an setzten sich Dampfmaschinen als Standard in der Wasserhaltung und bald auch in der Frderung durch.
Wurden bis dahin Dampfmaschinen fr den jeweiligen Einsatzort einzeln angefertigt, so nderte sich dies in den 1820er-Jahren: Von nun an waren es auf ihren Bau spezialisierte Konstrukteure wie Franz Dinnendahl (1775-1826) in Essen und Friedrich Harkort (1793-1880) in Wetter a. d. Ruhr, die mit ihren Maschinenfabriken die steigende Nachfrage seitens der Industrie erfllten.
Die Maschine unseres aktuellen Objekts des Monats kam auf der Braunkohlengrube Gute Friederike bei Asendorf, heute ein Ortsteil der sdwestlich von Halle/Saale gelegenen Gemeinde Teutschenthal, zum Einsatz. Um die Mitte des 19. Jahrhunderts befand sich Asendorf inmitten eines prosperierenden Braunkohlenreviers, in dem der Abbau der hier vorkommenden Tertirvorkommen bereits seit dem 14. Jahrhundert belegt ist. Stand am Anfang die Verwendung der bitumenreichen Kohle fr die Salzsiederei, so fand sie im Zeitalter der Industrialisierung den Weg in Schwelereien, Brikettfabriken und in die zahlreichen Paraffin- und Minerallfabriken rund um Halle/Saale. Grter Montanunternehmer im mitteldeutschen Braunkohlenbergbau war dabei der ab 1866 in Halle/Saale ansssige Carl Adolph Riebeck (1823-1883), der einen groen Teil der Kohlengruben dieses Reviers erwarb. Der industrielle Aufschwung verdankte sich nicht zuletzt auch der 1839/40 erffneten Eisenbahnstrecken Magdeburg-Halle-Leipzig sowie der von Halle nach Erfurt aus dem Jahr 1847.
Voraussetzung fr diesen Aufstieg zum in dieser Zeit fhrenden deutschen Braunkohlenrevier war die Privatisierung des fiskalischen Bergbaus in Sachsen und die Zuschlagung von Teilen Kursachsens, darunter eben auch Halle/Saale, an Preuen nach 1815. Kapitalgesellschaften ermglichten nach 1850 eine grundlegende Modernisierung der Gruben, auf denen nun Dampfmaschinen zum Einsatz kamen und die auf maschinelle Wagenfrderung und Haspelantrieb umstellten. Um an die profitablen teerreichen Kohlen zu gelangen, erwies sich zu dieser Zeit noch der Tiefbau gegenber dem Tagebau als wirtschaftlicher, da hier die aufwendige und teure Abtragung und Aufhaldung der Deckgebirge entfiel.
Bogen, Steffen: Reprsentative Maschinenzeichnungen und Perspektivkunst. Zur Verbindung neuzeitlicher Malerei mit graphischen Sprachen der Technik, in: Heler, Martina (Hrsg.): Konstruierte Sichtbarkeiten. Wissenschafts- und Technikbilder seit der Frhen Neuzeit, Mnchen 2006, S. 131-152.
Verein fr die bergbaulichen Interessen im Oberbergamtsbezirk Dortmund in Gemeinschaft mit der Westflischen Berggewerkschaftskasse und dem Rheinisch-Westflischen Kohlesyndikat (Hrsg.): Die Entwickelung des Niederrheinisch-Westflischen Steinkohlen-Bergbaues in der zweiten Hlfte des 19. Jahrhunderts, Bd. 4: Gewinnungsarbeiten, Wasserhaltung, Berlin 1902.
Eine andere mit Dampf betriebene Wrmekraftmaschine ist die Dampfturbine, die schon ohne einen die Bewegungsart ndernden Folgemechanismus (Getriebe) die Wrmeenergie des Dampfs in Rotationsenergie umwandelt.
Die Kolbendampfmaschine setzt thermodynamische Energie (Dampfdruck) aus Dampferzeugern in mechanische Rotationsenergie um. Dabei bewegt sich ein Kolben in dem zugehrigen Zylinder hin und her, er fhrt eine oszillierende Bewegung aus. Bentigt wird fr die mechanische Nutzenergie jedoch zumeist eine Rotationsbewegung.
Die Hinbewegung des Kolbens wird mit Druck des Dampfes als Arbeitstakt ausgefhrt. Die Rckbewegung wird bei einseitig beaufschlagtem Kolben (einfachwirkende Dampfmaschine) aus gespeicherter Rotations-Schwungenergie ausgefhrt. Bei zweiseitig beaufschlagtem Kolben (doppeltwirkende Dampfmaschine) hingegen wird die Rckbewegung des Kolbens ebenfalls als Arbeitstakt verrichtet, per Dampfdruck-Ansteuerung nunmehr auf die Unterseite des Kolbens.
Die Steuerung der Dampfzufuhr in den Zylinder erfolgt ber einen Schieber oder ber Ventile. Der Kolben wird mit dem Druck erst nach unten bzw. in Richtung der Kurbelwelle verschoben. Die Linearbewegung des Kolbens wird mittels Kreuzkopf und Pleuel als Koppelglied am Kurbelzapfen der Kurbelwelle in eine Rotationsbewegung umgesetzt. Das Pleuel schiebt anschlieend (bei einfachwirkenden Maschinen) mit der im Schwungrad und in der Kurbelwelle gespeicherten Rotationsenergie den Kolben wieder aus der unteren Lage linear zurck in seine obere Ausgangsposition.
In einer atmosphrischen Dampfmaschine wurde die Kraft durch ein Vakuum erzeugt. Dazu wurde der Zylinderraum unter dem Kolben mit Wasserdampf gefllt. Im nchsten Arbeitstakt wurde Wasser in den Zylinder eingedst, so dass der Wasserdampf abkhlte und dabei kondensierte. Es entstand ein Unterdruck, so dass der Kolben durch den ueren Atmosphrendruck in den Zylinder gedrckt wurde. Die ausfahrende Bewegung des Kolbens erfolgte bei geffnetem Dampfventil durch das Gewicht des Pumpengestnges, das an einem Hebelarm, dem sogenannten Balancier, angebracht war. Eine Drehbewegung war, schon wegen der zunchst hndischen Steuerung der Ventile, nicht vorgesehen. Zu dieser Zeit standen noch keine druckfesten Kesselanlagen zur Verfgung, mit denen eine Dampfspannung oberhalb des atmosphrischen Druckes htte erreicht werden knnen.
Die Abbildung rechts stellt dar, wie der Unterdruck bzw. der atmosphrische Druck bei der atmosphrischen Dampfmaschine die Arbeit verrichtet, wenn der heie Dampf kondensiert und sich dabei stark zusammenzieht. Aus dem Zylinder tritt berwiegend flssiges Wasser. Diese Arbeitsweise ist nicht sehr wirtschaftlich, da viel Energie dafr verwendet wird, Zylinder und Kolben bei jedem Takt zu erhitzen und wieder abzukhlen. Um den Dampf schnell genug kondensieren zu lassen, wurde nahe dem oberen Totpunkt kaltes Wasser in den Zylinder eingespritzt (hier nicht dargestellt).
Bei der Expansionsdampfmaschine ffnet das Fllventil zu Beginn des Arbeitstakts nur kurz. Im Gegensatz zur Volldruckmaschine verliert der unter hohem Druck eingestrmte Dampf einen Teil seines Drucks whrend des Arbeitstakts. Auch dies fhrt zwar zu einer Abkhlung des Zylinders, es wird jedoch deutlich weniger Dampf verbraucht, als bei der Volldruckmaschine. Um die Abkhlung zu begrenzen, wird der Dampf nicht komplett bis zum Atmosphrendruck entspannt. Verbunddampfmaschinen nutzen auch den bei Austritt des Dampfs verbleibenden Druck, indem der Dampf in einen weiteren Zylinder mit grerem Durchmesser geleitet wird. (Anmerkung: Entgegen der Darstellung hier khlt der Dampf whrend der Abwrtsbewegung des Kolbens kaum noch weiter ab.)
Im Gegensatz zur Newcomen-Dampfmaschine wird nicht nur bei der Kondensation, sondern auch bei der Befllung des Zylinders Arbeit verrichtet. Dies fhrt zur Steigerung der Leistungsfhigkeit und war Ausgangspunkt fr die Weiterentwicklung der Dampfmaschine zu hheren Dampfdrcken. Dabei wurde fr die Kondensation durch eingespritztes Khlwasser ein eigener Behlter vorgesehen, um die Abkhlung des Arbeitszylinders zu vermeiden. Die bekanntesten Vertreter dieser Bauart waren die Dampfmaschinen von James Watt ab etwa 1769 (siehe unten).
Watt entwickelte die einfachwirkende Dampfmaschine, die den Kolben nur von einer Seite beaufschlagt, zur doppeltwirkenden weiter, bei der der Kolben abwechselnd von beiden Seiten beaufschlagt wird. Dies erbrachte eine Steigerung von Wirkungsgrad und Leistung, da der Leerhub entfiel. Man ging dann dazu ber, das Schwungrad ber einen Kurbeltrieb direkt anzutreiben, womit eine Senkung der Masse verbunden war, weil dar Balancier entfiel.
Der Ingenieur Jernimo de Ayanz y Beaumont lie 1606 als erster eine Dampfmaschine patentieren. Die von ihm konstruierte Maschine kam bei der Entwsserung von Bergwerksstollen auch zur praktischen Anwendung, indem der Dampfdruck dazu diente, einen kontinuierlichen Wasserfluss in Rohrleitungen anzutreiben.[3][4] Weitere Fortschritte wurden dann unter anderem durch Denis Papin 1690 durch die Erfindung des Sicherheitsventils und den Papinschen Topf erzielt. Thomas Saverys Dampfpumpe von 1698 stellte einen bedeutenden Schritt in der praktischen Anwendung von Dampf dar. 1707 baute Papin[5] ein durch einen Dampfzylinder und Muskelkraft angetriebenes Schaufelradboot, mit dem er auf der Fulda von Kassel bis nach Mnden fuhr. Dieses Schiff fand nach der Ankunft jedoch ein unrhmliches Ende.
Die erste verwendbare Dampfmaschine wurde 1712 von Thomas Newcomen konstruiert und diente zur Wasserhaltung in Bergwerken. Diese sogenannte atmosphrische Dampfmaschine erzeugte durch Einspritzen von Wasser in einen mit Dampf gefllten Zylinder einen Unterdruck gegenber der Atmosphre. Mit diesem Druckunterschied wurde der Kolben im Arbeitstakt vom atmosphrischen Luftdruck nach unten gedrckt und anschlieend durch das Eigengewicht der anzutreibenden Pumpenstange wieder nach oben in die Ausgangsposition gezogen. Die Kraftbertragung zwischen Kolbenstange und Balancier erfolgte mittels einer Kette. Der Wirkungsgrad dieser newcomenschen Maschine lag bei 0,5 Prozent und begrenzte ihre Anwendung auf diesen Pumpvorgang.
James Watt, dem oft flschlicherweise die Erfindung der Dampfmaschine zugeschrieben wird, verbesserte den Wirkungsgrad der Newcomenschen Dampfmaschine erheblich. Er verlagerte mit seiner 1769 patentierten[9] und sechs Jahre spter von John Wilkinson gebauten Konstruktion den Abkhlvorgang aus dem Zylinder heraus in einen separaten Kondensator. So konnte Watt auf das atmosphrische Rckfhren des Kolbens verzichten und die Maschine bei beiden Kolbenhben Arbeit verrichten lassen.
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