Wattsche Dampfmaschine

Die Geschichte

Ein Modell zum Reparieren

James Watt wurde 1736 in Greenock in Schottland in einer Familie von Schiffbauern und Kaufleuten geboren. Er war ein Junge mit schwacher Gesundheit, der viel Zeit zu Hause verbrachte, und brachte sich Geometrie und Mechanik selbst bei. Als Erwachsener zog er nach Glasgow, wo er, weil er keinen Laden eröffnen konnte, da er nicht zu den Zünften der Stadt gehörte, von der Universität als Hersteller wissenschaftlicher Instrumente eingestellt wurde. Dort lernte er Professoren wie Joseph Black kennen, den Chemiker, der die Wärme erforscht hatte und sein Freund und Berater wurde.

Im Winter 1763-64 bat ihn die Universität, das Modell einer Newcomen-Maschine zu reparieren, das für den Physikunterricht diente. Watt brachte es in Ordnung, bemerkte aber etwas Seltsames: Das kleine Modell verbrauchte sehr viel Dampf, viel mehr, als nötig schien. Warum? Er untersuchte das Problem mit großer Sorgfalt, mit Messungen und Versuchen.

Die Idee des Kondensators

So begriff er, dass der Fehler in der Arbeitsweise der Maschine lag. Bei den Maschinen Newcomens trat der Dampf in den Zylinder ein und wurde dann, um das Vakuum zu erzeugen, mit einem Spritzer kaltem Wasser abgekühlt; bei jedem Hub musste der Zylinder wieder erhitzt werden, und das verbrauchte eine große Menge Dampf und Kohle. Es war, als müsste man für eine Autofahrt jedes Mal einen kalten Motor aufheizen.

An einem Frühlingstag des Jahres 1765, als er auf der Glasgow Green spazieren ging, einer großen Wiese der Stadt, kam ihm der Gedanke: Warum nicht den Dampf in einem getrennten Behälter kondensieren lassen, der immer kalt bleibt, und den Zylinder immer heiß lassen? Der Dampf würde aus dem Zylinder in den Kondensator strömen, wo er zu Wasser würde und das Vakuum erzeugte, ohne den Zylinder abzukühlen. Es war eine einfache und geniale Lösung.

Von der Idee zur Maschine

Eine Sache war es, die Idee zu haben, eine andere, eine funktionierende Maschine zu bauen: Für die Einzelheiten brauchte es Jahre der Arbeit und des Scheiterns. Ein Unternehmer, John Roebuck, finanzierte die ersten Versuche, und im Januar 1769 erhielt Watt das Patent auf seine „neue Methode zur Verminderung des Dampf- und Brennstoffverbrauchs in Feuermaschinen“. Roebuck ging aber pleite, und Watt musste einen anderen Partner finden.

Er fand ihn 1775 in Matthew Boulton, einem Industriellen aus Birmingham, Besitzer einer großen Fabrik, der Soho Manufactory. Boulton glaubte an das Projekt und stellte Geld, Werkstätten und Arbeiter bereit, und gemeinsam gründeten sie „Boulton & Watt“. Ein weiterer entscheidender Beitrag kam von John Wilkinson, der eine Maschine zum genauen Ausbohren von Kanonen erfunden hatte: Er konnte völlig glatte Zylinder bauen, die wichtig waren, damit der Dampf nicht entwich.

Die erste Maschine Watts für einen Kunden pumpte 1776 das Wasser aus einem Kohlebergwerk. Sie arbeitete mit weniger als einem Drittel der Kohle einer Newcomen-Maschine und war ein Erfolg. Um bezahlt zu werden, verkauften Boulton und Watt die Maschine nicht, sondern ließen sich von den Kunden ein Drittel dessen zahlen, was sie an Kohle sparten.

Von der Pumpe zur Fabrik

Watt hörte nicht auf. Die ersten Maschinen dienten nur dazu, Wasser zu pumpen, mit einer Auf-und-ab-Bewegung. Die Fabrikbesitzer wollten aber auch Räder und Maschinen drehen. Mit einigen geschickten Systemen wie dem Planetengetriebe „Sonne und Planet“ (1781) verwandelte er die hin- und hergehende Bewegung in eine Drehbewegung und machte die Maschine „doppeltwirkend“, also fähig, den Kolben in beide Richtungen zu schieben. Er erfand einen Fliehkraftregler, der die Geschwindigkeit automatisch konstant hielt (1788).

So konnten die Dampfmaschinen Spinnmaschinen, Webstühle, Mühlen, Hämmer und Pumpen antreiben, auch an Orten weit entfernt von Flüssen und Wasserfällen. Bis 1800 hatte Boulton & Watt etwa fünfhundert gebaut. Um den Kunden zu erklären, wie viel Leistung eine Maschine hatte, erfand Watt eine Maßeinheit: die „Pferdestärke“, festgelegt durch den Vergleich ihrer Kraft mit der von Pferden, die in den Bergwerken arbeiteten.