Manchmal lohnt es sich anzuschauen, welche Erfindungen wann gemacht wurden. Das erste Sicherheitsventil wurde zum Beispiel zusammen mit dem ersten Schnellkochtopf von Denis Papin erfunden und 1679 zum ersten mal beschrieben. Ich möchte allerdings bezweifeln, dass beides gleichzeitig erfunden wurde.
Die Geschichte darüber, wie das erste Sicherheitsventil erfunden wurde, ist mir leider nicht bekannt. Aber es wurde zusammen mit dem Schnellkochtopf veröffentlicht. Das läßt in meinem Kopf eine Geschichte entstehen, deren Dreh und Angelpunkt ein lauter Knall ist. Wahrscheinlicher ist aber schnödes Zischen durch eine der Fugen zwischen den zusammengelöteten Metallplatten, die dem Druck nicht mehr stand hielten.
Der Schnellkochtopf war aber eine Inspirationsquelle für noch ganz andere Dinge als die Frage, wie man Druckbehälter davon abhält, einem um die Ohren zu fliegen. Das erste Sicherheitsventil bestand aus einem Zylinder, einem langen Hebelarm und einem Gewicht. Das Gewicht übt über den Hebelarm eine Kraft auf den Zylinder aus und hält in unten, so lange der Druck nicht zu groß wird. Um so höher der Druck, um so höher muss das Gewicht vom Zylinder gehoben werden. Ist der Druck zu groß, entweicht der Dampf.
Nun hat Denis Papin damit einen Schnellkochtopf erfunden – und gleichzeitig eine Art Dampfmaschine. Natürlich konnte so ein Schnellkochtopf praktisch kaum Arbeit leisten. Aber er war eine Dampfmaschine. Zehn Jahre später entwarf er Maschinen zum Pumpen von Wasser und auch eine erste “richtige” Dampfmaschine mit Zylinder, oben rechts. Allerdings als ein reines Demonstrationsexperiment, nicht als praktische Arbeitsmaschine.
Die Funktionierte mit atmosphärischem Druck. Das Wasser (B) wurde zum Sieden gebracht, nachdem die Luft aus dem Zylinder entfernt wurde. Der entstehende Dampf drückte den Kolben nach unten. Das geschah nicht mit viel Kraft, aber der gesamte Zylinder war jetzt mit Wasserdampf gefüllt. Die Öse (D) war jetzt ganz unten in der Stellung H, wo sie mit dem Nagel gesichert wurde. Dann wurde kaltes Wasser durch das dünne Röhrchen M in den Zylinder gelassen, so dass der Dampf kondensiert und ein Unterdruck entsteht. Sobald dann der Nagel aus der Öse gezogen wird, drückt die Luft den Kolben durch den Zylinder nach oben, in den Zylinder mit dem Unterdruck hinein. Die Kraft soll ausgereicht haben um ein 27kg Gewicht zu heben.
Diese Art der Dampfmaschine, in der ein Unterdruck erzeugt wird und der Luftdruck die eigentliche Arbeit erledigt, war zu dieser Zeit am praktikabelsten. Sie vermied die Entstehung hoher Drücke und stellte ein kleineres Problem für das Material dar.
1698 patentierte Thomas Savery eine Dampfmaschine um Wasser zu pumpen. Sie bestand aus zwei Zylindern. Dem Boiler in dem Dampf erzeugt wurde und dem Arbeitszylinder. Der Arbeitszylinder war mit zwei Rohrleitungen (eine nach oben, eine nach unten) und zwei Ventilen versehen. Zuerst wurde der Arbeitszylinder mit Dampf aus dem Boiler gefüllt. Dann wurde nur die Leitung nach unten geöffnet. Der Dampf im Arbeitszylinder wurde abgekühlt und kondensiert. Der Unterdruck saugte das Wasser von unten an. Dann wurde diese Leitung geschlossen und die Leitung nach oben geöffnet. Dampfdruck aus dem Boiler drückte das Wasser schließlich nach oben.
Das funktionierte genau so lange, bis einer der Zylinder wieder ein Leck hatte und repariert werden musste. Der hohe Druck beim zweiten Arbeitsgang machte dem Material des frühen 18. Jahrhunderts zu schaffen. Deswegen war sie auch nicht die erste kommerziell halbwegs erfolgreiche Dampfmaschine. Die kam von Thomas Newcomen, der sich aber mit Thomas Savery zusammen tun musste, denn der hatte auf Dampfmaschinen das Patent. Es entstand 1712 der erste erkennbare Dampfmaschine, die man sich auf der Wikipedia Seite zu Thomas Newcomen als Animation ansehen kann.
Auch hier wird der Arbeitszylinder mit Dampf aus einem Boiler gefüllt, ohne dass dabei sonderlich viel Arbeit verrichtet werden würde. Das Ventil zum Boiler wird geschlossen und Wasser in den Arbeitszylinder gespritzt. Das Wasser kondensiert den Dampf und Arbeitskolben wird vom Luftdruck mit entsprechender Kraft in den Zylinder gedrückt. In den nun kalten Zylinder wird wieder heißer Dampf geleitet, bis der Zylinder wieder heiß und mit Dampf gefüllt ist, und dann wird wieder Wasser in den Arbeitszylinder gespritzt und der Dampf samt Zylinder abgekühlt.
Diese Maschine war nun nicht übermäßig effizient und ein gewisser Kerl namens James Watt wird sie ein halbes Jahrhundert später so sehr verbessern, dass viele Leute heute glauben, er hätte sie erfunden. Aber eigentlich ist auch seine Dampfmaschine nur ein etwas komplizierterer Schnellkochtopf.
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