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Die industrielle Revolution wäre ohne sie nicht möglich gewesen: die Dampfmaschine. Hier ein Nachbau der Konstruktion von James Watt aus dem 18. Jahrhundert.

1712 Dampfmaschine

Die Erfindung der Dampfmaschine

Ein englischer Eisenwarenhändler setzte die Weltgeschichte unter Hochdruck – zwar nur mit heißer Luft, aber sehr folgenreich: Thomas Newcomen veränderte mit seiner Dampfmaschine 1712 das Leben der Gesellschaft. Newcomen gilt deshalb auch als Vater der Industriellen Revolution. Seine neue Technik verhalf zu ungeahnter Mobilität und legte den Grundstein für unsere Globalisierung. Dass seine „luftige“ Erfindung solche Konsequenzen haben würde, ahnte Newcomen damals nicht, denn sonst hätte er seine Dampfmaschine sicherlich zügiger auf den Markt gebracht. Angeblich soll er über zehn Jahre daran getüftelt haben. Belege dafür gibt es keine, hingegen ist die erste Installation seiner Dampfmaschine 1712 in der Grube von Staffordshire in England überliefert. Als Motor der Industriellen Revolution bestimmt die Dampfkraft gut 200 Jahre lang die Geschichte, lässt Postkutschen und Segelboote verschwinden und ebnet Eisenbahnen und Dampfschiffen den Weg. Anfangs nur in England eingesetzt, erkennen bald auch Europa und die USA die Vorteile der Dampfmaschine und nutzen sie: Überall im Land entstehen Fabriken. Endlich ist man bei der Standortwahl nicht mehr auf Flüsse angewiesen – bisher brauchte man Wasserräder, um Maschinen anzutreiben.

Die Antike weist den Weg

Die Idee war nicht neu: So nutzte bereits in der Antike der griechische Mathematiker Heron von Alexandria die Ausdehnung von Wasser aus, um eine erste einfache Dampfmaschine zu entwerfen – es blieb aber nur bei dem Konzept. Für deutlich mehr Dampf sorgt da Ende des 17. Jahrhunderts der französische Mathematiker Denis Papin: Als er seinen neu entwickelten Dampfkochtopf samt Sicherheitsventil der Londoner Gelehrtengesellschaft Royal Society vorführt, fliegt ihm der Topf um die Ohren. Immerhin werden nach dem Papinschen Prinzip gebaute Maschinen im Bergbau eingesetzt. Der englische Ingenieur Thomas Savery konstruiert 1698 eine Dampfpumpe, die eindringendes Grundwasser aus Bergwerken abzieht. Doch die Praxistauglichkeit der Savery-Maschinen wird durch den immensen Brennstoffverbrauch stark eingeschränkt.

Erst Thomas Newcomen gelingt der Durchbruch: Mit seiner atmosphärischen Dampfmaschine ist es möglich, die Grundwassermassen aus den Tiefen der Stollen zu pumpen. Was bis dahin mehrere hundert Ponys unter erbärmlichen Bedingungen mit ihrer Muskelkraft erledigten, schafft nun die Dampfmaschine. Obwohl Newcomens Pumpen wirtschaftlicher arbeiten als alle Vorgängermodelle, krankt die Dampfmaschine noch immer an hohem Energieverbrauch bei geringer Leistungsausbeute. Der Wirkungsgrad liegt bei 0,5 Prozent. Es ist der Schotte James Watt, der in einer Mechanikerwerkstatt der Universität Glasgow Verbesserungen austüftelt und damit den Weg für die Massenproduktion ebnet. In Schulbüchern heißt es immer wieder, er sei der Erfinder der Dampfmaschine – ein Irrtum. Watt verbesserte lediglich die Newcomen-Maschine, als er 1764 den Auftrag erhielt, ein solches Modell zu reparieren. Er erkannte, dass die Dampfkondensation im Zylinder Energieverluste verursachte und suchte nach einer Alternative: der Kondensator ist Watts wesentliche Erfindung. Das energiefressende Aufheizen und Abkühlen des Zylinders entfiel, da die Kondensation in einem vom Zylinder getrennten Gefäß stattfinden konnte, das immer gekühlt war. Dieser technische Kunstgriff reduziert die Dampfverluste, verbessert die Vakuumbedingungen und vermindert den Brennstoffbedarf bei höherer Leistung. Für diese erste Niederdruck-Dampfmaschine erhält Watt am 5. Januar 1769 ein Patent. 1774 gründen er und der Birminghamer Fabrikant Matthew Boulton in Soho bei Birmingham die erste Dampfmaschinenfabrik der Welt.

Doch die Mühlen des technischen Fortschritts mahlen langsam: Selbst nach der Einführung der neuen Dampfmaschinen bleiben Newcomens Maschinen im Grubenbau lange in Betrieb.

Noch 1780 arbeiten von den rund 1300 Dampfmaschinen in den englischen Bergwerken 700 nach Newcomens und nur 400 nach Watts Prinzip – trotz des verbesserten Wirkungsgrads.