Dampfmaschinen für große Forscher*Innen

Tour Charlottenstraße 53a, 56077 Koblenz, DE

Die Dampfkraft hat unser Leben fundamental geändert. Welchen Einfluss die Dampfmaschine auch auf unser Leben am Rhein hatte, ist mit diesem Walk entlang an 13 Ausstellungsobjekten gut erklärt – auch mit einigen Hintergrundinformationen über Geschichte, Funktionen und den Einfluss auf die industriellen Revolution.

Autor: RHEIN-MUSEUM

RHEIN-MUSEUM Koblenz

Das Rhein-Museum Koblenz ist ein kulturhistorisches Museum in Koblenz, das das Leben am Rhein unt...

Website besuchen

27 Stationen

Zweizylindrige Expansions-Verbunddampfmaschine des Baggers „Alberich“

Zweizylindrige Expansions-Verbunddampfmaschine des Baggers „Alberich“ zum Antrieb der Eimerkette, um 1927 (im Erdgeschoss)

Sie stehen vor einer 3 Tonnen schweren Dampfmaschine, die 1927 gebaut wurde. Ist es nicht unfassbar, dass vor nicht einmal 100 Jahren noch solche urtümlichen Maschinen gebaut und eingesetzt wurden?

Diese Maschine stand auf dem Baggerschiff „Alberich“. Mit der Maschine wurde eine Kette angetrieben, an der Eimer befestigt waren. Mit den Eimern wurde Schlamm aus der Mosel gebaggert, um die Wassertiefe für die Schifffahrt zu vergrößern.

Es ist gut erkennbar, dass diese Maschine oben 2 Zylinder hat. Der Dampf wird zwei Mal genutzt. Nachdem der Dampf den Kolben im ersten Zylinder bewegt hat, hat zwar schon Druck verloren, wird aber trotzdem noch einmal genutzt, indem er auf den größeren Kolben im zweiten Zylinder geleitet wird. Denn Kraft ist gleich Druck mal Fläche. Solche Maschinen werden Mehrzylinder-Verbunddampfmaschinen genannt. Zusätzlich zum Druck wird auch die Ausdehnung des Dampfes genutzt, die noch wirkt, wenn das Frischdampfventil längst geschlossen ist. Es handelt sich deshalb um eine so genannte Expansionsdampfmaschine. Durch das Verbundprinzip und die Nutzung der Dampfexpansion wird die Maschine wirtschaftlicher und umweltfreundlicher. Beides sind ja auch heute noch wichtige Aspekte.

Dies ist ein Modell, das hier im Museum nicht mit Dampf betrieben wird. Um zeigen zu können, wie sich die Teile bewegen, wird die Dampfmaschine von einem Elektromotor bewegt. Statt dass die Dampfmaschine Arbeit verrichtet, wird hier die Dampfmaschine angetrieben. Schalten Sie den Motor ruhig mal an.

Wenn die Maschine arbeitet, sehen Sie, wie die Kolben in den Zylindern ihre Kraft über Kolbenstangen auf eine unten liegende Kurbelwelle übertragen. Sie erkennen gut, warum diese Welle „Kurbelwelle“ heißt: Sie wird tatsächlich über die hervorstehenden so genannten Kurbelzapfen gekurbelt.

Wenn Sie sich die Kurbelwelle ansehen, stellen Sie fest, dass die Kröpfungen rechtwinklig zueinanderstehen und nicht um 180° versetzt. Ihr fragt Euch vielleicht, warum das so sein muss. Das muss so sein, weil der erste Zylinder bei 0° und bei 180° wirkt. Dann muss der zweite Zylinder bei 90° und bei 270° arbeiten. Was auf den ersten Blick seltsam aussieht, ergibt sich als vernünftig.

Neben den Pleuelstangen sehen Sie weitere, etwas dünnere Hebel, die sich bewegen. Das ist die Steuerung der Ventilschieber für die Frischdampfzufuhr zu den Zylindern. Eine gute und präzise Steuerung war sehr wichtig, damit die Maschine wirtschaftlich betrieben werden konnte.

Auf das Schwungrad an der Kurbelwelle wurde damals ein Riemen gelegt, der eine kleinere Riemenscheibe angetrieben hat, über dessen Welle die Eimerkette bewegt wurde. Der elastische Riemen nahm auch unerwünschte Schwingungen auf, so dass die Eimerkette ruhig lief.

Diese Dampfmaschine war sehr hilfreich, um den Schlamm ohne Muskelkraft aus der Mosel zu baggern.


Die Hintergrundtexte zu diesem Objekt finden Sie in den folgenden zwei Stationen.
(Dampferzeugung und Kesselbau, Nutzung des Dampfes)

Dampferzeugung und Kesselbau

Hintergrundtext zum Objekttext: "Zweizylindrige Expansions-Verbunddampfmaschine des Bagger "Alberich" zum Antrieb der Eimerkette, um 1927 (im Erdgeschoss)"

Bis 1880 wurden Dampfmaschinen durch Arbeiter zunächst mit Holz und später mit Kohle als Brennstoff beschickt. Steigende Löhne führten erst zu mechanischen Zuführungen der festen Brennstoffe und später zur Verwendung flüssiger Brennstoffe, die ohne menschliche Arbeitskraft gepumpt werden konnten.

Die Fertigung haltbarer Dampfkessel war im 19. Jahrhundert sehr komplex. Bleche waren aufwändig gehämmert und nur bis zu einer Größe von ca. 0,3m² verfügbar. Man verband sie mit vielen Nieten und dichtete sie zusätzlich z. B. mit Blei oder Teer ab.

Bis etwa 1840 waren so nur geringe Dampfdrücke bis etwa 3 bar möglich. Der technisch interessierte Arzt Ernst Alban erdachte verbesserte Nietverbindungen durch Überlappung. In Verbindung mit ersten gewalzten Blechen wurden Dampfdrücke bis zu 10 bar möglich.

Der bis 1880 verwandte Stahl blieb aufgrund seiner Härte eine Schwachstelle. Immer wieder kam es zu Kesselexplosionen, bei denen Menschen verletzt wurden oder sogar ums Leben kamen. Staatliche Vorgaben und Kontrollen halfen kaum. Deswegen gründeten Dampfkesselbetreiber private Überwachungsvereine. Das waren übrigens die Vorläufer des heutigen TÜV.

Die Überwachungsvereine erließen wirksame Vorgaben zur Konstruktion, etwa die Trennung von Kesselhaus und Fabrik. So verbesserten sie die Arbeits- und Betriebssicherheit wesentlich.

Nutzung des Dampfes in Dampfmaschinen

Hintergrundtext zum Objekttext: "Zweizylindrige Expansions-Verbunddampfmaschine des Bagger "Alberich" zum Antrieb der Eimerkette, um 1927 (im Erdgeschoss)"

Das Grundprinzip der Dampfmaschine ist einfach: Heißer Dampf wird einem Zylinder zugeführt, der einen Kolben entlang einer Achse bewegt.

Über ein Gestänge und einen Exzenter wird ein Schwungrad angetrieben, das über seine Masse auch Unregelmäßigkeiten ausgleicht. Es entsteht ein Drehmoment, mit dem sich verschiedene Nutzmaschinen antreiben lassen.

Dampfmaschinen eröffneten für Betriebe völlig neue Möglichkeiten, weil sie Arbeitsweisen und Arbeitsbedingungen radikal veränderten.

Anfänglich ging enorm viel Energie durch Reibungs- und Dampfverluste verloren. Durch bessere Materialien und genauere Fertigung lassen sich aus dem Funktionsprinzip einer klassischen Dampfmaschine heute etwa 16% Wirkungsgrad erzielen.

Im Umkehrschluss bedeutet dies aber, 84% der eingesetzten Energie werden verschwendet.

Ein moderner Dieselmotor erreicht etwa 40% Wirkungsgrad, ein Elektromotor bis zu 85%. Allerdings muss für Letzteren der Strom vorher erzeugt werden. Und das wird oft nicht berücksichtigt.

Der Wirkungsgrad ist wesentlich beim verantwortlichen Umgang mit unseren natürlichen Ressourcen.

Aeolipile

Schon sehr früh beobachteten Menschen, dass Dampf eine Kraft ausüben kann. Heron von Alexandria führte dies anschaulich mit seiner Aeolipile vor, die wir mal haben nachbauen lassen, um Ihnen das Prinzip zu zeigen.

In diesem Film haben wir die Aeolipile für Sie mit Dampf betrieben. Der erzeugte Dampf wird in die drehbar gelagerte Kugel eingeleitet und baut immer mehr Druck auf. Der Druck kann über die beiden gebogenen Röhrchen außen an der Kugel entweichen. Beim Entweichen verdrängt der Dampf die Umgebungsluft. Und weil in der Physik Kraft gleich Gegenkraft ist, entsteht als Gegenkraft ein Rückstoß, der die Kugel zum Drehen bringt.

Heron von Alexandria hat mit dieser Anordnung gezeigt, dass man mit Dampf etwas bewegen kann. Viel später wurde diese Erkenntnis für Dampfmaschinen umgesetzt.

Gebaut haben dieses Modell übrigens Schlosserlehrlinge in der Lehrwerkstatt der IHK in Neuwied.

Den Hintergrundtext zu diesem Objekt finden Sie in der folgenden Station.
(Aeolipile)

Ursprung der Dampfmaschine

Hintergrundtext zum Objekttext: "Aeolipile"

Bis in das 19. Jahrhundert hinein wurden Dampfmaschinen noch von Autodidakten gebaut.

Mit der industriellen Massenproduktion von Dampfmaschinen wurde aber ein systematischer Zugang zu Kenntnissen und Methoden der Thermodynamik, der Strömungsmechanik, der Konstruktion und der Materialkunde immer wichtiger. In den 1820er Jahren wurde deswegen damit begonnen, die Erkenntnisse in der Maschinenkunde wissenschaftlich zu erfassen und zu dokumentieren.

Viele Grundlagen waren vor dem Bau von Dampfmaschinen schon bekannt, andere Erkenntnisse wurden erst mit der Beschäftigung mit Dampfmaschinen gewonnen.

Die Dampfmaschine und die durch sie ermöglichte Industrialisierung haben die Maschinenkunde und das Ingenieurwesen begründet.

Fachgebiete wie die Werkstoffkunde, die Kinematik, die Kinetik, die Thermodynamik, die Strömungsmechanik und später auch die Hydraulik und die Elektrik und Elektronik haben sich herauskristallisiert und führen zu einer immer weiteren Auffächerung in Spezialisierungen. Mittlerweile besteht die Herausforderung sogar in einer Integration all dieser hoch entwickelten Disziplinen, damit gut abgestimmte Maschinen entstehen können.

Ingenieure sind heute wissenschaftlich ausgebildete Fachleute, die mit ihrem Fachwissen Lösungen für technische Probleme schaffen und zukunftsträchtige Technologien entwickeln. Dafür benötigen sie Kreativität und Team-Geist sowie soziales, politisches und ökologisches Verantwortungsbewusstsein.

Dreizylindrige Dreifach-Expansionsdampfmaschine „De Klops, Sliedrecht (NL)“

Dreizylindrige Dreifach-Expansionsdampfmaschine „De Klops, Sliedrecht (NL)“ zum Antrieb von Raddampfern, 1898 (im 1. Stock)

Sie stehen hier vor einer 7 Tonnen schweren Hochdruckdampfmaschine, die kurz vor 1898 von der Firma „de Klops“ in den Niederlanden gebaut wurde. Die Niederländer waren ein Seefahrervolk.

Es handelt sich um eine Dreizylinder-Verbunddampfmaschine, die die Expansion des Dampfes ausnutzt. Nach demselben Prinzip, nach dem die Dampfmaschine, die im Erdgeschoss steht, arbeitet, wird der Dampf nach erfolgtem Arbeitstakt in den zweiten und dann in den dritten Zylinder geleitet. Sie können gut sehen, dass die drei Zylinder unterschiedlich groß sind. Der Hochdruckzylinder, der an den Steuerhebeln mit einen „H“ gekennzeichnet ist, ist der kleinste, gefolgt von dem etwas größeren Mitteldruckzylinder, gekennzeichnet mit „M“ und dem Niederdruckzylinder, gekennzeichnet mit „N“.

Jeder Zylinder wurde individuell gesteuert. Die Steuerung erkennt man neben den Kolbenstangen. Außerdem sieht man oben auf der Maschine einen eingehausten Fliehkraftregler des Herstellers Gardner.

So konnte man sehr starke und effizient arbeitende Dampfmaschinen bauen. Worauf es bei diesen langsam laufenden Maschinen ankommt, ist weniger die Leistung in PS als das Drehmoment. Und Drehmoment hatten diese Maschinen reichlich.

Die Kurbelwelle hat zwei Abtriebsseiten. Auf der Seite in Richtung der Tür kann man einen Exzenter sehen, mit dem Nebenaggregate, wie eine Wasserpumpe, angetrieben werden konnten.

Diese 300 PS starke Dampfmaschine trieb einen Schaufelraddampfer an.

Schiffe, die mit einer Hochdruckdampfmaschine angetrieben wurden, fuhren doppelt so schnell wie Schiffe mit einer Niederdruckdampfmaschine. Die Fahrzeiten halbierten sich. Das war ein starkes Argument für die Personenschifffahrt und für die Frachtschifffahrt.

Um solche leistungsfähige Maschinen wie diese bauen zu können, brauchte man guten Stahl. Stahl wurde erst mit den Anforderungen, die Dampfmaschinen mit sich brachten, entwickelt.

Den Hintergrundtext zu diesem Objekt finden Sie in der folgenden Station.
(Entwicklung von Stahl)

Entwicklung von Stahl

Hintergrundtext zum Objekttext: "Dreizylinder Dreifach-Expansionsdampfmaschine "De Klops, Sliedrecht (NL)" zum Antrieb von Raddampfern, 1898 (im 1.Stock)"

Um 1900 waren Qualität und Festigkeit von Stählen noch wesentlich geringer als heute. Bauteile mussten deutlich größer ausgelegt werden, um dieselben Lasten aufnehmen zu können. Auch waren großzügige Sicherheitsfaktoren notwendig, um Unsicherheiten aufzufangen, die man rechnerisch noch nicht ermitteln konnte.

Die Qualität des hergestellten Stahls schwankte auch noch stark. Sie hing stark vom Kohlenstoffanteil ab, der im Wesentlichen die Härte und die Stabilität beeinflusst. Aber auch Sauerstoffeinschlüsse waren häufige Probleme, die zum Bruch von Bauteilen führte.

Nach vielen prozessualen Optimierungen führte schließlich das Siemens-Martin Verfahren zu einem brauchbaren Stahl. Die Verfügbarkeit dieses Verfahrens löste ein exponentielles Wachstum in der Stahlproduktion aus: 1867 wurden gerade 22.000 Tonnen Stahl produziert – 1880 waren es bereits 400 Mal so viel!

Die Leistung von Stählen wird u. a. nach der Zugfestigkeit beurteilt, bei der noch keine Verformung auftritt. Dies nennt man Streckgrenze. Sie hat sich seit 1910 etwa versechsfacht.

Durch computer-gestützte Konstruktion, wesentlich verbesserte Stähle und moderne Fertigungstechnik mit exakteren Passungen und Toleranzen könnte man eine Dampfmaschine heute etwa 75% kleiner und über 90% leichter bauen als vor 100 Jahren – bei gleicher Leistung und erheblich verbesserter Abgasqualität.

Fliehkraftregler anhand des Lokomobils

Fliehkraftregler anhand des Lokomobils Nr. 1, 1862 (im 1. Stock)

Dies ist ein Modell von einem Lokomobil, also einer Lokomotive, die auf der Straße fahren kann. In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden Lokomobile eingesetzt, um Personen und Lasten auf dem Landweg zu transportieren.

Anders als bei Industriedampfmaschinen sind bei Lokomobilen alle für den Antrieb erforderlichen Baugruppen auf einer fahrbaren Plattform montiert: die Feuerung, ein liegender Kessel, ein Schornstein und die Dampfmaschine selbst.

Dieses Modell eines Lokomobils von 1862 wurde von dem Modellbauer Probst bei ConRod & Gohner gebaut und uns zur Verfügung gestellt. Das Modell ist funktionstüchtig und kann selbst /fahren (Video: 1)!

Lokomobile wurden von Dampfmaschinen angetrieben. Das könnt Ihr an diesem Modell gut sehen. Was Ihr aber auch gut erkennen könnt, ist ein Fliehkraftregler. Das ist diese filigrane Mechanik mit den beiden Kugeln auf dem Kessel der Dampfmaschine. Mit diesem Fliehkraftregler konnte die Drehzahl der Dampfmaschine konstant gehalten werden.

Den Hintergrundtext zu diesem Objekt finden Sie in der folgenden Station.
(Fliehkraftregler)

Fliehkraftregler

Hintergrundtext zum Objekttext: "Fliehkraftregler anhand des Lokomobils Nr. 1, 1862 (im 1. Stock, Raum 3)"

Ein System dass sich innerhalb eines vorgegebenen Bereiches bewegen soll, muss geregelt werden.

Als der Bedarf für Maschinenregelung aufkam, gab es noch keine Elektronik. Deshalb waren erste praxistaugliche Regler mechanische Fliehkraftregler. Sie wurden von James Watt von der Anwendung in Windmühlen auf einen Einsatz in Dampfmaschinen übertragen.

Vom Kettenkarusell kennen wir die Zentrifugal- oder Fliehkraft. Je weiter eine Masse vom Mittelpunkt der Drehung entfernt ist und je schneller sich das Karusell dreht, desto größer wird die Kraft, die sie nach außen zieht.

Dieses Prinzip nutzt der Fliehkraftregler. Mit zunehmender Drehzahl des Schwungrades der Dampfmaschine werden im Fliehkraftregler Gewichte nach oben und außen gezogen. Über ein Gestänge wird dann ein Schieber bedient, der die Zufuhr von Frischdampf begrenzt. Mit weniger Frischdampf sinkt die Drehzahl und die Gewichte fallen wieder etwas in Richtung der Drehachse des Fliehkraftreglers. Der Frischdampfschieber wird daraufhin wieder etwas geöffnet.

Die Regelung erfolgt durch eine laufende Oszillation der Istwerte um einen Vorgabewert herum.

Modell einer Schiffsantriebsanlage 1-Zyl.-Dampfmaschine von Stuart (im 1. Stock)

Hier sehen Sie den kompletten Antriebsstrang eines Schiffes. Man kann gut sehen, dass es sich um ein Schiff handelt, das mit einer Dampfmaschine angetrieben wurde und die Antriebskraft über einen Propeller am Heck des Schiffes in Vortrieb umsetzt.

Wenn Sie den Knopf an der Front der Vitrine 2 Sekunden lang gedrückt halten, fängt der Antrieb an, sich zu bewegen. Dabei können Sie sehr gut erkennen, wie die Bewegung von der Dampfmaschine auf die Schiffsschraube übertragen wird.

Sie sehen links eine stehende Einzylinder-Dampfmaschine von dem englischen Dampfmaschinenhersteller Stuart. Den schwarzen Zylinder sieht man schön sehen. Auch die Dampfsteuerung erkennt man gut. Die Welle sitzt direkt auf der längs im Schiff liegenden Kurbelwelle und ist mehrfach gelagert bis zur vierflügeligen Schraube.

Dieses anschauliche Modell wurde von Herrn Witt aus Vallendar gebaut und dem Rhein-Museum zur Verfügung gestellt.

Aber auch in der Realität mussten solche Antriebe konstruiert, gebaut und getestet werden. Das sind bis heute Aufgaben für Ingenieure.

Den Hintergrundtext zu diesem Objekt finden Sie in der folgenden Station.
(Entstehung des Ingenierwesens)

Entstehung des Ingenieurwesens

Hintergrundtext zum Objekttext: "Modell einer Schiffsantriebsanlage 1-Zyl.-Dampfmaschine von Stuart (im 1. Stock)"

Bis in das 19. Jahrhundert hinein wurden Dampfmaschinen noch von Autodidakten gebaut.

Mit der industriellen Massenproduktion von Dampfmaschinen wurde aber ein systematischer Zugang zu Kenntnissen und Methoden der Thermodynamik, der Strömungsmechanik, der Konstruktion und der Materialkunde immer wichtiger. In den 1820er Jahren wurde deswegen damit begonnen, die Erkenntnisse in der Maschinenkunde wissenschaftlich zu erfassen und zu dokumentieren.

Viele Grundlagen waren vor dem Bau von Dampfmaschinen schon bekannt, andere Erkenntnisse wurden erst mit der Beschäftigung mit Dampfmaschinen gewonnen.

Die Dampfmaschine und die durch sie ermöglichte Industrialisierung haben die Maschinenkunde und das Ingenieurwesen begründet.

Fachgebiete wie die Werkstoffkunde, die Kinematik, die Kinetik, die Thermodynamik, die Strömungsmechanik und später auch die Hydraulik und die Elektrik und Elektronik haben sich herauskristallisiert und führen zu einer immer weiteren Auffächerung in Spezialisierungen. Mittlerweile besteht die Herausforderung sogar in einer Integration all dieser hoch entwickelten Disziplinen, damit gut abgestimmte Maschinen entstehen können.

Ingenieure sind heute wissenschaftlich ausgebildete Fachleute, die mit ihrem Fachwissen Lösungen für technische Probleme schaffen und zukunftsträchtige Technologien entwickeln. Dafür benötigen sie Kreativität und Team-Geist sowie soziales, politisches und ökologisches Verantwortungsbewusstsein.

Dampfindikator zur Messung der PS-Leistung einer Dampfmaschine

Dampfindikator zur Messung der PS-Leistung einer Dampfmaschine (in einer Vitrine im 1. Stock)

Jetzt stehen Sie vor einem Koffer, der allerlei Teile enthält. Was könnte das sein? Welchen Bezug hat dieser Koffer mit Dampfmaschinen?

Also: In diesem Koffer befinden sich Komponenten eines Messinstruments. Mit diesem Messinstrument konnte der Dampfdruck in den Zylindern von Dampfmaschinen gemessen werden. Über den Druck konnte man die Leistung der Dampfmaschine ausrechnen.

(veranschaulichender Film, in dem der Dampfindikator zusammengebaut und an einen Zylinder einer Dampfmaschine angeschlossen wird)

Den Hintergrundtext zu diesem Objekt finden Sie in der folgenden Station.
(Dampfindikator)

Dampfindikator

Hintergrundtext zum Objekttext: "Dampfindikator zur Messung der PS-Leistung einer Dampfmaschine (in einer Vitrine im 1. Stock)"

Kunden von Dampfmaschinenherstellern mussten lange glauben, was ihnen die Verkäufer erzählten.

Die ersten Dampfmaschinen wurden 1776 installiert. Lange Zeit konnte aber niemand Leistungsangaben über Maschinen genau überprüfen.

Es dauerte 86 Jahre, bis ein geeignetes Messgerät erfunden war, das objektive Leistungsvergleiche ermöglichte.

Der unscheinbare Holzkasten in der Vitrine enthält eines davon. Es ist High-Tech aus dem Jahr 1862. Damals wurde dieser Dampfindikator auf der Internationalen Londoner Industrieausstellung vorgestellt. Das war zu einer Zeit, als übrigens schon erste Verbrennungsmotoren ausgestellt wurden, die die Dampfmaschine später weitgehend ersetzen sollten.

Der Indikator wird dicht an einem Zylinder verschraubt. Der Dampfdruck in der Maschine wirkt dann über einen Kolben- und Federmechanismus auf einen Bleistift. Dieser überträgt den Verlauf des Dampfdrucks über den Kolbenweg auf ein gleichmäßig im Kreis geführtes Papier. Es entsteht ein verzogenes Parallelogramm. An der Form und Fläche der Aufzeichnung können Experten die Qualität der Dampfmaschine erkennen und ihre Leistung recht präzise ermitteln.

Seit es zuverlässige Dampfindikatoren gibt, können Verkäufer von Dampfmaschinen ihren Kunden exakte technische Daten liefern. Dampfindikatoren wurden auch zur Optimierung der Vorgänge in Dampfmaschinen eingesetzt.

Schaufelrad anhand des Modells „2 liegende Dampfmaschinen“

An diesem Modell sehen Sie, dass manchmal auch 2 Dampfmaschinen auf Schiffen installiert wurden. In diesem Fall sind es liegende Dampfmaschinen. Sie sehen, dass die Kolben nicht vertikal arbeiten, sondern horizontal. Die Kurbelwelle liegt hinter den Zylindern. Liegende Dampfmaschinen wurden bevorzugt für den Antrieb von Schaufelrädern eingesetzt.

In diesem Modell arbeiten beide Schaufelräder auf dasselbe Schaufelrad, das am Heck des Schiffs angebracht ist.
Eingebaut sehen Sie so ein Schaufelrad an dem Modell in der Vitrine: „Tennessy-New Orleans“. Gesteuert wurde mit zwei Rudern.
Solche Antriebe waren gut für flache Gewässer mit geringer Strömung geeignet. Für den Betrieb auf dem strömungsstarken Rhein sind solche Antriebsformen völlig ungeeignet.

Gesteuert wurde mit zwei Rudern vor dem Schaufelrad am Heck. Wirklich gut gelenkt werden konnten diese Schiffe aber nicht. Außerdem erforderten Manöver sehr viel Zeit. Andererseits waren die Schiffe mit Heckschaufelrädern nicht so breit wie Schiffe, deren Schaufelräder seitlich am Rumpf angebracht waren.

Wenn Sie sich so ein Schaufelrad genauer ansehen, können Sie feststellen, dass die Schaufeln fest an der Trommel angebracht sind. Solche Räder mit feststehenden Schaufeln führen zu viel Verlust durch Auf- und Abtrieb. Gut vorankommen konnten Schiffe mit solchen einfachen Schaufelrädern nicht.

Modell eines Schaufelrades mit verstellbaren Schaufeln

Feststehende Schaufeln verschwendeten viel Energie für Auf- und Abtrieb, die dann nicht für mehr den Vortrieb zur Verfügung stand. Deshalb suchten Schiffsbauer nach besseren Konzepten. Die Schaufeln sollten bei jeder Umdrehung des Schaufelrades senkrecht in das Wasser eintauchen und während der gesamten Druckphase unter Wasser bis zum Austauchen senkrecht bleiben, um das Wasser nur nach hinten wegzuschieben. Wie konnten sie das erreichen? Das war eine Herausforderung.

Sie stehen vor einem anschaulichen Modell, das die Auszubildenden der IHK in der Lehrwerkstatt Neuwied für uns gebaut haben.

An diesem Modell kann schön gesehen werden, welche Lösung die Schiffsbauer gefunden hatten: Sie brachten die Schaufeln schwenkbar an der Trommel an. Die Stellung der Schaufeln steuerten sie mit Hebeln abhängig von der Position der Schaufeln zum Wasser. Die Hebel setzten an einem Ring an, der exzentrisch, also versetzt zur Drehachse des Schaufelrades angebracht war. Das ist ein cleverer Hebelmechanismus, der sehr zuverlässig funktionierte.

Mit diesen exzentrisch gesteuerten Schaufelstellungen konnte das Wasser tatsächlich einfach nach hinten weggeschoben werden. Die Verlustleistung konnte erheblich verringert werden. Die Schiffe wurden schneller und brauchten weniger Energie. Das rechnete sich für die Reeder wirtschaftlich. Ob man damals schon an die Umweltthematik gedacht hatte?

Leistungsübertragung ins Wasser

Hintergrundtext zum Objekttext: "Modell eines Schaufelrades mit verstellbaren Schaufeln"

Das Prinzip des Schaufelrades geht auf den römischen Bauingenieur Vitruvius um 100 vor Christus zurück. Aber erst 1782 konstruierte der Franzose D’Abbas das erste dampfbetriebene Schaufelradschiff. Zunächst wurde am Heck der Schiffe ein Schaufelrad angebracht. Später wurden vermehrt Seitenschaufelräder umgesetzt, die Schiffe besser steuerbar, aber auch breiter machten.

Die Schwäche eines einfachen Schaufelrades liegt in hohen Energieverlusten. Starre angebrachte Schaufeln können beim Ein- und Aussetzen keinen reinen Vortrieb erzeugen. Sie setzen einen Teil der ihnen zugeführten Antriebsleistung nämlich in Auftrieb beim Eintauchen und in Abtrieb bei Herausführen der Schaufeln aus dem Wasser um. Mit “Feathering Wheels” wurden bald variable Schaufelstellungen umgesetzt. Die Schaufeln tauchten nun vertikal in das Wasser ein und schoben das Wasser nach hinten.

Aber Schaufelräder waren noch keine optimale Lösung. Schon 1827 patentierte Josef Resser einen Propeller für den Schiffsantrieb. Wesentlicher Vorteil des Propellers gegenüber des Schaufelrades waren der deutlich höhere Wirkungsgrad und der geringere Platzbedarf. Schiffe konnten schmaler gebaut werden.

Neu war aber das Problem der Kavitation: Wenn sich Gegenstände im Wasser schnell bewegen, verschleißen sie. Aus der Oberfläche brechen mit der Zeit immer größere Partikel heraus.

Um diesen Verschleiß zu vermeiden, stimmt man Propeller heute genau auf ihren Einsatzzweck ab.

Motor, Getriebe, Propellerdurchmesser, Steigung und Neigung der Propellerflügel sowie Anzahl und Einbaulage der Propeller müssen gut aufeinander abgestimmt sein. Moderne Propeller sind häufig sogar verstellbar.

Umlenkung der oszillierenden Bewegung in Drehbewegung

Umlenkung der oszillierenden Bewegung in Drehbewegung anhand des Dampfmaschinenmodells (im Treppenhaus, 1. Stock)

Hier im Treppenhaus steht ein besonders schönes Modell einer Industriedampfmaschine, das sogar mit Pressluft bewegt werden kann.

Es handelt sich um eine frühe Form einer so genannten Balancierer-Dampfmaschine. Der Name erschließt sich aus dem Konstruktionsprinzip. Der Kurbeltrieb befindet sich nicht direkt unter dem Zylinder. Vielmehr wird die Kolbenbewegung über eine Wippe, den Balancierer, übertragen. Den Kurbeltrieb sehen Sie unter dem zweiten Ende des Balancierers. Das Schwungrad ist besonders groß, um die Laufunruhe des einzigen Zylinders auszugleichen.

Solche Maschinen liefen aufgrund ihrer Bauart sehr langsam.

Diese Dampfmaschine ist hier im Modell so aufgebaut, wie Dampfmaschinen typischerweise für den Einsatz zum Antrieb von Pumpen in Bergwerken verwendet wurden.

Sie können an diesem Modell sehr schön sehen, wie die einzelnen Komponenten der Dampfmaschine zusammenwirken.

Dieses handwerklich sehr sorgfältig ausgeführte Modell wurde von H. Witt aus Vallendar gebaut und dem Museum zur Verfügung gestellt.

Besonders gut können Sie erkennen, wie die oszillierende Bewegung der Kolbenstange in eine Drehbewegung des großen Schwungrades umgeformt wird. Dazu wird eine einfache Hebelkonstruktion mit einem Gelenk eingesetzt. Der zweite Hebel kann schwenken. Ein Ende ist mit dem Gelenk an der Kolbenstange befestigt. Sein anderes Ende ist außerhalb der Drehachse am Schwungrad befestigt. Wenn sich die Kolbenstange bewegt, kann das Schwungrad über diesen einfache Hebelmechanismus in Drehbewegung versetzt werden.

Übrigens: Wissen Sie eigentlich, warum das Schwungrad so groß ist? Die Erklärung steckt schon in seinem Namen: Das Schwungrad hat eine große Masse. Große Massen haben eine große Trägheit. Das kennen Sie, wenn Sie Ihr Auto bremsen wollt. Das Auto, das in Bewegung ist, stoppt nicht sofort, weil erst einmal seine ganze träge Masse gebremst werden muss. Die Bremsen müssen die kinetische Energie Ihres Autos in Wärmeenergie umwandeln. Diese Erkenntnis, dass bewegte Körper Energie haben, wird mit dem Schwungrad genutzt. Wenn sich das Schwungrad erst mal dreht, hilft es dabei, die sogenannten „Totpunkte“ zu überwinden, an denen sich die Richtung der Kolbenstange umkehrt, und die Drehung gleichmäßig beizubehalten. So kann die Dampfmaschine besser als Arbeitsmaschine eingesetzt werden.

À propos „Arbeitsmaschine“: An eine solche Dampfmaschine können über Riemenantriebe verschiedene Werkzeugmaschinen angeschlossen werden. So konnten im 19. Jahrhundert Fabriken betrieben werden. Es konnte aber auch ein Generator angeschlossen werden, um Strom zu machen. Übrigens werden heute immer noch in Kraftwerken moderne Dampfturbinen eingesetzt, die über Generatoren Strom erzeugen. Das Prinzip der Dampfmaschine lebt also weiter – in hoch effizienten Prozessen!

Modell des Raddampfschleppers „Franz Haniel X“, 1902 (im 2. Stock)

Dampfmaschinen wurden unter anderem eingesetzt, um Schleppschiffe anzutreiben. Hier sehen Sie ein Modell eines typischen 77 Meter langen Schlepperschiffs, das mit einer Dampfmaschine angetrieben wurde.

Solche Schlepperschiffe lösten um das Jahr 1830 herum das Prinzip der Tauerschiffe ab, die sich noch an 40 mm dicken Drahtseilen, die im Rhein verlegt waren, mit Seilscheiben mühsam flussaufwärts gezogen hatten. Wie das aussah, können Sie übrigens schön in der großen Vitrine über die Schlepperschifffahrt sehen, die im ersten Stock steht.

Ausgerüstet mit bis zu 2000 PS starken Dampfmaschinen und Schaufelrädern konnten Frachtschiffe nun eigenständig im Rhein fahren – ohne Seil. Sie waren unabhängig und verfügten über eine stärkere Antriebsleistung. Solche Schlepperschiffe konnten bis zu 8 Lastkähne ziehen.

Erst um 1880 wurden die Schaufelräder Zug um Zug gegen die heute üblichen Schiffsschrauben getauscht. Damit konnten die Schiffe schmaler gebaut werden. Schiffe mit Schraubenantrieb waren aber zunächst nicht so zugkräftig und hatten einen größeren Tiefgang als Schaufelraddampfer. Deshalb setzten sie sich erst allmählich durch.

Die Schlepperschiffe waren mit Seilwinden und Seilklemmen ausgestattet. Mit den Seilklemmen, die man am Modell gut sehen kann, wurden die Drahtseile an Deck verklemmt. Auf diesen Klemmen lag die ganze Zugkraft. Außerdem scheuerten die Seile so nicht über das Deck.

An den zwei Kesseln erkennt man, dass zwei Kessel montiert waren. Ob eine oder mehrere Dampfmaschinen verbaut waren, sieht man leider nicht.

Den Hintergrundtext zu diesem Objekt finden Sie in der folgenden Station.
(Leistung von Dampfmaschinen)

Leistung von Dampfmaschinen

Hintergrundtext zum Objekttext: "Modell einer Raddampfschleppers "Franz Haniel X", 1902 (im 2. Stock)"

Die Leistung einer Maschine ergibt sich aus Kraft mal Weg pro Zeit.

James Watt bezog die Leistung einer Maschine auf die Leistung von Arbeitspferden. Sein „Imperial Horsepower“ ergab sich aus dem Anheben von 550 Pfund in einer Sekunde um ein Fuß. Dies entsprach etwa 249 Kilogramm und 30,5 cm. Das kontinentaleuropäische Metric Horsepower bezog sich auf 75kg und 1 Meter pro Sekunde. Die britischen Pferde waren also scheinbar etwas stärker.

Eine ausgereifte Dampfmaschine mit einem Kolben, der mit einem Durchmesser von 50 cm und einem Hub von 1 m eine Arbeitsgeschwindigkeit von zwei Hüben pro Sekunde ausführt, konnte etwa 212 PS leisten. Dafür brauchte man etwa 17 Kubikmeter oder 30 Kilo Dampf pro PS und Stunde. Um den Dampf für 212 PS zu erzeugen, benötigte man pro Betriebsstunde etwa 150 kg Kohle.

Ein moderner Diesel-Pkw braucht viel weniger Brennstoff, weil dieser mehr Energie enthält und weil der Wirkungsgrad eines modernen Dieselmotors höher ist als der Wirkungsgrad einer Dampfmaschine. Allerdings ist der Wirkungsgrad nur etwa 2,35 Mal höher.

Man muss aber auch sehen, dass die Dampfmaschine etwa 14 Tonnen gewogen hat, der Pkw-Motor mit derselben Leistung nur etwa 168 kg. Die Leistungsgewichtige, also die Leistung pro Kilogramm Maschinengewicht unterscheiden sich um das 8.500-fache!

Es gibt aber noch einen wichtigen Aspekt: Das Drehmoment. Unsere Beispielmaschine gibt bei 120 Umdrehungen pro Minute nämlich ein Drehmoment von über 12.000 Newtonmetern ab. Der Pkw-Motor kommt bei 5000 Umdrehungen pro Minute dagegen nur auf etwa 300 Newtonmeter. Der Dieselmotor gibt also nur ein 40stel des Drehmoments einer Dampfmaschine ab.

Schlepperschifffahrt (im 2. Stock, Raum 6)

Zwar haben Sie auf dieser Tour schon ein Modell eines Schlepperschiffs gesehen, aber noch nicht, wie diese Schlepperschiffe eingesetzt wurden. Das kann man schön an der Darstellung in dieser Vitrine erkennen.

Links in der Vitrine sehen Sie das Schlepperschipp „Peter Küppers“, auf dem offensichtlich zwei Feuerungen und zwei Dampfkessel betrieben wurden. Das erkennt man an den beiden Schornsteinen. Die Dampfmaschinen trieben zwei Seitenschaufelräder an. Die Seilklemmen sind an diesem Modell leider nicht dargestellt. Gut sieht man aber, dass das Schlepperschiff alle Seile führt, um die Kähne zu ziehen.

Früher fuhren solche Schlepperschiffe auf dem Rhein und zogen bis zu 8 Kähne.

Dazu fuhr der Schlepper dicht an den zu schleppenden, vor Anker liegenden Kahn heran und übergab das Personal auf dem Schlepper dem Personal auf den Kähnen einen Schleppdraht, den sie auf den Kähnen an so genannten „Brittelhaken“ befestigten. Die Kähne ließen sich dann hinter das Schlepperschiff zurückfallen, bis sie bei gespanntem Schleppdraht hinterhergezogen wurden. Wenn sich weitere Kähne anschließen wollten, wurden sie ebenfalls von dem Schlepperschiff aufgenommen und in bestehenden Verband eingebunden. Die Schleppzüge konnten Längen von einem Kilometer erreichen.

Rheinaufwärts wurden die Kähne hintereinander geschleppt. So hatten sie einen geringeren Wasserwiderstand. Rheinabwärts wurden sie zu zweit nebeneinander gezogen. Nicht nur das Schlepperschiff- sondern auch jeder Kahn musste mit Rudern gesteuert werden. An den großen Steuerrädern mit bis zu 6 m Durchmesser mussten mehrere Männer kräftig reißen. Weil das nicht nur anstrengend, sondern auch personalintensiv war, wurden später dampfbetriebene Rudermaschinen eingebaut, die wie eine Servolenkung wirkten.

Wollte sich ein Kahn aus dem Verbund lösen, lösten sie ihren Schleppdraht vom Schiff und ließen sich in den Hafen treiben. Dort wurden sie mit Lokomotiven oder Winden ans Ufer gezogen. Die Besatzung musste den Kahn von Hand bremsen.

Bis 1967 konnte man auf dem Rhein Schleppverbände sehen. Seitdem fahren alle Schiffe mit eigener Kraft.

Gemälde der Rheinschifffahrt mit viel Rauchgasen

Die Erfindung der Dampfmaschine, die im 19. Jahrhundert für den Antrieb von Schiffen eingesetzt wurde, war für die Menschen eine große Erleichterung. Menschen und Waren konnten nun unabhängig von Muskelkraft, Wind und Kabeln auf dem Rhein transportiert werden. Die Zeit, die für Reisen und Transporte benötigt wurde, verkürzten sich stark. Mit der Nutzung der Dampfkraft begann alles, sich zu beschleunigen.

Auf diesem Gemälde von Prinzessin Charlotte von Preußen sehen Sie, was die Dampfmaschinen im 19. Jahrhundert mit unserer Luft machten.

Die Abgase aus den Schornsteinen verdunkelten den Himmel. Man sah kaum noch die Sonne. Viele erinnern sich, dass das im Ruhrgebiet, das stark industrialisiert war, noch bis in die späten 1960er Jahre so war.

Leider erkannten die Menschen erst viel später, dass sie nicht nur die Sonne kaum noch sahen, sondern dass die Abgase auch die Gesundheit und unser Klima schädigten.

Auch die Arbeitsbedingungen in der Industrie oder auf einem Dampfschiff waren hart und forderten den Menschen viel ab.

Jede Medaille hat zwei Seiten. Das hatte man auch mit der Industrialisierung erkannt.

Die Hintergrundtexte zu diesem Objekt finden Sie in den folgenden zwei Stationen.
(Abgase und Umwelt, Industrialisierung)

Abgase und Umweltbelastung von Dampfmaschinen

Hintergrundtext zum Objekttext: "Gemälde der Rheinschifffahrt mit viel Rauchgasen"

Der dicke weißen Qualm alter Dampfmaschinen besteht hauptsächlich aus ungefährlichem Wasserdampf. Je nach Qualität des Brennstoffes, der Qualität der Anlage und der Erfahrung des Heizers werden aber auch viele giftige oder umweltschädliche Stoffe in die Umwelt abgegeben.

Heute verfügt man über bessere Technologien, um krebserregende Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid, dass Herz- oder Nierenkrankheiten auslöst, zu vermeiden. Außerdem vermeidet man den giftigen Schwermetalleintrag in die Luft. Man vermeidet auch Schwefeloxide, weil sie Böden versauern.

Moderne Verbrennungsmotoren sind inzwischen hochentwickelt. Es gibt aufwendige Verfahren zur Verbrennungs- und Abgassteuerung. Der Verbrauch fossiler Brennstoffe bleibt dabei aber ein nicht umkehrbarer Prozess. Das ist, bei allem technischen Fortschritt, seine zentrale Schwäche.

Aber die Abgase der Dampfmaschinen sind nicht in jeder Hinsicht schlechter als moderne Verbrennungsmotoren: Auch die alten Dampfmaschinen stoßen weniger Feinstaub und weniger Stickoxide aus als moderne Verbrennungsmotoren.

Moderne Dampfmaschinen können hoch effizient mit nachwachsenden Rohstoffen betrieben werden. So werden klimaschonende Kreislaufprozesse erreicht.

Unter der Prämisse, dass der Dampf ressourcenschonend erzeugt wird, sind moderne Dampfmaschinen Verbrennungsmotoren in vielen Perspektiven sogar überlegen. Das Prinzip der Dampfmaschine wird auch heute noch in modernen Dampfturbinen für Kraftwerke eingesetzt.

Industrialisierung und Lebensbedingungen

Hintergrundtext zum Objekttext: "Gemälde der Rheinschifffahrt mit viel Rauchgasen"

Die Dampfmaschine hat im 19. Jahrhundert die Industrialisierung ermöglicht. Wirtschaft und Gesellschaft veränderten sich radikal. Die Industrialisierung schaffte Beschäftigung und Wachstum in Städten, aber sie entwurzelte die Arbeiter gesellschaftlich machte sie von der Industrie abhängig.

Arbeiterfamilien lebten in kaum vorstellbarer Armut. Unterernährung, Krankheiten, Arbeitsunfälle und Existenzangst waren permanente Probleme. Staaten und die Kirchen ließen ihr Leid lange tatenlos zu.

Gewerkschaftliche Organisation und Initiativen von Unternehmerseite trieben letztlich auch den Staat zur Anordnung verbesserter Rahmenbedingungen. Heute sind Urlaub, Krankenversicherung und Arbeitsschutz selbstverständlich.

Die Kluft zwischen Lohnarbeitern und Menschen, die von Kapitalvermögen leben können, besteht aber fort.
Während die digitale Vernetzung von Industrie und Handel findigen Unternehmern neue Chancen eröffnet Sie, wächst die Kluft zwischen „arm“ und „reich“ weiter. Kapital, das im Industriezeitalter verdient wurde, finanziert neue Geschäftsmodelle. Ohne Dampfmaschine und Industrialisierung wäre die Digitalisierung heute nicht vorstellbar.

Dieselmotor im Erdgeschoss

Die physische Arbeit an den Dampfmaschinen war sehr hart. Es war auch heiß und schmutzig. Allmählich erkämpften sich die Arbeiter mehr Rechte und mussten immer besser bezahlt werden. Für die Schiffsbetreiber wurde das Geschäft teurer. Außerdem stießen die alten Dampfmaschinen damals viel gefährliches Abgas aus, das Menschen, Tieren und unserer Umwelt schadete. All diese Punkte sprachen in der ersten Ende des 19. Jahrhunderts gegen Dampfmaschinen.

Der Diesel- und der Ottomotor waren zu der Zeit schon erfunden und wurden leistungsfähiger und zuverlässiger. Bald war der Dieselmotor so weit entwickelt, dass er sich für den Schiffsantrieb eignete. In den 1950er und 1960er Jahren verdrängte der Dieselmotor die Dampfmaschine als Schiffsantrieb.

Sie stehen nun vor einem solchen Schiffsdieselmotor der Motoren-Werke Mannheim mit 128 PS, der 1952 gebaut wurde. Der Antrieb von Schiffen mit einem solchen Motor brauchte weniger Personal, war sauberer und nahm auf den Schiffen nicht so viel Platz ein. Nicht nur der Motor war viel kleiner als eine Dampfmaschine mit gleicher Leistung. Vor allem brauchte man keine Dampfkessel, die auf Dampfschiffen viel Platz eingenommen hatten. Also hatte man mehr Platz, um Passagiere aufzunehmen und Waren zu laden.

Solche Motoren wurden bald die typischen Motoren für alle mittelgroßen, selbstfahrenden Schiffe.

Die Entwicklung von Motoren knüpfte an die Erfahrung mit Dampfmaschinen an. Auch Motoren arbeiten mit dem Prinzip einer Verbrennung von Brennstoff mit Luft, nicht viel anders als in der Feuerung von Dampfmaschinen. Aber die Verbrennung findet nicht mehr außerhalb der Maschine statt, sondern im Motor selbst. Die Ausdehnung des entzündeten Gemischs wirkt direkt auf die Kolben. Den Schritt über den Dampf spart man sich bei Motoren. Man spricht von „innerer Verbrennung“, während Dampfmaschinen mit einer „externen Verbrennung“ arbeiten. Allerdings wirkt die Ausdehnung des Gemischs nur einseitig auf die Kolben, nicht beidseitig, wie bei modernen Dampfmaschinen.

Eine weitere Parallele ist an der Kurbelwelle zu erkennen: Auch Motoren werden mit Schwungscheiben vibrationsarm gehalten.

Verbrennungsmotoren liefen allerdings mit viel höheren Drehzahlen als Dampfmaschinen, hatten aber nicht so viel Drehmoment. Dieser Motor lief mit 1.000 Umdrehungen pro Minute. Deshalb werden üblicherweise Getriebe zur Drehzahlsenkung und Drehmomentsteigerung eingesetzt.

Die Hintergrundtexte zu diesem Objekt finden Sie in den folgenden zwei Stationen.
(Nachfolger der Dampfmaschine, Disruptive Innovation)

Nachfolger der Dampfmaschine

Hintergrundtext zum Objekttext: "Dieselmotor im Erdgeschoss (im Erdgeschoss)"

Kleinere Dampfmaschinen wurden seit Ende des 19. Jahrhunderts zunehmend durch Verbrennungsmotoren ersetzt.

Otto- und Dieselmotoren erreichten einen höheren Wirkungsgrad, hatten eine geringere Baugröße und ein viel günstigeres Leistungsgewicht als Dampfmaschinen.

Das Leistungsgewicht ist das Verhältnis von Leistung, beispielsweise in [PS] zu Gewicht der Maschine in [kg].

Günstige Leistungsgewichte waren vor allem für Landfahrzeuge interessant.

Lokomotiven wurden teilweise mit Dieselmotoren, teilweise auch mit Elektromotoren ausgerüstet, die leichter und leistungsfähiger waren und damals günstigere Betriebskosten ermöglichten. Außerdem waren Diesel- und Elektromotoren damals umweltfreundlicher als Dampfmaschinen.

Auf Schiffen wurden Dampfmaschinen fast vollständig von Dieselmotoren verdrängt, die höhere Leistungen bei vergleichsweise günstigeren Betriebskosten und erheblich weniger Platzbedarf ermöglichten.

Kraftwerke rüsteten von Dampfmaschinen auf Dampfturbinen um, um einen höheren Wirkungsgrad zu erschließen. Später wurden in Kraftwerken auch Gasturbinen eingesetzt.

Wenn wir mit heute verfügbaren Materialien, Technologien und Fertigungsverfahren Dampfmaschinen bauen würden, könnten sie sicher mit modernen Verbrennungsmotoren konkurrieren. Ob wir eine Renaissance der Dampfmaschine erleben werden?

Disruptive Innovation

Hintergrundtext zum Objekttext: "Dieselmotor im Erdgeschoss (im Erdgeschoss)"

Disruptive Innovation beschreibt einen Vorgang, bei dem Traditionelles von Neuem radikal verdrängt wird. Das können Materialien sein, aber auch Verfahren oder Technologien.

Neue Materialien, Technologien oder Verfahren sind im Vergleich mit etablierten häufig zunächst unterlegen. Sie erlangen erst nach einer Anlaufphase ihre volle Leistung und werden wettbewerbsfähig. Verlassen sich Anbieter nur auf das, was ihre bestehenden Kunden heute kennen und wollen, besteht die Gefahr, notwendige Entwicklungen zu verpassen.

So war es auch bei den Dampfmaschinen. Es war aufwendig, Schiffskonstruktionen an große und schwere Dampfmaschinen anzupassen. Viele Werften scheuten den Umstellungsaufwand. Spätestens als Schiffe mit Dampfmaschinen Ozeane überqueren konnten, gab es für die Frachtsegler keine große Nachfrage mehr. Werften, die keine Dampfmaschinen einbauen konnten, verschwanden.

Persönlicher Komfortbedarf kann mit Innovationskultur konkurrieren. Mögliche Chancen werden dann womöglich nicht erkannt oder verdrängt. Das geht oft noch eine ganze Weile gut. Die Trägheit verlängert Tradiertes, und erschwert Neuem den Durchbruch. Ist die Zeit aber reif für einen Umbruch, schlagen Verhältnisse disruptiv um. Märkte formen sich ganz neu, Spielregeln ändern sich schlagartig, Spieler wechseln. Manchmal wechselt sogar das Spielfeld.

Menschen haben Angst vor solchen disruptiven Veränderungen. Aber frische Ideen, die für die Menschen nützlich sind, haben sich trotzdem fast immer durchgesetzt.

Dampfmaschinenmodell von Fa. Wilesco

Sie stehen vor einem typischen Spielzeug für Kinder aus bürgerlichem Hause im 19. Jahrhundert. So wie Sie vielleicht noch Carrera-Bahn gespielt haben und die Formel 1 ins Kinderzimmer geholt haben und Kinder heute Sportwagen fernsteuern und mit Barbie-Puppen spielen, haben damals Kinder die Welt der Erwachsenen nachgespielt, indem sie kleine Dampfmaschinen betrieben haben.
Im ersten Stock stehen alte Spielzeugdampfmaschinen, die wirklich funktionieren. Dieses Modell ist im damaligen Stil nachgebaut worden. Wir haben diese Dampfmaschine für Sie in Gang gesetzt.
Sehen Sie mal!
Dieses Modell besteht nicht nur aus der Dampfmaschine selbst, sondern enthält auch alles, was alles gebraucht wird, um eine Dampfmaschine zu betreiben: Man muss ein Feuer machen. Das machen wir hier mit Trockenbrennstoff, wie er zum Grill-Anzünden verwendet wird. Das Wasser im Kessel wird durch die Flammen erwärmt, bis es verdampft. Dieser Dampf will sich ausdehnen. Allmählich erhöht sich der Druck. Wenn der Druck im Kessel hoch genug ist, drückt der Dampf über eine Dampfleitung auf einen Kolben in der kleinen Dampfmaschine. Die Kolbenstange versetzt das Schwungrad in Drehbewegung. Mit einem Dampfabsperrventil kann die Drehzahl von Hand gesteuert und begrenzt werden.
Aber wenn sich nur etwas ohne Nutzen dreht, ist das ja langweilig. Das Besondere an diesem Modell ist, dass mit der Drehbewegung ein kleiner Generator angetrieben wird, mit dem Strom erzeugt wird. Die Arbeitslampe beginnt zu leuchten. Außerdem sehen und hören Sie, dass die Dampfmaschine auch eine Arbeitsmaschine antreibt: Es ist ein Schmiedehammer, der gehoben und fallengelassen wird. Mit einer großen Dampfmaschine konnte Stahl ohne viel Muskelkraft in Form gebracht werden.
Ja, Dampfmaschinen wurden im 19. Jahrhundert für den Antrieb verschiedener Arbeitsmaschinen eingesetzt: Mühlen, Webstühle, Spinnräder, Blechwalzwerke, Textildruckmaschinen, Pumpen – und Schmiedehämmer wie in unserem kleinen Modell.
Wenn hier nur Dampfmaschinen stehen, ist das so wie ein nackter Motor ohne Tank, ohne Getriebe und ohne Fahrwerk. Deshalb ist dieses Modell wichtig!

Mehr Walks von RHEIN-MUSEUM

Rhein-Museum Koblenz

Rhein-Museum Koblenz

Hydrologie Das Museum zeigt zahlreiche historische Messinstrumente zur Strömung und zur Bestimmung der Wasserqualität, ebenso den Umgang mit den v... Hydrologie Das Museum zeigt zahlreiche historische Messinstrumente zur ...

RHEIN-MUSEUM

35
Dampfmaschinen für kleine Forscher*Innen

Dampfmaschinen für kleine Forscher*Innen

Die Dampfkraft hat unser Leben fundamental geändert. Welchen Einfluss die Dampfmaschine auch auf unser Leben am Rhein hatte, ist mit diesem Walk en... Die Dampfkraft hat unser Leben fundamental geändert. Welchen Einfluss di...

RHEIN-MUSEUM

27