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Die Dampfmaschine von John Watt optimierte nicht nur Reisen und Fertigung, sondern war auch ein Anstoß für die industrielle Revolution.

Sammlung der Science Museum Group © Das Kuratorium des Science Museum, London Eine Darstellung von James Watt bei der Arbeit, 1860.

Er wird nicht oft als Vater der industriellen Revolution bezeichnet, aber ohne den schottischen Ingenieur James Watt wäre die Revolution möglicherweise nicht möglich gewesen. Sein Name wurde als die Einheit geehrt, für die wir die Kraftstärke weltweit messen: das Watt . Sein Beitrag zur Wissenschaft, insbesondere zur Watt-Dampfmaschine, brachte die Welt von einer auf Landwirtschaft basierenden Gesellschaft zu einer Gesellschaft, die sich um Technologie und Erfindung dreht. In vielerlei Hinsicht ist James Watt der Schöpfer der modernen Welt der Fertigung.

James Watt's Erfindungen wurzeln

James Watt wurde am 19. Januar 1736 im schottischen Seehafen Greenock geboren. Beide Eltern waren gut ausgebildet und unternahmen große Anstrengungen, um einem jungen Watt die gleiche Chance zu geben. Oft krank, verbrachte Watt einen Großteil seiner Zeit im Heimstudium.

Schon früh zeigte er eine natürliche Begabung für Ingenieurwissenschaften, und mit 18 Jahren reiste Watt nach London, um Instrumentenbau zu studieren. Seine Talente für nautische und mathematische Technik blieben von seinen Lehrern nicht unbemerkt, so wie sie es von seinem Vater und den Kollegen seines Vaters als Kind zu Hause nicht getan hatten.

Stock Montage / Getty ImagesEine Darstellung des jungen James Watt an einem Esstisch mit seinen Eltern, der mit dem aus dem Teekessel freigesetzten Dampf experimentiert.

Als er jedoch ein Jahr später nach Schottland zurückkehrte, um sich in Glasgow niederzulassen, wurde Watt's Antrag auf Beitritt zur Glasgow Guild of Hammermen abgelehnt. Trotz seines großen Verstandes hatte er nicht die Erfahrung, da er die obligatorische Ausbildung von sieben Jahren nicht absolviert hatte - und strenge Regeln galten.

Trotz dieses Rückschlags wurde Watt bald beauftragt, eine Sendung astronomischer Instrumente aus Jamaika für die Universität von Glasgow wiederherzustellen. Beeindruckt von seinem Können ließ die Universität ihn um 1757 einen Workshop in ihren Räumlichkeiten beginnen. Watt knüpfte auf diese Weise wichtige Kontakte in die Wissenschaft, von denen einer ihn in die Kraft des Dampfes einführte - eine zufällige Verbindung.

Diese Verbindung war Professor John Robinson, der das Konzept eines dampfbetriebenen Autos untersuchte. Robinson würde die Sirene entdecken.

Im Gegensatz zu einer populären Geschichte, die vermutlich von seinem Sohn James Watt Jr. verbreitet wurde, erfand der Erfinder die Dampfmaschine nicht, nachdem er einen Kessel auf einem Herd pfeifen sah. Tatsächlich gab es schon lange verschiedene Iterationen der Dampfmaschine, bevor Watt auf die Bühne kam. Aber der einzige, der wirklich funktionierte, war der atmosphärische Motor, den der englische Eisenhändler Thomas Newcomen 1712 erfand, und selbst das funktionierte nicht sehr gut.

Wikimedia CommonsDie Newcomen-Engine, die Watt verbessert hat.

Also versuchte Watt, seinen eigenen Prototyp einer Dampfmaschine zu entwickeln - allerdings zunächst ohne Erfolg. Erst als die Universität von Glasgow ihn 1763 aufforderte, das Modell des Newcomen-Motors zu reparieren, gelang Watt der Durchbruch.

Der Motor war in den 50 Jahren seit seiner Erfindung nicht viel vorangekommen. Sein einziger Zweck war es immer gewesen, Wasser aus Minen zu pumpen, aber selbst in funktionierendem Zustand war es viel zu schwach, um mit immer größeren Wassermengen fertig zu werden. Je tiefer die Minen gegraben wurden, desto anfälliger wurden sie für Sturzfluten und waren somit potenzielle Todesfallen für Bergleute.

Abgesehen von der Unzulänglichkeit des Newcomen-Motors beim Pumpen von Wasser war der Betrieb auch extrem teuer. Watt musste nicht nur eine leistungsstärkere Dampfmaschine bauen, sondern auch eine, die weit weniger Kohle verbrauchte.

Kämpfe mit der Watt Dampfmaschine

Watt heiratete 1764 seine Cousine Margaret Miller, mit der er sechs Kinder hatte. Watt's finanzielle Verpflichtungen hatten zugenommen, ganz zu schweigen davon, dass er zusätzliches Geld brauchte, um seine Dampfmaschinenexperimente zu finanzieren. Er befindet sich kurz in Schulden.

Watt verlor jedoch nie den Fokus auf die Entwicklung der Dampfmaschine. Bis 1765 kannte Watt jeden Aspekt des Newcomen-Motors und entdeckte einen grundlegenden Konstruktionsfehler, der dazu führte, dass die Maschine langsam lief. Der heiße Dampf wurde im Kolbenzylinder abgekühlt, wodurch der Kessel den größten Teil seiner Wärmeenergie verlor. Dies bedeutete, dass der Motor auf sechs bis acht Zyklen pro Minute langsamer wurde.

Bei einem täglichen Spaziergang hatte Watt einen Geniestreich: Warum nicht den Kondensator vom Kolbenzylinder trennen? Zurück in seiner Werkstatt baute Watt ein kleines Modell seines Motors. Der separate Kondensator - wie er später genannt wird - funktionierte. Es erhöhte den Wirkungsgrad auf die doppelte Drehzahl des Newcomen-Motors.

Wikimedia CommonsEin Diagramm der Watt-Dampfmaschine, gedruckt in einem Buch von 1878.

Aber seine bemerkenswerte Entdeckung war noch lange nicht marktreif. Watt war tief verschuldet und wurde durch sein Bedürfnis behindert, einen Schmied zu finden, der in der Lage war, die Teile zu schmieden, um seinen Motor von einem kleinen Modell zu einem vollwertigen Motor zu vergrößern. Aber er fand keinen solchen Schmied, der zu dieser Aufgabe fähig war, da zuvor noch kein Motor dieser Größenordnung hergestellt worden war.

Watt brauchte Kapital, bevor er mit seiner Erfindung etwas mehr anfangen konnte. Er übernahm eine Rolle als Vermesser bei mehreren Kanalbauprojekten. Doch 1768 wurde Watt gelangweilt von Vermessung und Schwierigkeiten, über die Runden zu kommen, John Roebuck vorgestellt, einem Geschäftsmann, der eine Mine mietete, die Schwierigkeiten mit Überschwemmungen hatte.

Roebuck erklärte sich bereit, die Entwicklungskosten für den Watt-Motor zu übernehmen und das Patent als Gegenleistung für zwei Drittel der erwarteten Einnahmen zu bezahlen. Watt nahm das Angebot an und erwarb schließlich 1769 in London ein Patent für seine Dampfmaschine. Die Watt-Dampfmaschine wurde Realität.

Jetzt, mit einer großen Familie, stellte Watt die Arbeit an der Dampfmaschine ein, um als Vermesser besseres Geld zu verdienen. Aber 1773 ereignete sich eine Tragödie, als seine Frau bei der Geburt starb. Roebuck, sein Geschäftspartner, ging bankrott.

Boulton treffen und Erfolg finden

Wikimedia Commons Ein Gemälde von Matthew Boulton von Carl Frederik von Breda, 1792.

Roebuck war maßgeblich an Watt's Karriere beteiligt, nicht zuletzt, weil er ihn dem Industriellen Matthew Boulton aus Birmingham, England, vorstellte. Der reiche Hersteller war acht Jahre älter als Watt. Boulton hörte durch Roebuck von Watt's Erfindung und war fasziniert.

Boulton hatte viele einflussreiche Freunde, darunter John Wilkinson, der der König der Eisenhändler war und die Kanonenproduktion revolutioniert hatte. Durch Wilkinson erhielt Watt schließlich die Metallbearbeitung, die er für die ordnungsgemäße Herstellung der Watt-Dampfmaschine benötigte. In der Zwischenzeit heiratete Watt erneut und hatte zwei weitere Kinder.

Um die Effizienz seiner Dampfmaschine zu demonstrieren, erfand Watt eine neue Maßeinheit namens PS . Er benutzte das Gewicht, das eine Gruppe Ponys heben konnte, als Vergleich zur Leistung seiner Dampfmaschine. Es war eine effektive Beschreibung der Fähigkeiten seines Motors und Watt's Erfindung wurde sehr beliebt.

Elf Jahre lang produzierte und verkaufte Boultons Fabrik Watt's Dampfmaschinen an Bergleute. Eine ihrer Maschinen wurde sogar 1775 in der Whitbread's Brewery in London installiert, um Malz zu mahlen und den Schnaps zu heben. Die Dampfmaschine ersetzte ein Sechs-PS-Rad.

Boulton entdeckte dann, dass die Watt-Dampfmaschine Anwendungen hatte, die über das Pumpen von Wasser hinausgingen.

Bis zu diesem Zeitpunkt wurden Maschinen von Wasserrädern angetrieben. Sie waren jedoch ineffizient für die Bedürfnisse aufstrebender Industrien wie Baumwolle, die eine stärkere Stromquelle für den Betrieb von Webstühlen und Spinnmaschinen benötigten. Die Watt-Dampfmaschine pumpte nur in einer linearen Bewegung, und Boulton empfahl dem Paar, sich in eine rotierende oder kreisförmige Bewegung zu verwandeln.

Sammlung der Gruppe des Wissenschaftsmuseums © Das Kuratorium des WissenschaftsmuseumsA Boulton und Watt Rotative Beam Engine. Dies ist der älteste im Wesentlichen unveränderte Rotationsmotor der Welt und wurde 1788 von Watt selbst gebaut.

Boulton schrieb an seinen Partner: „Ich möchte Sie nicht beeilen, aber ich denke, wir sollten uns im Laufe von ein oder zwei Monaten dazu entschließen, ein Patent für bestimmte Methoden zur Erzeugung von Drehbewegungen zu erteilen. Es gibt kein anderes Cornwall gefunden werden, und die wahrscheinlichste Linie für den Verbrauch unserer Motoren ist die Anwendung auf Motoren, was sicherlich ein weites Feld ist. “

Watt entwickelte anschließend das Sonnen- und Planetengetriebe. Die geniale Vorrichtung hatte ein Zahnrad am Ende einer Pumpstange, die sich um das rotierende Zahnrad auf einer Antriebswelle drehte. Das Ergebnis war, dass Watt ein effizientes und leistungsstarkes Mittel zur Kreisbewegung erfand, mit dem ein Rad effektiv angetrieben werden konnte.

Diese Erfindung wurde zur Grundlage für jene größeren Fabriken, die die industrielle Revolution definierten. Die Dampfmaschinen von Watt ersetzen die Muskelkraft in enormem Umfang. Aber wie bei allen Fortschritten zeichnete sich für die Bevölkerung eine zeitweise Krise ab, da Arbeitsplätze veraltet waren und Tausende aufgrund der effizienteren Maschinen von Watt arbeitslos wurden.

Fortschritt und Vermächtnis

Wikimedia Commons für James Watt & Co. Pumpmotoren.

Watt hatte auch andere Erfindungen. 1780 patentierte er ein Kopiergerät.

Die Eisenwerke von Boulton und Watt wurden von Dampfmaschinen angetrieben und waren die erste Maschinenfabrik der Welt. Um 1800 verwendeten 84 britische Baumwollspinnereien neben Woll- und Mehlmühlen auch Boulton- und Watt-Motoren. Boulton und Watt hatten zu diesem Zeitpunkt im Wesentlichen ein Monopol über das Geschäft mit Dampfmaschinen.

Dampfbetriebene Schiffe und Dampflokomotiven verbanden den Globus und verkürzten die Reisezeit auf einen Bruchteil. Dampfbetriebene Fabriken erhöhten die Produktion exponentiell. James Watt's Beitrag ging höchstwahrscheinlich weit über alles hinaus, was er sich hätte vorstellen können.

Bis 1790 konnten er und Boulton ihr Geschäft als zwei wohlhabende, bekannte Männer an ihre Söhne zurückziehen. Boulton starb 1809 im Alter von 80 Jahren und Watt folgte am 19. August 1819 im Alter von 83 Jahren. Die beiden Pionierpartner wurden nebeneinander begraben.

Für die meisten ist der Name Watt gleichbedeutend mit der nach ihm benannten Einheit elektrischer Energie. Dank ihm hat die Dampfkraft das moderne Leben massiv beeinflusst und ist bis heute ein wesentlicher Bestandteil der Stromerzeugung.