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Wasserdampf

 

Quelle: Achmed A. W. Khammas (Buch der Synergie)

Wasserdampf

Künstlich erzeugter Wasserdampf bildete über einen recht langen Zeitraum hinweg den Energiezwischenträger überhaupt – wobei nicht vergessen werden darf, daß der Lehrmeinung der ‚Biotechnischen Schule’ zufolge das Erzeugen von Dampf ‚naturwidrig’ ist, da in der Natur das Wasser ohne hohe Temperaturen verdunstet und nicht verdampft, jedenfalls in der unmittelbaren Lebensumwelt des Menschen. Wasserdampf aus natürlichen Quellen behandle ich unter Geothermalenergie.

Die Nutzanwendung von künstlich erzeugten Wasserdampfs geht sehr weit zurück, so hat schon der größte und wohl bekannteste Wissenschaftler der Alexandrinischen Ingenieursschule, Heron von Alexandria, der etwa im 2 Jh. v. Chr. lebte, eine Dampfturbine beschrieben und gebaut – sein Aelopile (oder ‚Heronsball’) erlangte allerdings keine wirtschaftliche Bedeutung. Dies ist um so verwunderlicher, da diese erste dampfbetriebene ‚Reaktionsturbine’ Arbeit leisten konnte und auch sonstige technische Voraussetzungen für eine praktische Nutzung bereits bestanden. Man hätte mit dieser einfachen Turbine zum Beispiel die Archimedische Schraube betreiben können, mit der in Ägypten schon damals Wasser gefördert wurde. Vermutlich war jedoch der Betrieb von Arbeitsmaschinen mit der Muskelkraft von Sklaven wesentlich billiger.

Herons Aelopile bestand aus zwei Teilen: Der untere Behälter wurde mit Wasser gefüllt und erhitzt, wobei der erzeugte Dampf über zwei Rohre in eine Metallkugel eintrat, die sich um ihre Achse drehen konnte. Der notwendige Schub wurde durch senkrecht zur Achse stehende Düsen erzeugt.

Auch Alexandrinische Tempeltore öffneten sich durch das Spiel von Über- und Unterdruck. Neben dem Tempel befand sich ein halb mit Wasser gefüllter Behälter über einem Feuer. Durch die Hitze dehnte sich die darin befindliche Luft aus, wodurch das Wasser über einen Schlauch in einen zweiten Topf floß, der immer schwerer wurde und tiefer sank – und dadurch über Ketten und Rollen die Tore öffnete. Sobald das Feuer gelöscht wurde, entstand in dem ersten Behälter ein Unterdruck, und der sich in umgekehrter Richtung vollziehende Prozeß schloß die Tore wieder. Beschrieben wird die Technik in Herons Werk Pneumatika.

Im Jahr 1543 soll der spanische Marineoffizier und Kapitän Blasco de Garay (1500 – 1552) im Hafen von Barcelona ein 200 t schweres Schiff bewegt haben – mittels Dampf. Außerdem lieferte er mehrere wichtige Beiträge zur Schifffahrt, darunter die Entwicklung eines Schaufelrads als Ersatz für Ruder. Er war seiner Zeit jedoch zu weit voraus, und seine Technologien wurden kaum adaptiert.

Dampfbetriebener Bratspieß Modell

Mit Dampf betriebener
Bratspieß

Der osmanische Astronom und Ingenieur Taqiyaddin beschreibt in seinem ‚Buch der Produktionswege bewegender Maschinen’ von 1546 drei Vorrichtungen zum Drehen von Bratspießen. Eine davon nutzt die Dampfkraft und eine Schaufelrad-Turbine, die als Vorläufer der Pelton-Wasserturbine gelten kann (s.d.) und in den arabischen Ländern weite Verbreitung fand. Ein Modell davon befindet sich im Institut für Geschichte der Arabisch-Islamischen Wissenschaften an der Goethe-Universität in Frankfurt.

Der  Italiener Giovanni Branca beschreibt bereits 1629 in seinem Buch Le machine ein funktionierendes Dampfrad, und der französische Physiker Denis Papin (1647 – 1712) erfindet um 1679 den Druckkochtopf. 1712 geht die erste funktionsfähige atmosphärische Kolbenmaschine des englischen Maschinenbauers Thomas Newcomen (1663 – 1729) in Betrieb, die zum Abpumpen von Grubenwasser im Bergbau verwendet wird. Die Leistung dieser frühen Dampfmaschine ist jedoch noch sehr gering, und der Brennstoffverbrauch sehr hoch. Insgesamt gesehen erhalten die Protagonisten der neuen Technologie kaum Unterstützung für ihre oftmals unverstandenen Ideen.

Es ist an dieser Stelle angemessen, diese Sachlage etwas näher zu betrachten, da sie charakteristisch dafür ist, wie oft mit neuen Ideen resp. Erfindungen und deren Protagonisten umgegangen wird. Ich zitiere hier den entsprechenden Absatz aus der offenen Enzyklopädie Wikipedia:

Die Dampfmaschine leitete die industrielle Revolution ein. Sie trieb Webstühle, Schiffe oder Eisenbahnen an. Doch anfangs wollte sie niemand haben.

„Ich bin nicht wahnsinnig!“, rief Salomon de Caus (1576 – 1626). „Ich habe eine Erfindung gemacht, die das Land bereichern muss.“ De Caus hat eine Dampffontäne konstruiert. Doch Dampffontänen benötigt im Paris des 17. Jahrhunderts niemand, de Caus’ Ideen auch nicht. Seine Rufe verhallten zwischen den Gitterstäben einer Pariser Irrenanstalt. Der britische Marquis of Worcester, Edward Somerst, besucht den Irren, eher zufällig, und urteilt später: „Ihr haltet das größte Genie unserer Zeit gefangen. In meinem Vaterland England würde dieser Mann, statt im Kerker zum Wahnsinn gebracht zu werden, mit Reichtümern überschüttet werden!“ Der Marquis überschätzt sein Vaterland. Zurück in England wird er als angeblicher Spion enttarnt und im Tower von London eingekerkert. Dort schreibt er ein Buch, in das er Boote ohne Segel und andere Merkwürdigkeiten kritzelt.

Das kleine Buch bekommt der französische Physiker und Arzt Denis Papin in die Hände. Er kennt es bald auswendig und ist begeistert von der Idee, mit Dampfdruck Maschinen anzutreiben. Als erstes bastelt er einen Dampfkochtopf, den er um 1680 öffentlich vorführt. Das gute Stück fliegt Papin mit einem lauten Knall um die Ohren. Der Spott ist groß. Doch mit einer weiteren Erfindung, dem Sicherheitsventil, gelingt das Experiment. 1689 geht Papin nach Deutschland, entwirft ein U-Boot und die erste funktionstüchtige Dampfmaschine. Mit ihr hat er viel vor, doch Papin ist kein Geschäftsmann. Seine Ideen lässt er sich von dem Engländer Thomas Savery stehlen, der sie verbessert und verkauft. Papin sieht keinen Pfennig. Seine letzten Ersparnisse steckt er in einen Werbegag: Mit einem dampfbetriebenen Schaufelradboot will er von Kassel nach London schippern und so die Machbarkeit seiner Ideen beweisen. Er kommt nicht weit. Bei Münden wird ihm die Weiterreise verweigert, das Boot an Land geschleppt und in seine Einzelteile zerlegt. Papin ist am Ende und stirbt um das Jahr 1712 herum einsam und unbekannt in einem Londoner Elendsviertel.

Den Erfolg hat ein anderer: Der britische Ingenieur James Watt (1736 – 1819). Er sichert sich die Patente und bringt die Entwicklung der Dampfmaschine voran. Damit werden auch zwei andere Erfindungen machbar: Das Dampfschiff und die Dampflokomotive. Um beide entbrennt ein heftiger Streit. George Stephenson beantragt 1825 im britischen Unterhaus das erste Eisenbahnnetz zwischen Manchester und Liverpool und prophezeit, dass es in ein paar Jahrzehnten keine Postkutschen mehr geben wird, sondern nur noch stählerne Gleise, die alle Länder der Welt durchziehen. Die Abgeordneten beschimpfen ihn als Schwindler und Scharlatan. Sie äußern ihre Bedenken: Die Maschine werde mit Feuer angetrieben. Wenn es regne, würde das Feuer erlöschen. Wenn Sturm aufkommt, würde das Feuer angefacht werden und der Kessel explodieren. Pferde würden vor der Lokomotive scheuen und so eine öffentliche Gefahr darstellen. Ein Gutachter der Pariser Académie des sciences schreibt: Die schnelle Bewegung der Reisenden könnte eine Gehirnkrankheit, das Delirium furiosum, hervorrufen.

Die Parlamentsabgeordneten kippen das Projekt, aber Stephenson und seine Lok sind längst abgefahren. Ein halbes Jahr später lädt er die hohen Herren zu einer Probefahrt von Darlington nach Stockton ein. Als sich die 8 Tonnen schwere Dampflok mit 38 Wagen in Bewegung setzt, bricht Jubel aus. „Die Verrückten hatten mal wieder gewonnen.“

Dazu noch eine kleine Anmerkung: Friedrich der Große investiert von 1763 bis 1783 rund 40 Mio. Taler in die Entwicklung der preußischen Wirtschaft. Er erkennt auch den großen Nutzen der von Watt konstruierten Dampfmaschine und schickt zwei Ingenieure nach England, die nach wenigen, allerdings teuren Wochen mit ausreichend Details zurückkommen, um bei einem Bergwerk in Hettstett am 13.08.1785 die erste in Deutschland gebaute Dampfmaschine in Betrieb nehmen zu können – als Ergebnis einer frühen Industriespionage…

Doch kehren wir zur Chronologie zurück:

Der schottische Mechaniker James Watt (1736 – 1819) läßt sich 1769 mit seiner Niederdruck-Dampfmaschine ein neues Modell patentieren, das schneller und sparsamer arbeitet. Es erbringt eine höhere Leistung und verbraucht 60 % (andere Quellen: 75 %) weniger Kohlen als die Apparatur von Newcomen. Außerdem ist sie in der Lage, Räder zu bewegen. 1775 gründet Watt die erste Dampfmaschinenfabrik.

Ab 1769 entwickelt der französische Militäringenieur Nicolas Joseph Cugnot (1725 – 1804) im Auftrag seiner Regierung einen dreirädrigen Wasserdampf-Lastwagen Fardier zum Transport schwerer Kanonen, der eine Last von mehr als vier Tonnen schleppen kann – allerdings nur mit einer Höchstgeschwindigkeit von etwa 4,5 km/h. Das erste maschinenbetriebene Straßenfahrzeug der Welt muß außerdem alle 15 Minuten pausieren, damit sich neuer Dampfdruck aufbauen kann, es ist auch recht schwer zu lenken. Als es bei einer Vorführung noch dazu auf ein Mauer prallt, erlahmt das Interesse am selbstfahrenden Gefährt.

Fardier Dampfauto Nachbau

Fardier (Nachbau)

Der britische Erfinder, Ingenieur und Maschinenbauer Richard Trevithick (1771 – 1833) baut 1797 sein erstes Dampfwagenmodell, dem 1802 eine Hochdruckmaschine für das Eisenwerk Pen-y-Darren Wales folgt, die mit einem drei- bis viermal höheren als dem atmosphärischen Druck arbeitet und trotzdem hinreichend kompakt ist, um auf ein Fahrzeug zu passen. Er befestigt sie auf einem Fahrgestell und macht daraus eine Lokomotive. Das Patent verkauft er 1803 an den Besitzer des Eisenwerks Samuel Homfray.

In England fährt 1803 auch ein erstes Dampftaxi – und 1805 baut der amerikanischer Erfinder Oliver Evans (1755 – 1819) aus Newport, Delaware, ein dampfbetriebenes Amphibienfahrzeug namens Oruktor Amphibolis (amphibischer Bagger). Man nimmt heute an, daß es sich dabei um das erste motorisierte amphibische Vehikel überhaupt handelt, obwohl umstritten ist, ob es tatsächlich erfolgreich unter eigenem Dampf über Land und Wasser gereist ist.

Evans zufolge war sein Gerät 9,1 m lang, wog 15 t und wurde durch eine 5 PS Dampfmaschine bewegt. Es ist aber kein Erfolg und wird nach ein paar Jahren in Form einzelner Teile verkauft (die abgebildete Nachzeichnung stammt aus dem Jahr 1834). Die 1811 von Evans in Pennsylvania gegründete Pittsburgh Steam Engine Co. stellt Dampfmaschinen und andere schwere Gußteile für die berühmten Mississippi-Riverboats her. Während eines Aufenthalts in New York City 1819 erfährt Evans, daß seine Fabrik bis zum Grund niedergebrannt sei – worauf ihn der Schlag trifft.

Motorlose Vorläufer des Oruktor sind übrigens die um 1750 gebaute, für Wasser und Land geeignete 12-sitzige Kutsche des Neapolitanischen Prinzen Raimondo di Sangro of Sansevero (1710 – 1771) sowie der Schwimmwagen des britischen Ingenieurs, Schiffsarchitekten und Seeoffiziers Sir Samuel Bentham (1757 – 1831) aus dem Jahr 1781.

Dampfmaschine

Dampfmaschine
(Industriedenkmal Dissen)

Um 1820 transportieren Dampfomnibusse bereits Passagiere.

Über Dampflokomotiven gibt es genügend Material, daher reicht ein knapper Blick auf die Anfänge. Frühe Entwicklungsversuche erfolgen durch Timothy Hackworth (1808), John Blenkinsop (1812), William Hedley (1813) und andere.

George Stephenson (1781 – 1848) baut 1814 seine erste Lokomotive, während im Jahr 1816 ein Dampfwagen des Kasseler Fabrikanten und Pionier der Dampfmaschinen-Nutzung Carl Anton Henschel (1780 – 1861) vom technikfeindlichen Kurfürsten noch zurückgewiesen wird. Ein weiterer Vorläufer ist eine Maschine Blenkinsop’scher Bauart, die 1816 in der Königlichen Eisengießerei zu Berlin von Johann Friedrich Krigar (1774 – 1852) gebaut wird.

Die Eisenbahnstrecke zwischen Stockton und Darlington, England, wird 1825 mit einer Lokomotive von George Stephenson eröffnet, womit der weltweit erste Passagier-Transport mit einem dampfbetriebenen Zug durchgeführt wird.

Die erste Bahn mit Dampfbetrieb auf dem europäischen Kontinent fährt ab 1831 auf der Bahnstrecke Saint-Étienne – Lyon in Frankreich. 1835 fährt zwischen Nürnberg und Fürth auf der Bayerischen Ludwigsbahn erstmalig die Lokomotive Adler, es ist die 118. Maschine aus der Lokomotivenfabrik von Stephenson.

Drache Nachbau

Drache (Nachbau)

In den USA führt Oberst John Stevens (1749 – 1838) im Jahr 1826 eine dampfbetriebene Lokomobile auf einer ringförmigen Fahrspur in Hoboken, New Jersey, vor, und 1830 baut Peter Cooper (1791 – 1883) mit der Tom Thumb die erste amerikanische Dampflokomotive für eine öffentliche Eisenbahn.

In Deutschland baut 1838 Prof. Johann Andreas Schubert an der Maschinenbaufabrik Übigau bei Dresden die Dampflokomotive Saxonia, während als erste eigenständig in Deutschland konstruierte Lokomotive die Beuth von August Borsig aus dem Jahr 1841 gilt.

Henschel beginnt erst 1845 mit dem Lokomotivbau, da in jenem Jahr auch die erste Eisenbahnstrecke im Kurfürstentum in Angriff genommen wird. 1848 erfolgt die Auslieferung der berühmten Lokomotive Drache.

Zwischenbemerkung:

Es ist anhand genauer Jahreszahlen belegbar, daß der Gebrauch der ‚Feuer-Energie’ trotz des Wissens um den dabei stattfindenden, sich negativ auswirkenden Oxidationsprozeß (d.h. die umweltbelastende Sauerstoffbindung) ohne Skrupel umgesetzt wurde.

Lavoisier (1743 – 1794) widerlegte bereits im Jahre 1770 die ‚Phlogiston-Theorie’ von Georg Ernst Stahl (1660 – 1734), und kaum drei Jahre später entdeckte der Schwede Scheele den Sauerstoff. Watt war damals schon 14 bzw. 17 Jahre alt, aber weder er, noch Sir Charles Parsons (1854 – 1931), welcher 1884 die Überdruckdampfturbine erfand, kümmerten sich groß um die Umweltbeeinflussung durch ihre Produkte.

Die Dampfmaschine stellte einst die Energieform der Industriellen Revolution dar, und auch Karl Marx hat sie als den entscheidenden Indikator für die Entwicklung der Produktivkräfte angesehen. Allerdings wurde hiermit ein Weg eingeschlagen, der von der Nutzung der Sonnen- und Windenergie (usw.) wegführte, und von dem wir heute wissen, daß er uns in eine Sackgasse manövriert hat.

Der erste Otto-Motor ist übrigens 1862 gebaut worden – womit das weltweite und verantwortungslose ‚oxidieren’ fröhlich weitergehen konnte…

1860 versucht man in der Maschinenfabrik Klett & Co zu Nürnberg kalorische Maschinen, wie die Dampfmaschinen damals genannt wurden, für industrielle Arbeitsprozesse einzuführen. 1885 entstehen zwei Normaltypen für 1 bzw. 3 PS. Ende 1860 sind es bereits 60 Maschinen. Überlebt hat allerdings nur eine Maschine des Baujahrs 1863. Sie wurde in der Fabrik selbst bis Ende der 1880er Jahre zum Antrieb von 8 – 10 Farbmühlen eingesetzt, kam danach ins Depot des Nürnberger Verkehrsmuseums und geriet dann in Vergessenheit. Erst 1998 tauchte sie wieder auf und wurde von einer Gruppe historisch interessierter Mitarbeiter der MAN Dieselmotorenfabrik Nürnberg betriebsfähig restauriert.

Natronlokomotive

Natronlokomotive

Um die Feuergefahr von Lokomotiven zu reduzieren erfindet der französischstämmige Amerikaner Dr. Emile Lamm (1834 – 1873) eine feuerlose Lok, die als Straßenbahn in den 1870er und 1880er Jahren zwischen Carlton und New Orleans verkehrt. Das Prinzip der Lamms Fireless Engine ist simpel: Wenn man heißes Wasser unter hohen Druck setzt, verwandelt es sich bei jeder Druckminderung zum Teil in Dampf, der wiederum die Lok antreibt. Später erwirbt der Französische Ingenieur Léon Emile die Rechte an dieser Entwicklung und läßt sie 1877 in Europa patentieren.

Um diese Zeit wird auch die sogenannte Natronlokomotive (o. Natronlok) des deutschen Chemikers und Erfinders Moritz Honigmann (1844 – 1918) aus Grevenberg bei Aachen bekannt, die ebenfalls ohne Feuer auskommt und zwei Kessel besitzt.

Im oberen Kessel befindet sich Wasser, im unteren hochkonzentrierte, heiße Natronlauge. Vom oberen Kessel ragen Siederohre in die Lauge, die an ihrem unteren Ende verschlossen sind. Diese Lauge wird mit einer Temperatur von 170°C eingefüllt und bringt das Wasser im oberen Kessel bald zum Kochen – worauf der den Kolben antreibende Dampf entsteht. Das Verfahren wird 1883 unter der Patentnummer 24993 in Berlin registriert, und eine Maschine dieser Bauart wird zwischen Juni 1884 und März 1885 auf einer 1 km langen Strecke von der Aachener und Burtscheider Pferdebahngesellschaft in Aachen betrieben.

Besonders zu würdigen ist der Verdienst von Wilhelm Schmidt (1858 – 1924), der durch seine Erfindung des Dampf-Überhitzers den Lokomotivbau signifikant befruchtet hat. Im März 1897 rüstet die Firma Henschel & Sohn ihre erste Lokomotive damit aus. Zu dieser Zeit gibt es auch Dampfstraßenbahnen, die aber schon bald von der ‚Elektrischen’ abgelöst werden.

In die Chronologie des Einsatzes von Dampfmaschinen gehört auch die dampfbetriebene Luftkutsche von William Samuel Henson (1812 – 1888) und John Stringfellow (1799 – 1883), die 1842 patentiert wird aber nie erfolgreich fliegt. Nur ein Modell der Aerial Steam Carriage erhebt sich 1848 in die Lüfte. Das erste dampfberiebenes Luftschiff fliegt 1852 über Paris, es ist von Henri Giffard (1825 –  1882) gebaut. Der 180 kg schwere Motor hat eine Leistung von 3 PS. Hier abgebildet ist ein Modell, das im London Science Museum ausgestellt ist.

Giffard Dampfluftschiff Modell

Giffard Dampfluftschiff
(Modell)

Weitere Pioniere dieser Luftschiff-Form sind Félix du Temple (1874) und Sir Hiram Stevens Maxim (1894), während Gustave Whitehead (eigentl. Gustav Albin Weißkopf) im Jahr 1899 – und damit 4 Jahre vor den Gebrüdern Wright – mit einem dampfbetriebenen Flugzeug fliegt. Louis Gagnon Rossland zeigt in British Columbia 1902 sogar einen dampfberiebenen Hubschrauber, der wegen Steuerungsproblemen jedoch abstürzt.

Im Viktorianischen Zeitalter gibt es noch viele weitere Pioniere, über die man aber ausreichende Informationen finden kann. So gut wie unbekannt ist dagegen das reizvolle, hölzerne und dampfbetriebene Unterseeboot des katalanischen Erfinders Narcís Monturiol i Estarrol (1819 – 1885).

Ein aus Olivenholz und Eichenringen hergestellter Vorläufer namens Ictíneo I (abgleitet von den griechischen Worten für Fisch und Schiff) ist von 2 mm dickem Kupfer umhüllt. Mit 7 m Länge bietet das Tauchschiff jedoch kaum Platz für den Kapitän und die vier Mann Besatzung, die es durch Kurbeln anzutreiben haben. Das U-Boot wird 1859 erfolgreich im Hafen von Barcelona zu Wasser gelassen, und macht insgesamt 59 Fahrten ohne Zwischenfälle. Dabei bleibt es bis zu 2 h untergetaucht und erreicht eine Tiefe von 20 m.

Als das U-Boot von einem Frachter stark beschädigt wird, während es im Hafen von Barcelona angedockt ist, beginnt Monturiol, der sich seine Erfindungen nie hat patentieren lassen, an einem größeren Boot zu arbeiten, das durch Dampf angetrieben wird.

Ictíneo II Pläne

Ictíneo II Pläne

Die mehr als doppelt so lange Ictíneo II wird 1864 gewassert und nach anfänglichem Betrieb durch Muskelkraft ab 1867 jedoch mit Dampfeskraft bewegt. Hierfür erfindet Monturiol einen chemischen Ofen, der auf einer Reaktion zwischen Kaliumchlorat, Zink und Mangandioxid basiert und genug Wärme produziert, um Wasser zum Kochen zu bringen und die Dampfmaschine zu betreiben – wobei die Reaktion als Nebenprodukt auch noch Sauerstoff produziert!

Das U-Boot, das sogar mit Armen ausgestattet ist um Objekte vom Meeresboden zu heben, macht erfolgreich 20 Fahrten, kann bis zu 8 h unter Wasser bleiben und erreicht eine Tiefe von 50 m. Doch 1868 wird es zusammen mit seinem Vorgänger von der Werft beschlagnahmt und verschrottet – weil Monturiol die Rechnungen nicht bezahlen kann.

Auf dem Foto ist eine Replik der Ictíneo II zu sehen, die im Hafen von Barcelona ausgestellt ist.

Dampfmaschinen werden auch schon früh eingesetzt, um Fahrräder anzutreiben. Das Michaux-Perreaux-Dampffahrrad gilt gleichzeitig als das erste Motorrad der Welt. Es wird von Louis Guillaume Perreaux (1816 – 1898) erfunden und 1868 von dem Fahrradhersteller Michaux in Paris gebaut. Das erste Dampfrad Amerikas folgt 1869 durch Sylvester Howard Roper (1823 – 1896) aus Roxbury, Massachusetts. Weitere Aktivisten jener Zeit sind der italienische Erfinder Giuseppe Murnigotti, der 1879 einen horizontal liegenden Dampfzylinder patentiert, sowie der Ingenieur und Erfinder Lucius Day Copeland (1853 – ?) aus Phoenix, Arizona, der auf der ersten Maricopa County Fair im Jahr 1884 sein mit Dampf betriebenes Star Hochrad zeigt.

Copeland mit Dampfmotorrad

Copeland mit
Dampfmotorrad Star

Dieses basiert auf dem Velocipede von W. A. Lorenz und ist mit einem ¼ PS Motor ausgestattet. Kessel- und Benzin-Heizgerät sind um die Lenksäule herum montiert. Das Gefährt erreicht eine Geschwindigkeit von rund 12 mph (andere Quellen: 15 mph) und hat genug Treibstoff und Wasser für eine Stunde Betriebsdauer an Bord.

Auch mit seinen 1887 patentierten dreirädrigen Phaeton steamers ist Copeland erfolgreich, bis zu seinem Ruhestand im Jahr 1891 werden davon über 200 Stück hergestellt.

2007 wird bei Christie ein aus dem Jahr 1890 stammender dampfbetriebener, vierrädriger Wagen für über 900.000 $ versteigert. Ein Zwei-Zylinder-Motor dreht die Räder über seitlich angebrachte Kurbeln wie bei einer Lokomotive. Die Wärme kommt von einem Kohleofen über dem Chassis und gesteuert wird mit einem Hebel an der Seite. Es gibt eine Hand- und eine Fußbremse.

Während des 19. Jahrhunderts wird der Wagen bei Rennen genutzt, doch das schwere Fahrzeug erreicht nicht mehr als 15 mph. Wer den Wagen hergestellt hat oder um was für Modell es sich handelt, konnte ich bislang nicht herausfinden.

Überaus modern – sowohl vom Design aus auch von der Idee des ‚Range Extenders’ her – wirkt ein Bernardi-Rad von 1893, über dessen Geschichte ich bislang noch nichts herausfinden konnte.

Bis zum Ende des Jahrhunderts werden in Verbindung mit Dampf-Rädern noch die Namen Georges Richard (1894), Kane Pennington (1895), W. I. Twombly-Ether (1895) und Holden (1899) bekannt.

Stanley Rocket

Stanley Rocket

1906 bauen die Zwillinge Francis E. (1849 – 1918) und Freelan O. Stanley (1849 – 1940) in Florida, im heutigen Daytona Beach, ein dampfgetriebenes Gefährt namens Stanley Rocket Racer – das nach langwierigem Vorheizen und mit Fred Marriot (1872 – 1956) am Steuer am 26. (andere Quellen: 27.) Januar 1906 das ‚Höllentempo’ von 127,659 mph (205,44 km/h, anderen Quellen zufolge nur 193 km/h) – und damit einen neuen Weltrekord schafft.

Marriot gilt damit auch als der erste Mensch, der die 200 km/h Marke knackt. Der damals entwickelte 85 kg schwere Motor, der eine Leistung von 250 PS erreicht, wird inzwischen voller Stolz im Smithsonian Museum ausgestellt.

Im November 1909 wird dieser Geschwindigkeitsrekord zwar durch einen Benzin-betriebenen Mercedes-Benz mit einer 21-Liter-Maschine um 3,5 mph überboten. Doch mit einem weiteren Dampffahrzeug wird der Rekord erst 1985 (!) durch Bob Barber mit 145,607 mph (234,34 km/h) übertroffen.

Dieser Rekord wird vom Automobilweltverband FIA jedoch nicht anerkannt, weil der vorgegebene Parcours nur in einer Richtung durchfahren wurde – verlangt sind jedoch zwei Runden in unterschiedlicher Richtung. Über einen neueren Rekordversuch berichte ich weiter unten.

Anfang des 20. Jahrhunderts ist jedenfalls noch keineswegs sicher, welche Motortechnik sich letztlich durchsetzen würde, dampf-, elektrisch- oder brennstoffbetrieben.

Die schlichten Dampfmobile der Stanley-Brüder, genannt Stanley Steamer, sind berühmt für ihre Unverwüstlichkeit. Rund 8.000 Stück werden verkauft. Eine ganze Industrie – allein in den USA über hundert Firmen – baut Autos, Traktoren und sogar Motorräder, die weiße Wölkchen hinter sich lassen. Und auch die legendäre Chemnitzer Automarke DKW, die später in Audi aufgeht, führt ihr Kürzel auf den Begriff ‚Dampfkraftwagen’ zurück.

Nach langjähriger Beschäftigung mit Dampf-Kraftfahrzeugen präsentiert Abner Doble (1890 –1961) im Jahr 1916 einen Bericht ,Steam Motor-Vehicles’, in dem er die meisten seiner Erfindungen zusammenfaßt. Schon mit acht Jahren beginnt er in der Fabrik der Familie zu arbeiten, und mit 16 geht er gemeinsam mit seinen Brüdern den Bau eines eigenen Dampfwagens an.

Doble Steamer

Doble Steamer

Die ab 1898 hergestellten Autos sind unter dem Namen Doble Steamer bekannt, Produzent ist die von Abners Großvater gegründete Doble Steam Motors Corp. Das hier abgebildete Fahrzeug ist Dobles eigener Wagen, der sich heute im Besitz von Stan Lucas befindet. 1923 dauert ein ,Kaltstart’ bei einem Doble weniger als 40 Sekunden.

Für den Paxton Phoenix Dampfwagen, der von der McCulloch Motors Corp. in Los Angeles gebaut wird, entwickelt Abner Jahre später den Doble Ultimax Motor, der mit seinen 3 Zylindern eine Leistung von 89 kW erreicht und eine Maximalgeschwindigkeit von 190 km/h erlaubt. Das Projekt wird allerdings 1954 endgültig gestoppt und der fertig entwickelte Wagen mit Glasfaser-Karosserie geht nie in Produktion.

Ein dampfbetriebenes Flugzeug stammt von 1921 und wird unter dem Namen Bristol Tramp bekannt. Es werden zwei Modelle als Passagier- und Postflugzeug gebaut, die jedoch nie fliegen.

Dampf-Flugzeug von 1933

Dampf-Flugzeug (1933)

Am 20. April 1933 fliegt dagegen ein dampfbetriebenes Flugzeug der Brüder George D. und William J. Besler in Oakland, Kalifornien. Der auf einer Travel Air 2000 basierende Umbau ist mit einem nur 80 kg schweren und 150 PS starken 2-Zylinder-Motor der Doble Steam Motors Co. ausgestattet, der zu diesem Zeitpunkt allen Benzinmotoren überlegen ist.

Durch die Möglichkeit der unmittelbaren Drehrichtungsumkehr des Dampfmotors werden für die Landung auch nur 30 m Pistenlänge benötigt. Die Maschine absolviert bis Juli 1933 drei erfolgreiche Flüge von jeweils fünf Minuten, doch dann versagen die Bremsen und das Flugzeug kippt kopfüber.

Die erste Ausgabe eines neuen US-Magazins namens New Steam Age erscheint im Januar 1942, es soll aber nur drei Ausgaben gegeben haben, sowie eine vierte im Jahr 1945.

Hier abgebildet ist die Nr. 2 mit dem Stout Scarab auf dem Titelbild, einem in den 1930er Jahren in kleinen Zahlen hergestellten Wagen der Stout Engineering Laboratories und später der Stout Motor Car Co. in Detroit, Michigan. Er wurde zwar nicht mit Dampf betrieben, doch neben einer Vielzahl von Neuheiten und Innovationen gilt der Wagen als weltweit erster in Serie hergestellter Minivan. Der experimentelle Prototyp ist das weltweit erste Auto mit einer Karosserie aus glasfaserverstärktem Kunststoff.

1944 wird eine dampfbetriebene Version der Messerschmitt Me 264a konzipiert aber nie gebaut. Geplant ist eine Dampfturbine mit über 6.000 PS, die einen 5,3 m durchmessenden Propeller antreibt. Als Brennstoff wird eine Mischung aus Kohlenstaub und Petroleum vorgeschlagen.

Nach dem Krieg bleibt es auf dem Sektor der Dampfmaschinenentwicklung mehrere Jahre lang ruhig. Erst Ende der 1950er Jahre beginnt sich wieder etwas zu regen.

In Berrien Springs, Michigan, wird 1958 der Steam Automobile Club of America gegründet, der zwischen 1959 und 1986 das Magazin The Steam Automobile herausgibt, anschließend und bis heute das Steam Automobile Bulletin. Die inzwischen über 50 Jahrgänge bilden unter anderem eine sehr umfangreiche Dokumentation über unzählige Eigentwicklungen von Garagentüftlern.

Cover von 1968

Cover von 1968

Auf dem Titel der Nr. 13 von 1971 ist beispielsweise ein dampfbetriebenes Kleinmotorrad (Steam Scooter) abgebildet, das ein Dick Smith aus Midway City, Kalifornien, für einen Bob Noble aus Corona, ebenfalls Kalifornien, gebaut hat. Das mit einer Propangasflasche betriebene Gefährt hat eine Geschwindigkeit von 40 km/h erreicht.

Inzwischen treibt auch der Umweltgedanke die Tüftler an. In der Tat haben Dampfmotoren verschiedene Vorzüge: Weil der Kraftstoff nicht im Motor verbrennt, sondern außerhalb in einem Kessel, ist man nicht auf kostbares Benzin angewiesen. Im Prinzip schluckt der Kessel alles, was entzündlich ist: Kohle, Gas, Walöl, Altpapier, Holzschnitzel, Kuhfladen, usw.

Doch vor allem kann die Maschine ziemlich sauber arbeiten. Während den Ottomotor eine Serie von Explosionen antreibt, brennt im Dampfkessel ein kontinuierliches Feuer bei niedrigerer Temperatur ab. Das Treibhausgas Kohlendioxid läßt sich auf diese Weise besser eindämmen, und es entstehen so gut wie keine giftigen Stickoxide.

Doch erst 1968 zeigen sich Ansätze einer Renaissance, als die Zwillinge Calvin E. und Charles J. Williams aus Ambler, Pennsylvania, die Ergebnisse ihrer langjährigen Versuche mit der Dampfmaschinen-Technologie präsentieren. Mit einem auf Dampfbetrieb umgerüsteten Wagen, der sie 2 Mio. $ gekostet haben soll, fahren sie nach Washington und laden Kongreß-Senatoren zu Probefahrten ein. Das leise, gut beschleunigende 230 PS  Fahrzeug mit einer Spitzengeschwindigkeit von 190 km/h verbraucht mit Benzin als Brennstoff im Durchschnitt 1 Gallone auf 30 Meilen. Eine Vorführung bei Chrysler ist allerdings ein Mißerfolg, da die Vertreter der Autoindustrie davon ausgehen, daß eine Veränderung der Produktionsabläufe – weg von den Explosionsmotoren – Milliarden Dollar kosten würde.

Ein weiterer Dampf-Wagen wird in dieser Zeit von Richard J. Smith aus Santa Ana, Kalifornien, gebaut, der einen VW-Käfer auf Dampfbetrieb umrüstet, indem er einen 40 PS Mercury Außenbordmotor nutzt und damit eine Leistung von 250 PS erreicht. Das Unternehmen Kinetics Inc. aus Sarasota, Florida, präsentiert ein Fahrzeug mit 350 PS, das mit Freon 11 als Antriebsmittel betrieben wird. Die Firma Thermal Kinetics aus Rochester, stellt wiederum einen Steamer vor, der von einem Charles F. Keen aus Madison, Wisconsin, gebaut wird und nach einem Kaltstart etwa 20 Sekunden braucht, um losfahren zu können.

Ein weiteres Unternehmen, das an einem neuartigen Dampfmotor arbeitet, ist die Firma Controlled Steam Dynamics mit Standorten in Mesa, Arizona, und Provo, Utah. Auch die Brüder A. M. und E. Pritchard aus Caulfeld in Australien bauen ein dampfbetriebenes Fahrzeug, das pro US-Gallone 22 – 23 Meilen weit kommen soll.

Ebenfalls 1968 stellt Don E. Johnson, Präsident der Steam Dynamics Inc. aus Newport Beach, Kalifornien, eine nur 75 kg schwere Dampfmaschine vor, die 150 PS stark ist und ursprünglich in einem Hughes 300 Hubschrauber installiert werden soll. Das Projekt bleibt jedoch im Planungsstadium stecken.

Auch Ford und General Motors engagieren sich, wenn auch sehr begrenzt. Im März 1968 kündigt Ford ein gemeinsames Programm zur Entwicklung neuer Dampfmaschinen an, das mit der Thermo-Electron Corp. in Waltham, Massachusetts, durchgeführt wird, der Heimat des ersten Labors von Abner Doble. Dabei werden auch Versuche mit anderen Arbeitsmitteln als Wasserdampf gemacht. GM arbeitet unterdessen mit dem von Richard Morse gegründeten Start-Up Unternehmen Energy Systems Inc. in Cambridge, Massachusetts, zusammen, um einen hybriden dampf-elektrischen Motor zu entwickeln und bietet der California Highway Patrol zu Testeinsätzen auch 16 dampfbetriebene Williams-Fahrzeuge für jeweils über 10.000 $ an.

Die meisten dieser Projekte scheitern jedoch letztendlich an Geldmangel.

Besonders engagiert zugunsten des Einsatzes von Dampf zeigt sich in dieser Zeit William P. Lear, Gründer der bekannten Flugzeugfirma Learjet Inc. Interessanterweise ebenfalls 1968 beginnt er an einer Dampfturbine mit geschlossenem Kreislauf zum Antrieb von Autos und Bussen zu arbeiten, bei der er statt Wasserdampf ein ,Learium’ genanntes Arbeitsmittel verwenden will (vermutlich ein FCKW, ähnlich dem Freon von DuPont), das allerdings nie entwickelt wird. Daneben konstruiert Lear einen besonderen Expander mit spiralförmig verzahnten Schrauben, sowie eine 12-Zylinder Gegenkolben-Maschine, die auf dem britischen Napier Deltic Dieselmotor basiert.

Oliver Dampfmaschine Schnittgrafik

Oliver Dampfmaschine
(Schnittgrafik)

Der Erfinder und Unternehmer baut auf einer ehemaligen Militärbasis außerhalb von Reno, Nevada, einen Linienbus mit Dampfantrieb und konvertiert eine Chevrolet Monte Carlo Limousine. Außerdem kündigte er Pläne für einen mit Dampf betriebenen Rennwagen für Indianapolis an, die aus verschiedenen Gründen jedoch nie umgesetzt werden.

In der Dezemberausgabe 1970 des US-Magazins Popular Science wird eine Art supereffiziente Dampfmaschine von James E. Oliver vorgestellt, die von Smokey Yunick gebaut im Folgejahr bei der Firma White Truck getestet wird und einen Wirkungsgrad von 85 % aufweist.

In demselben Jahr wird auch die Variante von Wallace L. Minto bekannt, dessen sogenannter Minto car mit dem FCKW Ucon U-113 als Betriebsmittel arbeitet, und 1971 wird über eine 25 kg schwere Maschine von William Bolton aus Rialto, Kalifornien, berichtet, die nur 17 bewegte Teile besitzt. Nach einem Brandanschlag auf seine Fabrik gibt der Erfinder auf und überläßt das Design einem Indonesischen Interessenten.

1972 arbeitet man an den DuPont Laboratories an einer hochentwickelten Dampfmaschine, die mit einer recycelbaren Flüssigkeit aus der Familie der Freone und ohne externen Kondensator funktioniert.

Geoff Hudspith beginnt 1972 mit dem Bau von Dampffahrädern. Das schwarzweiß-Foto stammt aus dem gleichen Jahr und wird damals in der allerersten Ausgabe des Hippie-Magazins THE MOTHER EARTH NEWS veröffentlicht.

30 Jahre später sehen die Hudspith Steam Bicycles schon ganz anders aus, inzwischen sind auch unzählige Verbesserungen an der Technik durchgeführt worden, außerdem wird ein 12 Volt Dynamo integriert. Leider gibt es solche Fahrräder nicht käuflich zu erwerben.

Hudspith-Dampffahrrad-Selbstbau von 2002

Hudspith-Selbstbau (2002)

Als Resultat der Ölkrise von 1973 startet ein Jahr später der schwedische Autobauer SAAB ein Projekt unter der Leitung von Dr. Ove Platell, bei dem ein weiterer Dampf-Prototyp entsteht. Der Motor dieses Wagens verwendet einen elektronisch gesteuerten Dampfgenerator von 14 kg Gewicht und mit der Größe einer Standard-Autobatterie, der mit 1 mm durchmessenden Wärmetauscher-Röhrchen und einem stündlichen Brennstoff-Durchsatz von 16 Gallonen eine Leistung von 160 PS erbringt.

Um lange Start-Zeiten zu vermeiden wird interessanterweise ein Druckluftspeicher integriert, der während der Fahrt beladen wird und das Auto nach dem Start solange antreibt, bis sich ein ausreichender Dampfdruck aufgebaut hat (über das Thema Druckluft im mobilen Einsatz habe ich ein eigenes Kapitel geschrieben, s.d.).

Der ausgewanderte britische Designer Peter Pellandine, der 1970 in Cherry Gardens, Südaustralien, die Firma Pellandini Cars Ltd. gründet, stellt im Rahmen eines Vertrages mit der dortigen Regierung 1974 seinen ersten Pelland Steamer her, einen 2-Sitzer mit Glasfaser-Monocoque-Karosserie und einem 40 PS Zweizylinder-Dampfmotor. Eine Besonderheit bildet der Kondensator, der über der hinteren Haube angebracht die Form eines Heckspoilers hat. Der Wagen namens Steam Cat ist heute im National Motor Museum in Birdwood, Südaustralien, zu bewundern.

1977 folgt der Pelland Mk II Steam Car, der ebenfalls mit Hilfe einer Förderung der australischen Regierung entwickelt wird. Der knapp 480 kg schwere Wagen besitzt einen Dreizylinder-Motor, ein Stahlrohr-Chassis und eine Kevlar-Karosserie. Die unkomplizierte und robuste Dampfmaschine liefert eine störungsfreie und effiziente Leistung mit einem enormen Drehmoment von 1.500 Nm, was dem Wagen eine Beschleunigung von 0 auf 100 km/h in weniger als 8 Sekunden erlaubt.

Nachdem Pellandine um 1977 nach Großbritannien zurückkehrt, gründet er 1978 in Thetford, Norfolk, die Pelland Engineering und entwickelt – neben anderen Wagen und Umbausätzen – auch seine Dampf-Sportwagen weiter. Die neueste Version ist der Mark IV. Und auch nach einem weiteren Umzug  nach Australien in den 1990er Jahren setzt er seine wiederholten Versuche fort, den bestehenden Geschwindigkeits-Weltrekord für Dampfkraft zu brechen, letztmalig 1991. Technische Probleme vereiteln jedoch sein Vorhaben.

Die Nutzanwendung von Wasserdampf in modernen Fahrzeugen wird seit der Verteuerung der fossiles Brennstoffe wieder mehr in die Überlegungen einbezogen, wofür es viele verschiedene Vorschläge und Konzeptentwürfe gibt. Die meisten dieser Vorschläge beinhalten allerdings nur Verbesserungen bereits bekannter Systeme, so daß auf ihre Auflistung an dieser Stelle verzichtet werden kann. Als Beispiel sei hier nur der 2,5 Mio. DM Auftrag genannt, der im Jahre 1975 seitens der US-Regierung an die amerikanische Firma AMF vergeben wird, und der die Entwicklung eines 2-Zylinder-Wasserdampf-Taxis zum Inhalt hat, über das ich allerdings keine Details herausfinden konnte.

Schraubenmotor Prinzipskizze

Schraubenmotor (Grafik)

Die 1995 als Spin-off der TU Graz gegründete Firma Bios Bioenergiesysteme GmbH (seit 2001) vermarktet einen Dampf-Schraubenmotor, der besonders für Anlagen der Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplung geeignet sein soll. Das Prinzip der Stromerzeugung mittels Schraubenmotor, der auch als Schraubenexpansionsmaschine bezeichnet wird, entspricht dem des konventionellen Rankine-Wasser-Dampf-Prozesses, mit dem Unterschied, daß der Dampf statt in einer Turbine in einem Schraubenmotor entspannt wird.

Die Motoren gehören zur Gruppe der mehrwelligen Verdrängermaschinen, die einen geschlossenen Arbeitsraum besitzen, dessen Größe sich während eines Arbeitsspiels zyklisch verändert, und stellen eine Umkehrung des Schraubenkompressors dar, wie er seit Jahrzehnten in vielen Industriezweigen verwendet wird. Schraubenmotoren können mit Frischdampfzuständen von 10 bis 30 bar sinnvoll betrieben werden und sind ab einer Nennleistung von 100 kW bis ca. 2,5 MW einsetzbar.

In den späten 1990er Jahren entwickelt das Technologiezentrum Emissionsfreie Antriebe TEA GmbH (eine Tochtergesellschaft der IAV GmbH mit Hauptsitz in Berlin) im Auftrag der Volkswagen AG eine moderne Dampfmaschine, die über eine extrem emissionsarme externe Verbrennung einen gewissen Vorrat an hochgespanntem Dampf erzeugt, der dann wie beim Dieselmotor über Düsen je nach Energiebedarf eingespritzt wird. Die erste Ein-Kolben-Maschine namens Zero Emission Engine (ZEE 1) wird 1996 in Betrieb genommen.

Im Jahr 2000 ist die Entwicklung der mittlerweile dritten Generation (ZEE 03) abgeschlossen, einem Dreizylindermotor, der sogar in einen VW eingebaut wird und auf dem Prüfstand einige hundert Stunden lang läuft. Ein weiterer Prototyp wird 300 Stunden lang in einem Skoda Fabia getestet. Die Einsatzbereiche der Technologie reichen vom fest installierten Wärme- und Stromerzeuger bis hin zum hochkompakten und tragbaren Elektrogenerator, der mit unterschiedlichen Antriebsstoffen betrieben werden kann.

Ende 2000 geht aus diesem Projekt das Berliner Start-up-Unternehmen Enginion AG hervor, das aus dem ZEE-Prototypen die später SteamCell genannte Technologie weiterentwickelt. Die Firma will die klassische Kolben-Dampfmaschine wiederbeleben, deren Funktionsprinzip den Antrieben der alten Dampf-Lokomotiven ähnelt. An der Gründung des Unternehmens beteiligen sich auch ehemalige Ingenieure der zum VW-Konzern gehörenden IAV GmbH, einem der weltweit größten Entwicklungsdienstleister in der Automobilbranche.

2002 gilt die Enginion AG mit 53 Mitarbeitern und 2 Neueinstellungen pro Woche als eines der am schnellsten wachsenden Unternehmen Deutschlands – wobei die E.ON Venture Partners GmbH, die sich Ende 2001 an der Enginion AG beteiligt, einen wesentlichen Anteil an dieser rasanten Entwicklung hat.

Enginion Dampfmaschine Grafik

Enginion SteamCell
(Grafik)

Im November 2003 stellt Enginion einen Dampfmotor vor, der über mehrere Jahre speziell für die private Nutzung entwickelt wurde, und der entgegen seinen historischen Vorgängern äußerst sauber, kraftvoll und sparsam läuft. Möglich wird dies durch eine keramische Poren-Brennkammer aus Aluminiumoxid- und Siliziumcarbidfasern, sowie durch Motorteile die völlig ohne Schmierstoffe betrieben werden. In der Brennkammer wird der Treibstoff bei rund 1.200°C so gleichmäßig verbrannt, daß neben Kohlendioxid nur minimale Anteile an giftigen Stickoxiden und Kohlenmonoxid entstehen. Noch im gleichen Jahr sollen die ersten koffergroßen Geräte in einem deutschlandweiten Feldversuch getestet werden, ein zweiter, diesmal weltweiter Feldtest, soll sich 2004 anschließen.

Enginion will eigentlich 2005 die Markteinführung mit der Leistungsklasse bis 6 kW elektrisch und 25 kW thermisch starten. Doch obwohl das Unternehmen immer wieder neue Kraftmaschinen vorstellt, zuletzt auf der Messe ISH 2005 in Frankfurt, muß es im November 2005 Insolvenz anmelden. Als Gründe werden bisher unlösbare Probleme mit dem Porenbrenner sowie die permanente Unterfinanzierung genannt. Nach dem Konkurs wird das gesamte Enginion-Inventar inklusive aller Prototypen an die Meistbietenden – vermutlich Strohmänner der Konkurrenten u.a. aus den USA – verkauft. Der Name SteamCell wird allerdings für die Amovis-APU (Auxiliary Power Unit) der Berliner Firma Amovis GmbH weiterverwendet, die von der ehemaligen Enginion-Geschäftsführung gegründet wird.

Die 2003 patentierte Green Steam Engine des amerikanischen Erfinders Robert Green wird von zwei oder drei Zylindern betrieben und kann ebenso zur Stromproduktion wie auch als Luft-, Wasser- bzw. Wärmepumpe genutzt werden. Ebenso kann man damit Boote antreiben, sowie eine Klima- oder eine Wasserentsalzungsanlage betreiben. Auf der Homepage des Erfinders von 2004 gibt es viele Fotos und Videos der verschiedensten Modelle anzusehen, sowie Baupläne und wichtige Einzelteile zu bestellen. Das System ist klein, leicht und arbeitet sehr ruhig, was auch seinen Einsatz zur Nutzung von Motor-Abwärme sinnvoll macht.

Die Firma Clean Power Technologies Inc. (CPTI) in Newhaven, East Sussex, arbeitet seit 2005 an der Entwicklung und Vermarktung der Clean Energy Separation And Recovery (CESAR) Technologie, mit welcher der übliche Wirkungsgrad von Diesel-betriebenen Motoren (~ 27 %) verbessert werden soll. Schließlich geben diese Motoren rund 36 % ihrer verbrauchten Energie als Abwärme an die Umwelt ab.

Kernelement der von Prof. Fred Bayley aus Brighton erfundenen Technologie ist ein ausgeklügelter Wärmeaustauscher, der an den Auspuff des Motors angeschlossen etwa 40 % der Abwärme nutzen kann. Der Dampfspeicher ist ein Druckbehälter aus einer Aluminiumlegierung mit 100 Liter Wasser Inhalt. Während des Fahrens mit Dieselantrieb wird das Wasser durch die 500°C heißen Abgase soweit erhitzt, bis es einen Druck von 100 Atmosphären (10 Megapascal) erreicht.

In der Stadt wird der Dieselmotor abgeschaltet und ein Druckventil geöffnet, dessen extren heißer Dampf-Jet eine Turbine betreibt, die wiederum die Räder antreibt. Der kondensierte Abdampf wird wieder in den Druckbehälter gepumpt. Mitte 2007 werden die ersten erfolgreichen praktischen Tests durchgeführt.

CPTI Dampfmotor

CPTI Dampfmotor

Im August 2008 unterzeichnet CPTI ein Memorandum of Understanding mit der Voith Turbo GmbH & Co. KG, um eine Wärmeenergie-Rückgewinnungsmaschine für den Einsatz in Lebensmittel-Kühllastwagen zu entwickeln. Dort soll das neue System die bisherigen separaten Dieselmotoren der Kühlanlage ersetzen. Alleine in Europa sind immerhin 2,5 Mio. ‚Brummis’ mit energiefressenden Kühlsystemen unterwegs, in den USA sogar 8 Mio. Stück. Mit der kanadischen Flukong Enterprise Inc. in Edmonton, Alberta, wird folgerichtig im November 2008 ein Letter of Intent unterschrieben, bei dem es um eine 12 Mio. $ Bestellung von bis zu 500 Stück der CPTI Dampf-Hybrid-Kühlmotoren geht.

Das Unternehmen gewinnt im Februar 2009 den Innovation In Business Preis des Sussex Express Business Award, und im August wird im Testlabor erfolgreich die Leistung des neuen Designs der kompakten Wärmetauscher unter Einbeziehung einer Voith Dampfmaschine demonstriert. Dabei wird eine an der Abtriebswelle verfügbare Leistung von 16 kW gemessen, wobei spätere Tests zeigen, daß der Wärmetauscher selbst eine Leistung von über 19 kW aufweist.

Im September 2009 wird eine Zusammenarbeit mit den Mikro-Turbinen-Spezialisten der Firma NewEnCo und dem Unternehmen für Deponiegasnutzung Renewable Power Systems (RPS) beschlossen, um die CESAR-Technologie bei einem 200 kW Generator in Abindgon zu testen. Die Inbetriebnahme erfolgt im April 2010. Im Oktober desselben Jahres meldet das Unternehmen, daß es im Rahmen eines Investitionsplans von knapp 1 Mio. £ für den Ausbau des Standorts Newhaven zur Herstellung und Vermarktung seiner innovativen Technologien einen Zuschuß der regierungsamtlichen South East England Development Agency (SEEDA) in Höhe von 20 % erhalten wird.

BMW präsentiert bereits Ende 2005 den Turbosteamer, ein Dampfmaschinen-Ensemble, das die Abwärme nutzt und so aus Verbrennungsmotoren mehr Leistung bei gleichem Verbrauch herausholen soll. Der Gesamtwirkungsgrad erhöht sich dadurch um bis zu 20 %. Im allgemeinen werden rund zwei Drittel der im Benzin enthaltenen Energie beim Autofahren nicht genutzt, wobei dieser ‚Wärmeabfall’ aufwendig über den Kühler entsorgt werden muß. Die Neuentwicklung soll allerdings frühestens in zehn Jahren reif für den Einsatz in der Praxis sein, und wieviel das System dann kosten wird ist ebenfalls noch völlig offen.

Von dem Buch der Synergie-Leser Hans-Jochen Macht erhielt ich im Oktober 2010 den Hinweis, daß sich auch andere Autofirmen wie z.B. Honda und Toyota mit derartigen Systemen beschäftigen. Seinem Vorschlag entsprechend werde ich diese Technologien ausführlicher im Kapitel zur Wärmeenergie unter dem Stichwort Wärmerückgewinnung behandeln. Konzepte auf Grundlage thermoelektrischer Generatoren, an denen beispielsweise BMW gemeinsam mit der NASA arbeitet, präsentiere ich im Detail im Kapitel Micro Energy Harvesting.

Weiter also mit großen Mengen an Dampf – es gibt ja sogar Versuche mit Dampf-Ballons, denn Dampf besitzt bei 100°C mehr als die doppelte Traggkraft von Heißluft, wie sie in herkömmlichen Ballons zum Einsatz kommt.

Nach mehrjähriger Vorarbeit gelingt es einem britischen Team um Thomas J. Goodey und Richard Nelson im April 2003 in Eccles, Norfolk, einen Ballon so weit zu füllen, daß er selbständig in der Luft steht. Langfristig möchte man sogar ein Dampf-Luftschiff konstruieren. Immerhin wurde der Ballon der Gebrüder Montgolfier, der erste überhaupt, der Personen beförderte, ebenfalls von einer Mischung aus Heißluft und Wasserdampf in die Luft gehoben.

Dampfballon (2003)

Dampfballon (2003)

Der neue Ballon selbst wird von der Malaysischen Alom Group in Kuching, Sarawak auf Borneo, hergestellt und besteht aus Polypropylen, das beidseitig mit einem reflektierenden Aluminium-Mylarfilm beschichtet ist. Er hat einen größten Durchmessen von 8 m, ein Volumen von 320 m3 und ist mit rund 60 kg relativ schwer. Das Experiment ist nicht gedacht, um einen Menschen in die Luft zu heben, sondern um die prinzipielle Funktionsmöglichkeit nachzuweisen, was auch gelingt. Danach scheinen finanzielle Probleme eine Weiterentwicklung behindert zu haben, denn neuere Informationen über das Projekt konnte ich nicht finden. Die beste Zusammenfassung (engl.) stammt von Thomas J. Goodey und läßt sich unter dem Titel ‚Steam LTA – Past, Present and Future’ leicht finden.

Auf der Homepage des Projekts finden sich viele Informationen über technologische Vorläufer, deren erster wohl Sir George Cayley aus Brompton, Yorkshire, im Jahr 1815 ist. Chronologisch folgen das deutsche Patent Nr. 214.019 von Dr. Hugo Erdmann aus Berlin-Charlottenburg (1908), der Vorschlag von Dampfmaschinen-Motoren zum Antrieb von Luftschiffen (1920), eine Analyse von W. Newman Alcock (1961), der Ansatz eines Dampf-Aerostaten von David Young (1973/4), die Patente des Hermann Papst, wie z.B. die US-Patente Nr. 3.456.903 (1969) oder Nr. 4.032.085 (1977), sowie das französische Patent Nr. 2.684.952 von Andre Giraud (1991) usw.

Auch am Institut für Luft- und Raumfahrt der TU-Berlin beschäftigt man sich ab 1997 im Rahmen des Vereins Aerarium Luftschifftechnik e.V. damit, Wissen über Ballone, Luftschiffe und Hybride zu sammeln, zu generieren und zu vermitteln. Unter anderem wird hier seit 2001 an einem Dampfballon gearbeitet.

Dieses Projekt läuft unter dem Namen ‚HeiDAS UH – Der Heißdampfaerostat mit Ultra-Heiß-Technologie’ und soll die Anwendbarkeit von überhitztem Wasserdampf als alternatives, preiswertes und leistungsfähiges Traggas für moderne Aerostaten belegen. Die Machbarkeit und Tragfähigkeit von Wasserdampf wird bereits in einem ersten Experiment 2003 nachgewiesen. Im Sommer/Herbst 2005 folgt ein umfangreiches Testprogramm im Labor, bei dem im Juli ein Weltrekord gesetzt wird: Mit 311°C werden – direkt an der HeiDAS UH Hülle – die höchsten Temperaturen gemessen, die jemals eine Ballonhülle unbeschadet überstanden hat.

Im November 2005 werden die ersten und bis 30 min andauernden ferngesteuerten Frei-Fahrten des HeiDAS UH Ballons durchgeführt (Nennvolumen: 6.8 m3, Durchmesser 2,35 m, Höhe ca. 4,30 m, max. Abflugmasse ca. 5 kg), doch 2006 scheint das von der Firma Festo AG gesponserte Projekt eingestellt worden zu sein, dann ab diesem Zeitpunkt gibt es keinerlei Neuigkeiten mehr.

Hinweisen möchte ich an dieser Stelle auch auf die Entwicklung der Dampfrakete, die häufig auch unter dem Begriff Heißwasserrakete bekannt geworden sind und als Starthilfsraketen und für Experimentierzwecke verwendet werden. Das im Raketenkörper befindliche Wasser wird zumeist mit Hilfe einer elektrischen Heizung auf Temperaturen zwischen 250°C und 500°C erhitzt.

Dampfrakete AQUARIUS

AQUARIUS
Dampfrakete

Auch in diesem Bereich ist die TU-Berlin aktiv, wo auf eine studentische Initiative hin im Mai 1991 am Institut für Luft- und Raumfahrt die Projektgruppe AQUARIUS gegründet wird. Hier arbeitet man auch an einem umweltfreundlichen und kostengünstigen dampfbetriebenen Starthilfesystem für zukünftige wiederverwendbare Raumtransporter. Auch hier scheinen die Experimente und Entwicklungen 2005 abgebrochen worden zu sein.

Die frühe Umsetzung in Form eines Dampfraketen-Autos stammt von der Firma Truax Engineering Co. aus dem Jahr 1965. Bekannt wird die Technologie im September 1974, als der amerikanische Motorradstuntman Robert Craig ‚Evel’ Knievel versucht, sich mit dem von Doug Malewicki und Robert Truax gebauten Dampfraketen-Motorrad Skycycle X-2 über den Snake River Canyon in Idaho zu katapultieren. Der Sprung ist fast erfolgreich, doch Seitenwinde treiben den nach dem Absprung geöffneten Fallschirm ab, worauf Knievel leicht verletzt auf dem Boden des Canyons landet.

Im Juli 1992 wird die Wasserdampf-Technologie von dem Swissrocketman-Team um den Genfer Ingenieur Arnold Neracher genutzt, dessen sechsrädriges Raketenfahrzeug Waterthunder I in nur 2,5 Sekunden eine neue Rekord-Geschwindigkeit von 343,52 km/h erreicht.  

Das auf 4,4 m verlängerte und verkleidete Go-Cart-Modell wiegt ohne Fahrer 190 kg und kann mittels des Kesseldrucks von 60 bar (110 Liter mit 300°C) mit 8 bis 10-facher Erdbeschleunigung (8 – 10 g) beschleunigen. Das 15.000 PS starke Fahrzeug, das laut Neracher 400.000 SFr. gekostet hat, legt in Payerne die Achtelmeile (ca. 400 m) schneller zurück als jedes andere Fahrzeug dieser Welt.

100 km/h sind bereits nach 0,4 Sekunden erreicht, und nach 1 Sekunde steht der Tacho auf 240 km/h. Nach 2 Sekunden und einer Geschwindigkeit von 446 km/h ist der Kessel leer und das Vehikel rollt die restlichen 200 m aus, um mit 438 km/h nach exakt 4,2 Sekunden die 400 m Marke zu passieren. Anschließend zünden die beiden Bremsfallschirme und bringen das Ding in 12 Sekunden zum Stillstand. Als theoretisch erreichbare Höchstgeschwindigkeit werden ca. 460 km/h angegeben.

Inspiration Designmodell

Inspiration
(Designmodell)

1994 führt Nerachers Firma Exotic Thermo Engineering Versuche mit dem weiterentwickelten Waterthunder II durch, der auch eine neue und optimierte Kevlar/Kohlefaser-Karosserie besitzt. 2006 wird Neracher mit dem Rocketbelt bekannt, einem umschnallbaren 1-Personen-Raketenantrieb mit 6 Minuten Betriebsdauer, der allerdings nicht mit Dampf, sondern einem eigens entwickelten Wasserstoffperoxid-Brennstoff.

Bastler um den britischen Ingenieur Glynne Bowsher arbeiten ab 2006 in der Abgeschiedenheit eines Landsitzes nahe Southampton in Großbritannien daran, (endlich) einen neuen Geschwindigkeitsrekord für dampfbetriebene Fahrzeuge aufzustellen, der seit 1906 ungebrochen ist. Hilfe erhalten sie von Studenten der University of Southampton

Hinter dem Pilotensitz des futuristischen Dampfrennwagens mit dem Namen Inspiration lodern mehrere kleine Boiler, die getrennt steuerbar sind. Mit Propangas erhitzen sie das Wasser auf knapp 400°C. Der Dampf wird dann über hydraulisch geregelte Düsen in die Turbine geblasen, womit der Wagen eine Leistung von 300 PS erreicht.

Zunächst will das Team seine Fahrversuche auf einem aufgegebenen Militärflugplatz im britischen Bruntingthorpe durchführen, wo rund 240 km/h angepeilt sind.

Ende 2007 ist Inspiration fast bereit, auf dem Bonneville Salzsee in Utah den im Rahmen des British Steam Car Challenge anvisierten Geschwindigkeitrekord zu erreichen. Es gibt allerdings noch einige Schwierigkeiten, da die Dampfkessel zu viel Kraft produzieren.

Damfrennwagen Inspiration

Inspiration (Konzept)

Die Schirmherrschaft über das Projekt übernimmt Lord Edward Montagu of Beaulieu. Nach dem erfolgreichen neuen Rekord plant die Entwicklungsgruppe das Fahrzeug dem British National Motor Museum Trust in Beaulieu zu übergeben, das den Wettbewerb im Juni 1999 offiziell ausgeschrieben hatte. Anfang 2008 besteht noch die Möglichkeit, den eigenen oder auch andere Namen für nur ein englisches Pfund auf dem Union Jack auf der Karosserie zu notieren.

Im Laufe der Zeit wird das 3 t schwere Dampffahrzeug immer länger und erreicht schließlich 7,5 m Länge und 1,7 m Breite, da ansatt nur 4 inzwischen 12 Boiler integriert werden, was schlußendlich zu installierten Rohren mit einer Gesamtlänge von 3 km führt!

Die nun auf 360 PS gesteigerte Maschine erreicht 13.000 U/m und braucht rund 3 MW im Form von Hitze, um die geplante Spitzengeschwindigkeit von gut 270 km/h zu erreichen. Der thermische Wirkungsrad liegt nur bei ungefähr 10 %, doch die Tageszeitung Guardian errechnet, daß trotzdem genügend Dampf erzeugt wird, um pro Sekunde 23 Tassen Tee aufzubrühen – für Engländer eine sicherlich gut nachvollziehbare Maßenheit.

Eigentlich sollen die Testfahrten mit dem British Steam Car in den USA im August 2008 beginnen, doch es dauert tatsächlich noch bis zum Juni 2009, bis der Dampfwagen auf der Edwards Air Force Base in Südkalifornien eintrifft.

Rekordfahrt (2009)

Rekordfahrt (2009)

Mechanische sowie klimatische Schwierigkeiten der Mojave-Wüste verzögern die Rekordfahrt noch zwei weitere Monate, doch nach mehrere Testfahren mit zunehmender Geschwindigkeit gelingt es Charles Burnett III am 25.08.2009 mit der Inspiration eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 225,06 km/h (139,843 mph) zu erreichen. Nach 10 Jahren harter Arbeit schafft es das Team mit seinem ,schnellsten Teekessel der Welt’ und unter den Augen der FIA Fred Marriots seit 1906 bestehenden Rekord von 204,39 km/h (127 mph) zu brechen.

Während der Gesamtfahrzeit von 48 Minuten und 52 Sekunden werden in der ersten Runde 136,103 mph, und in der zweiten über 151,085 mph erreicht.

Vom Royal Automobil Club gibt es anschließend die Simms Medaille 2009 – während sich für 79 britische Pfund jedermann ein hübsches Kunstharz-Modell des Rekordfahrzeugs im Maßstab 1:43 bestellen kann, das von der Firma Spark/Bizzare hergestellt wird.

Es dauert nur wenige Monate, bis im Februar 2010 aus den USA gemeldet wird, daß der Dampfmaschinen-Enthusiast Chuk Williams aus Tennessee ein Leichtbaufahrzeug konstruiert, mit dem er den Rekord wieder nach Amerika zurückholen will. Der 6,4 m lange und nur rund 800 kg schwere LSR Streamliner wird eine 180 PS Maschine der Firma Cyclone Power Technologies nutzen, die vermutlich der hier abgebildeten Mark V ähneln wird.

Cyclone Mark V Grafik

Cyclone Mark V (Grafik)

Hilfe bekommt Williams von seinem U.S. Land Steam Record (USLSR) Team, und es ist geplant die Rekordfahrt im August 2011 durchzuführen – ebenfalls auf dem Bonneville Salzsee. Bislang wird allerdings noch nach Sponsoren gesucht.

Die nicht ganz transparente W2 Energy Inc. in Carson City, Nevada, vermarktet eine bereits seit 1998 patentierte, kleine Turbine (US-Patent Nr. 5.720.251), die mit Niederdruckdampf aus der Biomasse-Verbrennung oder aus Abwärme betrieben werden kann. Ihr Wirkungsgrad soll bis zu 90 % betragen. Wann das Unternehmen gegründet wird, konnte ich bislang nicht herausfinden, ich nehme an, um 2009 herum, denn es gibt keinerlei Meldungen über frühere Aktivitäten.

Mitte 2010 beginnt das W2 eine Zusammenarbeit mit dem Arizona Research Institute for Solar Energy (AzRISE) in Tucson, wo die SteamRay Dampfturbine von W2 getestet wird, die mit Druckluft, Erdgas oder Wasserdampf betrieben werden kann.

Unter dem Namen Small Energy Generating Systems (SEGS) soll die Technologie auch für den Einsatz als Energiespeicher adaptiert werden, um Solarenergie in Druckluft umzuwandeln. Sobald die gespeicherte Energie wieder benötigt wird, wird die Druckluft mit Erdgas und Wasserdampf gemischt und in einen Niedertemperatur-Plasmatron-Vergaser gespeist, der die Mischung in ein Synthesegas umwandelt, das dann die Turbine samt 10 kW Stromgenerator antreibt. Gefördert wird das Ganze durch das DOE und durch einen Zuschuß der Arizona Science Foundation.

Am AzRISE wird außerdem das solarelektrische Kleinfahrzeug Solar Bug getestet, das von W2s 2005 gegründetem Tochterunternehmen Free Drive Inc. hergestellt wird. W2 gründet 2009 ein weiteres Tochterunternehmen namens W2 Solar für die Weiterentwicklung der SEGS-Technologie im Micro Hydro Bereich, und beschäftigt sich auch mit der Entwicklung von Algen-Bioreaktoren für die Filterung von CO2, wofür ein Röhrensystem namens SunFilter gebaut wird.

Forcefield Steampunk Dampfmaschine

Forcefield Steampunk
Dampfmaschine

Um 2008 bauen die Enthusiasten der 1998 gegründeten Gruppe ForceField in Fort Collins, in den Bergen von Colorado, eine wahre Steampunk-Maschine. Sie verbinden eine 6 hp Dampfmaschine von C&BC aus dem Jahr 1903 mit einem Boiler von 1940 und setzen auf das Rad einen selbstgebauten Generator mit NdFeB Magneten. Nach einer Aufheizzeit von etwa 40 Minuten leistet das Gerät bei 200 U/m beachtliche 2 kW, ist aber auch sehr laut.

Die 1972 gegründete Firma Cannon Boiler Works Inc. in Pittsburgh, Pennsylvania, beschäftigt sich nach der Energiekrise 1978 zunehmend mit dem Thema Energierückgewinnung. 2009 übernimmt das Unternehmen die Rechte an den Patenten einer Transport Membrane Condenser (TMC) genannten Technologie für Niedertemperatur-Rückgewinnung, die sich im Besitz des Gas Technology Institute (GTI) befinden, um ein marktreifes System zu entwickeln. Zusammen mit der zweistufigen Verbrennungstechnik des ebenfalls patentierten Super Boiler soll eine Effizienz von bis zu 94 % erreichbar sein. Die Markteinführung unter dem Namen Ultramizer ist für Ende 2010 geplant.

Im Oktober 2009 erhält die Aqua Society GmbH aus Herten-Westerholt das erste in Serie gefertigte Steam Mission-Modul aus Serienfertigung, das im Auftrag des Unternehmens bei der Firma Greiferbau und Verschleißtechnik Einbeck GmbH (GVE) in Einbeck hergestellt wurde. Das von der Firma entwickelte und zur Marktreife geführte Steam Mission System erzeugt Strom aus bislang ungenutztem Abdampf im Niederdruckbereich. Dabei wird der Niederdruck-Dampf mit einem speziellen Entspannungs-Aggregat direkt entspannt, um den Dampf in mechanische und dann in elektrische Energie umzuwandeln. Auf organische Verdampfungsmittel kann dabei komplett verzichtet werden.

Das 3,20 m lange, 1,20 m breite und 1,90 m hohe Modul wiegt rund 3,5 t und ist für eine Leistung von bis zu 135 kWel ausgelegt. Es wird in industrielle Produktionsprozesse integriert und mit einem Dampfstrom von 3 t/h und einem Druck von 2 bis 2,5 bar betrieben.

Im April 2010 wird das Unternehmen mit dem Sustainability Award für die nachhaltigste Innovation des Jahres ausgezeichnet, und für die Vermarktung wird in Herten die Firma ENVA Systems GmbH gegründet.

Nicht vergessen werden darf der Einsatz von Dampfmaschinen anstatt Stirling-Motoren bei solaren Parabol-Dish-Anlagen (s.d.). Währen Spielzeug-Dampfmachinen zum Aufladen von Handys usw. geeignet sind, als Generator reicht hierbei ein kleiner LEGO-Motor…