„Also, wat is en Dampfmaschin?“
„Da stelle mehr uns janz dumm. Und da sage mer so: En Dampfmaschin, dat is ene jroße schwarze Raum, der hat hinten un vorn e Loch. Dat eine Loch, da kömmt de Dampf rein. Und dat andere Loch, dat krieje mer später.“ So lautet das bekannte Zitat des Gymnasialprofessors Bömmel aus dem Film „Die Feuerzangenbowle“ mit Heinz Rühmann in der Hauptrolle. Bömmel, ein liebenswerter alternder Rheinländer und Physiker, dessen Schüler schon nicht einmal mehr den vollen Namen kennen, bringt es eigentlich schon auf den Punkt. Die Dampfmaschine ist eine vom Prinzip her einfache, aber geniale Konstruktion. Auch wenn es in der Romanvorlage von Heinrich Spoerl eigentlich heißt: „Dat eine Loch, dat is de Feuerung,“ hat Physiker Bömmel im Film die Wirkungsweise seinen Schülern bereits in Ansätzen erklärt. Diese verstanden es jedoch nicht. Sie waren zu sehr mit dem Schabernack beschäftigt, des Lehrers Schuh, den er während der Unterrichtsstunde aus Bequemlichkeit ausgezogen hatte, zu verstecken. Uns jedoch sollen derlei Lausbubengeschichten nicht davon abhalten, einen genaueren Blick auf die Dampfmaschine, genauer die Kolbendampfmaschine, zu werfen.
Durch das Erhitzen von Wasser wird in einem Kessel Wasserdampf erzeugt. Dadurch entsteht Druck. Dieser Druck wird einem Kolben beidseitig zugeführt. Um diesen hin und her zu bewegen, muss der Druck auf beiden Seiten jedoch unterschiedlich sein. Dafür gibt es verschiedene Verfahren, die für das weitere Verständnis aber unwichtig sind. Durch den Dampfdruck kommt es dazu, dass sich der Kolben und damit die Kolbenstange hin und her bewegen. An ihrer Spitze verschiebt sich auf einer parallel zur Kolbenstange verlaufenden Führung der sogenannten Kreuzkopf. In ihm wiederum ist drehbar die sogenannte Kurbelstange gelagert, die an anderem Ende, ebenfalls drehbar, die Kurbelwelle antreibt. Auf dieser befindet sich das Schwungrad. Aus einer Vorwärts-/Rückwärtsbewegung ist somit eine Dreh- bzw. rotatorische Bewegung geworden.
Die Dampfmaschine konnte in früheren Tagen fast alle nur erdenklichen Lastmaschinen antrieben. Von der Wasserpumpe im Bergbau über den Antrieb von Werkzeugmaschinen und Spinnereigerätschaften bis hin zu Lokomobilen und Lokomotiven fand die Kolbendampfmaschine Verwendung. Immer ausgeklügelter wurden die angeschlossenen Systeme ebenso wie die Dampfmaschinen selbst. Das alles wurde jedoch beendet durch den Siegeszug der Diesel- und Elektromotoren, die der Dampfmaschine letztlich überlegen waren. Einige letzte Versuche zur weiteren Leistungssteigerung der Dampfmaschinen, beispielsweise im Lokomotivbau, blieben erfolglose Zuckungen einer schlussendlich unterlegenen Technologie. Doch immerhin vergingen 300 Jahre von der ersten Idee bis zum Ende dieses Technologiezweigs. Eine spannende Periode, geprägt durch die großartigen geistigen Leistungen einer heute unüberschaubaren Anzahl an Ingenieuren.
Doch eigentlich waren es schon die Griechen, die die immense Bedeutung des Dampfdrucks erkannten. Leonardo da Vinci baute um 250 vor Christus eine Dampfkanone zum Verschießen eiserner Kugeln. Nur 130 Jahre später baute Heron von Alexandria ein kleines sogenanntes „Reaktionsrad“, einem Vorläufer der Dampfturbine. Doch dann passierte lange nichts. Erst 1540 nutzte man auf einen Zinnbergwerk im sächsischen Ehrenfriedersdorf ein mittels Wasserrad betriebenes System von Kolbenpumpen zur Entwässerung der Grubenbaue. 1606 diskutierte der Italiener Giambattista della Porta eine technische Möglichkeit, Wasser aus einem Kasten per Dampf herauszudrücken. Giovanni Branca wiederum trieb wenige Jahre später einen Dampfstrahl auf ein Fächerrad und erzeugte so eine Drehbewegung. Auf Grundlage dieser Experimente wurden in den folgenden Jahrzehnten nun zahlreiche Versuche mit Wasserdrücken durchgeführt.