James Watt

James Watt wurde am 19. Januar(julianischer Kalender)/30. Januar 1736(gregorianischer Kalender) in Greenock geboren und ist am 25. August 1819 gestorben. Er war ein schottischer Erfinder. Seine einflussreichste Erfindung war die Verbesserung des Wirkungsgrades der Dampfmaschine durch die Verlagerung des Kondensationsprozesses aus dem Zylinder in einen separaten Kondensator. Watt selbst hielt das von ihm entworfene Gestänge, das Wattsche Parallelogramm, für seine größte Erfindung. Erstattete seine Dampfmaschinen mit dem vom Windmühlenbau bekannten Fliehkraftreglern zur Konstanthaltung der Drehzahl bei Belastungsschwankungen aus.

Bild entnommen aus dem Geschichtsbuch der DDR für die 7. Klasse, Stand 1982

 

James Watt wurde als Sohn armer, aber sehr gebildeter Eltern geboren. Sein Vater war Zimmermann und Konstrukteur von nautischen Geräten, Watts Großvater war ein Mathematiklehrer und schottischer Nationalist. James war ein kränkliches Kind, das unter anderem unter chronischen Kopfschmerzen litt. Die Eltern unterrichteten ihn deshalb teilweise selbst. Schon als Junge experimentierte er gern und soll die Funktionsweise von jedem Gegenstand, den er in die Finger bekam, erforscht haben. Darüber hinaus war Watt ein eifriger Sammler von Pflanzen und Steinen, las viel und erfand Geschichten.

Für ein Medizinstudium, für welches Watt sich interessierte, waren seine Eltern jedoch zu arm. Deshalb begann Watt in London eine inoffizielle Mechanikerlehre, nachdem er im schottischen Glasgow keinen Lehrherrn finden konnte. Da diese ihm jedoch schon bald nichts Neues mehr zu bieten hatte, brach er sie vor Ablauf der vorgeschriebenen sieben Jahre ab. Eine eigene Werkstatt konnte er wegen der nicht abgeschlossenen Ausbildung nicht eröffnen, da die Glasgower Zünfte Einspruch erhoben. Watt erhielt 1757 eine Stelle als Instrumentenmacher an der Universität von Glasgow. Dort fertigte und reparierte er für die Universität Instrumente wie Kompasse und Quadranten. Sein Einraum-Labor, das er nach einem Jahr um einen zweiten – zur Straße gelegenen – Raum mit Schaufenstern erweiterte, entwickelte sich schon bald zum Treffpunkt von Dozenten und Studenten. Watt fand an der Universität viele Freunde, obwohl er „nur“ ein Handwerker war. Unter anderem war er mit dem Ökonomen Adam Smith befreundet. Er wurde von seinen Zeitgenossen als außerordentlich bescheiden und liebenswürdig beschrieben.

1760 heiratete Watt seine Cousine und Jugendliebe, die 1736 geborene Margaret Miller. Margaret Watt starb 1773 bei der Geburt des sechsten Kindes. Von ihren gemeinsamen Kindern überlebte nur der 1769 geborene Sohn James. 1775 heiratete Watt Anne Macgregor.^[2]

Watts Werkstatt (Science Museum, London)

Bildquelle: Von Frankie Roberto – Eigenes Werk, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5736070

 

1764 erhielt Watt als Universitätsmechaniker den Auftrag, das Modell einer Dampfmaschine nach der Bauart von Thomas Newcomen zu reparieren. Watt erkannte, dass ein großer Teil des einströmenden Wasserdampfes verbraucht wurde, um nach jedem Zyklus erneut die Zylinderwandung aufzuheizen. Watt beschloss, die Maschine – basierend auf Vorarbeiten von Denis Papin – zu verbessern. Er lernte neben Französisch und Italienisch auch Deutsch, um deutsche Schriften zur Wärmetheorie zu lesen. Um das wechselweise Aufheizen und Abkühlen des Zylinders zu vermeiden, führte er zur Kondensation des Wasserdampfs einen separaten Behälter ein, den Kondensator. Zusätzlich umgab er den Zylinder mit einer sogenannten ‚Steam Jacket‘ (Dampf-Doppelmantel). Der Zylinder wurde so mit Dampf umspült, um dessen Wärmeverluste zu verringern. Den Doppelmantel isolierte er mit senkrecht angebrachten Holzbrettern. 

Watt gab seine Stelle an der Universität Glasgow auf, um sich stärker der Weiterentwicklung der Dampfmaschine zu widmen. Obwohl er nebenbei als Feldvermesser arbeitete, häufte er Schulden an. Auch war er häufig krank. Erst 1769 fand er in dem Eisenfabrikanten John Roebuck (1718–1794) einen Finanzier und reichte am 5. Januar 1769 das englische Patent Nr. 913 „A New Invented Method of Lessening the Consumption of Steam and Fuel in Fire Engines.“ (dt.: Eine neu erfundene Methode zur Verringerung des Dampf- und Brennstoffverbrauchs bei Verbrennungsmaschinen.) ein, das am 29. April 1769 registriert wurde.^[3] Watts Verbesserungen ermöglichten gegenüber der von John Smeaton optimierten Newcomen-Dampfmaschine eine Ersparnis an Steinkohle von über 60 Prozent.

Es gelang zunächst nicht, einen dampfdichten Zylinder herzustellen. Inzwischen wurde sein Förderer John Roebuck insolvent. Der Industriebaron Matthew Boulton erklärte sich bereit, Roebucks Nachlass zu übernehmen, wenn er die Verlängerung des Patentes um 25 Jahre bis zum Jahr 1800 erreichen könne. Nach erfolgreicher Lobbyarbeit wurde die Firma Boulton & Watt für die Dauer der Gültigkeit des Patents gegründet. Boulton sicherte sich für seinen Anteil 2/3 der Einnahmen. Die erste einsatzfähige Dampfmaschine nach dem Wattschen Prinzip wurde 1776 in der Fabrik von John Wilkinson installiert. Wilkinsons Firma war es gelungen, einen Zylinder aus Eisen in der erforderlichen Qualität zu fertigen: Er nutzte ein von ihm entwickeltes und patentiertes Verfahren zum präzisen Erweitern der Bohrung von Kanonenrohren, bei dem der Bohrmeißel an beiden Enden fixiert wird und sich der Zylinder um diesen dreht. In der Folge wurden Zylinder, Kondensator und Luftpumpe für ‚Boulton & Watt‘ in Soho bei Birmingham hergestellt. Zusammengesetzt wurden die Dampfmaschinen erst beim Kunden. Wilkinson lieferte die Zylinder direkt an den Aufstellungsort und weitere benötigte Materialien wurden vor Ort dazugekauft und angepasst. Anfangs wurden die Dampfmaschinen durch ‚Boulton & Watt‘ nicht verkauft, sondern über die Patentlaufzeit vermietet. Als Nutzungsentgelt verlangten sie ein Drittel der gegenüber der optimierten Newcomen-Dampfmaschine gesparten Brennstoffkosten. Zu dessen besserer Berechnung konstruierte Watt eigens einen manipulationssicheren Zähler für die Kolbenbewegungen.

1781 wandelte Watt den Kolbenhub mittels eines Kreisschubgetriebes in eine Drehbewegung um. 1782 konstruierte er eine Dampfmaschine, bei der der Kolben von beiden Seiten durch Dampf bewegt wird. Damit hatte James Watt nun eine Dampfmaschine entwickelt, bei der die komplette Arbeit vom Dampfdruck geleistet wurde. Zuvor war der Kolben durch den Unterdruck bewegt worden, der bei der Kondensation des Dampfs entsteht. Auf diese Weise wurden wesentlich stärkere Maschinen möglich. Bei den mit Dampfdruck arbeitenden Maschinen drückt der Kolben den Balancier nach oben und zieht ihn auch wieder nach unten. Damit diese in zwei Richtungen wirkenden Kräfte übertragen werden konnten, wurde statt einer Kette eine Kolbenstange benutzt. Zur linearen Führung der Kolbenstange am pendelnden Balancier erfand Watt 1784 das Wattsche Parallelogramm, das er selbst als seine größte Erfindung ansah.

Seit 1788 stattete er seine Dampfmaschinen mit den bereits erfolgreich in Windmühlen benutzten Fliehkraftreglern aus, um die Drehzahl der Antriebsachse unter Belastungsschwankungen konstant zu halten. Auch führte er die Pferdestärke (PS) als Maßeinheit für die Leistung ein. Im selben Jahr wurde in Soho die Münzprägung begonnen, angetrieben von Watts Dampfmaschine.^[4]

Die Dampfmaschinen von Watt erreichten schließlich einen Wirkungsgrad von 3 %, das dreifache der optimierten Newcomen-Dampfmaschinen. Die Umsetzung der Hochdruckdampfmaschine in die Praxis verzögerte sich wegen Watts Sicherheitsbedenken und seinem bis zum Jahr 1800 verlängerten Patent über die Dampfkondensation außerhalb des Zylinders.

Watts Dampfmaschine

Bild entnommen aus dem Geschichtsbuch der DDR für die 7. Klasse, Stand 1982

 

Watt stieg im Jahre 1800 aus seinem Unternehmen aus und übergab seine Anteile an seine Söhne James und Gregory. Er selbst zog sich in sein Haus Heathfield in Handsworth, Birmingham, zurück, wo er an diversen weiteren Erfindungen arbeitete, darunter Dingen, die eher dem Zeitvertreib als dem ernsthaften technischen Einsatz dienten. Er lebte äußerst gesellig und seine Gäste schwärmten, dass man sich mit ihm über alle Themen unterhalten könne. Der schottische Nationaldichter Walter Scott äußerte sich einmal erleichtert darüber, dass Watt Ingenieur geworden war. Dessen Talent zum Geschichtenerzählen hätte ihm sonst ernsthaft Konkurrenz gemacht.

In Birmingham empfing Watt Erzherzog Johann aus der Steiermark, der sich 1815 und 1816 bei Reisen nach England über die Errungenschaften der englischen Industrie informieren wollte.^[6]

Am 25. August 1819 starb Watt. Er wurde in der St. Mary’s Church in Handsworth bei Birmingham beigesetzt.

James Watt Denkmal in Glasgow

Bildquelle: Von Hajotthu – Eigenes Werk, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12087907

 

Entnommen aus Wikipedia, bearbeitet von Petra Reichel

 

Bedeutende Veränderungen in der Produktion

Die steigende Nachfrage nach gewerblichen Produkten

Die kolonialen Eroberungen im 17. Und 18. Jahrhundert, an denen englische Kolonisten führend beteiligt waren, erweiterten die Möglichkeiten des Handels mit englischen Produkten. Überall, wo sich englische Kaufleute und Kolonisten niederließen, begannen sie, die Bevölkerung mit Erzeugnissen der englischen Manufakturen zu beliefern. Diese waren meistens besser und billiger als die einheimischen Produkte. Zum Teil aber weckten die bisher unbekannten Erzeugnisse der englischen Manufakturen ganz neue Bedürfnisse bei der Bevölkerung. Dadurch stieg die Nachfrage nach englischen Waren in Europa und Übersee gewaltig an.

Auch innerhalb Englands erhöhte sich die Nachfrage sowohl nach landwirtschaftlichen wie nach gewerblichen Produkten. Weil die Manufakturen eine größere Menge an Stoffen, Kleidung, Hausrat und anderen zum Leben notwendigen Dingen herstellen mussten, benötigten sie ihrerseits mehr Eisen, Kohle, Wolle und andere Rohstoffe. Infolgedessen verdoppelte sich die englische Industrieproduktion von 1650 bis 1750. Am meisten vermehrte sich die Produktion von Garn und Tuchen aus Wolle und auch aus Leinen. Trotzdem vermochten die Manufakturen nicht mehr die steigende Nachfrage zu befriedigen.

entnommen aus dem Geschichtsbuch der DDR für die 7. Klasse, Stand 1982

 

Die Entwicklung der Baumwollspinnerei

Um die Mitte des 18. Jahrhunderts war in England die Textilproduktion und innerhalb dieser die Wollwarenherstellung der vorherrschende Produktionszweig. Die emporschnellende Nachfrage nach gewerblichen Produkten, vor allem nach Bekleidungsgegenständen, richtete sich daher in erster Linie auf die Wollwarenerzeugung.

Neben diesem Produktionszweig, der Schafwolle verarbeitete, war in England ein anderer Zweig, die Baumwollverarbeitung, entstanden. Sie bezog ihren Rohstoff, die Baumwolle, aus den Kolonien. Die Baumwollverarbeitung war noch jung, und die Besitzer von Baumwollmanufakturen waren allen Neuerungen zugänglich, weil sie sich sonst gegenüber den anderen Produktionszweigen nicht behaupten konnten. Ein zweiter Grund für technische Neuerungen lag in der ungleichmäßigen Entwicklung der englischen Baumwollspinnerei. Um die Mitte des 18. Jahrhunderts war die tägliche Garnproduktion von etwa 10 Spinnern erforderlich, um einen Weber einen Tag zu beschäftigen. Dieses Missverhältnis gab den Anstoß zur Erfindung von Maschinen, die in der Baumwollverarbeitung angewendet werden konnten.

 

Hargreaves, Watt und Cartwright, die Erfinder neuer Maschinen

Seit dem ersten Jahrzehnt des 18. Jahrhunderts gab es Versuche, Baumwollgarn maschinell herzustellen. Im Jahre 1764 erfand der Weber James Hargreaves seine Spinnvorrichtung, die er nach seiner Tochter Jenny die „spinning-Jenny“, die spinnende Jenny nannte. Diese „spinning-Jenny“ war eine Arbeitsmaschine, die die Herstellung des Baumwollgarns von Grund auf veränderte. Mit dieser Spinnmaschine konnte an einem Tag wesentlich mehr Baumwollgarn hergestellt werden als mit Hilfe des Spinnrades. Eine Arbeitsmaschine arbeitete gleichzeitig mit vielen Werkzeugen, z.B. Baumwollspindeln, während ein Mensch zur gleichen Zeit immer nur ein Werkzeug, z.B. das Spinnrad, benutzen konnte. Der Mensch bediente und kontrollierte die Maschine.

Durch den Einsatz der Spinnmaschine wurde das Gleichgewicht zwischen Baumwollspinnerei und –weberei abermals gestört, dieses Mal jedoch zugunsten der Baumwollspinnerei.

Bild entnommen aus dem Geschichtsbuch der DDR für die 7. Klasse, Stand 1982

 

Die Weber hatten jetzt Mühe, das von den Spinnern maschinell hergestellte Garn zu verarbeiten. Es wurde daher notwendig, die Weberei zu verbessern. In den Jahren 1785 bis 1786 konstruierte der Engländer Cartwright Webmaschinen(Maschinenwebstühle oder mechanische Webstühle), die mittels Wasserkraft angetrieben wurden. Durch die Benutzung dieser Webmaschinen konnte die Herstellung von Baumwollgeweben erheblich erhöht werden. Einige Jahrzehnte später wendete man Spinn- und Webmaschinen auch in der englischen Woll-, Leinen- und Seidenindustrie an, wodurch deren Produktion anstieg.

Um die neuen Arbeitsmaschinen anzutreiben, benutzte man zunächst die Kraft des Wassers. In manchen Fällen, vor allem bei den allerersten Arbeitsmaschinen, besorgten dies auch di Arbeiter. Als immer mehr Spinn- und Webmaschinen angewendet wurden, genügte das nicht mehr. Man musste sich nach einer anderen Antriebskraft umsehen und fand sie in der Dampfmaschine James Watts. Zwar benutzte man bereits seit etwa 1740 Dampfmaschinen, um das Wasser aus den englischen Steinkohleschächten zu pumpen, aber erst James Watt gelang es, die Dampfmaschine 1784 soweit zu verbessern, dass sie zum Antrieb der Arbeitsmaschinen verwendet werden konnte. Die Dampfmaschinen war eine Antriebsmaschine, weil sie mit Hilfe des Dampfes und auf mechanischem Wege Kraft zum Antrieb der Arbeitsmaschinen erzeugte.

Bild entnommen aus dem Geschichtsbuch der DDR für die 7. Klasse, Stand 1982

 

Alle Antriebsmaschinen einer Fabrik wurden über eine Transmissionseinrichtung und Treibriemen von einer Dampfmaschine angetrieben. Diese drei verschiedenen Maschinenarten bildeten das Maschinensystem. Man spricht von einem System deswegen, weil nur durch das Zusammenwirken aller drei Maschinenarten das fertige Produkt hergestellt werden konnte. Die Anwendung der Maschinen steigerte die englische Industrieproduktion gewaltig. Zwischen 1780 und 1840 verdoppelte sie sich.

Bild entnommen aus dem Geschichtsbuch der DDR für die 7. Klasse, Stand 1982

 

Die ersten Eisenbahnen

Infolge des Maschinenbetriebes und der schnell wachsenden Industrieproduktion konnten viel mehr Rohstoffe als vorher verarbeitet werden. Die Rohstoffe mussten zu den Industriezentren transportiert werden, ebenso die fertigen Produkte an die Orte, wo sie gebracht wurden. Vor allem stieg der Transport zwischen den englischen Industriezentren und den Ausfuhrhäfen stark an. Das konnte nicht mehr nur durch Pferde und Wagen bewältigt werden. Eine solche neue Transporteinrichtung war die Eisenbahn.

Auch hier bewährte sich die von Watt verbesserte Dampfmaschine. Auf Räder gestellt, gab sie das Vorbild für die Lokomotive ab. Die erste leistungsfähige Lokomotive wurde von George Stephenson erbaut.

Stephenson erhielt 1825 den Auftrag, eine Eisenbahnlinie zwischen Stockton und Darlington in Nordengland zu bauen. Er konstruierte eine Lokomotive, die 34 Wagen ziehen konnte und für die 15 Kilometer lange Strecke 65 Minuten benötigte. Das war für die damalige Zeit eine große Leistung. Eine seiner Lokomotiven siegte beim Lokomotivrennen, das 1829 von einer englischen Eisenbahngesellschaft veranstaltet wurde. 1830 verfügte England bereits über 108 Kilometer Eisenbahnlinie, im Jahre 1850 schon über 10 000 Kilometer. Die Vorteile der Eisenbahn bestanden darin, dass mehr und größere Lasten schneller und billiger transportiert werden konnten.

 

Entnommen aus dem Geschichtsbuch der DDR für die 7. Klasse, Stand 1982, bearbeitet von Petra Reichel

 

 

Original-Text aus dem Geschichtsbuch der DDR

Bedeutende Veränderungen in der Produktion