James Watt – Instrumentenbauer, Erfinder und Ingenieur
Zum 200. Todestag werfen wir einen Blick auf den schottischen Erfinder, der der Dampfmaschine zum Durchbruch verhalf und seine eigene physikalische Einheit nicht mehr erlebte: James Watt. Was bleibt von seinen Erfindungen und was können wir heute noch von ihm lernen?
Foto: panthermedia.net/georgios
Am 25. August jährt sich der Todestag des schottischen Ingenieurs James Watt zum 200. Mal. Als er 1819 starb, sah die Welt noch ganz anders aus als heute. In Wien war gerade die Neuordnung Europas nach Napoleon organisiert worden, in Teplitz vereinbarten der österreichische Außenminister Fürst von Metternich und der preußische König Friedrich Wilhelm III. Maßnahmen, um Liberalismus und Nationalismus im Deutschen Bund zu überwachen und falls nötig bekämpfen zu können. Die Karlsbader Beschlüsse, die daraus hervorgingen, bekommt Watt schon nicht mehr mit.
Wirtschaftlich und wissenschaftlich ist jedoch auch einiges los zu der Zeit: In Schottland wird das Kaleidoskop vorgestellt, in Frankreich die Sirene. England kämpfte mit den Auswirkungen der industriellen Revolution, die neben Kinderarbeit vor allem Armut und die Spaltung der Gesellschaft gebracht hatte. Dass es so weit kommen konnte, dafür hatte auch Watt seinen Beitrag geleistet.
James Watts größte Erfindungen
James Watt gilt manchen als Erfinder der Dampfmaschine, was er aber nicht war. Stattdessen hat er viele andere Dinge erfunden, die wir hier im Einzelnen kurz vorstellen.
Watt
Bis heute unsterblich ist James Watt, weil er seinen Namen an die elektrische Stromleistung verlieh. Kurioserweise hat er dazu aber nur indirekt beigetragen. Erst Ende des 19. Jahrhunderts – und damit lange nach Watts Tod – benannte die British Science Association die physikalische Größe der Leistung nach dem schottischen Ingenieur. Im Jahr 1960 übernahm das Internationale Einheitensystem die Bezeichnung. Bis heute gibt Watt den Energieumsatz pro Zeitspanne an und wird mit W abgekürzt.
1 Watt entspricht 1 Joule pro Sekunde.
Pferdestärke
Bei Elektromotoren ersetzte Watt die bisher gebräuchliche Einheit Pferdestärke, kurz PS. Und die wiederum wurde von keinem geringeren erfunden als von James Watt selbst. Mit der Angabe von PS wollte er den Menschen demonstrieren, welche Leistung eine Dampfmaschine erbringen konnte. Statt einer Einheit, die den meisten Menschen wohl nichts weiter gesagt hätte, wählte Watt Pferdestärken, womit wohl auch der physikalisch Ahnungslose erkennen konnte, was eine Maschine zu leisten imstande war.
Dampfmaschine
Die Dampfmaschine hat James Watt zwar nicht erfunden, doch er hat ihren Wirkungsgrad deutlich verbessert. Sein Auftrag als junger Mechaniker an der Universität Glasgow war eigentlich, eine Dampfmaschine zu reparieren. Die Modelle nach der Bauart von Thomas Newcomen wurden zu jener Zeit in Bergwerken eingesetzt. Sie trieben die Pumpen an, die das Wasser aus den Gruben fernhielten. Allerdings arbeiteten sie vor allem mittels Luftdruck, der Dampf wurde eher vernachlässigt.
Diesen Konstruktionsfehler der ersten Dampfmaschine löste Watt, indem er den Kondensationsprozess aus dem Zylinder herausnahm und ihn in einen eigenen Behälter auslagerte. Damit erzielte die Dampfmaschine wesentlich mehr Leistung als bisher und die Betreiber konnten zudem eine große Menge Steinkohle einsparen. Diese Neuerung wurde Watt am 5. Januar 1769 unter der Nummer 913 patentiert. Watt ist also Erfinder des Kondensators, einem wesentlichen Teil der Dampfmaschine.
Einige Jahre später trieb die Wattsche Dampfmaschine eine Lokomotive und ein Dampfschiff an, das 1807 den Hudson durchquerte. Vor allem aber legte die Weiterentwicklung der Dampfmaschine durch Watt einen wichtigen Grundstein für die industrielle Revolution.
Weitere Erfindungen und Patente von James Watt
Im Laufe seines Lebens meldete Watt nicht nur die mit einem Kondensator versehene Dampfmaschine zum Patent an, er erhielt 5 weitere Patente für seine Erfindungen. Allein für die Weiterentwicklung seiner Dampfmaschine meldete Watt folgende Erfindungen zum Patent an:
- eines für die Regulierung der Dampfzufuhr per Fliehkraftregler
- eines für das Wattsche Parallelogramm, mit dem Watt eine gleichmäßige Drehbewegung realisierte (Patent Nr. 1432 in 1784)
- das pv-Diagramm zur Untersuchung thermodynamischer Vorgänge. Das p steht dabei für den Druck, während das v für das spezifische Volumen steht.
- die Beschreibung der Dampfexpansion
Außerdem entwickelte James Watt eine eiserne Presse, mit der Schriftstücke vervielfältigt werden konnten. Dieser frühe Vorgänger des Kopierers ging als Wattsche Presse in die Maschinenbücher ein. Mit dieser auf einer Spindelpresse basierenden Konstruktion kopierten etwa Kaufleute ihre tintenbeschriebenen Dokumente. Wer eine Wattsche Presse besaß, konnte sich das handschriftliche Abschreiben von Dokumenten sparen.
Ein weiteres Patent hielt Watt auf eine Erfindung, die er gar nicht selbst gemacht hatte. Das Planetengetriebe als Verbindung der Balancier-Schwungradwelle wurde von William Murdoch entwickelt und war als Konkurrenz zur Kurbelwelle von James Pickard gedacht. Überhaupt schien Watt Gefallen an Patenten gefunden zu haben und vereitelte damit nicht selten die Weiterentwicklung seiner Maschinen durch andere. So konnte sich etwa Jonathan Hornblower nicht mit seiner Verbunddampfmaschine durchsetzen, obwohl sie einen höheren Wirkungsgrad gehabt hätte als die patentierte Wattsche Dampfmaschine.
James Watt – innovativer Ingenieur und erfolgreicher Unternehmer
Seine Patente nutzte Watt klug. Gemeinsam mit seinem Geschäftspartner und früheren Finanzier Matthew Boulton verdrängte er konkurrierende Erfindungen anderer Ingenieure vom Markt und verlieh stattdessen seine Dampfmaschinen an aufstrebende Industrielle und Bergwerkbetreiber. Sein Geld verdiente er mit dem Verleih und der Ersparnis, die er den Käufern mit seiner Maschine bieten konnte. Immerhin verbrauchte die Dampfmaschine nach seiner Fasson nur noch ein Drittel des Brennstoffs bisheriger Ausführungen. Watt erfand also nicht nur, er verdiente auch an seinen Erfindungen. Diese Innovationskraft gepaart mit einem gesunden Geschäftssinn unterscheidet den Schotten James Watt übrigens von vielen anderen großen Erfindern.
Zu seinem 200. Todestag hat sich seine einstige Schaffensstätte, die University of Glasgow, etwas ganz Besonderes ausgedacht. Zu Ehren James Watts realisierten Studierende der Universität ein Modell seiner Dampfmaschine – mit 800 Einzelteilen aus dem 3D-Drucker.
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