1803: Der Kessel einer Trevithick-Maschine explodiert

Am 8. September 1803 explodierte der Kessel einer Trevithick-Maschine. Zwar war grobe Fehlbedienung die Ursache (der Maschinist hatte das Sicherheitsventil festgebunden und war dann zum Essen gegangen), dennoch wurde der Vorfall von den Herstellern der Niederdruck-Maschinen (also auch von Boulton & Watt) hochgespielt. Sie hatten ja schon immer vor den Gefahren des “strong steam” gewarnt 1.

Dieser Vorfall wirft ein Schlaglicht auf eine Auseinandersetzung zwischen den konservativen Herstellern (sicherlich allen voran Boulton & Watt) und den Pionieren, insbesondere Richard Trevithick in England und Oliver Evans in den USA.

Auch James Watt war schon klar, daß ein höherer Dampfdruck wünschenswert war, aber er scheute davor zurück. Ein Grund war sicherlich, dass es damals kaum möglich war, wirklich fehlerfreie und homogene Kesselbleche zu erzeugen. Als Dichtungsmittel wurde lange Zeit der sog. Eisenkitt genutzt. Christoph Bernoulli beschreibt dies noch 1824 in seinem Buch “Anfangsgründe der Dampfmaschinenlehre für Techniker und Freunde der Technik” 2.

Lt. Sonnenberg hat es bei den von Boulton & Watt gebauten Niederdruck-Maschinen keine Kesselexplosionen gegeben 3.

Aber was war denn der Druck in einer Niederdruck-Maschine, wie stark war “strong steam” ?

Hier hilft (hoffentlich) ein kleiner Exkurs in die Physik, Thema Druck.

Anders als die Maßeinheiten für Länge (Meter m) oder Masse (umgangssprachlich Gewicht) (Kilogramm kg) ist die Einheit für den Druck (Pascal pa) vielen nicht vertraut. Wenn es um Dampfdruck geht, kommt oft ein weiteres Problem hinzu, indem da von Überdruck die Rede ist. Wer dies verstehen will, muß sich deutlich machen, dass wir alle zu jedem Zeitpunkt der Gewichtskraft der Luftsäule der Erdatmosphäre über uns ausgesetzt sind, dem Luftdruck also. Menschen haben kein Sinnesorgan, um dies wahrzunehmen. Nur starke und schnelle Schwankungen des Luftdrucks werden mittelbar wahrgenommen (z.B. im Ohr beim Flugzeugstart).

Der mittlere Luftdruck der Erdatmosphäre beträgt auf Meereshöhe 1013,25 hPa (hPa steht für Hektopascal, 1 hPa = 100 Pa). Taucht man auf Meereshöhe 10 m tief, so hätte man in seiner Lunge recht genau den doppelten Druck.

Die SI-Einheit Pa liefert oftmals hohe Zahlenwerte, daher ist in der EU das bar als gesetzliche, aus dem SI-System abgeleitete Einheit zulässig. 1 bar sind 100000 Pa. Damit wird der o.a. mittlere Luftdruck der Erdatmosphäre ziemlich genau 1 bar und beim Tauchgang auf 10 m Tiefe hat man 2 bar in den Lungen. Der Überdruck beträgt dann 1 bar.

Zurück zum Dampf. Vielen ist aus der Küche der Schnellkochtopf bekannt (andere Bezeichnungen Drucktopf, Dampfdrucktopf, Dampfkochtopf oder Papin’scher Topf nach seinem Erfinder Denis Papin 1679 4. In einem solchen Topf können Lebensmittel schneller gekocht werden, weil das Wasser auf mehr als 100°C erhitzt wird. Lt. einer aktuellen Schnellkochtopf-Gebrauchsanleitung 5 erreicht man beim 1. Ring in der Schonstufe 109 °C, beim 2. Ring in der Schnellstufe 116 °C. Dabei entsteht im Topf ein Überdruck von 0,4 bzw. 0,8 bar. Wird zuviel Wärme zugeführt, dampft das Kochventil automatisch ab (bei 1,5 bar Überdruck). Zusätzlich hat der Schnellkochtopf unter dem Griff noch ein Sicherheitsventil.

Der obligate Eintopf wird also im Schnellkochtopf bei 0,8 bar Überdruck mit dann etwa 116 °C gegart.

Diese Werte mögen nun als anschauliche Basis dienen.

Die bei den frühen Dampfmaschinen verwendeten Drücke sind nicht sicher anzugeben. Das Deutsche Museum zählt einen Watt’schen Kofferkessel von ca. 1810 zu seinen Exponaten. Als Dampfdruck gibt das Museum 1,3 bar an. Damit ist sicherlich der absolute Druck gemeint. In der Literatur findet sich eine Statistik aus dem Jahre 1847, in der die Dampfmaschinen im Königreich Sachsen erfasst wurden 6. Dort werden als Niederdruckmaschinen diejenigen mit einer “Dampfspannung bis 1,25 Atmosphären” gerechnet, als Mitteldruck die mit “Dampfspannung ab 1,25 bis 3 Atmosphären” und schließlich als Hochdruckmaschinen die mit mehr als 3 Atmosphären. Erneut ist hier sicherlich der absolute Druck gemeint, eine Atmosphäre (die Einheit ist nicht mehr zulässig) hat für unsere Zwecke genau ein bar.

Natürlich ist diese Abgrenzung nicht exakt. Klar ist aber auch, daß bis in das 19. Jahrhundert hinein, auch für Trevithick und Evans, der Dampf, mit dem heute unser Eintopf gekocht wird, “strong” war.

Trevithick und Evans, als Pioniere des “strong steam”, liessen die Niederdruckmaschine hinter sich, indem sie auf den Watt’schen Kondensator verzichteten. Die Niederdruckmaschine erzeugt ja im Kondensator ein Teilvakuum von maximal 1 bar im Idealfall. Der Verzicht auf den Kondensator bedeutete also im schlechtesten Fall 1 bar Verlust, machte aber durch den Wegfall des Kondensators, der nassen Luftpumpe etc. kleinere Maschinen möglich. Trevithick’s Zeitgenossen nannten seine Maschinen “Puffer”. Damit wurde schon lautmalerisch deutlich, dass der Dampf in die Atmosphäre entlassen wurde.

Richard Trevithick hat übrigens auf die Explosion seines Kessels sehr modern reagiert: Er versuchte den Kessel “idiotensicher” zu machen 7. Fortan sah er ein zweites Sicherheitsventil vor. Auch führte er einen Bleipropfen ein, der normalerweise vom Kesselwasser berührt wurde. Wenn der Wasserstand zu sehr absank, wurde der Pfropfen freigelegt, das Blei schmolz und der Kesseldruck wurde abgebaut.

Allerdings dauerte es noch etliche Jahrzehnte, bis der Kessel als sicherheitskritisches Bauteil einigermaßen beherrscht wurde.

Stand: 25.7.2016