dampmaskine

Den første stempeldampmaskine blev bygget af englænderen Thomas Newcomen i 1712. Den arbejdede med et damptryk kun lidt højere end atmosfærens tryk og bestod af et stempel forbundet til en pumpestang med kæder monteret på en vippebom. Dampen blev lukket ind i cylinderen under stemplet, som blev løftet til topstilling med hjælp fra en kontravægt på pumpestangen. Derefter blev koldt vand sprøjtet ind i cylinderen, hvorved dampen fortættedes og skabte et vakuum, således at atmosfærens tryk pressede stemplet i bund og dermed trak pumpestangen i vejret. Newcomens maskine havde i begyndelsen kun begrænset brugbarhed og ringe effektivitet, men den hvilede på en driftssikker teknologi, som blev videreudviklet, så der i løbet af 1700-t. blev bygget over 1000 "atmosfæriske" dampmaskiner af Newcomen-typen.

En alvorlig svaghed ved Newcomens maskine var et enormt energitab i cylinderen som følge af den konstante vekslen mellem opvarmning med damp og afkøling med vand. Dette problem blev løst af James Watt i midten af 1760'erne. Han fik i 1769 patent på den separate kondensator, som betød, at cylinderen kunne holdes konstant varm. I stedet for at sprøjte kølevand ind i cylinderen foregik fortætningen i en separat beholder, kondensatoren, som var forbundet til cylinderen.

I 1780'erne tilføjede Watt en række nye opfindelser, der gjorde dampmaskinen mere brugbar og effektiv. Han fik patent på en kraftoverføring gennem en tandhjulskonstruktion, som kunne omsætte stemplets op- og nedgående bevægelse til rotation, og på en konstruktion, hvor dampen kunne virke med sit tryk på både over- og undersiden af stemplet. Dampmaskinen blev dermed dobbeltvirkende i modsætning til de tidligere enkeltvirkende maskiner. Endvidere konstruerede han det såkaldte parallelogram, som kunne erstatte de hidtil anvendte kæder med en stiv forbindelse, således at stemplet både trykkede og trak på vippebommen.

Watt etablerede i 1775 et partnerskab med fabrikanten Matthew Boulton (1728-1809) i firmaet Boulton & Watt. Omkring år 1800 havde de bygget ca. 450 maskiner og var dominerende på markedet. De havde da indført yderligere forbedringer, fx centrifugalregulatoren og gliderstyring af damptilgangen i cylinderen. Firmaets maskiner var imidlertid alene baseret på lavtryksteknologi, og deres vidtgående patenter bremsede i mange år for anden udvikling af dampmaskinen.

I 1769 byggede franskmanden Nicholas Cugnot en vogn drevet af en dampmaskine med to enkeltvirkende højtrykscylindre. Maskinen vakte dog ingen særlig opmærksomhed, og først omkring år 1800 blev de første brugbare højtryksmaskiner bygget af Richard Trevithick i England og Oliver Evans i USA. Brugen af damp ved højt tryk betød, at brændselsøkonomien blev bedre, maskinerne kunne gøres mindre, kondensatoren kunne sløjfes, og spilddampen kunne lukkes direkte ud i det fri. Dermed blev dampmaskinen velegnet til transportformål, og Trevithick blev i 1804 den første, der byggede et jernbanelokomotiv.

En anden udvikling var den trinvise udnyttelse af damp i flere sammenkoblede cylindre. Det første patent på en maskine med to cylindre blev udtaget i 1781 af englænderen Jonathan Hornblower (1753-1815), men udviklingen af høj- og lavtryksmaskinerne skyldes landsmanden Arthur Woolf (1776-1837). I 1804, efter udløbet af Watts og Hornblowers patenter, begyndte han udviklingen af den såkaldte kompoundmaskine, som i løbet af 1800-t. fik stor udbredelse. En kompoundmaskine har to eller flere forbundne cylindre. Damp med højt tryk ledes først ind i cylinderen med den mindste diameter, og inden stempelslaget er færdigt, afskæres tilstrømningen, og dampen ekspanderer. Derefter lukkes den ind i cylinderen med en større diameter, hvor ekspansionen fortsætter.

En række forbedringer i løbet af 1800-t. gjorde dampmaskinerne mere effektive; eksempelvis blev dampkedlerne væsentlig forbedrede, og reguleringen af til- og afgangen af damp til cylinderen blev mere præcis med ventilstyring. Der blev bygget compound-maskiner med både tre og fire cylindre, og anvendelsen af overhedet damp gjorde dampmaskinen yderligere effektiv. Omkring år 1900 havde udviklingen af dampmaskinen nået sit højdepunkt.