Wärmekraftmaschinen: Funktion, Arten und Aufbau

Wärmekraftmaschinen

Wärmekraftmaschinen wandeln Wärmeenergie in mechanische Energie um. Sie werden auch als Wärmekraftmaschinen oder thermische Maschinen bezeichnet.

Wärmekraftmaschine: Eine Maschine, die Wärme bzw. thermische Energie in mechanische Energie umwandelt.

Arten von Wärmekraftmaschinen

Wärmekraftmaschinen werden in zwei Haupttypen unterteilt:

• Externe Verbrennung
• Interne Verbrennung

Externe Verbrennung

Bei Maschinen mit externer Verbrennung wird der Brennstoff außerhalb der Maschine verbrannt. Die dabei entstehende Wärme erhitzt Wasser, das verdampft. Der Dampf treibt die Maschine an. Beispiele sind:

• Alternative Maschinen, zum Beispiel die Dampfmaschine
• Rotative Maschinen, zum Beispiel die Dampfturbine

Interne Verbrennung

Bei Maschinen mit interner Verbrennung findet die Verbrennung im Inneren der Maschine statt. Die entstehenden Gase erzeugen die mechanische Arbeit. Auch hier unterscheidet man:

• Alternative Maschinen: Ein Kolben bewegt sich geradlinig hin und her. Ein Kurbelmechanismus wandelt diese Bewegung in eine Drehbewegung um.
• Rotative Maschinen: Sie erzeugen direkt eine Drehbewegung, beispielsweise der Wankelmotor oder die Gasturbine.

Funktionsweise der Dampfturbine

Der Dampfkessel erzeugt Dampf unter hohem Druck. Dieser strömt durch eine feste Turbinengehäuse-Konstruktion (Leitapparat) und trifft auf Schaufeln, die auf einer rotierenden Welle sitzen. Dadurch wird die Welle in Drehung versetzt.

Man unterscheidet dabei zwei Bauarten:

• Gleichdruckturbine (Aktionsturbine): Der Dampf entspannt sich vor allem in den feststehenden Leitschaufeln. Die Laufschaufeln werden durch den Impuls des Dampfes angetrieben.
• Überdruckturbine (Reaktionsturbine): Der Dampf entspannt sich sowohl in den feststehenden als auch in den beweglichen Schaufeln. Die Laufschaufeln werden zusätzlich durch den Rückstoß des austretenden Dampfes angetrieben.

Verbrennungsmotoren

Verbrennungsmotoren erzeugen die Arbeit durch die Verbrennung eines Brennstoffs im Inneren des Motors. Gemeinsame Elemente vieler Kolbenmaschinen sind Zylinder, Kolben, Pleuelstange und Kurbelwelle. Im Gegensatz zur Dampfmaschine besitzen sie keinen separaten Heizkessel.

Es gibt zwei Haupttypen von Explosionsmotoren:

• Ottomotor (Fremdzündung): Die Zündung erfolgt durch einen Zündfunken.
• Dieselmotor (Selbstzündung): Die Zündung erfolgt durch Kompression der Luft, die sich dabei stark erhitzt.

Beide Motorarten können als Viertaktmotoren arbeiten. Dabei laufen die Phasen Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen ab.