Wärmekraftmaschinen: Typen, Funktion und Aufbau

Wärmekraftmaschinen sind Maschinen, die thermische Energie in mechanische Energie umwandeln. Man unterscheidet Maschinen mit externer und interner Verbrennung.

Wärmekraftmaschinen mit externer Verbrennung

• Alternative Dampfmaschine: Ein Kessel erzeugt unter hohem Druck Dampf aus Wasser, der über ein Leitungssystem zum Zylinder strömt. Dort drückt er auf einen Kolben, der sich hin- und herbewegt. Über ein Pleuel und eine Kurbelwelle wird diese Bewegung in eine Drehbewegung umgewandelt.
  • Doppeltwirkend: Der Dampf wird abwechselnd auf beide Seiten des Kolbens geleitet.
  • Einfachwirkend: Der Dampf wirkt nur auf eine Seite des Kolbens; die Rückbewegung erfolgt durch die Schwungkraft des Rades.
• Watt-Regler: Ein rotierender Achsregler, dessen zwei schwere Metallkugeln bei steigender Drehzahl nach außen geschleudert werden. Dadurch schließt ein Ventil die Dampfzufuhr und die Geschwindigkeit sinkt; bei abnehmender Drehzahl öffnet sich das Ventil wieder.
• Dampfturbinen: Rotierende Maschinen, die ohne Kolben und Pleuel auskommen und daher gleichmäßiger laufen als Kolbenmaschinen.
  • Aktionsturbinen: Der Dampf strömt über feststehende Düsen auf die Schaufeln des Laufrades und treibt es durch seinen Impuls an. Kessel müssen dafür große Mengen Dampf unter hohem Druck erzeugen.
  • Reaktionsturbinen: Mehrere feststehende und bewegliche Schaufelkränze wechseln sich ab. Der Dampf wird durch die Leitschaufeln umgelenkt und erzeugt beim Austritt aus den beweglichen Schaufeln einen Rückstoß, der das Laufrad dreht.

Geschlossene Dampfturbinen und Gasturbinen

Bei geschlossenen Kreisläufen wird das Arbeitsmedium nach dem Verlassen der Turbine kondensiert und dem Kessel erneut zugeführt. Das Medium zirkuliert somit ständig in einem geschlossenen Kreislauf.

Wärmekraftmaschinen mit interner Verbrennung

Bei diesen Maschinen wird der Kraftstoff direkt im Inneren der Maschine verbrannt. Die entstehenden heißen Gase erzeugen den Druck, der die Arbeit verrichtet.

• Otto-Motor: Arbeitet mit Benzin und Fremdzündung durch eine Zündkerze.
• Diesel-Motor: Arbeitet mit Dieselkraftstoff; die Zündung erfolgt durch die Verdichtung der Luft.
• Wankel-Motor: Ein Rotationskolbenmotor, bei dem sich ein dreieckiger Rotor in einem ovalen Gehäuse dreht.

Viertakt-Motoren

1. 1. Takt – Ansaugen: Das Gemisch wird angesaugt.
2. 2. Takt – Verdichten: Das Gemisch wird komprimiert.
3. 3. Takt – Arbeitstakt: Das Gemisch wird gezündet und drückt den Kolben nach unten.
4. 4. Takt – Ausstoßen: Die verbrannten Gase werden ausgestoßen.

Zweitakt-Motoren

Zweitakt-Motoren sind leicht und einfach gebaut. Sie verwenden ein Benzin-Öl-Gemisch, das die beweglichen Teile des Motors schmiert. Bei ihnen finden Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen in nur zwei Kolbenbewegungen bzw. einer Umdrehung statt.