Dampmaskinen satte fut i den industrielle revolution
Dampmaskiner henslæber i dag deres tilværelse på tekniske museer. Men i over 100 år var dampmaskinerne de utrættelige motorer bag det industrielle fremskridt.
dampmaskine det industrielle samfund

Dampmaskinen var en afgørende faktor for den industrielle revolution, og den er en afgørende grund til det moderne samfunds opståen. (Foto: Shutterstock)

Skotten James Watt (1736-1819) opfandt den dampmaskine, der blev det dunkende hjerte i den industrielle revolution og skabte vejen mod det moderne samfund. Det har de fleste af os lært.

Men selv om Watts ophøjede plads i teknologihistorien er fortjent, så opfandt han faktisk ikke dampmaskinen. Da han udtog sit patent i 1769, var der allerede over 500 dampmaskiner i brug alene i Storbritannien.

I Danmark var der endnu ingen af de prustende monstre, men i 1764 kunne den lærde professor ved Sorø Akademi, Jens Kraft (1720-1765), dog give en detaljeret beskrivelse af 'ildmaskinen' og dens fortræffeligheder.

Den maskine, han beskrev, var konstrueret af den engelske smed og isenkræmmer Thomas Newcomen (1663-1729), der nok er det bedste bud på den egentlige opfinder af dampmaskinen. 

Den første dampmaskine bliver bygget

Ideen om at bruge ildens eller dampens kraft til at skabe mekanisk bevægelse går imidlertid meget længere tilbage.

Allerede i oldtiden skitserede den alexandrinske matematiker Heron (ca. 20-90) en primitiv dampturbine, og senere opfandt den navnkundige Leonardo da Vinci (1452-1519) på sit skrivebord en dampkanon, hvor kuglen blev slynget ud ved dampens kraft.

Omkring 1668 foreviste jesuitpræsten Philippe-Marie Grimaldi (1639-1712) en legetøjsvogn drevet frem af en dampturbine for kejseren af Kina, Kangxi (1654-1722). Den kuriøse maskine virkede, og kejseren var nok fornøjet. Men legetøj var det, og intet andet.

Det var først med forståelsen af atmosfærens tryk i slutningen af 1600-tallet, at de første apparater, der med nogen rimelighed kan kaldes dampmaskiner, blev konstrueret.

Det var en englænder, der lavede den første maskine, som både virkede og blev brugt i praksis. Ingeniøren Thomas Savery (ca. 1650-1715) opfandt i 1698 en maskine til at dræne mineskakter for vand, hvilket han gjorde ved at lade en dampfyldt cylinder afkøle med vand. Ved fortætning af dampen skabes et undertryk, hvorefter atmosfæren sørger for resten.

Saverys pumpemaskine vandt dog kun ringe udbredelse, blandt andet fordi den måtte placeres under 10 meter over mineskaktens vand – svarende til atmosfærens tryk på 760 mm kviksølv.

Desuden var den ekstremt ineffektiv, da den kun udnyttede 0,5 procent af kullets energi. Energispild! Det var en nyskabelse uden en fremtid.

Dampmaskinen udvikler sig

Newcomens maskine fra 1712 var forsynet med et bevægeligt stempel, der var forbundet med en vippebom forsynet med en kontravægt. Som hos Savery blev der i cylinderen skabt et undertryk gennem afkøling af dampen, så pumpestangen blev hævet.

Det nye var, at når stemplet var i bund, blev der igen ledt damp ind i cylinderen, så vippebommen kunne trække stemplet op. De to faser fulgte cyklisk efter hinanden, hvilket gav en kontinuert drift.

I løbet af 1700-tallet indførte man en række tekniske forbedringer med det resultat, at Newcomen-maskinen i slutningen af 1760’erne var et imponerende stykke højteknologi. På den tid var dampmaskinen simpelthen identisk med Newcomens maskine.

Især i Storbritannien blev den en bragende succes og af afgørende betydning for landets industrielle revolution.

Det vurderes, at der i slutningen af århundredet var ca. 1.400 maskiner af denne type, der blev brugt til meget andet end blot at dræne miner. Andre vigtige funktioner var at pumpe vand til vandværker og lænse flådens dokker for vand.

Til Newcomen-maskinens fordele talte, at den var driftssikker, nem at betjene og ganske ufarlig. Da den virkede ved atmosfæretryk, var der ingen fare for, at kedel eller cylinder skulle sprænges.

Men der var også ulemper, og dem fokuserede mekanikeren og instrumentmageren James Watt fra Glasgow på. Da den 28-årige Watt i 1764 for første gang grublede over dampmaskinens virkemåde, konkluderede han, at den spildte en umanerlig mængde varme ved den gentagne opvarmning og afkøling af cylinderen. Ikke mindre end tre fjerdedele af varmen gik til spilde.

Han indså, at problemet ikke kunne løses ved blot et forbedret design af Newcomens maskine, men kun ved en helt ny konstruktion. En forårsdag i 1765 nåede han til den erkendelse, at en ny type maskine med to forbundne cylindre var svaret.

Newcomen dampmaskine

I 1760'erne var dampmaskinen identisk med Newcomen-dampmaskinen, og det er særligt den maskine, som vi kan takke for den industrielle revolution. (Foto: Shutterstock)

Den ene cylinder skulle hele tiden være varm, mens den anden (den 'separate kondensator') skulle anbringes i et reservoir med kølevand. På den måde ville varmeøkonomien forbedres væsentligt.

Watts nye konstruktion udnyttede dampens ekspansive kraft aktivt, mens fortætningen skete adskilt fra den varme cylinder. Hans maskine var ikke længere en atmosfærisk pumpemaskine, men en maskine drevet af dampens kraft. 

»Det vigtigste år i engelsk historie siden kristendommens indførelse«

For at omsætte sin ide til en praktisk opfindelse allierede Watt sig med industrimanden John Roebuck (1718-1794), der sørgede for kapital til udviklingsarbejdet.

Efter mange forsøg på at fremstille en prototype kunne de to i 1769 endelig patentere Watts opfindelse af, hvad der beskedent blev kaldt »en ny metode til at formindske forbruget af damp og brændsel i ildmaskiner«. Patentet blev siden forlænget flere gange og ophørte først i 1800.

Selv om det er en grov overdrivelse, er det ikke uden grund, at året 1769 er blevet kaldt »det vigtigste år i engelsk historie siden kristendommens indførelse«. Betydningen var dog langtfra klar i datiden, for faktisk virkede Watts første dampmaskine i fuld størrelse ikke, og da Roebuck i 1773 gik fallit, syntes arbejdet spildt.

Fiaskoen var dog kun midlertidig, for fabrikanten og forretningsmanden Matthew Boulton (1728-1809) gik nu ind i det skibbrudne projekt og fik det på skinner. I slutningen af 1774 fik Watt sin maskine til at virke, og den virkede endda fortræffeligt.

Snart etablerede man en fabrik i Birmingham til fremstilling af Boultons og Watts maskiner, der snart blev eftertragtede på markedet på grund af deres ydeevne og mindre forbrug af brændsel.

Begrebet om energi som en bevaret størrelse fandtes endnu ikke – det opstod først i 1840’erne – men man kunne måle, hvor stor en vægt dampmaskinen kunne løfte en given højde på en vis tid. Det gav et mål for det mekaniske arbejde, maskinen kunne yde i forhold til for eksempel en hests evne til at udføre arbejde og var derfor et godt salgsargument.

Gennem forsøg nåede Watt frem til, hvor stor en vægt en hest i løbet af et minut kan løfte en højde på en fod. Størrelsen blev kendt som en 'hestekraft' (hk) og bruges stadig som et mål for en motors effekt. Den moderne enhed for effekt er 'watt' (W), der defineres som en joule (J) per sekund, så 736 kW svarer til ca. 1 hk. 

James watt study

På Science Museum i London kan man i dag se en kopi af det arbejdsrum, hvor James Watt arbejdede på at skabe en ny og bedre dampmaskine. (Foto: Frankie Roberto / Wikimedia Commons)

Den nye dampmaskine var en guldgrube

Firmaet Boulton & Watt blev en stor succes og gjorde de to partnere til mere end holdne mænd. Ikke blot havde man med patentet fra 1769 noget nær monopol på den nye teknologi, men man sørgede også for hele tiden at udvikle dampmaskinen i teknisk henseende.

Den vigtigste forbedring var Watts udvikling af den dobbeltvirkende maskine, der blev patenteret i 1781, og hvor damptrykket skiftevis virkede på begge sider af stemplet.

Denne innovation gjorde det naturligt at frigøre sig fra den op og ned-bevægelse, der hidtil havde begrænset dampmaskinens brugbarhed.

Ved hjælp af et gearsystem kunne kraften nu overføres til en roterende bevægelse i et stort hjul, hvilket øgede maskinens fleksibilitet og anvendelse til blandt andet væverier, jernværker og kornmøller.

Der var stor efterspørgsel på de nye rotationsmaskiner, som Boulton & Watt i 1700-tallets sidste tiår fremstillede 300 af. Med en samlet produktion på ca. 450 maskiner var selskabet klart den største producent af dampmaskiner, men alligevel blev der i perioden bygget flere maskiner af den gamle Newcomen-type end af den nye Watt-type.

Hertil kommer, at der blev bygget et betragteligt antal Watt-maskiner af andre selskaber, der så stort på patentrettighederne og de retssager, Boulton & Watt anlagde mod dem. Også i oplysningstiden var piratkopiering et problem.

Højtryksmaskiner og damplokomotiver

Den innovative James Watt var klar over, at anvendelse af damp ved højt tryk ville give en forbedret effekt og brændselsøkonomi, men alligevel var han på dette område udpræget konservativ. Han var nemlig overbevist om, at højtryksmaskiner ville være både upålidelige og farlige på grund af risikoen for eksplosion i kedlen.

Hans skepsis viste sig at være overdreven, men den var ikke ubegrundet. Da ingeniøren Richard Trevithick (1771-1833) i begyndelsen af 1800-tallet konstruerede en højtryksmaskine, gik det grueligt galt. En af hans maskiner i Greenwich eksploderede – fire arbejdere blev dræbt.

Boulton og Watt udnyttede straks tragedien som et argument for deres egen type dampmaskine ved lavere tryk.

Ikke desto mindre var det højtryksmaskiner, der kom til at præge fremtiden, og som ikke mindst muliggjorde dampkraft til jernbaner. Faktisk var Trevithick selv pioner på området, idet han så tidligt som 1804 konstruerede et damplokomotiv på skinner. Dermed indledte han jernbanealderen.

Ved midten af 1800-tallet var dampmaskinen blevet den universalmotor, der holdt det nye industrielle samfund i gang og udviklede det.

Så at sige alle større industrier var afhængige af maskinen, og det i en sådan grad at man knap nok kunne forestille sig et progressivt samfund, der ikke var baseret på kul og damp. 

damplokomotiv

I forlængelse af dampmaskinen kom damplokomotivet, som gjorde det muligt at holde sammen på det industrialiserede samfund. Og med den opfindelse bevægede vi os ind i jernbanealderen. (Foto: Shutterstock)

Jernværker, bryggerier og elværker er blot enkelte eksempler. Det er ikke noget tilfælde, at Watts maskine spiller en hovedrolle i Karls Marx’ (1818-1883) berømte Kapitalen.

Som den teknologibegejstrede Marx påpegede: »Den frembragte selv sin drivkraft ved at forbruge kul og vand … [og] er universel i sin teknologiske anvendelse.«

Dampmaskinen kommer til Danmark

Der gik langt tid, fra Jens Kraft i 1764 beskrev Newcomens ildmaskine, til dampmaskinen faktisk kom til Danmark, og da skete det i form af Watts oprindelige opfindelse af en enkeltvirkende maskine.

Baggrunden var et militært projekt, hvor dampmaskinen primært skulle bruges til at smede ankre til flådens skibe.

I stedet for at entrere med Boulton & Watt inviterede man en skotsk mekaniker, Andrew Mitchell (ca. 1758-1830), der havde erfaring med dampmaskiner. Han blev særdeles rundhåndet belønnet for sin indsats, der i 1790 resulterede i en maskine med effekt på blot 10-15 hk.

Ildmaskinen på Gammelholm i København fungerede tilfredsstillende i starten, men succesen var kortvarig. En kommission blev nedsat til at kulegrave det ekstremt dyre projekt, og som følge af dens konklusion fra 1801 blev dampmaskinen revet ned.

»Af Ild-Machinen haves ingen Nytte«, lød kommissionens lakoniske dom.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud