Die Dampfmaschine: Newcomen, Watt und der Weg zur Eisenbahn

Die Dampfmaschine gilt als Symbol der Industriellen Revolution. Ihre Geschichte verlief aber langsamer, als das Bild vom plötzlichen Umbruch vermuten lässt. Zwischen der ersten brauchbaren Maschine in einer englischen Kohlengrube 1712 und dem Zeitpunkt, an dem Dampf in Textilfabriken, Eisenwerken und auf Schienen breit eingesetzt wurde, lagen rund 120 Jahre ^[1]. Auf dieser Seite erfährst du, wie eine Dampfmaschine arbeitet, was Thomas Newcomen und James Watt jeweils beigetragen haben und wie die Maschine nach Deutschland kam.

Wie eine Dampfmaschine arbeitet

Eine Dampfmaschine ist eine Wärmekraftmaschine. In einem Kessel wird Wasser erhitzt, der Dampf strömt über eine Steuerung in einen Arbeitszylinder und schiebt dort einen Kolben an. Eine Pleuelstange macht aus der Hin- und Herbewegung des Kolbens eine Drehbewegung, die ein Schwungrad und damit andere Maschinen antreiben kann ^[8].

Die frühesten Maschinen nutzten den Dampf anders. Bei ihnen hob der Dampf den Kolben nur an. Dann spritzte kaltes Wasser in den Zylinder, der Dampf kondensierte, und unter dem Kolben entstand ein Unterdruck. Die eigentliche Arbeit leistete der Luftdruck, der den Kolben wieder nach unten drückte ^{[1, 8]}. Deshalb heißen diese Maschinen atmosphärische Dampfmaschinen.

Newcomens Pumpe für die Kohlengruben

Schon im 17. Jahrhundert versuchten Naturforscher, eine Dampfmaschine zu bauen ^[1]. Der Franzose Denis Papin konstruierte um 1690 eine Maschine mit Kolben und Zylinder ^[8]. Den Durchbruch schaffte der Engländer Thomas Newcomen: 1712 setzte er erstmals eine Dampfmaschine als Pumpe in einer Kohlengrube ein ^[1].

Newcomens Maschine hatte einen oben offenen Zylinder. Dampf und Kühlwasser strömten abwechselnd und automatisch in den Raum unter dem Kolben. Die Bewegung war ungleichmäßig, und weil der Zylinder bei jedem Hub erst erhitzt und dann wieder abgekühlt wurde, verbrauchte die Maschine viel Brennstoff ^[1]. In einer Kohlengrube fiel beides kaum ins Gewicht. Die Kohle lag direkt vor Ort, und eine Pumpe musste nur Wasser heben. Newcomens Bauart hielt sich deshalb lange. Noch in den 1780er- und 1790er-Jahren wurden ähnlich viele Newcomen- wie Watt-Maschinen gebaut, je 400 bis 500. Um 1800 standen in Großbritannien etwa doppelt so viele Maschinen nach Newcomen wie nach Watt, rund 1.000 gegen 500 ^[1].

James Watt und der getrennte Kondensator

James Watt wurde 1736 in Greenock in Schottland geboren. Ab 1756 arbeitete er als Instrumentenbauer für die Universität Glasgow ^[4]. Im Winter 1763/64 sollte er dort ein Modell einer Newcomen-Maschine reparieren. Bei der Arbeit erkannte er, dass sich die Maschine deutlich verbessern ließ ^[3]. 1765 kam ihm die entscheidende Idee, der Überlieferung nach bei einem Spaziergang über den Glasgow Green ^[4].

Die Idee war der getrennte Kondensator. Der Dampf kondensierte in einer eigenen Kammer neben dem Arbeitszylinder. So blieb der Zylinder heiß, und die Maschine verbrauchte viel weniger Brennstoff ^[2]. Das Science Museum in London besitzt ein frühes Modell eines solchen Kondensators, das Watt 1765 in Glasgow baute ^[2]. Im Januar 1769 erhielt Watt sein erstes Patent, für eine neue Methode, den Verbrauch von Dampf und Brennstoff in "Feuermaschinen" zu senken ^[3].

Bis 1784 folgten weitere Patente. Watt schloss den Zylinder oben, sodass der Dampf den Kolben in beide Richtungen trieb und die Maschine gleichmäßiger arbeitete. Außerdem übertrug er die Kolbenbewegung auf einen Radantrieb ^[1]. Erst damit taugte die Maschine für mehr als das Pumpen, vor allem für Baumwollspinnereien und die Eisenverarbeitung ^[1]. Um 1781 war sie so weit entwickelt, dass sie als Antrieb für Maschinen taugte ^[8]. Watt baute außerdem einen Fliehkraftregler, der die Drehzahl hielt ^[8].

Boulton und Watt: Erfindung als Geschäft

1774 zog Watt nach Birmingham und wurde Partner des Unternehmers Matthew Boulton ^[4]. Boulton kam aus der Metallwarenbranche und finanzierte Watts Versuche. Watt bekam ein Jahresgehalt und ein Drittel des Gewinns. Ab 1777 nahm die Firma Patentgebühren ein, die sich am Nutzen für den Kunden bemaßen: ein Drittel der Brennstoffkosten, die eine Watt-Maschine gegenüber einer Newcomen-Maschine einsparte ^[1].

Anfangs lieferten Boulton und Watt nur Baupläne und die kritischen Teile, den Rest fertigten die Kunden selbst. Als die Patente bald auslaufen sollten, errichtete die Firma 1795 bis 1797 in Soho bei Birmingham eine eigene Maschinenfabrik ^[1]. Der Wirtschaftshistoriker Ulrich Pfister nennt das Unternehmen ein frühes Beispiel dafür, dass ein Geldgeber gezielt in Forschung und Entwicklung investierte ^[1]. Watt starb im August 1819 ^[3].

Hochdruck und die ersten Lokomotiven

Watts Maschinen arbeiteten mit niedrigem Dampfdruck und waren groß und schwer. Nach 1800 baute vor allem der Engländer Richard Trevithick Hochdruckmaschinen, anfangs mit 3 bis 4 bar ^[1]. Sie waren im Betrieb zunächst eher teurer, ließen sich aber kleiner bauen. Das war die Voraussetzung dafür, Dampfmaschinen auf Fahrzeuge und Schiffe zu setzen ^[1]. Trevithick erhielt um 1800 ein Patent für eine Hochdruckmaschine für Schienenfahrzeuge und baute 1801 einen Dampfwagen für die Straße ^[8].

Schienen gab es schon vorher. Bis 1800 waren in britischen Kohlerevieren rund 480 Kilometer Schienenwege entstanden, auf denen Pferde die Kohle zu Flüssen und Häfen zogen ^[1]. Zwischen 1801 und 1808 konstruierte Trevithick die ersten, noch wenig erfolgreichen Dampflokomotiven. In den 1810er- und 1820er-Jahren entwickelte vor allem George Stephenson, ein Grubenmechaniker aus dem Nordosten Englands, die Technik weiter: Räder mit Spurkränzen, gewalzte Schienen statt brüchigem Gusseisen und Kessel mit Rohren, die mehr Heizfläche boten ^[1]. 1825 ging die Strecke Stockton-Darlington in Betrieb ^[8]. Die 1830 eröffnete Linie Liverpool-Manchester war die erste Bahn, die ausschließlich mit Dampf betrieben wurde. 1840 hatte Großbritannien 1.400 Kilometer Eisenbahn, 1850 schon 10.600 ^[1].

Für die Präzision dieser Maschinen brauchte es auch neue Werkzeugmaschinen. Die Drehbank, die Henry Maudslay 1797 entwickelte, erlaubte es, gleichförmige Teile exakt zu fertigen. Pfister nennt das eine zentrale Voraussetzung für die Hochdruckmaschine ^[1].

Die Dampfmaschine in Deutschland

Die ersten Dampfmaschinen und die frühe Eisenbahntechnik kamen aus England. Bald bauten auch deutsche Techniker eigene Maschinen, etwa August Friedrich Wilhelm Holtzhausen und Franz Dinnendahl ^[7]. Zu den ersten Herstellern gehörten ab den 1790er-Jahren schlesische Hüttenwerke, später auch Harkort in Wetter und die Gutehoffnungshütte ^[1].

Den großen Schub brachte die Eisenbahn. Am 7. Dezember 1835 fuhr der erste Zug zwischen Nürnberg und Fürth, auf sechs Kilometern. 1839 folgte mit Leipzig-Dresden die erste Fernstrecke über 120 Kilometer. Bis 1850 wuchs das Netz im Deutschen Bund auf rund 5.700 Kilometer. Die Züge wurden dabei schneller: am Anfang etwa 30 km/h, 1850 rund 50 km/h und um 1900 etwa 100 km/h ^[5].

Die Lokomotiven stammten bald aus dem eigenen Land. Ab 1845 kam mehr als die Hälfte der neuen Loks in Preußen von inländischen Herstellern, und Anfang der 1850er-Jahre war der Import weitgehend ersetzt ^[1]. Der wichtigste Hersteller war Borsig in Berlin, 1837 von August Borsig gegründet. Im Jahr seines Todes 1854 verließ die 500. Lokomotive das Werk, 1858 die 1.000., gebaut von rund 2.800 Beschäftigten ^[6]. Wie sehr die Bahn die Dampfkraft in Preußen bestimmte, zeigt der Anteil der Lokomotiven an der Leistung aller installierten Dampfmaschinen ^[1]:

Mehr zum Bahnbau und zu den Folgen für Kohle und Stahl findest du im Artikel über die Industrielle Revolution.

Wie wichtig war die Dampfmaschine wirklich?

Die Forschung sieht die Rolle der Dampfmaschine heute nüchterner als ältere Darstellungen. Um 1800 spielte sie in Großbritannien für die Energiekosten der Wirtschaft nur eine kleine Rolle: Ihr Beitrag lag nach Berechnungen des Ökonomen G. N. von Tunzelmann bei höchstens 0,2 Prozent des Volkseinkommens. Eine ausgereifte Kraftmaschine, die breit in Textil- und Eisenverarbeitung, im Verkehr und in anderen Branchen eingesetzt werden konnte, war sie erst in den 1830er- und 1840er-Jahren ^[1].

Das zeigt auch die Baumwollindustrie in Lancashire, dem Kerngebiet der frühen Industrialisierung. Viele Spinnereien liefen lange mit Wasserkraft und lagen deshalb verstreut an Flüssen. 1841 nutzten noch 21,7 Prozent der Fabriken Wasser als Antrieb. Erst der Wechsel zur Dampfkraft im zweiten Viertel des 19. Jahrhunderts zog die Betriebe in Städte wie Manchester und in die Kohlereviere ^[9].

Wirkungsgrad: wie viel aus der Kohle wurde

Wie viel Wärme eine Dampfmaschine höchstens in Arbeit umwandeln kann, beschrieb der französische Ingenieur Sadi Carnot 1824 ^[8]. Der Wirkungsgrad hängt vom Temperaturunterschied zwischen heißem Dampf und kalter Umgebung ab. Bei Wasserdampf von 100 Grad und einer Umgebung von 0 Grad liegt die theoretische Grenze bei etwa 27 Prozent. Die Niederdruckmaschinen der Frühzeit blieben weit darunter. Hochdruckmaschinen mit Temperaturunterschieden von 350 Grad erreichten 20 bis 25 Prozent ^[8].

Für die Zeitgenossen zählte vor allem der Kohleverbrauch. Watts Geschäftsmodell mit der Beteiligung an der eingesparten Kohle zeigt, dass Sparsamkeit damals das wichtigste Verkaufsargument war ^[1]. Wie die Elektrizität am Ende des Jahrhunderts die Dampfmaschine als Antrieb in den Fabriken ablöste, beschreibt der Artikel Wie die Elektrizität die Welt veränderte. Einen Überblick über Erfindungen aus allen Epochen gibt Wissenschaft und Technik in der Geschichte, die Lebensbedingungen in den Fabriken behandelt Die Soziale Frage.

Die wichtigsten Daten

1. Ulrich Pfister: Die Dampfmaschine, ihre Anwendungen und die Maschinenbauindustrie (Kurzskript zur Vorlesung Industrialisierung, WS 2021/22). Universität Münster, Institut für Wirtschafts- und Sozialgeschichte. Stand 02.11.2021. abgerufen am 29.10.2026
2. Organisation Watt's second separate condenser, 1765 (Objekt 1876-1267). Science Museum Group. Stand ohne Datum. abgerufen am 29.10.2026
3. Organisation Model steam engine which inspired James Watt receives Engineering Heritage Award. University of Glasgow. Stand August 2019. abgerufen am 29.10.2026
4. Organisation James Watt (University Story). University of Glasgow. Stand ohne Datum. abgerufen am 29.10.2026
5. Organisation Dorlis Blume: Eisenbahnbau (LeMO). Deutsches Historisches Museum. Stand 06.09.2014. abgerufen am 29.10.2026
6. Organisation Johannes Leicht: Schwerindustrie (LeMO). Deutsches Historisches Museum. Stand 23.06.2010. abgerufen am 29.10.2026
7. Organisation Anke Schrader: Wissenschaft, Forschung und Technik (LeMO). Deutsches Historisches Museum. Stand 27.11.2019. abgerufen am 29.10.2026
8. Dampfmaschine (Schülerlexikon Physik Abitur). Duden Learnattack. Stand ohne Datum. abgerufen am 29.10.2026
9. Ulrich Pfister: "König Baumwolle": Die Mechanisierung der Textilindustrie (Kurzskript zur Vorlesung Industrialisierung, WS 2021/22). Universität Münster, Institut für Wirtschafts- und Sozialgeschichte. Stand 19.10.2021. abgerufen am 29.10.2026

Zuletzt geprüft am 29.10.2026, nächste Prüfung spätestens im Oktober 2027. Fehler entdeckt? Schreib uns.