Dampfschiff

Grundidee und Bedeutung

Ein Dampfschiff oder Dampfer ist ein Schiff, das von einer oder mehreren Dampfmaschinen oder Dampfturbinen angetrieben wird. International wird für Dampfschiffe oft das Präfix SS für Steam Ship verwendet; im deutschen Sprachraum kommen DS für Dampfschiff oder D für Dampfer vor. Weitere Kürzel sind zum Beispiel TS oder TSS für Turbinenschiffe, PS beziehungsweise RD für Raddampfer und DB für Dampfboot.

Dampfschiffe waren wichtig, weil sie die Schifffahrt vom Wind unabhängiger machten. Waren und Menschen konnten auf Flüssen, Binnenseen und Meeren schneller und mit besser berechenbaren Fahrzeiten transportiert werden. Anfangs trieben Dampfmaschinen bei Raddampfern ein oder mehrere Schaufelräder an. Ab 1836 setzte sich zunehmend der von Josef Ressel erfundene Schiffspropeller durch.

Entwicklung

Frühe Versuche mit Dampfantrieb gab es bereits im 18. Jahrhundert. Denis Papin baute 1707 ein Schaufelradboot, das durch einen Dampfzylinder und Muskelkraft angetrieben wurde, und fuhr damit auf der Fulda von Kassel nach Münden. Das Fahrzeug wurde dort zerstört; der Bericht nennt ein kleines Ruder-Raddampfschiff mit Passagieren, Ladung und Schiffspersonal.

Als erstes funktionsfähiges Dampfschiff gilt die Pyroscaphe, die Claude François Jouffroy d’Abbans 1783 baute. Isaac Briggs und William Longstreet ließen sich am 1. Februar 1788 das erste Dampfschiff patentieren. Robert Fulton erhielt am 11. Februar 1809 ein Patent für einen wirtschaftlich erfolgreichen Entwurf. Sein 1807 gebauter Raddampfer North River Steam Boat, später allgemein Clermont genannt, fuhr zwischen New York und Albany im Linienverkehr, erreichte 4,5 Knoten beziehungsweise 8,3 km/h und hatte noch Segel.

Der Übergang vom Segelschiff zum Dampfer dauerte mehrere Jahrzehnte. Erst 1889 wurde mit dem 20 Knoten schnellen White-Star-Liner Teutonic der erste Hochsee-Dampfer ohne jedes Segel in Dienst gestellt. In Häfen erleichterten schraubengetriebene Dampfschlepper das schnelle Verholen und Positionieren von Lastkähnen. Auf Flüssen ersetzten Dampfschlepper nach und nach das Treideln, also das Ziehen von Schleppkähnen durch Pferde oder Menschen. 1848 kam es am Rhein bei Kripp zu einem Aufstand von Treidlern, die vorbeifahrende Dampfer beschossen.

Dampfanlage

Eine Dampfantriebsanlage besteht aus drei Hauptteilen: Kessel, Dampfmaschine oder Dampfturbine und Kondensator. Im Kessel wird Wasser durch feste Brennstoffe wie Holz, Kohle oder Kohlenstaub oder durch flüssige Brennstoffe wie Öl erhitzt, bis Dampf entsteht. Man unterscheidet Flammrohrkessel, Rauchrohrkessel und Wasserrohrkessel.

Flammrohr- und Rauchrohrkessel waren in der frühen Dampfschifffahrt verbreitet. Weiterentwickelte Rauchrohrkessel nutzten die Energie der Rauchgase besser aus. Wegen ihres großen Wasserinhalts von bis zu 30 t heißen sie auch Schottische Großwasserraumkessel oder Schottenkessel. Sie erreichten Dampfspannungen von maximal 15 bis 20 bar. Luftvorwärmer, Ekonomizer zur Vorwärmung des Speisewassers und Überhitzer für Heißdampf von über 200 °C verbesserten die Energieausnutzung. Am Ende der Entwicklung lag der Kohleverbrauch bei 0,35 bis 0,5 kg/(PS·h).

Wasserrohrkessel konnten größere Dampfmengen mit höherer Spannung von 20 bis 70 bar erzeugen, waren leichter und schneller anzuheizen. Sie benötigten aber automatische Speisewasserregelung und sehr gute Speisewasserpflege. Die Umstellung von Kohle- auf Ölbefeuerung ließ viele Arbeitsplätze von Heizern und Kohlentrimmern verschwinden. Nuklearantrieb, also Dampferzeugung durch einen Kernreaktor, setzte sich in der Handelsschifffahrt nicht durch; in der zivilen Seefahrt blieb er vor allem bei sowjetischen beziehungsweise russischen Eisbrechern erfolgreich.

Dampfmaschine und Turbine

Bei der Dampfmaschine strömt der erzeugte Dampf durch Rohrleitungen in Zylinder. Schieber oder Ventile steuern, welcher Zylinder gefüllt wird. Bei einer Volldruck-Dampfmaschine füllt der Dampf den ganzen Zylinder; bei einer Expansionsdampfmaschine nur teilweise. Danach expandiert er, drückt den Kolben nach oben oder unten und kann in weiteren Zylindern noch einmal Arbeit leisten. Mehrfachexpansionsmaschinen nutzten Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckzylinder. Nach der Arbeit wird der Dampf im Kondensator wieder zu Speisewasser und durch eine Speisepumpe in den Kessel zurückgeführt.

Kolbendampfmaschinen galten als zuverlässig und robust. Ein wichtiger Vorteil war ihre schnelle Umsteuerbarkeit von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt innerhalb von 3 bis 4 Sekunden. Deshalb blieben sie besonders bei Schleppern und Eisbrechern noch bis in die 1950er Jahre nützlich.

Bei der Dampfturbine nutzt man die Bewegungsenergie des Dampfes: Wasserdampf umströmt eine rotierende Welle mit Turbinenschaufeln, die mit der Schiffswelle verbunden ist. Auch hier wird der Dampf anschließend im Kondensator zurückgewonnen. Frühe große Dampfturbinen hatten technische Probleme, unter anderem durch Schallgeschwindigkeit des Abdampfes und Erosion durch Wassertropfen. Das volle Potential wurde erst mit Getriebeturbinen nutzbar, weil Turbinen bestimmte Drehzahlen brauchen, Propeller bei zu hohen Drehzahlen aber Kavitation verursachen. Da Dampfturbinen nur in eine Richtung drehen, benötigen Schiffe zum Abbremsen oder Rückwärtsfahren eine zusätzliche Rückwärtsturbine.

Sonderformen des Antriebs

Bis in die 1950er Jahre wurden Dampfmaschine und Dampfturbine teils kombiniert. Eine Abdampfturbine nutzte den Dampf nach der Kolbenmaschine noch weiter, bevor er in den Kondensator gelangte. Beim System Bauer-Wach wirkte sie auf dieselbe Propellerwelle; bei Mehrschraubendampfern wie der Titanic konnte sie eine zusätzliche Welle antreiben. So verband man die Zuverlässigkeit der Kolbenmaschine mit besserem Wirkungsgrad.

Beim turboelektrischen Antrieb treiben Dampfturbinen Stromgeneratoren an. Der erzeugte Strom versorgt Elektromotoren, die direkt mit den Propellerwellen gekoppelt sind. Das System braucht mehr Raum, Gewicht und hat bei voller Leistung Wirkungsgradnachteile, bietet aber Vorteile bei Leistungsregelung und Umsteuerbarkeit. Bei niedriger Leistung können einige Turbinen abgeschaltet werden, während die übrigen in einem wirtschaftlichen Drehzahlbereich arbeiten.

Eine einfache Form des Dampfantriebs haben Spielzeugdampfschiffe, sogenannte Putt-Putt- oder Knatterboote. In einem Verdampfer bringt eine Flamme Wasser zum Sieden, bis es explosionsartig verdampft und Wasser aus Rückstoßröhren drückt. Wenn die Wassersäule zurückschwingt, gelangt frisches Wasser in den Verdampfer und der Zyklus beginnt erneut.

Verbreitung und heutige Nutzung

Dampfschiffe lösten mit der Zeit viele Segelschiffe ab. Ihren Höhepunkt hatte die Dampfschifffahrt in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Nach dem Ersten Weltkrieg wurden große Dampfer häufig von Kohle auf Schweröl umgerüstet oder gleich für Ölfeuerung gebaut. Gleichzeitig verbreitete sich der wirtschaftlichere Dieselantrieb, zunächst bei kleinen und langsamen Schiffen, später auch bei großen Frachtschiffen. Als schnellster Passagierdampfer gilt die United States von 1952: Ihr Antrieb leistete 241.785 PS, verbrauchte 50 Tonnen Schweröl pro Stunde und brachte das über 300 Meter lange Schiff auf 38,32 Knoten. Ab den 1960er Jahren verdrängten Düsenflugzeuge die schnellen Passagierdampfer zunehmend.

Der letzte neu gebaute Transatlantik-Passagierschnelldampfer war die 1968 fertiggestellte Queen Elizabeth 2. Die letzten dampfgetriebenen Passagierschiffe wurden Anfang der 1980er Jahre gebaut. Viele schnelle Containerschiffe hatten bis in die 1970er Jahre Dampfturbinen, wurden nach steigenden Ölpreisen aber unrentabel und meist auf Diesel umgerüstet oder verschrottet.

Heute fahren viele Dampfschiffe vor allem als Museums-, Nostalgie- oder Ausflugsschiffe. Beispiele sind Dampfer der Weißen Flotte in Dresden, Schiffe im Historischen Hafen Berlin, die Schaarhörn, die St. Georg, die Dampfschlepper Woltman, Claus D. und Tiger, der Dampfeisbrecher Stettin, der Tonnenleger Bussard, die Alexandra in Flensburg und der Raddampfer Kaiser Wilhelm auf der Elbe. In der Schweiz verkehren mehrere historische Raddampfer auf dem Vierwaldstättersee, Genfersee, Thunersee, Brienzersee und Zürichsee. In Österreich fahren unter anderem die Gisela am Traunsee, die Schönbrunn auf der Donau und die Thalia auf dem Wörthersee. Kommerziell genutzte Schiffe mit konventioneller Kolbendampfmaschine sind heute sehr selten; genannt werden die Fähre Badger auf dem Michigansee sowie die Walfänger Hvalur 8 und Hvalur 9.