Alles dreht sich um Dampf.

Seit Jahrhunderten hat der Mensch versucht, die mechanische Kraft von Wärme und Wasser nutzbar zu machen. Bereits 200 v. Chr. beschrieb Hero von Alexandria in seiner Pneumatica ein Gerät namens Aeolipile, das als die erste aufgezeichnete Dampfmaschine gilt. Eine mit Wasser gefüllte Kugel wurde über einem Kessel angebracht, und während sie sich erhitzte, schossen zwei hervorstehende, gebogene Rohre Dampfstrahlen aus, die die Kugel in Drehung versetzten. In den folgenden Jahrhunderten wurden viele solcher Geräte erdacht, als Wissenschaftler die Prinzipien der Hydraulik, Pneumatik und die Eigenschaften von Gasen studierten, aber diese Geräte leisteten keine wirkliche Arbeit. Erst im 18. Jahrhundert begann die Dampfmaschine in Großbritannien, nicht nur das Gesicht der Industrie zu verändern, sondern auch das Verhältnis der Menschheit zur Arbeit und zur Gesellschaft.

Wie eine Newcomen-Maschine funktioniert

Wasser wird gekocht, um Dampf zu erzeugen, der auf einen Kolben in einem Zylinder nach oben drückt. Die Kolbenstange ist an einem Querträger befestigt und während der Kolben nach oben steigt, zieht das Gewicht einer am gegenüberliegenden Ende des Trägers aufgehängten Pumpenstange nach unten. Wenn der Kolben den oberen Rand des Zylinders erreicht, wird ein Wasserstrahl in den Kolbenzylinder eingespritzt, wodurch der Dampf kondensiert und der Kolben wieder nach unten gesaugt wird. Das Kühlwasser fließt ab und der Zyklus wiederholt sich unendlich oft.

Im Jahr 1712 stellten Thomas Newcomen und sein Assistent John Cally die erste kommerziell nutzbare Dampfmaschine vor. Die atmosphärische Maschine von Newcomen nutzte Dampf zum Antrieb einer Pumpe. Obwohl sie nicht sehr effizient war, wurden Hunderte dieser Maschinen eingesetzt, um Wasser aus britischen Kohleminen und überschwemmten Gebieten zu pumpen.

Im späten 18. Jahrhundert verbesserte James Watt, der Mann, der schließlich als Vater der Dampfmaschine bezeichnet werden sollte, die Effizienz der stationären Maschine erheblich, als er eine „doppelt wirkende“ Maschine patentierte, die Hochdruckdampf auf beiden Seiten des Kolbens verwendete, um die Leistung zu verdoppeln. Zu seinen Patenten gehörten auch Zusatzgeräte wie Manometer, Drosselventile und Dampfregulatoren. In Zusammenarbeit mit dem Fabrikanten Matthew Boulton trieben Watts Verbesserungen und Erfindungen die industrielle Revolution voran.

Nach Watt’s Verbesserungen versuchten viele Erfinder, die Dampfmaschine an Transportmittel zu Land und zu Wasser anzupassen. Das Erreichen der Antriebsdampfkraft würde es dem Menschen zum ersten Mal in der Geschichte ermöglichen, sich an Land mit einer Geschwindigkeit fortzubewegen, die schneller war als die des domestizierten Pferdes.

Trevithick’s Tramroad Locomotive

Im Jahr 1802 patentierte Richard Trevithick eine „Hochdruckmaschine“ und schuf damit die erste dampfbetriebene Lokomotive auf Schienen. Trevithick schrieb am 21. Februar 1804, nach der Erprobung seiner Hochdruck-Straßenbahn-Lokomotive, dass er „zehn Tonnen Eisen, fünf Wagen und 70 Männer … über 9 Meilen … in 4 Stunden und 5 Minuten befördert hat.“ Auch wenn diese Reise schwerfällig klingt, war sie der erste Schritt zu einer Erfindung, die das Verhältnis des Menschen zu Zeit und Raum völlig verändern sollte.

George Stephenson und sein Sohn Robert bauten die erste praktische Dampflokomotive. Stephenson baute 1814 seine „fahrende Maschine“, die zum Kohlentransport in der Mine von Killingworth eingesetzt wurde. Im Jahr 1829 bauten die Stephensons die berühmte Lokomotive Rocket, die einen Mehrrohrkessel verwendete, eine Praxis, die in den nachfolgenden Generationen von Dampfmaschinen fortgesetzt wurde. Die Rocket gewann den Wettbewerb bei den Rainhill Trials, bei denen die Frage geklärt werden sollte, ob es besser sei, Waggons mit Hilfe von feststehenden Dampfmaschinen über ein Flaschenzugsystem oder mit Lokomotivdampfmaschinen auf Schienen zu bewegen. Die Rocket gewann mit ihrer Durchschnittsgeschwindigkeit von 13 Meilen pro Stunde (ohne eine Last zu ziehen, erreichte die Rocket Geschwindigkeiten von bis zu 29 Meilen pro Stunde) den mit 500 Pfund dotierten Preis und setzte sich damit gegen die Novelty von Braithwaite und Erickson und die Sans Pareil von Timothy Hackworth durch. Die Stephensons bauten in ihre Maschinen Elemente ein, die in nachfolgenden Generationen von Dampfmaschinen verwendet wurden.

Stephensons Patent-Lokomotive

Die erste Lokomotive, die auf einer amerikanischen Eisenbahnstrecke fuhr, war der Stourbridge Lion, die 1828 gebaut und von Horatio Allen aus New York aus England importiert wurde, gelang es den britischen Lokomotiven nicht, die amerikanischen Eisenbahnen zu dominieren, da sie zu schwer für die relativ leichten und oft unebenen amerikanischen Gleise waren. Vielmehr wurde der Lion schon bald als stationäre Dampfmaschine verdrängt.

Amerikanische Erfinder und Ingenieure waren auf einem Parallelkurs zu den Briten, und bereits 1812 hatte John Stevens eine Petition an den Kongress gerichtet, eine nationale Eisenbahn zu unterstützen. Er hatte 1825 auch die erste amerikanische Dampflokomotive gebaut. Sie war eine Mehrrohrkessel-Lokomotive und lief auf einer kreisförmigen Demonstrationsstrecke auf seinem Grundstück in Hoboken, New Jersey. Obwohl es ihm nicht gelang, finanzielle Unterstützung für eine nationale Eisenbahn oder seine Lokomotive zu bekommen, gründete Stevens später eine der ersten Eisenbahnen Amerikas, die Camden & Amboy Railroad.

Peter Coopers Tom Thumb, gebaut 1830, war die erste amerikanische Lokomotive, die einen Personenwagen auf einer Eisenbahn zog. Obwohl sie klein war, war sie stark genug, um die Direktoren der Baltimore and Ohio Railroad von der praktischen Anwendung der Dampflokomotive zu überzeugen.

Best Friend of Charleston

Die Auszeichnung, als erste einen Wagenzug auf einer amerikanischen Eisenbahn im regulären Betrieb zu ziehen, geht an die Best Friend of Charleston im Jahr 1831. Die von E. L. Miller entworfene und in New York gebaute Best Friend war fast sechs Monate lang in Betrieb, bis ihr Kessel explodierte, als ein Arbeiter, der vom Geräusch des zischenden Dampfes irritiert war, ein Sicherheitsventil herunterdrückte.

Im Jahr 1831 gründete auch Matthias Baldwin die Baldwin Locomotive Works. Seine zweite Dampfmaschine, die E.L. Miller, bildete den Prototyp, aus dem sich spätere Maschinen entwickelten. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts wurde Matthias Baldwins Firma zum größten Einwerk-Lokomotivbauer der Welt und dominierte den Markt über hundert Jahre lang mit der Herstellung von rund 59.000 Lokomotiven.

Die ersten Lokomotiven wurden mit starren Rädern gebaut, was auf geraden Strecken gut funktionierte, aber im bergigen Gelände Amerikas nicht so gut. Ein amerikanischer Bauingenieur, John Jervis, entwarf 1832 die Lokomotive „The Experiment“, die über einen schwenkbaren vierrädrigen Führungswagen, auch „Drehgestell“ genannt, verfügte, der dem Gleis folgen konnte und es den Lokomotiven ermöglichte, auf Schienen mit engeren Kurven zu fahren.

Lokomotive America der Grant Locomotive Works aus Paterson, N. J., für die Pariser Ausstellung 1867, eine amerikanische Standard-4-4-0-Lokomotive aus der Mitte des 19.

Der Pilot, oder „Kuhfänger“, war einzigartig für amerikanische Lokomotiven. Die Bahnstrecken waren nicht eingezäunt und die Eisenbahngesellschaften waren für alle Schäden verantwortlich, die durch eine Kollision mit einem Tier entstanden, das eine Lokomotive entgleisen lassen konnte. Die John Bull war um 1833 eine der ersten Lokomotiven in Amerika, die mit einer solchen Vorrichtung ausgestattet wurde, um Hindernisse von der Strecke zu räumen. Bald wurden Lotsen zur Standardausrüstung amerikanischer Lokomotiven.

Lokomotiven konnten auf verschiedene Weise konfiguriert werden, kategorisiert durch die Radanordnung des führenden Wagens, der Antriebsräder und des nachlaufenden Wagens. Die 4-4-0-Konfiguration (d. h. vier Räder am führenden Drehgestell und vier Antriebsräder, ohne nachlaufendes Drehgestell) wurde in den USA am häufigsten verwendet und wurde als „American Standard“ bekannt. Die Lokomotiven, die sich am Promontory Summit trafen, die Jupiter der Central Pacific und die Lokomotive Nr. 119 der Union Pacific, waren beide 4-4-0-Lokomotiven.

Amerikanische Hersteller produzierten Lokomotiven mit der gleichen Kapazität wie britische Lokomotiven, aber zu niedrigeren Kosten. Obwohl die amerikanischen Lokomotiven aufwändig mit teuren Messingarbeiten verziert waren und die Lohnkosten höher waren als in Großbritannien, reduzierten die amerikanischen Hersteller die Kosten, indem sie für viele Komponenten billigeres Gusseisen anstelle von Schmiedeeisen verwendeten. Amerikas Eisenbahnen begannen mit aus Großbritannien importierten Lokomotiven, aber bis zum Ende des 19. Jahrhunderts war Amerika ein wichtiger Produzent von Lokomotiven und hatte mehr als 2.900 Motoren exportiert.

Es ist nicht übertrieben zu sagen, dass Dampfkraft und Lokomotiven im 19. Jahrhundert die gleiche transformative Wirkung hatten wie der Computer im 20. Robert Thurston sagte 1878 in seinem Buch über die Geschichte der Dampfmaschine, dass es „überflüssig wäre, zu versuchen, die Vorteile aufzuzählen, die sie der menschlichen Rasse verliehen hat, denn eine solche Aufzählung würde einen Zusatz zu jedem Komfort und die Schaffung von fast jedem Luxus einschließen, den wir jetzt genießen.“