Vom Lehrstuhl für Dampfkessel und Wärmewirtschaft zur Professur für Kraftwerkstechnik bzw. Verbrennung, Wärme – und Stoffübertragung
Zur Geschichte der o. g. Professur im Institut für Energietechnik der Fakultät Maschinenwesen der Technischen Universität Dresden gibt es bislang keine zusammenfassende Darstellung. Im folgenden Beitrag wird der Versuch unternommen, aus einzeln vorhandenen historischen Schriften und Dokumenten die Vergangenheit zu reflektieren. Dabei wird es problematisch den "Ursprung" zu setzen.
Am 01.05.1828 erfolgte die Eröffnung der Technischen Bildungsanstalt Dresden, die heute zu den ältesten und größten Technischen Universitäten Deutschlands gehört.
Geht nun der "Ursprung" der heute am Institut vertretenen Kraftwerkstechnik (Wärmetechnik) bzw. Verbrennung, Wärme- und Stoffübertragung auf Johann Andreas Schubert (1808-1870), Lehrer für Mathematik, Maschinenlehre und Ingenieurwissenschaften von 1828 bis 1869 zurück, der maßgeblichen Anteil an der Vermittlung der theoretischen Grundlagen hatte, der aber auch seinen Schülern Zeit zur praktischen Betätigung in sächsischen Betrieben, auf Dampfschiffen, Lokomotiven und an stehenden Dampfmaschinen einräumte? Oder ist es Gustav Anton Zeuner (1828-1907), Professor für Mechanik und Theoretische Maschinenlehre, der seine Aufmerksamkeit vor allem der strömenden Bewegung von Gasen und Dämpfen widmete und über die "Grundzüge der mechanischen Wärmetheorie" (1859) internationale Anerkennung fand? Fakt ist, dass beide Gelehrte wesentliche Grundlagen des Maschinenbaues, der Energie- und Kraftwerkstechnik sowie der Wärme- und Energiewirtschaft vermittelten und durch ihre wissenschaftlichen Arbeiten Impulse für den allgemeinen Aufschwung der Technikwissenschaften gaben.
Die 50er und 60er Jahre des 19. Jahrhunderts waren für die Entwicklung der zwischenzeitlich. (23.11.1851) zur Königlich Sächsischen Polytechnischen Schule avancierten Bildungsanstalt von großer Bedeutung. Die Wärmetheorie, als eine der angebotenen Vorlesungen, vermittelte Kenntnisse über die Eigenschaften des Wasserdampfes und der Brennstoffe sowie der Verbrennung und Wärmeübertragung. Hydraulik, Festigkeitslehre, Entwerfen und Berechnen von Maschinen sowie Maschinentheorie vervollständigen die Ausbildung in den Spezialfächern. Durch die Besichtigungen von Fabriken mit Studierenden und die experimentellen Untersuchungen wurde die Verbindung mit den in der Praxis auftretenden Problemen in der damaligen Zeit schon angebahnt.
Leonidas Lewicki (1840-1907), Sohn eines österreichischen Bauingenieurs, Dozent in Riga und ordentlicher Professor für Maschinenbau in Aachen erhielt 1874 den Ruf nach Dresden und setzt die von Schubert begonnene, für die Dresdener Universität traditionelle, Maschinenbaukunde fort. Innerhalb dieser Disziplin lehrte er u. a. Dampfmaschinen, Dampfkessel, Wassermaschinen, Pumpen und Gebläse. "Rauchfreie Dampfkesselanlagen in Sachsen", ist ein Titel seiner vielen Publikationen. Er war auch maßgeblich an der Errichtung des ersten europäischen Fernheizwerkes, an der Großen Packhofstraße in Dresden, beteiligt.
Die Technische Bildungsanstalt Dresden entwickelte sich im ausgehenden 19. Jahrhundert und beginnenden 20. Jahrhundert zu einer Hochburg der Wärme- und Kraftwerkstechnik. Der klassische Maschinenbau war vor allen Dingen der Kraftmaschinenbau.
Am 03. Februar 1890 wurde das Polytechnikum in Königlich Sächsische Technische Hochschule umbenannt. Sie bestand in ihrem Gründungsjahr aus 5 Abteilungen. Die Mechanische Abteilung, traditionsgemäß das Kernstück der Bildungsstätte, diente dank ihrer gut eingerichteten Laboratorien der praxisnahen Ausbildung der Ingenieure des “kalten” und “warmen” Maschinenbaus sowie ab 1898 der Elektroingenieure.
Am Ausgang des 19. Jahrhunderts empfanden es die Ingenieure und Techniker als Mangel, dass zur praktischen Ausbildung keine Laboratoriumseinrichtungen (Maschinenversuchsstationen) zur Verfügung standen, in denen man Messungen an Maschinen machen konnte, die letztlich zum Verständnis und zur Beurteilung der wissenschaftlichen Theorien beitrugen. So fehlten z. B. im Dampfmaschinenbau Versuchswerte (u. a. Wärmeübergang, Heizwert von Brennstoffen), die die Lösung mancher Aufgaben unmöglich machte und damit große Unsicherheiten in der Konstruktion hervorriefen. Der VDI forderte 1894/95 die Errichtung von Laboratorien an Technischen Hochschulen. Noch im Gebäude am ehemaligen Bismarckplatz in Dresden ließ Lewicki, einer der Vorkämpfer solcher Einrichtungen, 1895/96 das Maschinenlaboratorium II für Kraftmaschinen entstehen. Untersuchungen an einer Schieber - Dampfmaschine, zwei Heißdampfmaschinen (kalorimetrische Versuche), einem Gasmotor, an Dampfkesseln (Verdampfungsversuche), Pumpen und Kompressoren standen im Lehrplan.
Nach einem Entwurf von Carl Weissbach (1841-1905) entstand in den Jahren 1900 bis 1905 auf dem schon 1896 erworbenen 12 ha großen Gelände zwischen Mommsen-, George - Bähr-, Helmholtz- und Bergstraße das Maschinenlaboratorium (heute: Mollier-Bau), das Hauptgebäude der Mechanischen Abteilung (heute: Zeuner-Bau), die Mech.-Techn. Versuchsanstalt (heute: Berndt-Bau) und das Elektrotechnische Institut (heute: Georges-Bau).
Aus dem Maschinenlaboratorium II entstanden zwei neue Institute im Hochschulgelände. Das von L. Lewicki geleitete und am 10.03.1902 für regelmäßige Übungen eröffnete Maschinenlabor A, ausgestattet u. a. mit einer dreifach Expansions-Dampfmaschine, zwei Heißdampfmaschinen, zwei Dampfkesseln und 4 Wasserturbinen sowie das unter Leitung von Richard Mollier (1863-1935), 1897 zum ordentlichen Professor für technische Thermodynamik nach Dresden berufen, arbeitende Maschinenlabor B für Untersuchungen auf dem Gebiet der Gas- und Kältemaschinen und der technischen Thermodynamik. Mollier, führte die Arbeiten Zeuners weiter fort. 1904 schlägt er neue Diagramme zur technischen Wärmelehre vor und liefert theoretische Grundlagen für die in den Dampferzeugern ablaufenden Verbrennungsprozesse.
Zur Zeit der Jahrhundertwende war auf dem Gebiet der Dampftechnik ein wichtiger Umschwung eingetreten. Man ging zum überhitzten Dampf über. Der genaue Zusammenhang zwischen Dampfdruck und Temperatur bis zum kritischen Punkt wurde untersucht. Die Entwicklung der Zentralheizungstechnik machte Fortschritte, in Deutschland entstanden die ersten Fernwärmenetze. 1901 baute die Firma Rietschel und Henneberg in Dresden das erste Dampf-Fernheizwerk zur Wärmeversorgung von 12 Gebäuden. Durch den vor genannte technischen Fortschritt wurde zweifellos auch die Entwicklung der Mechanischen Abteilung, das Kernstück der Hochschule, wesentlich beeinflusst. Es lag deshalb nahe, gemeinsam mit den neuen Gebäuden der Mechanischen Abteilung ein Fernheiz- und Elektrizitätswerk zu errichten. Es sollte die Heizung der Gebäude von einer Stelle aus besorgen und den notwendigen Strom für die Beleuchtung, für den Antrieb der Motoren und für Versuchszwecke liefern. Zugleich war zu erwarten, “dass sich die Betriebsführung in strenger Regelung so ausgestalten lassen werde, dass den Studierenden in der Beobachtung der Betriebsvorgänge bei ihrem täglichen Verkehr auf dem Laboratoriumsgelände ein vorzügliches Anschauungs- und Lehrmittel geboten werden könne”. Die Errichtung des gesamten Werkes stand unter der Betriebsoberleitung von Wilhelm Kübler (1873-1919), Professor für Elektromaschinenbau, im Sommer 1900 an die TH berufen. Als 1. Direktor dieses Dienstleistungs-, Forschungs- und Lehrbetriebes richtete er auch gut besuchte Heizer- und Maschinistenkurse für die Studierenden ein. Er widmete sich Fragen der Wärmewirtschaft und der Verwertung des Abdampfes.
Nach dem Tode von L. Lewicki am 27.08.1907 wurden die beiden Maschinenlaboratorien A und B zusammengeführt und je ein Ordinariat für Kolbenmaschinen, Pumpen- und Gebläsebau sowie Wasserkraftmaschinen und Dampfturbinen gegründet.
1902 erfolgte die Berufung von Ernst Anton Lewicki (1863-1937), Sohn L. Lewickis zum ordentlichen Professor für die Konstruktion von Dampfkesseln, Wasserkraftmaschinen und Dampfturbinen. Im gleichen Jahr wird Adolf Nägel (1875-1939), engster Mitarbeiter von Mollier, ordentlicher Professor für Kolben- und Gasmaschinen.
Die akademisch gebildeten Maschineningenieure fanden immer neue Aufgaben, denn ein Industriezweig nach dem anderen verlangte nach Ingenieuren, die nicht nur in den vorgeschriebenen Bahnen konstruktive und experimentelle Aufgaben lösen, sondern - gestützt auf eine umfassende Vorbildung und praktische Erfahrung - auch an den neu auftauchenden Problemen mitarbeiten konnten. Erinnert sei nur an die Entwicklung des Dampfkesselbaues, der Dampfturbinen u. a.
1922 wird Walther Pauer (1887-1971), der bereits seit 1913 als Assistent bei Nägel tätig war, zum außerordentlichen und 1933 zum ordentlichen Professor und Inhaber des Lehrstuhles für Dampfkessel und Wärmewirtschaft berufen. Er bezog ökonomische Größen in wärmetechnische Berechnungen ein, was im Studium des Maschinenbaues bis zu diesem Zeitpunkt erstmalig war. Pauer übernimmt 1924 auch die Betriebsleitung des Fernheiz- und Elektrizitätswerkes. Nach der Emeritierung Molliers im Jahre 1933 wird Nägel die Leitung des Maschinenlaboratoriums übertragen. 1939, als Nägel starb, erfolgte eine Aufteilung des Maschinenlaboratoriums in die Lehrstühle Strömungsmaschinen (Hahn), Kolbenmaschinen (List), Dampfkessel- und Wärmewirtschaft (Pauer) und Thermodynamik (Mehlig). Modernere Versuchsanlagen (u. a. Dampfmotor) wurden beschafft und in Betrieb genommen.
Die Luftangriffe zum Ende des 2. Weltkrieges (13./14. Februar 1945) verwandelten die Stadt Dresden in Schutt und Trümmer, 35.000 Menschen fanden den Tod, viele Häuser wurden zerstört. Auch die Gebäude der Technischen Hochschule waren davon betroffen. Das Maschinenlaboratorium war zu 80 Prozent und das Fernheiz- und Elektrizitätswerk zu etwa 30 Prozent zerstört. Wertvolles Inventar wurde vernichtet. Der Hochschulbetrieb wird eingestellt.
Die Instandsetzung der zerstörten und beschädigten Gebäude wurde gleich nach Beendigung des Krieges in Angriff genommen. Berge von Schutt und Trümmern waren zu beräumen. Im Herbst 1946 erfolgten die Wiedereröffnung und ein Jahr später die Volleröffnung der TH. Unter Leitung und tätiger Mithilfe von Pauer und Enno Heidebroek (1876-1955), dem ersten Rektor nach der Wiedereröffnung bis 1947, begannen die Aufräumungs- und Bergungsarbeiten am Maschinenlaboratorium und dem Heizwerk. Ab Oktober 1946 mussten viele Wissenschaftler, so auch Pauer, in die Sowjetunion. “Wiedergutmachung” war der Grund. Nach der Neugründung der Fakultät Maschinenwesen (zeitweilig Fachabteilung innerhalb der Fakultät für Kommunale Wirtschaft) im Jahre 1948 folgten 1949 die Wiederinbetriebnahme der Turbinenhalle des Heizkraftwerkes, die Berufung von Manfred Oehmichen (1910-2002) zum Professor mit Lehrstuhl und Direktor des Maschinelaboratoriums und die Neueinrichtung (01.09.) des Instituts für Thermodynamik unter Hans Faltin (1896-1961).
Der seit 1946 vakante Lehrstuhl für Wärmetechnik und Wärmewirtschaft wurde ab 01. April 1950 mit Werner Boie (1901-1978), einem anerkannten Fachmann der Wärme- und Kraftwerkstechnik, besetzt. 3 Räume im wieder aufgebauten Zeuner-Bau standen dem Institut zur Verfügung. 1952 kehrt Pauer aus der Sowjetunion zurück und übernimmt ab 01. Juli den neu geschaffenen Lehrstuhl für Energiewirtschaft, der 1957 zum Institut für Energiewirtschaft umgewandelt wird. Sein Sitz ist im Merkel-Bau. 1955 entstehen als Neubau am Heizkraftwerk für Boie und seine Mitarbeiter Arbeitsräume, eine kleine Werkstatt, ein Labor sowie ein Hörsaal mit 65 Plätzen. Mit dem Buch “Vom Brennstoff zum Rauchgas” (1957) stellte Boie die Verbrennungsrechnung für Praktiker auf die Basis dimensionsloser, statistisch erfasster Kennwerte um, was ihm internationale Anerkennung brachte. Am 01. September 1958 wurde der Lehrstuhl für Kältetechnik unter dem Ordinariat von Heinz Jungnickel (1914-2006) gegründet und zunächst dem Institut für Wärmetechnik und Wärmewirtschaft zugeordnet.
Am 05. Oktober 1961 erhält die Technische Hochschule den Status “Technische Universität”. Das Heizkraftwerk, zwischenzeitlich zur zentralen Universitätsabteilung Energiewirtschaft bzw. Technik gehörend, wird vom Institut für Wärmetechnik und Wärmewirtschaft übernommen, um es für Versuchs- und Übungszwecke zu nutzen. Die Versuche zur Verbrennung salzhaltiger Rohbraunkohle sind ein Beispiel dafür. Nach der Emeritierung von Boie im Jahre 1967 übernimmt Werner Altmann (geb. 1923) die Leitung des Instituts. Er führte die Grundlagen zur Kohlebewertung und Verschlackung auf ein hohes analytisches Niveau und übertrug die Ergebnisse in die Praxis. Vorausberechnung der rauchgasseitigen Ansatzbildung in Dampferzeugerfeuerräumen mittels statistischer Methoden oder die Säuretaupunktberechnungen für Rohbraunkohlefeuerungen sind weitere Beispiele praxisnaher Forschung.
1968 fand das I. Kraftwerkstechnische Kolloquium, initiiert von Altmann, statt. Bis heute ist dies die bedeutendste wissenschaftliche Veranstaltung des Instituts für Energietechnik.
Die sogenannte III. Hochschulreform der ehemaligen DDR führte am 22.10.1968 zur Auflösung der Institute. Das Wirken der Fakultäten war nur auf rein akademische Aufgaben beschränkt. Es kam zur Gründung von Sektionen. Aus dem Zusammenschluss der bisherigen Institute für Thermodynamik und Energiewirtschaft, für angewandte Strömungslehre, für Wärmetechnik und Wärmewirtschaft, für Pumpen-, Apparate- und Rohrleitungsbau und für angewandte Aerodynamik sowie dem Lehrstuhl für Kältetechnik und dem Maschinenlaboratorium entstand die Sektion Energieumwandlung. Ihr gehörten zunächst der Wissenschaftsbereich Kraftwerkstechnik mit den Lehrgebieten Kraftwerkstechnik, Energiesysteme, Kernenergetik sowie Wärme- und Stoffübertragung, der Wissenschaftsbereich Wärmetechnik und Technische Gebäudeausrüstung mit den gleichnamigen Lehrgebieten, der Wissenschaftsbereich Strömungstechnik mit den Lehrgebieten Strömungstechnik (einschließlich des Nieder- und Hochgeschwindigkeits-Windkanals) und Strömungstechnik/Konstruktion, der Wissenschaftsbereich Messtechnik, Kolbenmaschinen, Kältetechnik mit den Lehrgebieten Messtechnik, Kolbenmaschinen und Automatisierungstechnik sowie Kältetechnik und der Bereich Technik mit den einzelnen Werkstätten und Einrichtungen (Zentrale Werkstatt, Elektrowerkstatt, Elektronikwerkstatt, Feinmechanikerwerkstatt, Tischlerei und Heizkraftwerk).
1977 erfolgte eine nochmalige Neugliederung der Sektion Energieumwandlung mit den Wissenschaftsbereichen Thermodynamik (Norbert Elsner), Strömungstechnik (Werner Albring), Energiesystem- und Kraftwerkstechnik,mit den Lehrgebieten Kraftwerkstechnik (Altmann), Energiesysteme (Herbert Munser), Kernenergetik (Ackermann / Adam) und Wärme- und Stoffübertragung (Richter), den Wissenschaftsbereichen Thermischer und Hydraulischer Maschinenbau (Kleinert), Mess- und Automatisierungstechnik thermischer Anlagen (Oehmichen, Netzband), Kältetechnik (Jungnickel) und Technische Gebäudeausrüstung (Günter Kraft) sowie dem Bereich Technik (Heinrich Wengors). Die Ausbildung der Studenten erfolgte auf der Basis eines Grundstudienplanes für Maschineningenieurwesen mit anschließender Spezialisierung.
Das wissenschaftliche Profil des Wissenschaftsbereiches Energiesystem- und Kraftwerkstechnik wurde bestimmt durch die Ausbildung von Diplomingenieuren für die Energiewirtschaft und Kraftwerkstechnik und die daraus abgeleiteten Forschungsschwerpunkte.
Der Forschungsschwerpunkt des Lehrstuhls Kraftwerkstechnik war die Verbrennung schwieriger einheimischer Braunkohlen (Grundlagen zur Kohlebewertung) sowie die damit verbundenen Aufgaben der Anlagengestaltung und Betriebsführung bei Senkung der Umweltbelastungen. Beispiele sind Untersuchungen zur Wirbelschichtverbrennung, reaktionskinetische Messungen am FIELD - Rohr und zur Feuerraumaerodynamik sowie Lebensdaueruntersuchungen an thermisch hoch beanspruchten Bauteilen von Kraftwerksanlagen. Außerdem spielten die Probleme der Verfügbarkeitserhöhung von Kraftwerkskomponenten durch Schwachstellenanalyse im Konstruktionsprozess und bei der Schadensaufklärung eine Rolle.
Nach der Emeritierung von Altmann 1989 wird Wolfgang Bernstein (1937-2001), bereits seit 1985 als Dozent an der TU, zum ordentlichen Professor für Kraftwerkstechnik berufen.
Im Zuge der Neustrukturierung des Hochschulwesens erfolgte 1991 die Gründung des Instituts für Energietechnik mit den Professuren für Kraftwerkstechnik (Bernstein), Kernenergietechnik (Knorr geb. 1940) und Energiewirtschaft (Joachim Zschernig 1943-2007). Es diente dem gemeinsamen Wirken in Lehre und Forschung sowie der Fort- und Weiterbildung auf dem Gebiet der Energietechnik. In einer Zwischenphase bestanden bis 1993 innerhalb des Institutes noch die Lehrstühle für Thermische Energieumwandlung (Munser geb. 1933), Industrielle Wärmewirtschaft (Beate Reetz geb. 1942), Reaktortechnik (Ernst Adam 1933-2008) und Technologie der Brenn- und Betriebsstoffe (Winkler 1933-1997).
Im Zeitraum von 1990 bis 1994 erfolgte eine umfassende Reform und ein Ausbau der TU zur Volluniversität.
An der Professur für Kraftwerkstechnik, unter Leitung von Bernstein, wurden Forschung und Lehre in die internationale Entwicklung der Kraftwerkstechnik eingebunden. Die verstärkte Anwendung der Rechentechnik, eingeschlossen die mathematischen Modellierung, verbunden mit dem Experiment und die Überführung der Ergebnisse in die Praxis kennzeichnete die Wissenschaftskonzeption. Komplexe Untersuchungen vom Brennstoff über die Modellierung und Simulation bis zum Dampferzeugeroriginal ergänzen die Forschung. Lehrveranstaltungen für Studenten der Studienrichtung Energietechnik, Verfahrenstechnik (Studienschwerpunkt: Umweltverfahrenstechnik) und des Aufbaustudiums Umwelttechnik sowie anderer Studienrichtungen komplettieren die Tätigkeit.
In Abstimmung mit Industriepartnern und Hochschulen Deutschlands entstand 1995 ein senkrecht stehender, mehrstufiger Axialverdichter-Prüfstand für die Modellierung inkompressibler Strömungen am Standort des ehemaligen Kesselhauses im Mollier-Bau. Die Inbetriebsetzung war am 12.09.1995; die offizielle Inbetriebnahme am 04.10.1995. Mitarbeiter der Forschungsstelle für Strömungsmaschinen und Verbrennungstechnik (Leiter: Helmut Sauer), als Betreiber der Anlage, wurden in die Professur für Kraftwerkstechnik eingebunden und realisierten auf hohem Niveau eine Reihe stationärer und instationärer strömungstechnischer Untersuchungen. 1999 erfolgte durch Strukturveränderung die Zuordnung der Forschungsstelle zum Institut für Strömungsmechanik.
Die durch den plötzlichen Tod Wolfgang Bernsteins vakante Professur für Kraftwerkstechnik wurde zum 01. April 2002 durch den aus Graz (A) stammenden Paul G. Gilli (1951-2004) besetzt.
Mit der Finanzierung einer Stiftungsprofessur „Energiewirtschaft“ an der Fakultät Wirtschaftswissenschaften durch die DREWAG Stadtwerke Dresden GmbH erfolgte zum 01.10.2002 die Umbenennung der bislang am Institut für Energietechnik angesiedelten Professur für Energiewirtschaft in „Professur für Energiesystemtechnik und Wärmewirtschaft“.
Am 28. Dezember 2004 verstarb viel zu früh Prof. Gilli. Bis zu einer Neuberufung (2007) übernahm Prof. Uwe Gampe (geb. 1955), seit 2001 ordentlicher Professor und Leiter der Professur für Thermische Energiemaschinen und –anlagen, kommissarisch die Leitung der Professur.
2006 vereinigt sich das Institut für Energiemaschinen und Maschinenlabor mit dem Institut Energietechnik zum Institut "Energietechnik".
Seit November 2007 ist Prof. Michael Beckmann, vorher Leiter der Professur für Verfahren und Umwelt an der Bauhaus-Universität Weimar, Leiter der nun in Professur für Verbrennung, Wärme- und Stoffübertragung umbenannten Einrichtung des Instituts für Energietechnik. Die Professur für Wärme- und Stoffübertragung (Prof. Jörg Huhn / geb. 1942) wurde integriert.
Die Professur sieht sich besonders den Hochtemperaturprozessen der Energieumwandlung in der Kraftwerkstechnik und der Grundstoffindustrie verbunden. Die Mitarbeiter arbeiten in Forschungs- und Entwicklungsprojekte auf den Gebieten der effizienten Energieumwandlung und Energienutzung, Brennstoffcharakterisierung, Korrosionsminderung speziell in Dampferzeugern, Schadstoffminderung durch Primärmaßnahmen und Sekundärmaßnahmen bei Pyrolyse-, Vergasungs- und Verbrennungsprozessen. Für die Untersuchungen stehen Labor-, Technikums- und Pilotanlagen zur Verfügung. Neben den experimentellen Untersuchungen erfolgt die mathematische Modellierung von Pyrolyse-, Vergasungs- und Verbrennungsprozessen in unterschiedlichen Apparaten, von Stoff- und Wärmeübertragungsvorgängen sowie Gasreinigungssystemen.
2009 werden die Professuren Technische Thermodynamik und Gebäudeenergietechnik dem Institut Energietechnik angeschlossen.
Quelle :
Koppe, K.: Vom Lehrstuhl für Dampfkessel und Wärmewirtschaft zur Professur für Kraftwerkstechnik.
Institut für Energietechnik. Dresden 1995
© Koppe 2010
