Die Gemeinde Ampfing steht in einem für das Bundesland Bayern außergewöhnlich intensiven Verhältnis zur Energietechnik und -wirtschaft. Seit 1979 zeigt sich das auch im Wappen der Gemeinde. Es trägt seit dieser Zeit neben zwei gekreuzten Morgensternen, die an die letzte Ritterschlacht bei Ampfing von 1322 erinnern, auch einen Bohrmeißel, der auf die Öl- und Gasfunde in der Gegend um Ampfing hinweist.
Das Industriedenkmal umfaßt insgesamt vier Exponate der Energiegewinnung, die den Bezug Ampfings zum Thema Energie unterstreichen. Nachstehend stellen wir die Exponate kurz vor:
Pumpenbock – Energie durch Erdöl
Bereits im 4. Jh. v. Chr. war Erdgas und Erdöl bekannt und wurde verwendet. In den Ländern, in denen das Erdöl von alleine direkt an die Oberfläche tritt, wie in den Ländern um den persischen Gold, Mesopotamien und Palästina, wurde Erdöl als Mörtel zum Bau von Häusern, Straßen und Dämmen, zur Abdichtung von Schiffskörpern, als Leucht- und Heizstoff, als Schmiermittel und zu Heilzwecken verwendet. In der Antike war das Erdöl in siner kriegstechnischen Verwendung berühmt und gefürchtet, so zum Beispiel als Brennmittel für Brandeinsätze, Brandpfeile und Flammenwerfer (Griechisches Feuer!). Harmloser war der Einsatz als Heilmittel im Mittelalter in Deutschland. Am Tegernsee verwendeten die Mönche das sogenannte St. Quirins-Öl zur Heilung von Rheumatismus, Haut- und Magenkrankheiten bei Mensch und Tier. Eine systematische Bohr- und Gewinnungstätigkeit setzt allerdings erst ab Mitte des 19. Jh. ein. Grund dafür ist die Erfindung des Verbrennungsmotors und die beginnende Entwicklung der Verkehrsmittel.
1953 begannen in Ampfing nach gründlichen seismischen Untersuchungen umfangreiche Bohrtätigkeiten. Das Konsortium, bestehend aus den Gesellschaften Vacuum Oel AG (heute Mobil Oil AG), sowie die Preussag AG und die “Gewerkschaft Elwerath” (heute BEB Erdgas-Erdöl GmbH) wurden bereits mit der zweiten Bohrung im Ampfinger Feld fündig. Der ölhaltige und förderbare Sandstein in 1900m Tiefe bekam den Namen “Ampfinger Sandstein”. Die Vakuum Oel AG übernahm die Förderung und ließ sich in Ampfing nieder, um von hier aus die oberbayerische Erdöl- und Erdgasexploration und den Vertrieb zu leiten.
Insgesamt wurden fast 14 Milliarden Kubikmeter Gas und 3,6 Millionen Tonnen Öl in den oberbayerischen Feldern gefördert (davon fielen 1,4 Milliarden m3 Gas bzw. 551.000t Erdöl auf die Lagerstätte Ampfing). Nach 40 Jahren waren die Lagerstätten erschöpft und die Firma entschloß sich dazu, die Bohrungen zu verschließen und zu rekultivieren. 1998 schloß die Mobil GmbH die Ampfinger Niederlassung. Zum Dank für die partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen der Gemeinde Ampfing und der GmbH schenkte Mobil der Gemeinde zwei Pumpenböcke und einen Bohrmeißel nebst einer Schautafel. (Standorte: Energieinsel und Hauptschule Ampfing).
Erdölpumpen
Dringt eine Tiefbohrung in erdölhaltige Gesteinsschichten vor, wird in das Bohrloch das Steigrohr eingebracht. Durch geeignete Löcher dringt das Öl aus den Poren des Speichergesteins in dieses Rohr. Reicht der natürliche Druck nicht aus, um das Öl an die Oberfläche zu bringen, kommen Tauchkolbenpumpen zum Einsatz. Eine solche Anlage besteht aus einem Tiefpumpenantrieb (Pumpenbock) und der eigentlichen Pumpe, die in der Tiefe über das Pumpengestänge vom Pumpenbock angetrieben wird. Die aus einem hohlen Kolben und einem Zylinder bestehende Tiefpumpe befindet sich deutlich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Steigrohr. Bewegt sich der Kolben abwärts, taucht er durch das Öl im Zylinder. Hebt sich der Kolben, schließt sich sein Ventil und die Menge Öl, die der Hubstrecke entspricht, wird nach oben befördert. Gleichzeitig strömt neues Öl in den freigewordenen Raum des Zylinders.
Der oberirdische Pumpenbock wandelt die Drehbewegung des Motors über den Balancier in gleichmäßige Auf- und Abbewegungen um. Der kreissegmentförmige “Pferdekopf” dient der exakten Führung des Pumpengestänges. Das Gegengewicht gleicht die Massen von Pumpengestänge und Ölsäule im Steigrohr aus.
Lokomobil – Kraft durch Dampf
Bewegung aus Holz
1954 wird die Dampfmaschine von der Firma Buckau-Wolf als Lokomobil (fahrbare Dampfmaschinenanlage) für ein Bochumer Hüttenwerk gefertigt. Bis in das Jahr 1967 ist “Erna Wolf”, wie die Maschine von den Arbeitern genannt wurde, dort im Einsatz. Alois Klauser erwirbt die Maschine für sein Sägewerk in Bergen bei Siegsdorf und etwa 1970 kauft sie der Zimmerer Franz Schick und baut sie am heutigen Standort, auf dem Gelände an der Münchner Straße in Ampfing auf. Zum Antrieb einer Großsäge sowie zur Stromerzeugung ist sie dort bis 1987 in Gebrauch. Zehn Jahre später restauriert die Ampfinger Firma Maschinenbau KG – Johann Wackerbauer die von Vandalismus, Alter, Korrosion und Verschleiß gezeichnete Dampfmaschine und den dazu gehörigen Wassertank (dessen warmgenietete Handwerksarbeit besonders beachtenswert ist) und setzt sie in funktionsfähigen Zustand. Sie kann über den Flachriemen, den ein kleiner Elektromotor antreibt, in Bewegung gesetzt werden.
Ebenfalls im Jahr 1997 werden die Ruinen auf dem ehemaligen Sägewerksgelände abgerissen und der Glaspavillon für die Dampfmaschine errichtet.
Zur Technik:
Als Dampfmaschine wird oft die Einheit aus der eigentlichen Kolbendampfmaschine und dem Dampfkessel bezeichnet. Während der Kessel, unter Ausnutzung der Wärmeenergie aus Verbrennungsvorgängen, Wasser in unter Druck stehenden Wasserdampf umwandelt, setzt die Kolbendampfmaschine diese Druckenergie in mechanische Energie um. Dabei wirken immer drei wesentliche Komponenten zusammen: Ein Kolben, der durch die Einwirkung des Dampfdrucks im Zylinder verschoben wird, ein Schwungrad, das über eine Schubstange vom Kolben angetrieben wird und das durch seine Masse für einen Lauf mit geringen Drehzahlschwankungen sorgt und eine Steuerungseinrichtung, die im richtigen Moment den Arbeitsraum des Zylinders mit dem Einlass für den Frischdampf und den Abdampf mit dem Auslasskanal verbindet.
Das Schema (Abb. 1) stellt eine sogenannte doppelt wirkende Dampfmaschine mit Schiebersteuerung dar. Dabei wirkt der Druck des Frischdampfes abwechselnd auf der Decke- bzw. Kurbelseite des Kolbens.
Das Ampfinger Lokomobil ist eine doppelt wirkende Dampfmaschine mit Schiebersteuerung, die fest auf ihren Kessel montiert ist. Diese Bauweise ist platzsparend im Betrieb und ermöglicht einen Transport (die Bezeichnung stammt von lokus (lat. Ort) und mobil (lat. Beweglich)).
Über das bei einem Durchmesser von 180 cm zwei Tonnen schwere Riemenrad konnte mit einem Übertragungsriemen aus Leder bei 300 Umdrehungen pro Minute eine Leistung von 110 kW genutzt werden (das entspricht mit 150 PS einem Auto der gehobenen Mittelklasse). Das Schwungrad mit 200 cm Durchmesser sorgte mit seiner Masse von drei Tonnen auf der Kurbelwelle für die notwendige Laufruhe bei der Überwindung der Totpunkte (das sind die Umkehrpunkte des Kolbens, in denen der Dampf keine antreibende Kraft ausüben kann). Ein Exzenter auf der Kurbelwelle treibt den Steuerungsschieber an, der jeweils auf die Arbeitsseite des Kolbens den Frischdampf leitet. Die Druckenergie bezieht die Kurbelwelle vom Kolben über die Schieberstange (auch Pleuelstange). Zum Start der Anlage konnte der Kolben mit einer Handkurbel über die Zahnung auf der Innenseite des Schwungrades in die richtige Stellung gebracht werden. Zur Befeuerung des Ofens wurden anfallendes Sägemehl und Holzreste benutzt.
Windrad – Trinkwasser durch Wind
Trinkwasser durch Wind
Die Nutzung von Windkraft lässt sich bis ins 7. Jh. N. Chr. in Persien zurückverfolgen. Noch wesentlich länger spielt der Wind eine Rolle beim Antrieb von Segelschiffen. In Persien wird dann die Windkraft allerdings auch von Windmühlen genutzt, die einfache Maschinen auf dem Land antreiben. Zwischen dem 12. und dem frühen 19. Jh. waren die Windmühlen in Europa wichtige Energielieferanten. Mit der Entdeckung der Dampfkraft im 18. Jh. verloren sie allmählich an Bedeutung. Heute entdeckt man jedoch die Windenergie als umweltfreundliche Möglichkeit zur Stromerzeugung neu.
Viele Jahrzehnte prägten die Windbrunnen (Windräder im Einsatz als Brunnenpumpen) das Bild der Landschaft um Ampfing. Der Zeitzeuge Rudolf Huber erzählt: „Windbrunnen standen, soweit ich mich erinnern kann, in Wimpasing, Furth, Dirlafing, Haid, Reit, Lain, Schicking und im Ort beim Manghofer Brunnenmacher und beim Zitzmer in der Hofgasse. Im Außenbereich wurde das Wasser aus einer Tiefe von 25 bis 30 Meter hochgepumpt. Auffällig war, dass im Ort so wenig Windbrunnen standen, die im ganzen Isental verbreitet waren.“ Das lag an den sogenannten Artesischen Brunnen, aus denen viele Anwesen ihr Wasser bezogen. Bei diesen Brunnen kommt das Wasser durch seinen Eigendruck selbständig an die Oberfläche. Das Original des Ampfinger Windbrunnens konnte leider nicht mehr gerettet werden, zu groß waren die Schäden, die die Zeit ihm zugefügt hatten. Bezüglich seiner Funktionsweise wurde er jedoch aus korrosionsbeständigen Materialien rekonstruiert und für die Energieinsel 1999 aufgestellt. Das Vorbild der robusten, langlebigen und (durch die Massenproduktion als Bausatz) billigen Konstruktion wurde in der Mitte des 19.Jh. in Nordamerika entwickelt.
Grundlagen der Windnutzung
Da der Druck jeden Gases von seiner Temperatur abhängt, entstehen durch ungleichmäßige Erwärmungen der Erdoberfläche Druckunterschiede in der Luft. Die ausgleichende Luftströmung kennen wir als Wind. Für die notwendige Wärmeenergie sorgen die Sonnenstrahlen, deren Stärke und Wirkung von der Jahreszeit, der geographischen Lage und der jeweiligen Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Die Strömungsenergie der Winde stellt eine unbegrenzte und saubere Energiequelle dar. Bei der technischen Nutzung tauchen jedoch Schwierigkeiten auf: Winde können ebenso zerstörerische Orkane wie öde Flauten sein! Windräder sind Maschinen, deren zur Windrichtung schräg gestellte Flächen (Flügel oder Schaufeln) von der Windkraft in Bewegung gesetzt werden. Sie dienen nicht zwangsläufig dem Mahlen von Getreide, sondern können zum Beispiel auch Wasserpumpen antreiben oder Strom erzeugen.
Das Ampfinger Windrad hat eine Gesamthöhe von 17m. Die ringförmig um die horizontale Achse befestigten 18 Schaufeln ergeben einen Gesamtdurchmesser des Windrades von 2,3m. Die Nabe dieses Rades ist oberhalb der Plattform drehbar in stabilen Wälzlagern gelagert. Unter der Schutzhaube sitzen hier die Lager und die Fliehkraftbremse. Bei der aufgebauten Rekonstruktion wird die in die Drehbewegung umgesetzte Windenergie über ein Getriebe übersetzt und mit einer Fliehkraftbremse abgebremst, so dass bei der momentanen Ausführung Windspitzen abgebremst werden können und sich das Windrad zu Demonstrationszwecken gleichmäßig dreht. Die gesamte Einheit ist drehbar in einer massiven Gleitlagerung aus Kunststoff aufgebaut, damit die Windradwelle immer in Hauptwindrichtung zeigt. Die Hauptfahne am Ende dieser Welle dreht das Windrad für die optimale Ausnutzung stets in den Wind. Die Anlage setzt sich schon bei sehr schwachen Wind in Bewegung, weil sich auf der abtreibenden Seite des Getriebes keine Last außer der bei Überbelastung betätigten Fliehkraftbremse befindet.
Das Original des Ampfinger Windrades diente zum Antrieb eines Brunnengeschöpf. Es speiste eine Wasserreserve mit einem Fassungsvermögen von ca. 16 m³. Dieser Wasservorrat reichte etwa 14 Tage. Bei gefüllter Reserve wurde der Schöpfmechanismus automatisch außer Betrieb gesetzt.
Photovoltaik – Strom aus Licht
Strom aus Licht
Die Technik der Photovoltaik (von “photo” griech.: Licht und „volt“ nach Alessandro Graf Volta: Einheit der Spannung) wird gerne als moderne Technik bezeichnet, als Errungenschaft unserer Zeit. Ihre Grundlagen wurden aber bereits am Anfang des 19. Jh. von dem französischen Naturforscher Alexandre Edmond Becquerel (*1820, † 1891) gelegt. Die wissenschaftliche Erklärung verdanken wir allerdings Albert Einstein (* 1879, † 1955). Für die Beschreibung des Photoeffekts erhielt er 1921 den Nobelpreis für Physik. In der Folgezeit forschte man zwar theoretisch weiter, aber es fand sich noch keine praktische Verwendbarkeit. Die Amerikaner Schockley, Bardeen und Brattain machten den nächsten wichtigen Schritt in der Entwicklung der Photovoltaik, sie entdeckten den Transistoreffekt und erhielten dafür 1956 ebenfalls den Nobelpreis für Physik. Ihre Arbeit leitet das Zeitalter der Halbleiterphysik ein. Gleichzeitig wurde die erste Solarzelle aus Silizium entwickelt. Ende der 50er Jahre erfuhr dass die Entwicklung durch die potentiellen Einsatzmöglichkeiten für die Raumfahrt nochmal die rasante Beschleunigung. Solarzellen erwiesen sich als äußerst tauglich für die Stromversorgung der Raumflugkörper. Vor allem auch wegen der Resistenz der Zellen gegen die hochenergetische Strahlung im Weltraum.
Den wahren Durchbruch für den Einsatz von Solarzellen auf der Erde brachte die Ölkrise 1973/74. Seitdem beschäftigt man sich vor allem mit dem Hauptproblem der Nutzung von Solarzellen: ihre sehr hohen Herstellungskosten. Verwendung finden photovoltaische Anlagen von der Energieversorgung bei Kleinanwendungen wie z.B. Taschenrechner, Armbanduhren und ähnliches, bis hin zu photovoltaischen Kraftwerken im Bereich von mehreren Megawatt Leistung.
Die Photovoltaikanlage der Energie-Insel Ampfing auf dem Dach des Glaspavillons wurde von der Isar-Amperwerke AG 1998 der Gemeinde Ampfing kostenlos zur Verfügung gestellt und mit finanzieller Unterstützung durch die Erdgas Südbayern GmbH installiert. Die Gemeinde nimmt damit am Programm „Energiezukunft Bayern“ teil. Ziel dieses Programms ist es, den Bürgern der Gemeinde die Technik vorzustellen und die Nutzungsverbreitung zu steigern. Die Ampfinger Anlage umfasst insgesamt 48 Solarmodule mit einer Spitzenleistung von je 100 Wp; sie erzeugt Gleichstrom, der nach der Umwandlung in Wechselstrom in das öffentliche Versorgungsnetz eingespeist wird. Die Ausbeute pro Jahr beträgt etwa 5.000 Kilowattstunden (kWh), also rd. Ein Viertel mehr als ein durchschnittlicher Haushalt in der Gemeinde jährlich verbraucht (ca. 4.000 kWh). Der Wert der Anlage lag 1998 bei rd. 60.000,– DM, wovon ca. 40.000,– DM auf den Bausatz und ca. 20.000,– DM auf die Montage entfallen.
Technische Grundlagen
Mit der Halbleiterphotozelle können die zwei wesentlichen Voraussetzungen zur direkten Stromerzeugung aus Licht verwirklicht werden.
1. Halbleitereigenschaft
Für einen Stromfluss in einem festen Körper müssen bewegliche (freie) Ladungsträger vorhanden sein. Solche Ladungsträger können die negativen Elektronen (e-) sein oder auch Stellen, an denen ein Elektron fehlt, was dann einem positiven Ladungsträger (e+) entspricht. Körper mit freien Ladungsträgern (z.B. Kupfer, Eisen) sind Leiter, Körper ohne (z.B. Kochsalz, Glas) Isolatoren. Dazwischen liegen die sogenannten Halbleiter (z.B. Schwefel, Germanium und Silizium, das in der Form von Silikatmineralien wie etwa Quarzsand gut ein Viertel der Masse der Erdkruste ausmacht). Ohne äußere Energiezufuhr sind alle Ladungen fest an die Atome gebunden. Durch Wärme und insbesondere Lichtstrahlung werden aber Elektronen losgelöst und durch die entstandenen freien negativen und positiven Ladungsträger kann Strom fließen.
2. Dotierungen
Durch den gezielten Einbau von fremden Atomen (Dotierung) kann die Leitfähigkeit des Halbleiters wesentlich verbessert werden. In Silizium stellen z.B. einzelne Arsenatome je ein überzähliges nur locker gebundenes Elektron zur Verfügung, die dann für den Ladungstransport sorgen (n-dotiertes Silizium, ein sog. N-Leiter). Eingebrachte Aluminiumatome erzeugen dagegen potentielle positive Ladungsträger für den Stromfluss durch je ein fehlendes Elektron (p-dotiertes Silizium, sog. Ein p-Leiter).
Bei der Berührung von n-Leiter und p-Leiter kommt es zum entscheidenden Effekt! An der Grenze vereinigen sich die freien Elektronen des n-dotierten Teils mit den freien positiven Ladungsträgern des p-dotierten Teils, und es entsteht eine Grenzschicht ohne freie Ladungsträger, die die beiden Schichten elektrisch isoliert. Da der n-Leiter Elektronen an die Grenzschicht abgegeben hat, ist er ihr gegenüber nun positiv geladen. Für den p-Leiter gilt das entgegengesetzte. Es bildet sich also ein inneres elektrisches Feld. Trifft auf die Anordnung Licht, kommt es zu der oben beschriebenen Bildung von Paaren aus freien negativen und positiven Ladungsträgern, die durch das elektrische Feld getrennt werden. Dadurch bildet sich auch nach außen hin eine Spannung, die über metallische Kontakte abgenommen werden kann – Strom fließt.
