Last Modified: Samstag, 13. Oktober 2018

Der Kessel der Dampflok von "klein" an...!

Was hat Stephenson eigentlich "ERFUNDEN" ??
Der Stephensonsche Kessel ist "bis Heute" die Standardbauform bestehend aus Stehkessel, Langkessel, Heizrohren, Rauchkammer und Blasrohr.
Dazu kommt später eigentlich nur noch die Überhitzertechnik hinzu.
Hier nun eine Beschreibung der einzelnen Bauteile von "Hinten nach Vorne":
Stehkessel = Der Stehkessel besteht aus der U-förmigen Feuerbüchse ...
Langkessel = Dieser ist mit der Stehkesselvorderwand verbunden...
Heizrohre = Diese Rohre durchziehen den Langkessel bis zur Rauchkammer ...
Rauchkammer = Hier sammeln sich die Abgase der Lok um durch den Schornstein zu entweichen ...
Blasrohr = Das Blasrohr sitzt unter dem Schornstein in der Rauchkammer. Der Abdampf aus den Zylindern wird so durch den Schornstein entlassen (geblasen), das in der Rauchkammer ein Unterdruck entsteht und dadurch das Feuer künstlich angefacht wird.

Alles kapiert ????
Nun gehen wir ein bißchen ans Eingemachte...!!
Was wäre der ideale Kessel?
Wenn aus dem Kamin die Abgase Umgebungstemperatur hätten! Also die komplette Heizenergie ans Wasser abgegeben wurde. Dieser Zustand ist ohne hohem technischem Aufwand nicht zu erreichen und auf einer Lok gibt es zudem nicht unendlich viel Platz.
Auf jeden Fall ist es ein Ziel, soviel Wärme wie möglich, an das Wasser abzugeben, dazu muß die Oberfläche zwischen Wasser und Wärme so groß wie möglich sein.
Vor der Rocket wurde der Langkessel nur von einem einzigen Rohr für die Rauchgase durchzogen. Stephenson durchzog nun den Langkessel mit einem ganzen Bündel von solchen Rohren und konnte damit die Leistung erheblich steigern.
Um alles ein wenig bildlich darzustellen, bauen wir uns nun Schritt für Schritt einen Lokomotivkessel! Wobei die "Machart" nicht unbedingt die tatsächliche Bauweise widerspiegelt.
Wir nehmen uns ein Rohr, schweißen es vorne und hinten zu, machen einige Löcher für Wasserzufuhr und Dampfendnahme drin und fertig ist der Kessel.. in diesem Fall der Langkessel Marke EINFACH.
So können wir den Kessel in jedem Spielzeuggeschäft kaufen.
Jetzt nehmen wir wieder ein Rohr und drücken es so ein bis ein U entsteht. Auch hier schließen wir die Vorder- und Rückseite und stellen das Ganze auf den Kopf.. fertig ist der Stehkessel Marke EINFACH.
Ab dieser Konstruktion muß auf den Wasserstand geachtet werden, alle Oberflächen die mit dem direkten Feuer in Berührung kommen müssen mit Wasser bedeckt sein.

Jetzt schneiden wir aus der Vorderwand des Stehkessels ein rundes Loch und passen den Langkessel ein. Fertig ist der "moderne" Lokkessel, bestehend aus Stehkessel und Langkessel...
Aber wie kommt nun die Hitze des Feuers zum Langkessel, das Feuer brennt ja nur im U-förmigen Innenraum des Stehkessels? Wir müssen vor dem Verbinden beider Kessel noch Rohre für die Abgase durch den Langkessel ziehen. Dazu werden soviel Rohre wie möglich durch den Kessel gezogen, wobei auch hier gilt, daß alle Teile die mit der Wärme direkt in Verbindung stehen unter Wasser stehen müssen. Da sich im oberen Teil des Kessels der Dampf sammelt, sind hier keine Rohre vorhanden.
Jetzt bauen wir noch die Rauchkammer mit Schornstein und Bläser vor dem Kessel...fertig!
Leider ist das Ganze nun doch nicht so einfach zu bauen. Der Stehkessel ist der Teil mit der höchsten Belastung vom gesamten Kessel. Hier kommen die Kesselwände direkt mit dem Feuer in Berührung und ist damit die sogenannte "hochwertige" Heizfläche.
Allein der Stehkessel würde bei dieser Bauweise auseinandergehen wie ein Hefeteig. Bei genügend Druck würde aus dem "U" wieder ein Rohr werden. Um das zu verhindern, muß der Stehkessel von innen in "Form" gehalten werden. Das geschieht durch Anker und Stehbolzen.
Jetzt wollen wir die Leistung des Kessels noch steigern.... Die Heizrohre werden im oberen Teil dicker gemacht, so das hier noch Überhitzerrohre hineinpassen. Diese Heizrohre heißen dann Rauchrohre, daher auch der Name "Rauchrohrüberhitzer"! Wird nun die Feuerbüchse in den Langkessel hineingezogen, spricht man von einer Verbrennungskammer.

Bauarten der Laufgestelle

Neben der Reduzierung und Verteilung des Achsendrucks, gibt es Konstruktionen, die auch Führungsaufgaben übernommen haben. Bei einem 1'C Laufwerk kann man sich ja auch Fragen, wo ist bei einer Achse das Drehgestell. Es gibt mehrere Bauarten dieser Laufachsen, wobei von der Funktion her das Bissell-Lenkgestell, die Adamsachse, das Krauss-Helmholtz und das Schwartzkopf-Eckhard-Lenkgestell die bekanntesten sind. Damit solche Laufgestelle Führungsaufgaben übernehmen können, haben sie alles etwas gemeinsam: Rückstellfedern, die diese Achsen wieder in Mittellage zwingen. Der Drehpunkt/Zapfen der jeweiligen Bauart kann dann zur Führungslänge hinzugerechnet werden. Die Kräfte die über diese Rückstellfedern erzeugt werden, werden immer auf den Lokrahmen weitergegeben, obwohl es bei einigen Konstruktionen so scheint, als würden die Kuppelachsen durch die Gestelle verschoben. Es wird "nur" die Führungskraft verteilt, sobald die erste Kuppelachse mit ihrem Spurkranz gegen die Schiene stößt, ist die Kraft zum verschieben dieser Achse geringer!! Diese Achse wird also "entlastet". Noch ein Hinweis, die Funktion solch eines Gestells bezieht sich immer auf die Ausführung der Deichsel, es spielt also keine Rolle, ob es eine oder zwei Laufachsen in diesem Lenkgestell gibt.

Damit die Deichsel sehr leicht konstruiert werden konnte wurde das Gestell bei Vorwärtsfahrt meistens "gezogen". Zwei Lenkerhebel mit Langloch zogen die Konstruktion hinter sich her (103 läßt grüßen!) Und noch etwas zu den Beschreibungen -- Diese sind etwas vereinfacht beschrieben -- Es gibt viele kleinere Details, die den Rahmen sprengen würden! Fangen wir bei der einfachsten Konstruktion an - Das Bissel-Lenkgestell! Um es ganz einfach zu erklären, jede Modellok hat ein Bissel-Laufgestell, es fehlt bei vielen nur die Rückstellfeder.

Die Adamsachse!

Unter einer Schlepptenderlokomotive ist durch die Feuerkiste sehr wenig Platz, hier kam häufig die Adamsachse zum Einsatz. Die Adamsachse wurde nicht durch eine Deichsel, sondern in einer Kulisse geführt. Zwei Kreisbogenförmige Gleitplatten sorgten für das Drehen um einen fiktiven Drehpunkt. Diese Konstruktion konnte bei ungünstigen Achsbewegungen klemmen und wurde deshalb bei neueren Loks nicht mehr angewandt.

Das Krauss-Helmholtz-Lenkgestell!

Ab dieser Konstruktion wurden auch die Kuppelachsen mit einbezogen. Wir verlängern die Deichsel vom Bissel-Lenkgestell über den Drehzapfen bis zur ersten Kuppelachse und verbinden dieses Deichselende über ein Lager mit der seitenverschiebbaren Kuppelachse. Würde die Lok in der Luft schweben und die Laufachse bewegt, hätten wir tatsächlich die Funktion eines Drehgestells. Aber wie oben beschrieben, drehen tut sich das Ganze erst, wenn auch die Kuppelachse mit ihrem Spurkranz anstößt.

Das Schwartkopff-Eckhardt-Lenkgestell!

Diese Konstruktion wurde für Lokomotiven entworfen, die ganz enge Krümmungen befahren müssen. Eine 1'E1' Lokomotive (BR 84) mit diesem Gestell vorne und hinten konnte Krümmungen mit einem Halbmesser von 85 Meter anstandslos befahren. Also fast schon etwas für den Garten! Dieses Lenkgestell ist eine geänderte Bauart des Krauss-Helmholtz-Gestells. Die Deichsel wurde hier bis zur 2ten Kuppelachse verlängert. Die 2te Kuppelachse war über einen Lenkerhebel mit einem Drehzapfen mit der Ersten verbunden. Wurde also eine Kuppelachse seitlich verschoben, bewegte sich die zweite gegensinnig. Bei Kurvenfahrt wurden so die Anlaufdrücke auf drei Achsen verteilt. Apropos Laufeigenschaften... "Länge läuft". Je weiter der Abstand zwischen zwei starren Achsen, um so besser sind die Laufeigenschaften (weniger Schlingerbewegungen). Dies ist natürlich bei Kurvenfahrt und enge Radien hinderlich und es kommt immer ein Kompromiß heraus.

Sonderbauformen !

Es gibt ja noch Loks ohne Laufachsen, besonders im Rangierbereich. Um hier bei mehrfach gekuppelten Lokomotiven eine gute Kurveneigenschaft zu erhalten wurden mehrere Techniken angewand. Die erste Maßnahme war bei einzelnen Achsen durch Seitenverschiebbarkeit und/oder Spurkranzschwächung diese Kurvenläufigkeit zu erreichen. Um auch hier zusätzlich bessere Laufeigenschaften zu bekommen wurden bei einigen Lokomotiven Beugniot-Gestelle verwendet. (BR 82) Bild folgt.... Reichte diese Maßnahme nicht aus gab es noch einige Sonderkonstruktionen. Ich möchte hier die zwei bekanntesten beschreiben: Die Klien-Lindner-Hohlachse und der Luttermöller-Antrieb! Wie der Name schon sagt - Hohlachse - !

Das Prinzip ist simple und im Prinzip einfach. Man treibt nicht den Radsatz direkt an, sondern eine Welle die durch eine hohle Achse geführt wird. In der Mitte der Achse befindet sich ein Mitnehmer zur angetriebenen Welle mit einigem Seitenspiel. Der Radsatz selbst kann sich nun soweit das Spiel es erlaubt, in allen Richtungen bewegen. In der Skizze erkennt man noch den Aufwand, die Welle erzwingt einen Aussenrahmen an dieser Achse. Da aber wieder im Innenraum mehr Platz entstand, konnte hier eine größere Feuerkiste und ein größerer Stehkessel eingebaut werden.

Es fehlen in der Skizze noch die Rückstellfedern für die Achse.

Der Luttermöller-Antrieb ist noch "simpler" in seiner Funktion.

Hier wird die Achse nicht mehr durch Stangen angetrieben sondern vom benachbartem Radsatz durch Zahnräder. Auch hier bestimmt das Spiel im "Antrieb" die Kurveneigenschaft. Nachteil beider Sonderbauformen ist der erhebliche Unterhaltungsaufwand bei diesen Antrieben, so daß diese Bauformen sehr selten angewand wurden. Mit dem Oben beschriebenen Schwartzkopf-Eckhardt-Lenkgestell konnte der selbe Effekt erreicht werden.

Die Steuerung !

Ein Lok steuern???

Bei einer Dampflok wird von einer Steuerung gesprochen, wenn es um die Bestimmung der Fahrtrichtung und die Füllung der Zylinder geht.
Bekannte Namen sind die Heusinger-Steuerung, Allan-Steurung usw.. Der Lokführer bestimmt mit seinem Füllungsversteller die Fahrtrichtung und den Füllungsgrad der Zylinder. Den Füllungsgrad kann man mit der Zündverstellung beim Auto vergleichen. Durch verstellen der Steuerung wird die Zeitdauer geregelt, wie lange der Dampf Zeit hat, in die Zylinder zu strömen. Je schneller eine Lok fährt, um so kleiner wird der Füllungsgrad eingestellt. Der Dampf selbst wird über das Regelventil gesteuert (Gaspedal). Diese Ventil sitzt entweder zwischen dem Kessel und den Überhitzerrohren (Naßdampfregler) oder hinter den Überhitzerrohren (Heißdampfregler). Der Heißdampfregler ist durch seine Lage am einfachsten zu bedienen, wird er geöffnet steht der Dampfdruck sofort bei den Zylindern an. Allerdings gibt es hier mechanische Probleme, der Dampf hat hier eine Temperatur von über 400°, so daß die Ventildichtungen schnell kaputt gehen. Deshalb wurden viele Loks mit einem Naßdampfregler ausgerüstet.

Die Riggenbach Gegendruckbremse !

Es ist so einfach !
Legt man bei einer Dampflok die Steuerung während der Fahrt auf Rückwärts, so wirken die Zylinder nicht als Dampfmaschine sondern als Kompressor. Die Luft wird dabei aus der Rauchkammer/Schornstein angesaugt und verdichtet.
Die Lok wird somit gebremst, ohne daß die Klotzbremse und die Radreifen belastet werden. Deshalb wurde bei einigen Lok's, die besonders auf Gefällestrecken im Einsatz waren, eine Gegendruckbremse eingebaut, die bekannteste darunter war die Riggenbach Bremse.
Warum genügte nicht ein einfaches Verlegen in Gegenrichtung, um diesen Bremseffekt zu erzeugen?
Die Luft wird aus der Rauchkammer angesaugt und ist deshalb mit Schmutzpartikel behaftet. Beim Verdichten entstehen so hohe Temperaturen, daß der Ölfilm auf den Zylinderwänden verbrennt. Zudem ist eine Regelung des entstehenden Gegendruckes sehr schlecht möglich.
Was macht nun die Riggenbach ? Im Blasrohr wird ein Schieber eingebaut, der bei Betätigung der Bremse die Luft zur Rauchkammer absperrt und einen Weg nach "Außen" freigibt, es wird nun saubere Luft angesaugt.
Ein Regelventil erlaubt das regulieren/begrenzen des Gegendrucks und es wird beim bremsen Wasser in die Zylinder gespritzt um die Temperaturen zu begrenzen. Um die knallenden Geräusche der Bremse zu dämpfen, wurde ein Schalldämpfer eingebaut oder die komprimierte Luft in einem besonders konstruierten Schornstein (Doppelwandig) entlassen um durch die Saugwirkung das Feuer auch beim bremsen anzufachen.

Das Lokgewicht

Ist das Lokgewicht wichtig ?
Vielleicht das wichtigste überhaupt ! Was nützt die stärkste Maschine, wenn man die Kraft nicht in Zugkraft umsetzen kann. Dieses Problem ist bis heute vorhanden, besonders bei der Geschichte der Dampflok aber am besten zu beobachten.
Wieder ein bißchen Physik...
Die Eisenbahn fährt bekanntlich auf Schienen aus Eisen/Stahl, das Eisenbahnrad ist auch aus Eisen/Stahl. Diese beiden Materialien sind zwar sehr verschleißfest, aber haben einen relativ schlechten Reibwert. Der sogenannte Mü "µ" Faktor, der bei Eisen-Eisen ca. 0,3 beträgt (trockene Schiene). Das heißt nichts anderes, das von jeder Tonne Achsdruck, nur 1 Drittel in Zugkraft umgesetzt werden kann.
In der Geschichte des Lokomotivbaus beginnt nun ein Wechselspiel zwischen immer schwerer werdenden Zügen, Tragkraft der Schienen und dem Lokgewicht (Achsdruck der Treibachsen=Reibgewicht). Je nach Stand der Technik gab es immer wieder Grenzen. Wollte man also die Zugkraft erhöhen mußte man das sogenannte Reibgewicht erhöhen. Wurde hier eine Grenze erreicht, brauchte man eine Treibachse mehr. Jede Treibachse mehr erforderte Gedanken, wie man "sicher die Kurve kriegt"!
Grenze war hier oft die Weiche, die einen relativ engen Radius hat. Anschlussgleise, Rangierbahnhöfe und Hafengebiete erforderten oft Loks mit speziellem Fahrwerk um die engen Radien sicher befahren zu können.
Bei den Einheitsloks war die Grenze in Deutschland bei der BR 06/45 erreicht, Bei der 01 ist der Gesamtabstand zwischen 1. und 3. Kuppelachse 4,6 Meter (Treibraddurchmesser 2,0m), bei der 05 mit 2,3 Meter großen Rädern 5,10 Meter und bei der 06 mit 4 Kuppelachsen von 6,75 m!
Als Vergleich dazu noch die 45 mit 5 Kuppelachsen = 7,4 Meter.

Nachrichten an:    © 1998 - 2018 Alfons Schuerhaus - 13-10-2018