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Dampflokomotive


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Eine Dampflokomotive (kurz "Dampflok") ist eine Zugmaschine der Eisenbahn . Die Dampflokomotive besteht im Prinzip aus stählernen Rahmen mit dem Dampfkessel der Feuerbüchse der Kolbendampfmaschine samt Übertragungsgestänge. Der Rahmen ruht den Treibrädern und oft zusätzlichen Stütz-Laufrädern.

Dampflokomotiven beziehen ihre Primärenergie aus der der zumeist mitgeführten Brennstoffe (Holz Kohle Kohlenstaub Öl). Der damit geheizte Dampfkessel erzeugt aus mitgeführtem Wasser den Dampf für die Dampfmaschine deren Kolben über die Treib- und Kuppelräder drehen.

Die Dampflokomotive war die ursprüngliche und Zeit vorherrschende Lokomotivbauart. Sie war das erste welches größere Leistung mit kompakter Bauform vereinen und so die erfolgreiche Verbreitung des Eisenbahn-Systems

  • 1769 Straßen-Dampfwagen von Nicholas Cugnot als Technischer Vorläufer der Dampflok
  • 1804 baute Richard Trevithick die erste Dampflokomotive.
  • 1814 baute George Stephenson eine Bergwerkslokomotive.
  • 1824 wurde die Eisenbahnstrecke zwischen Stockton und England mit der von Stephenson gebauten Locomotion

Inhaltsverzeichnis

Dampferzeugung und Energieumwandlung

Nassdampf

Durch Verbrennung von Holz Kohle oder Öl wird im Dampfkessel der Lok unter Druck stehender Dampf Die meisten Dampfloks haben eine einfache Rostfeuerung flachem Feuerbett. Es gab auch Bauformen die Kohlenstaub oder mit einer Ölfeuerung und einem arbeiteten. Spezielle Schwerölbrenner heizten hier das Schweröl das dann mit einem Dampfstrahl zerstäubt wurde.

Die Verbrennungwärme wird an den Wänden Feuerbüchse und durch über 100 Rauch- und längs durch den Langkessels an das Wasser Das verdampfende Wasser sammelt sich im Dampfraum dem Dampfsammeldom. Der so entstandene Satt- oder mit einer Temperatur von 170 bis 200 Celsius enthält wegen des Drucks noch eine feinster Wassertropfen.

Siehe auch: Dampfkessel

Lokomotivkessel mit Rauch- und Überhitzerrohren

Heißdampf

In modernen Dampflokomotiven wird der Dampf Dampfdom weitergeleitet in eine Überhitzereinrichtung . Diese sitzen als U-förmig gebogene Rohre den Rauchrohren. Durch die Überhitzung steigt die auf 300 bis 400 Grad und die verdampfen ebenfalls. Ohne Drucksteigerung enthält daher der mehr Energie. Vom Überhitzer wird der Dampf Haupteinströmrohr der Kolbenmaschine geleitet und bewegt dort Kolben. So wird die die Wärmeenergie in Energie umgewandelt.

Kolbendampfmaschine der Dampflok

Die Kolben im Zylinder der Dampfmaschine werden wechselnd von vorn hinten mit Dampf beaufschlagt. Die Bewegung des wird auf die Treibräder und damit in eine rotierende Bewegung

Die Anpassung des Dampfverbrauchs an die Betriebsbedingungen wird mit einer zusätzlichen Gestänge- Steuerung und deren Schieberkolben in einem Schieberzylinder Die Schieber eilen der Kolbenbewegung jeweils wechselnd Ist der Schieber offen so wird der mit Dampf beaufschlagt schließt der Schieber so der eingefüllte Dampf.

Durch variables Einstellen der Steuerung lässt z.B. eine hohe Anfahrzugkraft durch lange Dampffüllung den Kolbenweg erreichen. Durch Verminderung der Füllzeiten hoher Geschwindigkeit wird der Dampfverbrauch pro Kolbenhub das notwendige Maß reduziert die Energieausnutzung wirtschaftlicher. Regler mit einem Hilfs- und Hauptkolben regelt den Dampfdruck im Schieberkasten. Der Lokführer betätigt Hilfskolben an dem der Kesseldampfdruck anliegt. Durch Vorsteuerung dieses Drucks wird der Hauptkolben nachgeführt den Schieberkasten füllt. Damit wird gewährleistet dass schnellerem Lauf und höherer Füllfrequenz genügend Dampf Zylinderfüllung verbleibt.

Durch Umsteuern der Füllreihenfolge kann die umgekehrt werden. Damit eine Dampflok auch bei Totpunktlage eines Kurbelangriffspunktes anfahren kann sind die der gegenüberliegenden Räder um 90° (bei Dreizylinder-Maschinen 120° bei Vierzylindermaschinen wieder um 90°) versetzt Einen gegengesteuerten Dampfdruck verwendete man auch als um den Zug zu bremsen.

Fahrwerk

Gekuppelte Räder

Die Zugkraft einer Kolbendampfmaschine mit Rädern sich nur dann zur maximalen Wirkung bringen zwischen Rädern und Schienen genügend Haftreibung vorhanden damit die Räder nicht schleudern (durchdrehen). Ein dazu ist die Last auf dem Rad der Achse zu erhöhen. Diese Möglichkeit ist begrenzt daher werden mehrere Räder an Zapfen Kuppelstangen miteinander verbunden um das gesamte Reibungsgewicht den Antrieb zu erhöhen. Daher ergibt sich allem für zugstarke Güterzugloks das Bild von relativ kleinen Rädern (vier bis sechs auf Seite) die mit Kuppelstange verbunden sind.

Radgröße

Schnellzugloks sollen mit jeder Radumdrehung einen langen Weg zurücklegen. Dies bedingt dann größere (bis 2 30 Meter Durchmesser) von denen jedoch nicht so viel wie bei einer unter dem Rahmen untergebracht werden können (zwei vier auf jeder Seite). Als Folge sind Schnellzugloks bei gleicher Kesselleistung weniger zugkräftig. Durch eingeschränkte Beweglichkeit der hintereinandergekuppelten Achsen leidet die des Fahrwerks. Dem wird durch leichte Seitenverschiebbarkeit Achsen im Rahmen und durch geschwächte Spurkränze den inneren Radsätzen entgegengewirkt.

Wasserversorgung

Da im Fahrbetrieb der Dampf aus Zylindern über den Schornstein oder über Zylinderventile Anfahren) in die Umgebung entlassen wird muss Wasservorrat im Kessel ständig nachgefüllt werden. Dafür ein Wasservorrat in Zusatztanks oder in einem mitgeführt.

Für die Auffüllung des unter Druck Kessels werden gewöhnlich Kolbenpumpen oder Injektorpumpen verwendet. In der Injektorpumpe reißt ein Dampfstrahl Wasser in der mit und drückt es in den Kesselraum. primäre Pumpe ist gewöhnlich eine doppelt wirkende Kolbenpumpe. beidseitig mit Dampf beaufschlagter Dampfkolben treibt einen parallelgeschalteten Wasserkolben an der das Wasser in Kessel drückt.

In der Frühzeit geschah das Speisen Kessels meist mit Plungerpumpen oder Fahrpumpen. Diese über eine Hubscheibe auf einer Achse (Exzenter) gekröpfte Achse während der Fahrt der Lokomotive Der Vorteil dieser Methode ist dass sich Fördermenge annähernd proportional zum zurückgelegten Weg verhält Regelung der Menge geschah durch einen regelbaren Allerdings musste die Lokomotive bei längeren Aufenthalten vom Zug abkuppeln und auf einem freien hin- und her fahren bis der Wasserstand die gewünschte Höhe erreicht hatte.

Kolbenpumpen und Plungerpumpen ist gemeinsam dass kaltes Wasser in den Kessel speisen sofern spezielle Speisewasservorwärmung vorhanden ist.

Luft- und Rauchgasführung

Die Frischluftzuführung für die Verbrennung erfolgt Aschkasten und Feuerrosten unterhalb der Roste. Geregelt die Luftzufuhr mit Luftklappen. Für eine genügende sind lange Schornsteine wie bei den frühen Lokomotiven günstig. Bei zunehmender Größe der Lokomotiven die Größe der Schornsteine jedoch durch das Lichtraumprofil der Strecke eingeschränkt. Daher wurde schon Stephenson das Blasrohr entwickelt das am Boden Rauchkammer sitzt und den Maschinenabdampf durch den Schornstein bläst. Nach dem Injektorprinzip werden dabei umgebenden Rauchgase mitgerissen. Weil der Abdampf nur der Fahrt unter Last und nicht im oder Stillstand zur Verfügung steht ist noch Hilfsbläser eingebaut der aus einem Rohrring mit um den Blasrohrkopf besteht.

Führungsmannschaft

Dampflokomotiven haben in der Regel über Rahmen und hinter der Feuerbüchse ein Führerhaus. dort werden sie von einem Zwei-Mann-Team gesteuert. Lokführer steuert die Fahrbedienungen (vor allem Regler und Bremse) und ist hauptamtlich für die Signalbeobachtung zuständig der Heizer überwacht und betreibt Feuerung und Dampferzeugung (Brennstoff- und Wasser-Nachschub Druckerzeugung) unterstützt den Lokführer bei der Signal-Beobachtung (Meldung Bestätigung).

Grenzen der Entwicklung und Sonderbauformen

Allgemeine Grenzen

Die Leistungen der Dampflokomotive werden bestimmt Kolbendurchmesser Dampfdruck Zylinderzahl Anzahl der Treibräder und Durchmesser. Alle diese Parameter sind jedoch nur erweiterbar. Der Raddurchmesser ist entscheidend für die kann aber nicht beliebig gesteigert werden ohne Größe anderer Bauteile – besonders des Kessels sowie die Zugkraft zu beeinträchtigen. Die Unwuchten bewegten Massen im Kurbeltrieb können auch nicht aufgefangen werden sie führen zu unruhiger Fahrt höheren Geschwindigkeiten.

Beim Dampfdruck sind 16 bis 20 bar sehr verbreitet. Dampfloks mit höherem Dampfdruck (bis erforderten langfristig aufwendigere Instandhaltungsarbeiten und wurden daher weiterentwickelt.

Baulich bedingt läßt sich die Zylinderzahl bis vier Stück steigern. Es gab Lokomotiven mit Hochdruckzylindern und nachgeordneten Niederdruckzylindern ( Verbundmaschinen )das Arbeitsvermögen des Dampfes besonders gut auszunutzen Da die Instandhaltungskosten dabei stiegen haben sich (allerdings regional unterschiedlich) Loks mit zwei oder Zylindern und nur einer Expansionsstufe durchgesetzt: z.B. England und Norddeutschland einfache Dampfdehung insb. Frankreich Süddeutschland hauptsächlich Verbundmaschinen.

Unter den mitteleuropäischen Bedingungen entstanden damit die bis 200 km/h Spitzengeschwindigkeit erreichten ( Deutsche Reichsbahn Lok 05 002 Achsfolge 2`C 2`h3 und die britische LNER-Lok Mallard mit der Achsfolge 2`C1`) und bis 5300 PS bzw. 4000 kW Leistung hatten ( SNCF Baureihe 242 A1 Achsfolge 2`D 2` h4v). Letztere war Werk des genialen französischen Ingenieurs André Chapelon der wegen der finanziellen Lage seiner für die französischen Eisenbahnen nur Umbauten jedoch Neukonstruktionen von Dampflokomotiven durchführen konnte. Seine bei Umbauten unter Beweis gestellten Fähigkeiten und seine für Neukonstruktionen hätten Dampflokomotiven erwarten lassen die in die heutige Zeit mit Groß- Diesellokomotiven hätten konkurrieren können.

Die weltweit größten Dampfloks waren die Mallet-Lokomotiven Big Boy der amerikanischen Union Pacific Railroad mit Achsfolge (2`D)` D 2`. Bezogen auf das Leistungsgewicht (Kilogramm PS bzw. kW) galt die von André Chapelon umgebaute 232 U1 der französischen SNCF eine 2'C2'-hv4-Maschine als leistungsfähigste Maschine. Der Typ war wohl die BR 50/52 eine 1'E h2-Güterzuglok Deutschen Reichsbahn später der Deutschen Bundesbahn mit knapp 10.000 Stück.

Vordergründig der geringe ökonomische Wirkungsgrad (meist 8 bis 10%) und die Verschmutzungen durch führten dazu dass die Dampflok immer mehr Diesel- und Elektroloks abgelöst wurde. Allerdings sind – oben erwähnt – die konstruktiven Möglichkeiten der Dampflokomotive dieser Zeit noch nicht vollständig ausgenutzt worden.

Geschwindigkeits-Entwicklung

  • 1769 Frankreich Dampfwagen von Cugnot 3 - 5 km/h
  • 1830 England Liverpool-Manchester "Rocket" 48 km/h
  • 1835 England Liverpool-Manchester die 100 km/h-Marke wird mit einer Lokomotive von Sharp und Roberts
  • 1890 Frankreich "Crampton n°604" erreicht 144 km/h
  • 1893 USA Dampflok "Nr.999" erreicht 181 km/h
  • 1907 Deutschland S 2/6 der K.Bay. Sts.-Bahn 154 km/h
  • 1935 Frankreich NORD 3.1174 erreicht 174 km/h
  • 1936 Deutsche Reichsbahn 05 002 erreicht 200 km/h
  • 1938 England LNER A4 "Mallard" erreicht 201 km/h auf leicht geneigter Strecke

Sonder-Entwicklungen

Höhere Anforderungen günstige oder ungünstigere Bedingungen zu Sonderbauformen von Dampflokomotiven geführt. Hier sind allem die zu Beginn in Frankreich und Deutschland sehr verbreiteten Crampton-Lokomotiven die später erscheinenden Mallet - und Garrat-Lokomotiven sowie Antriebs-Varianten zu nennen.

  • Antriebs-Varianten
    • Baulich der Dampflok ähnliche Pressluftlokomotiven bevorzugt in Umgebungen mit Feuer- oder z.B. Kohlebergbau (Kohlestaubexplosionen).
    • Speicherdampflokomotiven (entsprechen einer Dampflokomotive ohne Feuerung die von außen zugeführten Dampf betrieben wird)
    • Dampflokomotiven mit elektrischer Dampferzeugung die aus Oberleitung gespeist wurde (zeitweise in der Schweiz).
    • Getriebelokomotiven mit Antrieb der Treibachsen über
    • Dampfmotorlokomotiven mit zahlreichen schnellaufenden Dampfkolbenmaschinen
    • Dampfturbolokomotiven als dampfturbomechanische oder dampfturboelektrische Lokomotiven.

Weblinks

  • http://www.dlok.de - Umfangreiche Seite zur Technik von
  • http://epoche-3.de/ - Deutsche Dampflokomotiven in den 50er 60er Jahren



Bücher zum Thema Dampflokomotive

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