Wie so oft, müssen wir uns mit etwas Geschichte befassen, denn eines ist sicher, die Dampfmaschine gab es bereits vor den Lokomotiven. Die ersten Modelle waren einfach so gross, dass sie nicht auf eine Lokomotive gepackt werden konnten. Es wurde also auf eine bewährte Technik gesetzt, die so gut funktionierte, dass kaum eine Lokomotive nicht damit arbeitete. Doch gehen wir zurück zu den Anfängen und der Idee.

Wenn wir die Geschichte ansehen, dann kommen wir schlicht nicht an Thomas Newcomen vorbei. Er kam am 26. Februar 1663 in Dartmouth England zur Welt. Als Besitzer eines Eisenwarenhandels hatte er zahlreiche Gruben als Kunde. Im Bergbau war das eindringende Wasser ein grosses Problem, denn dieses musste aus den Schächten entfernt werden. Die bisher mühsamen Lösungen in den Bergwerken behinderten die Arbeiten.

Im Jahre 1712 wurde im Kohlebergwerk von Staffordshire erstmals eine von Thomas Newcomen installierte Dampfmaschine verwendet. Diese wirkte als Pumpe und kann von der Wirkweise nicht mit den Modellen verglichen werden, die später kamen. Thomas Newcomen verstarb am 05. August 1729 und somit kurze Zeit später in London. Er gilt als Erfinder der Dampfmaschine, auch wenn das immer wieder einer anderen Personal zugesprochen wird.

Bevor wir uns damit befassen, sehen wir uns die Dampfmaschine nach Newcomen etwas genauer an. Der in einem einfachen Kessel erzeugte Dampf wurde in einen Zylinder geleitet und stiess dort einen Kolben aus. Danach wurde die Zufuhr von Dampf unterbrochen und der Zylinder mit Wasser gekühlt. Da durch die Bildung von Wasser ein Vakuum entstand, wurde der Zylinder wieder nach unten gezogen, wo dann erneut Dampf wartete.

Die eigentliche Pumpe für das Wasser aus der Grube, war über einen Balancier am Zylinder angeschlossen worden. Dadurch konnte das Wasser abgepumpt werden und die Maschine arbeitete zuverlässig. Jedoch müssen wir bedenken, dass mit dieser Dampfmaschine ein Wirkungsgrad von 0.5 erreicht wurde und daher wirklich sehr gering war. Aber das Prinzip von Dampf, der den Kolben ausstösst um dann dort wieder entfernt zu werden, haben wir.

Das grösste Problem war, dass Thomas Newcomen seine Dampfmaschine nicht als Patent anmelden konnte. Diese Rechte hatte sich Thomas Savery mit einer nahezu unbrauchbaren Lösung zugesichert. Vorsorglich hatte er weitreichenden Patente aus-stellen lassen.

Alleine diese Tatsache sorgte dafür, dass jene Per-son, die dann die Anlage verbesserte als Erfinder der funktionieren Dampfmaschine genannt wurde. Newcomen ging beinahe vergessen.

Oftmals wird James Watt die Erfindung der Dampf-maschine zugeschlagen. Dabei verbesserte er nur die erste Maschine von Newcomen so, dass sie deutlich besser funktionierte.

Wegen seinen Bemühungen um die Entwicklung der Dampfmaschine und damit James Watt zu würdi-gen, wurde die Leistung mit den Namen Watt ver-sehen. Eigentlich wäre diese Einheit Thomas Newcomen zugestanden, aber das erlebte er nicht mehr.

Die Dampfmaschine nach James Watt entsprach schon eher den Modellen, die bei den Lokomotiven verbaut wurden. Bei allen blieb jedoch die Funktion. Mit Hilfe von Dampf wird in einem zylindrischen Körper ein Kolben verschoben. Es entsteht so eine lineare Bewegung. Bei Watt wurde nun der Dampf auf der anderen Seite vom Kolben zugeführt und so der Kolben erneut verschoben. Es konnte so deutlich mehr Leistung erzeugt werden.

Damit haben wir die Dampfmaschine, die mit einem als Zylinder bezeichneten Bauteil arbeitete. Dazu kam dann noch eine Vorrichtung, die den Dampf auf der richtigen Seite in den Zylinder liess. Was dann ebenfalls noch benötigt wird, ist eine Vorrichtung, die das ganze regelt. Diese Steuerungen waren bei Lokomotiven so unterschiedlich, dass wir diese getrennt ansehen müssen. Wir hier sehen zu, dass wir den Zylinder verstehen.

Hauptbestandteil der Dampfmaschine ist der Dampfzylinder. Wenn wir einen solchen Zylinder im Schnitt betrachten, erkennen wir, dass er mehrere Teile besitzt. Der Hauptteil ist die zylindrische Röhre, die dem Bauteil letztlich seinen Namen gab. Dabei wurde der Begriff wirklich von den gleichnamigen Hüten abgeleitet. Fachlich wird hier jedoch von einer Bohrung gesprochen und das konnte teilweise sogar ernst genommen werden.

Letztlich spielt es beim Aufbau keine Rolle, wie das Ge-häuse gestaltet wurde. Der wichtige Teil beim Zylinder war die Bohrung und somit das Loch. Dieses musste genau gefertigt werden.

Dampfzylinder wurden immer als runde Bohrung gewählt, denn diese konnten mit den hohen Kräften in den Ma-schinen besser umgehen, als das bei eckigen Lösungen der Fall gewesen wäre. Oft reichte das allein nicht mehr und so musste verstärkt werden.

Bei Dampfmaschinen mit hoher Leistung wurden die Zylinder in einem Zylinderblock zusammen gefasst. Das massive Gussteil bot den Widerstand, der benötigt wurde.

Die einzelnen Dampfzylinder wurden als Bohrung in dieses Gussteil eingebaut. Die massiven Zylinderblöcke kamen je-doch erst auf, als mit mehr als zwei Maschinen gearbeitet wurde. Die mechanische Konstruktion konnte so verein-facht werden.

Ob nun eine Röhre, oder ein Zylinderblock benutzt wurde, spielt keine Rolle. In diese Bohrung eingebaut wurde ein beweglicher Kolben. Der war so eingebaut worden, dass er auch die Lücke zur Wand abgedichtete.

Bei der einseitigen Maschine nach Newcomen, wurde dann Dampf auf einer Seite in das sonst verschlossene Rohr gelassen. Durch die Kraft wurde der Kolben an das Ende der Bohrung verschoben und dort vom Dampf gehalten.

Bedingt durch die Zeit, bis der Dampf im Bauteil wieder abgekühlt war, sorgte dafür dass bei der Lösung nach Newcomen langsame Laufzeiten vorhanden waren. Die Maschine arbeitete sehr gemütlich und das reichte für eine Pumpe durchaus, aber nicht für den Antrieb eines Fahrzeuges, denn dort musste die Kraft besser aufgebaut werden, als das bei Newcomen der Fall gewesen war und damit kommen wir auch zu Watt und seiner Lösung.

Bei der zweiseitigen Lösung nach Watt, wurde nun Dampf auf der anderen Seite zugeführt und der Kolben verschob sich auf die andere Seite. Wir haben damit eine doppelte Wirkweise erhalten.

Der Dampf aus dem ersten Schritt wurde hier nicht gekühlt, sondern einfach aus dem Zylinder gelassen und nicht mehr weiter genutzt. Diese Maschine konnte schneller arbeiten, da nicht auf die Ab-kühlung gewartet werden musste.

An diesem Kolben wurde dann nur noch die Kolben-stange befestigt und aus dem Zylinder geführt. Die-se Kolbenstange ergab dann die lineare Bewegung, die von den angeschlossenen Antrieben in ein Dreh-moment umgewandelt wurde.

Die Räder der Lokomotive wandelten dieses schliesslich mit Hilfe der Haftreibung in Zugkraft um. Damit wurde mit der Kolbenstange nur die Richtung und die Kraft übertragen.

Bei den Kolbenstangen gab es zwei unterschiedliche Ausführungen. Bei der einfachen Lösung wurde diese nur auf einer Seite am Kolben befestigt. Es gab aber auch Modelle, die auf beiden Seiten über eine Stange verfügten. Diese wurden meist bei grösseren Zylindern benötigt, da so der Kolben in der Bohrung über einen besseren Lauf verfügte. Durch die doppelte Führung verklemmte er weniger und daher wurde oft so gearbeitet.

Der so aufgebaute Zylinder hat ein Problem. Stand die Maschine still, verblieb im Gegensatz zur Lösung nach Newcomen Dampf im Zylinder zurück. Da dieser nun auskühlen konnte, entstand durch die Kühlung wieder Wasser. Newcomen liess diese Flüssigkeit einfach abfliessen. Bei der Lösung nach Watt wird aber die Leistung geschmälert, weil Wasser nicht komprimiert werden konnte. Die Rückstände verringerten schlicht die Fläche, wo der Dampf wirkte.

Um Wasser aus dem Zylinder zu befördern, musste dieser geöffnet werden. Alleine durch den Aufbau mit den auf hohe Kräfte ausgelegten Verschraub-ungen verhinderte, dass man dazu den Zylinder jedes mal öffnen musste.

Man benötigte eine Lösung, die das Wasser mit Hilfe des einströmenden Dampfes aus dem Bauteil beför-derte. Einfache Hähne sollten dies ermöglichen und diese hatten einem ganz speziellen Namen erhalten.

Die Hähne zur Entfernung von Wasser aus einem Dampfzylinder wurden Schlemmhähne genannt. Dabei wurde damals als Schlemme das Wasser im Zylinder bezeichnet. Bei Bedarf konnten diese geöffnet werden. Dadurch sorgte der einströmende Dampf dafür, dass das Wasser mit ihm zusammen aus dem Zylinder strömte. Die Maschine begann damit deutlich besser zu funktionieren und nun kommen wir zum Ring am Kamin.

Waren die Schlemmhähne geöffnet, strömte der Dampf aus dem Zylinder, da er dabei das Wasser aufnahmen, entstand eine weisse Wolke. Diese war bei den Lokomotiven mit Überhitzer aber deutlich heisser, als das normal war. Wer zu nahe bei den Zylindern war, konnte durch den ausströmenden Dampf schwere Verbrennung davon tragen. Daher sollte man sich darauf achten, wo man sich bei so einem Fahrzeug genau hinstellt.

Das Problem bei den doppelseitigen Dampfmaschinen war, dass hier die Zugänge immer anders angeschlossen werden mussten. In einem Teil der Zylinders musste Dampf einströmen, während dieser am anderen Ende aus dem Zylinder gestossen wurde. Bei der umgekehrten Richtung, änderten sich diese Anschlüsse wieder und daher konnte man nicht mehr mit der einfachen Lösung, wie bei Newcomen gearbeitet werden.

Ein Schlüsselteil der Dampfmaschine ist der Schieberkasten. Dieser spezielle Kasten geröhrt dazu und er regelt die Zufuhr von Dampf. Auch der Weg für den aus dem Zylinder entlassenen Dampf ist in diesem Schieberkasten vorhanden. Daher lohnt es sich, wenn wir dieses Bauteil genauer ansehen, denn wir sind nun beim Herz der Dampfmaschine. Ohne Schieberkasten geht schlicht nichts mehr, denn nur so kann umgeschaltet werden.

Der Schieberkasten regelt, wie sich der Zylinder zu bewegen hat. Dazu gibt es im Schieberkasten die entsprechen Bauteile, die wir nun ansehen werden. Dabei lohnt sich diese Betrachtung nur, wenn wir Dampf haben.

Mit diesem können wir den Weg verfolgen und so die Baugruppen kennen lernen. Daher beginnen wir nun dort, wo wir aufgehört haben und das ist beim Dampfdom. Die Dampftrockner und Überhitzer spie-len jetzt keine Rolle.

Als Schaltelement dient der Regulator. Dieser regelt die Menge des zugeführten Dampfes. Dabei öffnet er die Leitung nicht gleichmässig. Bei einer geringen Öffnung musste der Dampf über eine Drossel fliessen. Erst wenn mehr Dampf verlangt wurde, öffnete sich der Regulator vollständig. Eine Lösung, die so berücksichtigte, dass der Dampffluss nicht leicht eingestellt werden konnte und die Bedienung wurde einfacher.

Der von diesem Schaltelement in die Leitung gelassene Dampf wurde anschliessend je nach Bauart dem Dampftrockner, oder dem Überhitzer zugeführt. Diese erzeugten dann den Dampf für die Maschinen. Eine weitere Aufbereitung gab es nicht, weil nun einfach ein Dampfrohr zu den mindestens zwei verbauten Maschinen geführt wurde. Unterschiede gab es nicht, denn der Dampf beendete seine Reise sehr schnell im Schieberkasten.

Wichtigstes Bauteil im Schieberkasten ist der Schieber, der auch für den Namen verantwortlich war. Dabei können Sie sich das Bauteil einfach als eine spezielle Abdeckung vorstellen, die über den Zugängen zum Zylinder verschoben wurde. Aufgebaut sind diese Schieber so, dass geregelt wird, wie der Dampf in die einzelnen Zylinderseiten geführt wird. Dabei konnten sogar auch nur geringe Mengen Dampf zugeführt werden.

Um es besser zu verstehen, gehen wir wieder in die Küche. Nehmen Sie einen Suppenteller und legen Sie ihn verkehrt herum auf den Tisch. Natürlich ohne dass vorher Suppe darin war. Wenn Sie diesen nun über den Rand des Tisches ziehen, wird ein Teil der Öffnung sichtbar. In diese kann nun der Dampf vom Regulator fliessen. Die Kante des Tisches ist nur eine Trennwand, so dass der Dampf weitergeleitet wird und so die Arbeit verrichtet.

War genug Dampf in den Zylinder gelangt, wurde der Schieber verschoben und der Zugang vom Dampfrohr wieder verschlossen. Es floss kein Dampf mehr in den Zylinder. Die sich nun im Zylinder befindliche Menge Wasserdampf wurde als Füllung bezeichnet. Je nach Position des Schiebers kann diese verändert werden. So kann die Leistung der Dampfmaschine eingestellt werden, denn das erfolgte mit dem Druck und der Füllung.

Wurde der Schieber weiter verschoben, öffnete sich der Weg zum Ausströmkanal. Wie es der Name schon sagt, ist das die Leitung, die den Dampf vom Zylinder der weiteren Verwendung, oder je nach Bauart dem Blasrohr zuführt. Durch die Bezeichnung konnte der Ausströmkanal auch in der Beschreibung vom Dampfrohr unterschieden werden, denn dieses enthielt noch den frischen Dampf aus dem Kessel und damit ab dem Regulator.

Der zweite vorhandene Schieber eines Zylinders arbeitete jedoch umgekehrt. Hier war zuerst der Ausströmkanal und erst im zweiten Schritt des Dampfrohr verbunden. Der sich im Ausströmkanal befindliche Dampf wurde als entspannt angesehen, denn er hatte in der Maschine die Arbeit getan und wir müssen nur noch bei beiden Bauarten vergleichen und das ist nicht so schlimm, wie sie denken könnten, denn die Funktion änderte nicht.

Der Flachschieber entsprach eigentlich dem vorher benutzten Teller. Die Lösung war einfach im Aufbau und konnte in relativ kleinen Schieberkästen einge-baut werden.

Zudem war eine einfache Produktion vorhanden, die dafür sorgte, dass diese Bauweise billig in der Anschaffung war und das ist bei Lokomotiven immer ein Thema. Flachschieber sind am flachen oberen Abschluss der Dampfzylinder zu erkennen.

Hauptproblem der Flachschieber war, dass sie durch die Führungen ein leichtes Spiel benötigten. Bei hohen Drücken beim Dampf konnten die Schie-ber so durch den Druck im Zylinder angehoben wer-den.

Dadurch konnte Dampf fälschlicherweise durch den Schieberkasten fliessen. Je höher der Dampfdruck war, desto mehr wurde gegen die Flachschieber gedrückt. Mit zunehmender Steigerung des Druckes, konnten diese Schieber nicht mehr benutzt werden.

Der Kolbenschieber ist vom Aufbau her mit den Dampfmaschinen zu vergleichen. In einem Zylinder verschob sich der runde Kolben und gab die Wege frei. Bei der Funktion gab es keine Änderung, aber bei den wirksamen Kräften, denn hier konnten die Schieber nicht mehr durch den Dampfdruck aufgedrückt werden, es gab weniger Störungen und auch höhere Werte beim Dampfdruck konnten hier aufgenommen werden.

Da die Konstruktion dieser Kolbenschieber aufwendiger ist, sind auch die Kosten hoch. Daher werden Sie auch nur dort verbaut, wo des mit den Flachschiebern zu Problemen kommen konnte. Das war wichtig, weil jede Dampfmaschinen den eigenen Schieberkasten hatte. Das wirkte sich besonders dann auch, wenn mehr als nur zwei Maschinen verbaut wurden. Doch gab es auch dort zwei verschiedene Lösungen bei den Schaltungen der Zylinder.