Aufbereitung des Dampfes

                       

Bevor wir tiefer ins Thema einsteigen ein allgemeiner Hinweis. Wasserdampf ist nicht gleich Wasserdampf. Es ist so, denn entscheidend ist, wie hoch die Temperatur liegt. Klingt alles etwas verworren und daher beginnen wir mit einem einfachen Schritt. Wir schauen einmal an, was wir in unserem Kessel für einen Dampf produzieren. Das hängt mitunter auch vom Druck im Kessel ab. Dabei waren bis auf ein Modell die Dampfmaschinen gnädig.

Wir müssen wissen, dass mit zunehmendem Druck das Wasser heisser werden muss, als normal. Neh-men wir für das Verständnis wieder unseren Topf mit den Nudeln. Zuerst reisen wir damit an die Küste.

Dort messen wir die Temperatur des Wassers, wenn der Siedepunkt erreicht wird. Das wird bei unge-fähr 100 °C der Fall sein. Genau das entspricht der Regel, denn Normen werden sehr oft auf die Höhe Normalnull und somit auf die Meere gerechnet.

Ändern wir nun unseren Standort und reisen mit dem Topf auf das Jungfraujoch. Das geht bequem mit der Eisenbahn. Dort erhitzen wird das Wasser wieder so lange, bis es siedet.

Zuerst werden wir feststellen, dass dies deutlich schneller der Fall ist. Wenn wir nun die Temperatur messen, dann liegt die Temperatur deutlich tiefer, als noch am Meer.

Nur schon der geringere Luftdruck in der Höhe die-ses Bahnhofes senkte also den Siedepunkt von Was-ser.

In einem Kessel wird mit einem deutlichen Überdruck gearbeitet. Je nach Baureihe lagen die Werte zwischen zehn und 15 bar. Wobei natürlich die Ausnahmen die Regel bestätigen. Bei diesen Werten muss also deutlich mehr Wärme eingetragen werden, damit das Wasser zu sieden beginnt. Mit diesem Anstieg wird nun auch der Dampf deutlich wärmer, als das bei unseren Topf der Fall war, denn der Wert lag da auf Meereshöhe bei 100°C.

Der Nassdampf: Bei den vorher erwähnten Drücken entsteht in einem Kessel Nassdampf. Dabei ist die Definition für diese Art des Dampfes noch simpel einfach. Die Temperatur des Dampfes liegt bei einem Wert von weniger als 374°C und unter einem Druck von 221.2 bar. Allein die Werte des Druckes können bei keiner Lokomotive erreicht werden. Bei Modellen, die mit 15 bar arbeiten, wird die Temperatur knapp nicht erreicht.

Anhand dieser Definition ist also der Dampf in unserem Topf gleich, wie jener aus dem Kessel einer Dampflokomotive. Das zeigt wie breit dieses Feld bei der Temperatur effektiv abgesteckt worden ist. Beim erforderlichen Druck müssen wir in jedem Fall passen.

Nur stellt sich dann die Frage, ob man diesen Nassdampf denn auch erkennen kann? Es ist schon wichtig, dass man erkennt, ob man sich da einer 374°C heissen Wolke nähert. Wie es der Name schon sagt, dieser Dampf ist recht nass, da er noch viel Wasser enthält. Die weisse Färbung kommt von diesen eingeschlossenen Wasser Tröpfchen.

Es ist der gleiche Effekt, wie er hoch im Himmel mit den Wolken passiert. Auch diese werden daher weiss. Wenn man von diesem Dampf umgeben ist, dann spürt man die Feuchtigkeit auf der Haut. Es fühlt sich nass an und deshalb wird auch der Begriff Nassdampf benutzt.

Wie heiss nun diese Wolke ist, kann nicht erkannt werden. Daher ist ein kleiner guter Rat, sich bei einer Dampflokomotive nicht in der Nähe der Zylinder aufzuhalten. Wir werden noch erfahren, dass dort auch Dampf austreten konnte und der ist wirklich sehr heiss.

Zum Glück kühlt er schnell wieder ab, das erkennt man in der Wolke, die sich auflöst. Dampf ist daher überall vorhanden und in einem Kessel kann nur dieser Nassdampf entstehen.

Wirklich? Gut bei den Angaben beschränkte ich mich auf die Schweiz, denn die ganze Welt wollte ich nicht nach anderen Werten absuchen. Nur eben auch in dem Land, das bekannt für die elektrischen Lokomotiven ist, gab es diese berühmte Ausnahme. Ein Exot, der sogar so exotisch war, dass kaum jemand von diesem Ungetüm wusste und das auch in der Zeit, wo es die Schweiz unsicher machte, und versuchte mit den Kurzschliessern mitzuhalten.

Nun kommen wir zu der bereits erwähnten Lokomotive. Diese hatte die Bezeichnung Eb 3/5 erhalten. Eine Nummer wurde diesem Versuchsträger nicht vergeben. Nicht einmal dazu reichte es.

Der Grund war, dass das Modell nicht zum Bestand der Schweizerischen Bundesbahnen SBB gehörte. Vielmehr war das Fahrzeug im Besitz der Schweizerischen Lokomotiv- und Maschinenfabrik SLM. Baujahr war 1928, als eigentlich alles längst klar war.

Dank einem speziellen Kessel konnte bei dieser Maschine der Druck des Dampfes auf einen Wert von 60 bar erhöht werden. Alleine wegen dem extrem hohen Druck wurde die Tempera-tur so weit erhöht, dass der Dampf zu heiss wurde.

So konnte er noch knapp als Nassdampf bezeichnet werden. Sie sehen, es war also möglich mit einem Kessel auch eine Temperatur von mehr als 374 °C zu erreichen. Nur wirklich sinnvoll war diese Lösung nicht.

Schon oft habe ich erwähnt, dass Wasser keine gute Idee war. Der aus dem Kessel entnommene Nassdampf enthielt solches und er sollte nicht zu schnell auskühlen, denn dann schied er Wasser aus. Aus diesem Grund wurden die Dampfleitungen so lange es ging innerhalb des Kessels geführt. So wurde noch einmal etwas Wärme zugeführt und die Auskühlung verzögert. Das reichte durchaus, dass damit gefahren werden konnte.

Um die Probleme mit dem Wasser zu vermindern, gab es zwei praktikable Lösungen. Dabei war gemeinsam, dass aus dem Dampf das Wasser entfernt werden sollte. Eine einfache Idee, die nicht so leicht umgesetzt werden konnte, denn trockener wurde der Dampf nur mit mehr Druck und den konnten die Kessel nicht mehr aushalten. Es mussten andere Lösungen gefunden werden und der erste Ansatz ist logisch, man trocknete den Dampf einfach.

Der Dampftrockner
                       

Herzlich willkommen in der Welt der Dampftrockner. Diese dürfen nicht mit den später noch vorgestellten Überhitzern verglichen werden. Dabei waren aber die Unterschiede beim Aufbau gering, aber nicht beim Ergebnis. Es versteht sich, dass in der Schweiz nicht sehr viele Lokomotiven mit einem solchen Dampftrockner versehen wurden. Auf Grund der Erfolge dieser Einrichtung, kamen dann die verbesserten Lösungen.

Wenn wir etwas mehr über diese Dampftrockner erfah-ren wollen, dann benötigen wir die damit versehene Baureihe.

Damit sind wir bei der Schnellzugslokomotive A3T der Gotthardbahn.

Sie machten in der Schweiz den ersten Schritt in die Richtung der Aufbereitung des Dampfes.

Der Erfolg dieser Baureihe sollte sich dann in den weiteren Verbesserungen bei der Wirkung zeigen. Doch noch lassen wir diese weg, denn wir befinden uns beim Dampftrockner.

Bei den erwähnten Lokomotiven der Gotthardbahngesellschaft wurde ein Dampftrockner der Bauart Pielock eingebaut. Diese Bezeichnung wurde nach dem Erfinder benannt. Dabei ist über den am 12. Mai 1851 in Liegnitz geborenen Eduard Pielock nicht so viel bekannt. Immerhin kann noch in Erfahrung gebracht werden, das er massgeblich bei der Entwicklung des Dampftrockner beteiligt war. Sein Patent wurde 1905 übertragen.

Nur schon das zeigt, wie unbedeutend der Dampftrockner bereits nach seiner Einführung geworden war. Bei der Aufbereitung des Dampfes fehlte Pielock noch der letzte Mut, den vollen Schritt zu gehen. So entstand ein kleiner Unterschied, der sich aber auswirken sollte. Einfach gesagt, mit dem Modell Pielock gelang der wichtige Schritt nicht. Es fehlte dazu einfach die Steigerung der Temperatur auf mehr als 374 °C und damit raus aus dem Nassdampf.

Sehen wir uns den Aufbau dieses Dampftrockners an. Wie bei anderen Baureihen wurde der Dampf mit dem Regulator dem Dampfdom entnommen. Jedoch wurde das Dampfrohr zur Rauchkammer geführt und endete dort bereits wie beim meinen Bauteil. Dem eigentlichen Herzstück dieses Dampftrockner. Die Rauchkammer wurde gewählt, weil diese wegen den immer noch heissen Rauchgase für die Platzierung ideal war.

Danach kam er in den schon bei der Bauart Pielock als Überhitzerkopf bezeichne-ten Bereich.

Das Bauteil war insofern wichtig, weil hier der Nass-dampf vom Kessel in weite-re Rohre verteilt wurde.

Diese wiederum leiteten den Dampf erneut durch den Langkessel und führten letztlich den Dampf wieder um Kopf.

Ab dort gelangte der Dampf zu den hier angeschlossen-en Dampfmaschinen. Mehr war bei diesem Dampf-trockner wirklich nicht mehr vorhanden.

Im Dampftrockner selber passierte eigentlich gar nicht so viel. Das heisse Wasser im Kessel erwärmte den Dampf im Rohr erneut und dadurch verdampfte das in diesem Nassdampf noch enthaltene Wasser. Der Wasserdampf war dadurch zwar nicht viel wärmer als vorher, aber das im Nassdampf befindliche Wasser war verschwunden. Damit wurde der Dampf getrocknet, was dem Bauteil den Namen Dampftrockner einbrachte.

Dadurch konnten die Dampfmaschinen besser arbeiten, als das vorher der Fall gewesen war. Der Grund war, dass man reinen Dampf viel leichter zusammenpressen konnte. Mit Wasser war das schlicht unmöglich, denn Flüssigkeiten lassen sich nicht komprimieren. Das hatte nun zur Folge, dass die Kraft im ganzen Zylinder wirkte und nicht nur in einen bescheidenen Teil. Selbst das Problem mit der Abkühlung war nicht so schlimm.

So hatte der Dampftrockner der Bauart Pielock seinen Vorteil. So richtig neu war das Prinzip aber nicht, denn bisher wurde das Dampfrohr vom Regulator durch den Kessel geführt und so wirkte auch dort noch einmal das heisse Wasser. Da dort aber nur ein grosses Rohr vorhanden war, war ein Eintrag von Wärme wegen der geringen Fläche nicht besonders hoch. Das reichte einfach noch nicht um den Dampf ausreichend zu trocknen.

Beim Dampftrockner wurde der Dampf durch mehrere dünne Rohre geführt. Dadurch konnte die Heizfläche gesteigert und es konnte vom Dampf deutlich mehr Wärme aufgenommen werden.

Durch setzt in den Rohren erneut die Verdampfung ein und das Wasser im Nassdampf wurde aufgelöst. Deutlicher kann sich die wichtige Sache mit der Heizfläche nicht erklären, denn nur mit der Anpassung der Rohre, konnte eine Verbesserung er-zielt werden,

Auch wenn wir mit der Reihe A3T nur eine Baureihe in der Schweiz haben, die mit diesem Dampftrockner versehen war, konnte sie den Vorteil deutlich aufzeigen.

Das bisher vorhandene Problem mit der Bildung von Wasser auf dem Weg zur Dampfmaschine konnte damit begegnet werden. Deutlicher zeigt sich der Vorteil diese von Eduard Pielock erfundenen Bauteils nicht mehr aus. Übrigens nannte man den Dampf nun getrockneter Dampf.

Bei all den Vorteilen, die der Dampftrockner bot, gab es auch einen Nachteil. Die Schleifen des Bauteils benötigten im Langkessel ebenfalls Platz. Dadurch musste die Anzahl der Rauchrohre vermindert werden. Es ging also ein wesentlicher Teil der indirekten Heizfläche verloren. Die Produktion von Dampf wurde gemildert. Jedoch konnte sich das nicht so negativ auswirken, dass die Vorteile des Dampftrockners nicht gewirkt hätten.

Um gleich zu sagen dem Dampftrockner Pielock gehörte die Zukunft. Damit konnte man bei den Dampfmaschinen die vorhandene Leistung ausnutzen, was bisher schlicht nicht möglich war. Das Problem von Eduard Pielock war, dass es eine verbesserte Lösung für das Problem mit dem zu nassen Dampf gab. Diese nun auch bei den guten Fachleuten Überhitzer genannten Baugruppe war so gut, dass der Dampftrockner vergessen ging.

Der Überhitzer
                       

Der Dampftrockner nach Pielock hatte einen grossen Erfolg gebracht. Das brachte andere Konstrukteure auf die Idee eine ähnliche Einrichtung zu entwickeln. Dabei sollte so viel wie nur möglich vom Dampftrockner übernommen werden. Das war der damals schon Überhitzerkopf genannte Verteiler. Auch an dessen Position änderte man rein gar nichts. So war von aussen eigentlich gar nicht so viel zu sehen, den der grosse Unterschied waren die Rohre.

Beginnen wir die Betrach-tung doch gleich mir dem Überhitzerkopf. Auch wenn man sich dabei eine kom-plizierte Vorrichtung vor-stellt, war der Kopf eigent-lich sehr einfach aufgebaut worden.

Der vom Dampfdom und vom Regulator zuströmende Wasserdampf wurde im Überhitzerkopf lediglich auf die einzelnen Schleifen ver-teilt.

Das Gegenstück verband diese wieder zu einem nor-malen Rohr, das zu den Dampfmaschinen führte.

Somit kann man den Überhitzerkopf aufteilen in den Ein- und den Ausgang. Dabei waren beide Bereiche identisch aufgebaut worden. Der Kopf, also das Hirn verteilte auf mehrere Leitungen und sammelte diese wieder ein, um dann dem Dampfrohr zu übergeben. Soweit gab es zwischen den Dampftrockner und dem Überhitzer keinen Unterschied, denn bei beiden wurden an diesen Kopf die einzelnen Schleifen im Kessel angeschlossen.

Wurden die Schleifen beim Dampftrockner noch durch das Wasser im Kessel geführt, baute man diese Rohre nun in den Rauchrohren ein. Das hatte den Vorteil, dass der Dampf nun direkt von den Rauchgasen erwärmt wurde. Als Folge davon wurde der Wasserdampf getrocknet und die Temperatur weiter gesteigert. Diese Steigerung führte dazu, dass nun von einem Überhitzer gesprochen wurde. Der Dampf war also  deutlich heisser als vorher.

Die Leitungen des Überhitzers wurden passend von den Leuten als Überhitzerschlaufen bezeichnet. Diese verliefen jeweils in einem Rauchrohr, wurden abgedreht und liefen in diesem wieder zurück zum Überhitzerkopf. Die heissen Abgase wirkten dabei die ganze Zeit auf den Dampf ein und sorgten dafür, dass in diesem befindliches Wasser verdampfte. Parallel dazu wurde die Temperatur des Dampfes gesteigert.

Die Schleifen wurden nahezu im ganzen Langkessel verlegt, kamen aber nicht bis zur Feuerbüchse. Der Grund dafür war, dass der direkt vom Feuer kommende Eintrag von Wärme so hoch war, dass diese von den nur mit Dampf gefüllten Schlaufen nicht mehr aufgenommen werden konnte.

Man muss zudem bedenken, diese waren auch nur mit Dampf gefüllt, wenn die Maschinen am arbeiten waren. In den anderen Fällen leerten sie sich.

Auch der Überhitzer hatte seine Nachteile. Zwar wurde im Kessel nicht mehr Platz beansprucht, aber die Rauchrohre mussten grösser ausgeführt werden. Das hatte daher ebenfalls zur Folge, dass die indirekte Heizfläche gemildert wurde. Es ist spannend, denn in diesem Bereich stand der Überhitzer schlechter da, als das noch beim Dampftrockner der Fall gewesen war. Der Vorteil war der heissere und trockene Dampf.

Sie sehen, auch hier war die Verbesserung nicht ohne Einbussen zu haben. Da aber die Kessel schon mit Überhitzer geplant wurden, wurde die geringere Produktion berücksichtigt. Mit einem optimal abgestimmten Kessel konnte nun nicht nur die volle Leistung aus den Zylindern geholt werden. Durch die zusätzliche Verdampfung stieg der Druck in den Dampfmaschinen an und so konnten diese sogar eine grössere Leistung abrufen.

Die Steigerung bei der Leistung betrug gegenüber einer Maschine für Nassdampf rund 20 Prozent. Das ist ein Vorteil, den man nutzen musste und so wurden seit der Einführung Überhitzer eingebaut. Es kam sogar zu nachträglichen Nachrüstungen. Jedoch wurden die Modelle mit dem Dampftrockner nicht verändert, denn auch mit den getrockneten Dampf konnte die Maschine gut arbeiten und auch hier war der druck leicht höher.

Da bei den Überhitzern der Dampf heisser war, wur-den diese Baugruppen am Kamin mit einen Messing-ring gekennzeichnet. Das sollte das Personal im Gleisfeld vor dem heisseren Dampf warnen.

Speziell dabei war, dass diese Ringe auch bei den Modellen mit Dampftrockner angebracht wurden, denn auch dort war die Temperatur höher, jedoch wurde die Marke von 374 °C nicht überschritten. Mit dem Überhitzer gelang das jedoch.

Weil wir von einem Überhitzer sprechen, wird der nun erzeugte Dampf genau als überhitzter Dampf bezeichnet. Das ist soweit korrekt, denn es wurden nur die Werte für die Temperatur überschritten und nicht jene für den Druck.

Davon blieben auch diese Lokomotiven noch weit entfernt. Da wir aber einen sehr heissen Dampf von über 400°C haben, können wir diesen Wasserdampf durchaus in die Gruppe Heissdampf verschieben.

Heissdampf kann ganz einfach definiert werden. Alles was nicht zur Gruppe Nassdampf gehört, muss wohl Heissdampf sein. Wichtig ist hier, das die Temperatur erneut gesteigert wurde. Je nach Bauart der Lokomotiven konnten nun Werte zwischen 400 und 450°C erreicht werden. Das führte unweigerlich dazu, dass auch das letzte bisschen Wasser in Dampf umgewandelt wurde und so der Dampf klar wurde.

Im Gegensatz zum Nassdampf ist hier auch der letzte Teil Wasser zu Wasserdampf geworden. Damit würde sich Heissdampf bei der Berührung trocken anfühlen. Neben den hier vorgestellten Vorteilen, kann mit Heissdampf auch heikle Kleidung gut und sicher gereinigt werden. Es gibt also durchaus auch Orte, wo man den trockenen Aufbau des Heissdampfes wollte. Bei Lokomotiven gab es jedoch eine grosse Gefahr für herum stehende Leute.

Auch bei Lokomotiven mit Heissdampf müssen die Zylinder vor der Arbeiten ausgeblasen werden. Der so austretende Dampf ist sehr heiss und das ist nicht zu erkennen, denn wegen dem Wasser im Zylinder nimmt der Heissdampf dieses auf.

Der Heissdampf wirkt dadurch auf den Betrachter wie normaler Nassdampf. Daher sollte man sich auch hier nicht zu Nahe bei einer Dampflokomotive aufhalten, denn Heissdampf ist gefährlich.

Mit dem Überhitzer und dem so entstandenen Heissdampf sind wir mit der Erzeugung von Dampf am Ende angelangt. Vielmehr kann man aus den heissen Abgasen und dem Feuer nicht mehr holen.

Auch wenn mit einem höheren Druck im Kessel gearbeitet würde, mehr kann nicht mehr gewonnen werden. Sicherlich entwickelten sich die grossen Dampflokomoti-ven noch weiter, denn diese nutzten all die hier vorge-stellten Bereiche um den Erfolg zu haben.

Es ist nicht die schlechte Wirkung des Dampfes, die diesen Modellen das Genick brachen. Sie haben richtig gelesen, der Wirkungsgrad von Dampflokomotiven ist sehr schlecht.

Von der aus dem Brennstoff gewonnen Wärme kann in den Rauchrohren nicht alles genutzt werden, das auch mit Überhitzer, denn daran änderte sich nichts. Dann kommt noch die vom Kessel abgestrahlte Wärme, denn diese konnte auch nicht gut isoliert werden.

Damit sind wir wieder bei den Rauchgasen angelangt und es stellt sich uns die Frage, was man mit diesen nach der getanen Arbeit machte. Irgendwann müssen sie ins Freie entlassen werden und dabei haben wir einen Verdächtigen bereits entlarvt. Es ist der Kamin, der ja bei den Lokomotiven mit Überhitzer mit einem Messingring versehen wurde. Doch ist es wirklich nur ein Kamin, denn so einfach konnte der Rauch nicht entkommen.

 

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