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Aufbereitung des Dampfes |
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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.
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.
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.
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. |
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| Der Dampftrockner | |||||||||||
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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.
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.
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.
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. |
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| Der Überhitzer | |||||||||||
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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.
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.
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.
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.
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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