Die besonderen Bauformen

Wir haben den Aufbau einer Dampflokomotive kennen gelernt. Mit Abstand die meisten davon arbeiteten mit einer Zylindersteuerung und Dampfmaschinen. Diese übertrugen die lineare Bewegung auf den Stangenantrieb. Damit könnten wir ganz gut leben, denn die davon abweichenden Ideen gehören durchaus in die Schublade mit den Exoten. Damit wir eine etwas spannendere Geschichte bekommen, blicken wir über den grossen Teich.

Bei allen hier vorgestellten Lösungen ist ein Punkt mit den bekannten Modellen identisch. Mit einem Feuer wird in einem Kessel Wasser gekocht und so zu Dampf umgewandelt.

Wie dieser nun aber genutzt wurde, ist eine ganz andere Geschichte. Das zeigt, dass man sich währ-end der Dampfzeit auch Gedanken gemacht hatte, wie man das System verbessern könnte.

Dabei rückten zwei Punkte in den Vordergrund und das sehen wir kurz an.

Eine Schwachstelle war der Antrieb. Die massiven Triebwerke mit den schweren Triebstangen waren nicht optimal. So ergaben sich Unwuchten, die der Technik schwer zusetzen.

Alleine durch den Versatz griffen bei zwei Maschi-nen die Kräfte nicht gleichmässig auf die Trieb-werke.

Die Lokomotive taumelte etwas durch die Welt. Eine Besserung ergab sich erst, als mit mehr Ma-schinen gearbeitet wurde und sich so die Kräfte besser verteilten.

Weitaus grösser war das Problem beim Wasser. Der Verbrauch war ausgesprochen hoch und die Dampfmaschinen hatten einen schlechten Wirkungsgrad. Zwar konnte man hier etwas bessere Werte mit dem Verbund erreichen, aber das war es schon. Wollte man Dampflokomotiven auch in Zukunft einsetzten, musste der vorhandene Dampf besser ausgenutzt werden. Was man nicht kochen musste, benötigte schon keinen Brennstoff.

Schlimmer war jedoch der Verbrauch des Wassers in Gegenden, wo dieses nicht vorhanden war. Es musste mehr mitgenommen werden und damit sollte man auch viel sparsamer umgehen. Viel Wasser führten zum Beispiel die Modelle der Bauart Garatt mit. Nur war es auch sinnvoll, wenn man dieses sparte und dabei rückte der Abdampf in den Fokus. Musste dieser wirklich durch den Kamin nutzlos in die Umwelt entlassen werden?

 

Die Getriebelokomotive

Beginnen wir mit den Lösungen, die auf die schweren Triebwerke verzichten wollten. Bei diesen wurden die Kräfte der Dampfmaschinen mit Getrieben auf die Achsen übertragen. So war das Problem mit dem Versatz nicht so gross und die Lokomotive taumelte auch nicht so. Der Vorteil ergab sich jedoch nur bei den schlecht verlegten Anlagen in den Wäldern der Vereinigten Staaten, denn mit dem Triebwerk konnte die Maschine aus den Gleis springen.

Gerade in den USA entwickelten sich die Eisen-bahnen unabhängig von jenen in Europa. Schon früh begann man dort mit den automatischen Kupp-lungen, führte eine Druckluftbremse der Bauart Westinghouse ein. Auch dem Schnee in den Rockys rückte man mit Schneeschleudern zu leibe.

Es sollte in Europa erst eine Bahn geben, die mit den alten Lösungen Probleme hatte und die auch die notwendigen Gelder für die Expedition über den grossen Teich hatte.

Bei dieser Reise der Mitarbeiter von der Gotthard-bahn, kam die Westinghousebremse auch nach Europa und man hatte auch andere Exoten gesehen. Hinzu kam, dass man sich bei dieser Bahngesell-schaft durchaus vorstellen konnte, dass eine auto-matische Kupplung Vorteile hatte.

Von den Maschinen in den USA konnte sich letztlich aber nur jene in Europa durchsetzen, die den Schnee mit einem grossen Rad zur Seite warf, die Rotary kam.

Auch wir sollten nun etwas über den grossen Teich blicken und dabei das ansehen, was es nicht nach Europa schaffte. Zum Teil waren es die komplizierte Technik, aber auch die Situation, dass man in Europa besser verlegte Anlagen hatte und sich so die Triebwerke nicht negativ auswirken konnten. So kam niemand auf die Idee eine Getriebelokomotive zu bauen. Ein Modell, das die Kraft der Dampfmaschine mit teuren Zahnrädern übertrug.

Bauart Shay: Speziell bei den Getriebelokomotiven nach der Bauart Shay war die Geschichte. Ephraim Shay war Besitzer eines Sägewerkes. Das Holz wurde mit Waldbahnen angeliefert. Diese verkehren auf provisorisch verlegten Geleisen, die nicht in einem Schotterbett verlegt werden konnten. Bedingt durch die schlechte Gleislage war der Betrieb mit normalen Dampflokomotiven nicht immer möglich, da diese entgleisten.

Nach langen Nachforschungen gelang es Ephraim Shay im Winter 1873 und 1874 eine erste Lokomotive nach der Bauart Shay mit stehendem Kessel zu bauen.

Die auch hier benötigten Dampfmaschinen standen eben-falls senkrecht und wirkten über eine Kurbelwelle auf Gelenkwellen und Kegelräder.

Diese trieben letztlich die in Drehgestellen laufenden Ach-sen an. Dabei war der ganze Antrieb seitlich angeordnet und gut zugänglich.

Die Maschine bewährte sich auf der Waldbahn, so dass mehr davon in Dienst gestellt wurden. Als schliesslich ein Nachbar die guten Maschinen sah, wollte er bei Ephraim Shay ebenfalls ein Exemplar erwerben.

Dieser verwiess den Interessenten jedoch an die Firma Lima Machine Works. Sie sollte schliesslich die Bauart weiter verfolgen und dabei immer grösser Exemplare erschaffen. Gross war der Erfolg hauptsächlich bei den Waldbahnen.

Spannend wird, dass später auch liegende Kessel verbaut wurden. Um die Gewichte seitlich auszugleichen, musste der Kessel zur Seite verschoben werden. Sie sehen, dass auch hier Nachbesserungen erfolgen mussten. Die Modelle der Bauart Shay wurden bei ins Jahr 1945 produziert und das bedeutet eine Lieferzeit von über 70 Jahren. Die Shay waren für spezielle Einsätze auf schlecht verlegten Geleisen einfach nicht zu schlagen.

Bauart Climax: Die Waldbahnen in den USA und ihre Ideen. So könnte man die Climax umschreiben. Entstanden ist diese Bauart in Pennsylvania. Der Mitarbeiter Charles D. Scott hatte technisches Verständnis und bastelte eine Lokomotive für die Waldbahn zusammen. Auf einem normalen Flachwagen wurde ein Kessel stehend montiert. Davor kamen die beiden Dampfmaschinen zur Anordnung. Diese wirkten auf ein Vorgelegewelle.

Ab dieser Vorgelegewelle wurden schliesslich die Achsen mittig über Gelenkwellen und Kegelräder auf die Trieb-achsen übertragen. Dabei können Sie sich den Strang in etwa so vorstellen, wie er bei Diesellokomotiven mit hydraulischem Antrieb auch benutzt wurde.

Das als Selbstbau angesehene Muster bewegte sich im Jahre 1875 erstmals auf der Waldbahn. Damit konnten auch hier die Probleme mit den Lokomotiven behoben werden.

Mit den Plänen ging Charles D. Scott zur nahen Climax Manufacturing Comp. Dort sollte mit dem Bau der entsprechenden Lokomotiven begonnen werden. Da Scott nicht gebildet war, übertrug er die Anmeldung einem Verwandten.

Dieser meldete dieses Gefährt unter seinem eigenen Namen an, ohne dass er den wahren Erfinder erwähnt hätte. So kam es, dass diese Bauart unter dem Namen der Firma Climax geführt werden konnte.

Wir haben mit diesem beiden Bauarten erkannt, dass gerade die Waldbahnen in den USA auf sehr schlecht verlegten Geleisen verkehrten. Die Probleme mit den Modellen mit Triebwerk mussten gross gewesen sein. Zumindest so gross, dass selbst die Arbeiter sich im Bau von Lokomotiven bemühten. Von der Climax wurden bis 1928 über 1000 Lokomotiven gebaut. Dabei wäre Charles D. Scott als Urheber beinahe vergessen gegangen.

Die Getriebelokomotiven hatten den Weg nach Europa nicht geschafft. Die wenigen Waldbahnen in Europa verkehrten auf besser verlegten Geleisen und so gab es weniger Probleme mit Entgleisungen. Der Grund für die besseren Geleise waren die Distanzen, die sich nicht so gross veränderten. Da konnte man dem Gleis auch etwas Pflege zukommen lassen. Nur die schlechten Dampfmaschinen waren hier immer noch vorhanden.

Die Dampfturbine

Es gab eine Alternative zur Dampfmaschine, das war die Dampfturbine. Wir kennen diese Turbinen vielleicht aus den Kraftwerken. Die Lösungen mit Kohle, oder die mit gespaltenen Atomen, erzeugen ebenfalls Wasserdampf und dieser wird in Turbinen in eine Rotation umgewandelt. Der Generator erzeugt dann das, was man sich von dieser Geschichte erhoffte. Etwas kleiner gebaut und so eine Turbine findet auch auf einem Fahrzeug platz.

Weit müssen wir nicht, denn in der Schweiz wurde nur eine Lokomotive mit einer Dampfturbine ausgerüstet. Man kann diese durchaus als Versuchsträger ansehen. Beim zweiten Modell sollte das Hauptproblem der Dampf-maschine mit mehr Druck eliminiert werden.

Durch die einfache Ausnutzung des Dampfes, hatten diese einen relativ schlechten Wirkungsgrad. Die grosse Menge Wärme, die im Kessel investiert wurde, verschwand durch den Kamin.

So gesehen, war es eine richtige Verschwendung von Energie. Alleine beim Verbund konnte der Wirkungsgrad etwas gesteigert werden. Jedoch war dieser auch jetzt noch weit unter den gewünschten Werten.

Die Dampfmaschine nutzte nur ein Teil des im Dampf vor-handenen Druckes und durch die stete Umschaltung in den beiden Maschinen ging auch viel Energie verloren. Einfach gesagt, der grösste Teil des Dampfes verschwand als Wär-me.

Als sich die elektrische Traktion bereits durchgesetzt hatte, kamen die Verfechter der Dampftechnik auf die Idee, dass man diese retten könnte, wenn der Dampf nur besser ausgenutzt wurde.

Damit kamen die beiden Exoten, die unterschiedlicher nicht sein konnten. Es geht nicht anders, wir müssen diese ansehen, denn nur dann erkennen wir auch die Idee dahinter. Den Anfang mache ich mit einem Unding, das nicht einmal eine Nummer hatte.

Hochdruck Eb 3/5: Mit Ausnahme der Achsfolge und damit mit der Bezeichnung gab es nicht viele gemeinsame Punkte mit der Baureihe Eb 3/5 der schweizerischen Bundesbahnen SBB. Die hier vorgestellte Maschine kam auch nie in deren Bestand und blieb daher während der ganzen Zeit Eigentum der Schweizerischen Lokomotiv- und Maschinenfabrik SLM in Winterthur. Dabei wurde hier beim Kessel und beim Antrieb verändert.

Zur Dampferzeugung wurde ein Brotankessel in besonderer Ausführung verwendet. In diesem wurde der Dampfdruck auf bis zu 60 bar erhöht. Dabei wurde bereits der Wasservorrat vorgewärmt und erreichte nahezu Siedetemperatur.

Zusammen mit einem Überhitzer und verbesserter Isolation konnte schliesslich der sehr heisse Heissdampf erreicht wer-den. Allein der Wert des Dampfdruckes von 60 bar hätte dazu ausgereicht.

Mit diesem Dampfdruck wurden drei Dampfmaschinen ver-sorgt. Wegen den Kräften, wurden diese in einem gemein-samen Zylinderblock eingebaut.

Die Maschinen arbeiteten dabei auf eine Vorgelegewelle und dann mit einem vereinfachen Antrieb auf die drei Trieb-achsen. Die Kurbelwelle hatte eine Drehzahl von 700 Um-drehungen bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h. Der Abdampf arbeitete auch hier in die Blasrohre der Rauchkammer.

Die Idee mit den Ersparnissen konnte umgesetzt werden. Bei einer vergleichbaren Leistung konnte der Verbrauch beim Wasser um 50% erreicht werden. Bei den Kohlen konnte der Verbrauch um 40 % verringert werden. Alleine das zeigte, dass man auf dem richtigen Weg war und der Wirkungsgrad deutlich gesteigert worden war. Die Lokomotive konnte aber den Vorteilen der elektrischen Maschinen nicht gefährlich werden. Nach drei Jahren war dann Schluss.

B 3/5 Nr. 1801: Willkommen in der Welt des Exoten, der so besonders ist, dass man ihn kaum kennt. Die Geschichte dieser Lokomotive begann im Jahre 1919 und damit in einer Zeit, als die elektrische Traktion in der Schweiz gerade die ersten Gehversuche machte. Für die Versuche mit der neuen Dampfturbine spendeten die Schweizerischen Bundesbahnen SBB die Lokomotive mit der Nummer 1578 aus der Baureihe B 3/4.

Die Maschine wurde bei der Schweizerischen Loko-motiv- und Maschinenfabrik SLM komplett verän-dert. In diesem Rahmen musste eine weitere Lauf-achse vorgesehen werden.

An Stelle der bisherigen Dampfmaschinen trat nun eine von Heinrich Zoelly bei Escher-Wyss ent-wickelte doppelte Dampfturbine.

Deren Wirkungsgrad sollte bei über 60% liegen und so bei gleichem Dampfdruck und vergleichbarem Verbrauch mehr Leistung abgeben konnte.

Dank der bei der Dampfturbine bereits vorhandenen Drehung, konnte der Antrieb vereinfacht werden. Eine Vorgelegewelle trieb ein Triebwerk aus waagerecht verlaufenden Triebstangen an. So konnte die 115 Tonnen schwere Lokomotive eine Geschwindigkeit von 75 km/h erreichen. Die Versuchslokomotive mit Nummer wurde schliesslich nach einem Einsatz von fünf Jahren im Jahre 1924 ausrangiert und abgebrochen.

Der Vorteil der Dampfturbine war, wie bei der Lokomotive mit 60 Bar Dampfdruck, der geringere Verbrauch bei gleicher Leistung. Die Werte der beiden Versuchsträger waren nahezu identisch und so zeigte auch die Dampfturbine, dass damit der erhoffte geringere Verbrauch möglich würde. Nicht überliefert ist, wie sich diese Maschine mit der heulenden Turbine damals angehört haben muss, denn das konnte vermutlich beängstigend sein.

Ob mit massiv höherem Druck, oder mit Dampfturbine, gegen die Vorteile der neuen elektrischen Lokomotiven waren sie nicht gut genug. Auch wenn man sich in anderen Ländern nach vergleichbaren Maschinen umsehen würde, ergäbe sich das gleiche Bild. Das auch daher, dass dort wieder Lokomotiven mit Dampfmaschinen beschafft wurden. In der Schweiz war die Zeit der Dampflokomotiven vorbei und das war nun allen Leuten klar.

Der Dampfkondensator

Ich weiss, der Kondensator ist ein Bauteil im Bereich der Elektrizität, das Ladungen speichern kann. Wenn wir aber den Begriff anders ansehen, dann sind wir schnell bei den Modellen mit Dampftechnik. Wenn Wasser aus dem gasförmigen Zustand, wieder in den flüssigen wechselt, nennt man das allgemein kondensieren. Sie müssen vielleicht das Kondensat von der Brille wischen, weil Sie sich zu stark über den Topf mit dem kochenden Wasser beugten.

Damit ist ein Kondensator nichts anders, als ein Teil, das den ursprünglichen Zustand wieder herstellt. Daher kann der Begriff auch bei der Elektrizität benutzt werden. Wir hier wollen aber bei den Dampflokomotiven bleiben.

Dabei hatten diese ein grosses Problem. Beim Antrieb wurden Unmengen Wasser verbraucht. So reichte der mitgeführte Vorrat nur wenige Kilometer und dann musste wieder Wasser nachgefüllt werden.

Wenn man nun den Dampfverbrauch genauer ansieht, dann ist zu erkennen, dass der Dampf nach der Arbeit nur noch in die Blasrohre und dann über den Kamin ins Freie gelassen wurde.

Damit war er verloren und so stellt sich automatisch die Frage, ob man diesen nicht einfach wieder zu Wasser machen könnte.

Das geht sogar ganz gut, wenn man damit das Speise-wasser vorwärmen möchte. In den anderen Fällen war das nicht möglich.

Um das Problem besser zu verstehen, müssen wir die Schweiz verlassen, denn in keinem anderen Land gibt es so wenige Probleme wie hier. Die Idee ist, dass wir eine Eisenbahn bauen, die durch die grösste Wüste der Erde führt. Diese wollen wir mit Dampflokomotiven befahren. Dabei stellt sich das Problem mit dem Wasser, denn Oasen mit entsprechendem Vorkommen sind selten. Daher ist mit dem wertvollen Gut sorgsam umzugehen.

Oasen gab es auch in Deutschland nicht, aber Wasser. Trotzdem wurden dort ein paar Lokomotiven der BR 52 ab 1940 für den Kriegseinsatz im Osten mit einem Tender mit Kondensator versehen. Sonst finden sich solche Lokomotiven nur noch in Afrika. Trotzdem eine kennen wir sogar. Es ist die Reihe B 3/5 mit Dampfturbine. Um dort die Wirkung zu verbessern, musste der Dampf kondensiert werden. Es gab also eine Lokomotive in der Schweiz.

So funktioniert die Sache mit der Dampfrückge-winnung. Der Wasserdampf nach den Dampfma-schinen gelangte in den Ausströmkanal. Daran än-dern wir nichts, Jedoch führen wir diesen nicht mehr zur Rauchkammer, sondern zum Tender.

Wir haben also bereits eine lange Dampfleitung, bei der sich der Dampf weiter abkühlen und so entspan-nen kann. Nur reicht das nicht und so muss der Tender dieser Lokomotiven anders aufgebaut wer-den.

Aus dem Dampf soll wieder normales Wasser werden. Dazu werden am Tender Kühler angebracht, in diesen wird der Dampf durch den Fahrtwind so weit abgekühlt, dass er kondensiert. Daher auch der Name für diesen Aufbau. Der Dampfkondensator ist also nichts anderes als ein grosser Kühler. Um den optimalen Kühleffekt jedoch zu bekommen, mussten grosse Ventilatoren montiert werden. Damit entstand ein sehr grosser Tender.

Hinzu kam, dass man einen Kondenstender nicht mit Kohlen beladen konnte. Daher wurde solche Lokomotiven mit Öl geheizt. Ein wirklich grosser Aufwand damit nicht zu viel Wasser verloren ging. Jedoch muss auch gesagt werden, dass wirklich sehr viel gewonnen werden konnte und das wirkte sich auf die Reichweite dieser Lokomotiven aus. Die Wüste hat ihren Schrecken verloren und die Strecke konnte gebaut werden.

Das so gewonnene Wasser fliesst in den Wasserkasten und kann dort wieder dem Kreislauf zugeführt werden. So kann beim Kondensator ein sehr grosser Teil des Dampfes wieder verwendet werden. Jedoch nicht alles, denn Verluste sind immer vorhanden. So müssen auch hier vor der Fahrt die Schlemmhähne geöffnet werden und damit entweicht eine Menge Dampf. Jedoch wird in einer Wüste auch nicht so oft angehalten.

Nur ergeben sich beim Kondensator noch weitere Probleme. Bei den normalen Dampflokomotiven wird der Abdampf der Maschinen auch dazu genutzt, das Feuer anzufachen.

Nur so kann genug Wärme erzeugt werden und das ist wichtig. Aus diesem Grund muss bei diesen Lokomotiven der Hilfsbläser ständig aktiviert sein.

Nur so kann das Feuer richtig brennen und wir haben einen weiteren Verlust beim Wasser, das man sparen will.

Der Kondensator hat auf die Lokomotive auch akustische Auswirkungen. Bei den üblichen Model-len mit Blasrohr erfolgt der Ausstoss des Dampfes stossweise. Das ist durchaus zu hören. Dabei gibt es sogar Unterschiede, ob im Verbund oder direkt gefahren wurde.

Bei einer Lokomotive mit Kondensator gibt es aber kein Blasrohr mehr und so hört man nur das leise zischen des Hilfsbläsers. Wir haben eine sehr leise Lokomotive erhalten.

Alleine wegen dem zusätzlichen Kühler auf dem Tender, wird die Lokomotive dadurch schwerer. Was diese an Gewicht zulegt, kann nicht mitgenommen werden. Das alleine reicht, dass sich die Kondensatoren bei den Dampflokomotiven nicht gross durchsetzen konnten. Über Versuche kam in kaum einem Land diese Technik, denn es war viel mehr Gewicht und das nur um etwas Wasser zu gewinnen, das geht auch anders.

Damit sind wir auch bei den Exoten durch. Gerade in der Schweiz konnten die beiden Versuche nicht mehr verhindern, dass sich die elektrischen Lokomotiven ohne grosse Probleme durchsetzen konnten. Es war der dort vorhandene Wirkungsgrad, der die Lokomotiven wirtschaftlich machte. In diesem Punkt waren die Dampfmaschinen schlecht. Zudem konnten sie auch die Leistungen nicht erbringen und wir sollten auch diesen Punkt ansehen.

 

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