Die Zylindersteuerung

Ohne Steuerung kann die Dampfmaschine nicht betrieben werden. Genau genommen wurde eine Zylindersteuerung benötigt. Da aber Eisenbahner Abkürzungen lieben, kam es zur Steuerung. Diese dürfen wir nicht mit den Lösungen anderen Arten des Antriebes vergleichen.  Die Zylindersteuerung regelte nur den Betrieb der Maschinen und da konnte man sich mit einer geringen Menge begnügen, denn es konnten auch mehrere Maschinen geregelt werden.

Wie das funktioniert sehen wir an einer Triebachse an. Die beiden seitlich auf diese wirkenden Dampfmaschinen waren nicht an der gleichen Stelle angeschlossen wor-den. Es gab eine Abweichung, die Versatz genannt wurde.

Genau dieser musste nun auch bei den Dampfmaschinen vorhanden sein und dieser Versatz änderte sich wegen der Achswelle nie. Daher reichte eine Zylindersteuerung für beide Maschinen ohne Probleme.

Die Steuerung regelt über die Schieber, wie der Dampf in die Zylinder gelangt. Das heisst, sie gibt die entsprech-enden Schieberkanäle frei um den Hohlraum im Zylinder mit Dampf zu füllen oder zu entleeren.

So leicht, wie sich das nun anhört, war die Sache aber nicht und das zeigt sich, dass bei den Zylindersteuer-ungen mehrere Lösungen benutzt wurden. Bevor wir dazu kommen, bleiben wir vorerst noch etwas allgemein.

Es ist überraschend, aber die Steuerung der Dampfmaschine wird durch diese selber geregelt. Das heisst, die Grundfunktion wird mit einer Bewegung, die vom Rad, oder von der Kolbenstange abgenommen wird, geregelt. Manuell einstellen kann man jedoch die Fahrrichtung der Lokomotive. Dazu wird die Steuerung entsprechend der gewünschten Fahrrichtung verstellt. Damit haben wir auch die grundlegenden Aufgaben der Steuerung kennen gelernt.

Bevor wir aber den genauen Aufbau der einzelnen Steuerungen genauer betrachten, müssen wir erwähnen, dass es aussen liegende und innen liegende Steuerungen gibt. Diese Ortbezeichnungen beziehen sich auf den Einbauort. Das heisst, eine innen liegende Steuerung ist innerhalb des Rahmens eingebaut worden und sie ist von aussen nicht ersichtlich. An der Funktion der Steuerung ändert das jedoch wenig bis gar nichts.

Die innen liegenden Steuerungen kamen hauptsächlich bei Lokomotiven zum Einbau, die in England verkehrten, oder die mehrere Dampfzylinder im Verbund betrieben. Mittel-europäische Lokomotiven besassen jedoch mehrheitlich eine aussen liegende Steuerung.

Die sofern notwendig, durch eine innen liegende Steuerung ergänzt wurde. Wichtig ist eigentlich nur, da die Steuerung in unmittelbarer Linie zur Dampfmaschine steht.

Wer bei der Steuerung ein festes ruhendes Teil vermutet liegt falsch, denn die Steuerung wurde immer durch die Triebstange in Bewegung gehalten. Sie war nur an einem Punkt fixiert.

Durch die Bewegung der durch die Zylinder angetriebenen Stange, wurde auch die Steuerung bewegt und gab dadurch immer den richtigen Schieber frei. Dazu bewegte sie die Steuerstange. Nur fehlt uns noch die Änderung der Fahr-richtung.

Die Schwinge: Für die Einstellung der Fahrrichtung, aber bei einigen Steuerungen auch der Füllung, war die Schwinge vorhanden. Diese konnte mit einer Stellstange aus dem Führerhaus verstellt werden.

Je nach der Position, wurden die Dampfmaschinen grundsätzlich anders angesteuert. Das hatte dann zur Folge, dass die Lokomotive in der anderen Richtung fuhr. In der Mitte liefen die Maschinen jedoch leer.

Die Schwinge war nur am Rahmen und an der Schubstange aus dem Führerstand befestigt worden. Dadurch konnte sie sich zusammen mit der Zylindersteuerung hin und her bewegen. Es gab dort so lange keine Veränderung, bis die Schwinge verstellt wurde. Je nach Position der Schubstange wurde die Fahrrichtung eingestellt und die Füllung verstellt. Letztere erreichte den höchsten Wert, wenn der Anschlag eingestellt wurde.

Je nach dem Aufbau der Zylindersteuerung war die Schwinge etwas anders aufgebaut und das Problem war, dass Dampf ein dynamisches Element ist. Wurde im Schieber der Kanal freigegeben, begann Dampf in den Zylinder zu strömen.

Der Regulator gab vor, wie viel Dampf verfügbar war und die Steuerung re-gelte, wie viel davon an die Zylinder abgegeben wurde. Damit konnte mit den Lokomotiven auf unterschiedliche Weise gefahren werden.

Mit zunehmender Geschwindigkeit der Dampfmaschine kam aber ein Problem. Beim Wechsel der Laufrichtung, benötigte der einströmende Dampf eine ge-wisse Zeit, bis er seine volle Kraft aufbringen konnte.

In der Folge lief die Maschine nicht sehr ruhig, aber das konnte eingestellt werden, denn der Schieber öffnet einfach etwas eher. Einige Steuerungen hatten dieses als Voröffnen bezeichnete Programm schlicht nicht zur Ver-fügung.

Damit wird es Zeit, dass wir uns die einzelnen Steuerungen genauer ansehen und dabei werden wir deren Vor- und Nachteile kennen lernen, auch wenn es immer wieder behauptet wurde, die perfekte Lösung gab es nicht.

Man war wohl nahe dran, aber eben nicht in jedem Punkt. Schliesslich sprechen wir von der Eisenbahn und dort sollte bekanntlich immer gespart werden. Zylindersteuerungen waren schlicht teuer in der Anschaffung.

Wenn wir uns nun einige Zylindersteuerungen ansehen, dann wird jede für sich betrachtet. Auch will ich keine davon bevorzugen. Mit einer Ausnahme kann ich aber die Steuerungen schön dem Alphabet folgend vorstellen. So wird keine nachteilig behandelt. Wir müssen einfach wissen, dass einige Lösungen auch auf Erfahrungen anderer Steuerungen aufbauten. Jede trägt zudem den Namen der Person, welche die Idee dazu hatte.

 

Die Allansteuerung

Alleine wegen der von mir gewählten Reihenfolge, kommt die Allensteuerung an erster Stelle. Geschichtlich gesehen handelte es sich hier um eine Weiterentwicklung der Steuerung nach Stephenson. Wobei eigentlich gar nicht so viel neu war und die Unterschiede sind selbst für Fachleute nicht immer leicht zur erkennen. Trotzdem wollen wir auch hier etwas genauer hinsehen und dabei beginne ich mit der Person, die den Namen gab.

Hugh Allan war ein schottischer Konstrukteur, Schiffs-eigner und Eisenbahn Magnat. Er wurde am 29. September 1810 in Saltcoats Schottland geboren. Im Laufe seines Lebens wanderte er jedoch nach Kanada aus.

Dort erlangte er grossen politischen Einfluss und war massgeblich am Bau der Eisenbahnen in Kanada beteiligt. Hugh Allan verstarb am 09. Dezember 1882 in Edinburgh Schottland an den Folgen eines Herzinfarktes.

Die Schwinge war bei der Steuerung nach Allan das zentrale Bauteil. Diese hatte der Konstrukteur gegenüber der Lösung nach Stephenson vereinfacht. Damit konnte der Aufwand für die Herstellung verringert werden.

Weniger Aufwand bedeutet automatisch günstigere Kosten. Ein Punkt, der den Bahnen schon immer gefallen hatte und das führte letztlich zum Erfolg der Allan-steuerung, die damals einfach billiger in der Anschaffung war.

War bei der Steuerung nach Stephenson eine gekrümmte und daher teure Schwinge verbaut worden, war jene nach Allen gerade und somit einfacher zu erstellen. Es ist spannend, dass es zur gleichen Zeit dem deutschen Konstrukteur Josef Trick gelang die gleiche Vereinfachung zu erzielen. Deshalb kann hier oft auch von der Allan-Trick Steuerung gesprochen. Doch sehen wir uns die Funktionsweise dieser Allansteuerung genauer an. 

Die Schwinge war frei schwebend und an keiner Stelle an einem festen Teil der Lokomotive montiert worden. Der eigentlich feste und ruhige Punkt der Steuerung war die Schieberstange, die an der Schwinge verschiebbar montiert wurde und die sich in ihrer Lage nur in der Längsrichtung veränderte. Dabei fällt die Schwinge der Allansteuerung durch ihre auffallend grosse Grösse auf. Allan konnte sie zwar vereinfachen, aber nicht massgeblich verkleinern.

In Bewegung gesetzt wurde diese Steuerung durch einen Exzenter, der vom Triebradsatz angetrieben wurde. Auf diesem waren die beiden Gegenkurbeln, die mit der Schwinge verbunden wurden, vorhan-den.

Diese Gegenkurbeln versetzten die Schwinge in Be-wegung und die Schieberstange konnte sich eben-falls automatisch, durch die Dampfmaschine gesteu-ert, bewegen. Damit wurde die Füllung im Zylinder eingestellt.

Um die Fahrrichtung und die Zugkraft anzupassen, wurde mit der Verstellvorrichtung aus dem Führer-stand die Schwinge gesenkt oder gehoben.

War die Schieberstange an die tiefste Stelle der Schwinge verschoben worden, wurde die Gegenkurbel für die Vorwärtsrichtung aktiviert. Die Schieberstange wurde nun bewegt und die Maschine arbeitete mit der maximalen Füllung. Je mehr die Schwinge abgesenkt wurde, desto mehr verschob sich die Schieberstange gegen die Mitte.

Die Probleme mit der Voröffnung konnten mit der Allansteuerung verbessert und vereinfacht werden. Trotzdem hatte auch diese Steuerung extrem viele schwere unbefestigte Bauteile, die in Bewegung standen. Das bedeutet, dass eine grosse Masse bewegt werden musste. Nur wer die Schwinge ansieht, kann den Unterschied zur Lösung nach Stephenson erkennen. Sonst war die Angelegenheit identisch aufgebaut worden.

VORTEIL: Nur schon die Tatsache, dass diese Steuerung auf einer bewährten Lösung aufbaute, zeigt wie gering die Veränderung war. Daher konnte diese Steuerung auch wegen den geringen Kosten vielfach verkauft werden. Die Allansteuerung wurde bis zum Aufkommen der nahezu perfekten Lösungen zu einer guten Alternative zur Lösung nach Stephenson. Nur eben, sie war zu gleich, dass sie nicht ohne Nachteil auskommen sollte.

NACHTEIL: Der grösste Nachteil der Allansteuerung war das hohe Gewicht der grossen Schwinge. Dieses Gewicht musste gehoben, oder gesenkt werden. Das machte einerseits die Verstellung durch das Personal schwer.

Sorgte andererseits dafür, dass die Steuerung träge wurde. Insbesondere bei schnellen Änderungen der Fahrrichtung war mit langen Wartezeiten zu rech-nen, da das Personal die Verstellung nur schleppend schaffte.

Hinzu kam auch, dass die Füllung des Zylinders di-rekt von der Wirkung der Federung der Lokomotive abhängig war. Diese Füllung änderte sich daher während der Fahrt dauerhaft.

Es war daher mit der Steuerung nach Allan nahezu unmöglich eine gleichbleibende Zugkraft zu bekom-men. Im Zug ergaben sich so Längszuckungen, die insbesondere bei hohen Zugkräften für die Leute unangenehm waren. Der Technik bekam das auch nicht gut.

Die Allansteuerung war eine kostengünstige Alternative für die Steuerung, die von Stephenson viele Jahre eher entwickelt wurde. Für sparsame Bahnen war es mit der Lösung Allan möglich viel Geld zu sparen. Daher hatten viele Lokomotiven von neu eröffneten Bahnen diese Zylindersteuerung bekommen. Dazu gehörte sicherlich auch die grosse Gotthardbahngesellschaft. Wer mit leeren Kassen arbeitet, baut die Allansteuerung in den Lokomotiven ein.

Die Allansteuerung wurde letztlich einfach durch die viel besseren Nachfolgemodelle abgelöst. Man kann die Frage stellen, ob die Steuerung mit den vielen schweren frei schwingenden Teilen und dem direkten Einfluss der Federung auch für sehr hohe Geschwindigkeiten und grosse Leistungen geeignet gewesen wäre. Das Problem hatte damit Allan noch nicht gelöst, denn die erwähnte Verbesserung sollte einzig die Kosten senken.

Die Goochsteuerung

Es soll mir niemand vorwerfen, dass ich nur die beliebten Steuerungen vorstelle. Die Goochsteuerung war sehr selten im Einsatz. Dazu werden wir später noch kommen, denn auch hier wurde die Steuerung nach dem Erfinder benannt und das wird uns dann zeigen, wie alt diese Lösung wirklich war, denn hier haben keine Optimierung, sondern eine neu entwickelte Zylindersteuerung, die sich einfach in der Schweiz kaum durchsetzen konnte.

Daniel Gooch wurde am 24. August 1816 in Bedlington England geboren. Im Verlauf seiner Karriere arbeitete Gooch bei verschieden Bahngesellschaften und versuchte dabei auch Lokomotiven betriebsfähig zu erhalten.

1843 führte Gooch eine neue Steuerung für die Dampf-maschinen ein. Seine Karriere beendete Daniel Gooch als Chefingenieur bei der Great Western Railway. Am 15. Oktober 1889 verstarb Daniel Gooch in Clewer Park.

Man kann die Steuerung nach Gooch eigentlich schon als eine exotisch wirkende Steuerung bezeichnen. Die Gooch-steuerung unterschied sich dabei nur in einem wesent-lichen Punkt von den Steuerungen nach Allan oder Ste-phenson.

Bei der Lösung nach Gooch wurde nicht mehr die Schwinge, sondern die Schieberstange verändert. Das heisst, die Schwinge lief bei der Goochsteuerung immer in der gleichen Lage um den Exzenter.

Die Veränderung der Füllung und der Fahrrichtung erfolgte bei der Goochsteuerung durch heben und senken der Schieberstange und nicht mehr der Schwinge. Sie eliminierte einen Nachteil der Steuerungen nach Allan und Stephenson. Durch die in der Lage stabile Schwinge wirkte sich die Federung der Lokomotive nicht mehr so sehr auf die Füllung der Zylinder aus. Zudem konnte die Steuerung auch während der Fahrt verstellt werden.

Gooch konnte somit das ändern des Voröffnens durch die Veränderung der Füllung bei der nach ihm benannten Steuerung verbessern. Im Gegensatz zu Allan musst aber auch Gooch auf eine gebogene Schwinge setzen, was den Aufwand für die Herstellung auf gleicher Höhe beliess, wie das bei Stephenson der Fall gewesen war. Das war auch der Grund, warum sich diese Lösung in der Schweiz nur sehr schwer durchsetzen konnte. Allan war billiger.

So erfolgte bei geringer Dampfmenge die Voröffnung etwas eher und bei grossen Mengen eher später. Die bisherigen Steuerungen arbeiteten immer mit einer fest eingestellten Voröffnung.

Eine Veränderung beim Voröffnen berücksichtigte, dass bei geringen Mengen Dampf der Druck desselben geringer ist und daher benötigt der Dampf etwas mehr Zeit um in den Zylinder zu gelangen. Bei mehr Dampf und hohem Druck ging es schneller.

Dadurch liefen die Lokomotiven mit der Goochsteuerung etwas runder und ruhiger. Die Dampfmaschine konnte optimaler ausgenutzt werden und es konnten auch ohne grosse Probleme hohe Geschwindigkeiten erreicht wer-den.

Damit hatte man erstmals eine verhältnismässig gut funk-tionierende Steuerung für Dampfmaschinen erhalten. Trotzdem konnte sich die Steuerung nach Gooch in der Schweiz bei der Reihe C 2/2 der NOB durchsetzen.

Der Grund lag bei der schweren Bedienbarkeit der Lokomotive. Das Lokomotivpersonal musste ganz genau wissen, wie die Voröffnung bei der Dampfmaschine optimal einzustellen ist. Das war aber nur für sehr erfahrenes Personal auf der Lokomotive leicht zu bewerkstelligen. Die Folge war, dass die Voröffnung praktisch nie verstellt wurde und der Vorteil der Goochsteuerung wieder durch einen schlechteren Lauf verloren ging.

VORTEIL: Der Hauptvorteil der Goochsteuerung war die veränderbare Voröffnung. Dadurch konnten die damit versehenen Lokomotiven sehr ruhig fahren. Das war in den Fällen von Vorteil, wo schnell gefahren wurde. Zudem war im Gegensatz zu den Lösungen nach Allan und Stephenson das Problem mit den unterschiedlichen Füllungen während der Fahrt nicht mehr vorhanden. Es war eine gelungene Lösung, die erfolgreich sein sollte.

NACHTEIL: Ein grosser Nachteil war, dass bei dieser Steuerung die Zeit für das Voröffnen eingestellt werden musste. Das bedingte erfahrenes Lokomotivpersonal, das zudem seine Lokomotive sehr gut kannte.

In allen anderen Fällen wurde einfach auf die Verstellung verzichtet und der grosse Vorteil ging verloren. Viele Bahnen hatten einfach das Problem, dass das erforderliche erfahrene Personal nicht vorhanden war, weil der Betrieb gerade begann.

Als dann das Personal vorhanden war, das mit der Gooch-steuerung umgehen konnte, waren andere Lösungen vorhanden.

Neben dem Problem mit der Verstellbarkeit, war der Preis höher als bei Allan und so wurde dessen Steuerung verbaut. Das Nachsehen hatte Gooch, der eine sehr gute Zylindersteuerung erschaffen hatte, diese aber nicht an den Kunden brachte. Heute würde man in diesem Fall von einem schlechten Marketing sprechen.

Gooch zeigte, dass eine geringere Masse und optimal eingestellte Dampfmaschinen durchaus von Vorteil sein kann. Was bringt das, wenn kaum jemand damit umzugehen wusste. Das Produkt war so nicht für den Markt geeignet und das galt durchaus auch für andere Länder, denn niemand hatte das Personal, dass mit dieser Steuerung auf der ganzen Fahrt mit den korrekten Werten arbeiten konnte, denn dazu musste stets verstellt werden.

Bei den damals in der Schweiz neu gebauten Strecken fehlte es auch an den Geldern um so eine aufwendige Lösung zu bezahlen. Neu auf den Modellen ausgebildetes Personal konnte die Vorteile nicht nutzen. Als es letztlich die Erfahrung hatte, gab es die einfach zu bedienenden und nahezu perfekten Lösungen nach Walschaerts und Heusinger. Niemand in der Schweiz hätte sich damals noch für die Goochsteuerung entschieden.

Die Heusinger- / Walschaertssteuerung

Zu Beginn stellt sich nur schon die Frage nach dem Titel. Es ist wirklich so, es gab zwei Zylindersteuerungen die gleich waren. Kaum jemand kann den Unterschied bei den beiden Lösungen erkennen. Bei einer Version wurde das Patent an einem anderen Ort, als das andere vergeben. Als dann der Abgleich erfolgte kam das Wunder, denn bei beiden wurde für die gleiche Steuerung der gleiche Zeitpunkt vermerkt.

Damit haben wir zwei Entdecker der Lösung, die völlig unabhängig zum gleichen Ergebnis kamen. Es spielt wirk-lich keine Rolle, ob Sie von der Heusinger- oder von der Walschaertssteuerung sprechen.

Gut, wenn Sie in Deutschland wohnen, ist das etwas anders und das sehen natürlich die Bewohner von Belgien auch so. Allen anderen ist es wirklich egal. Was in Deutschland mit Heusinger gebaut wurde, hatte in der Schweiz Walschaerts.

Doch nun zu den beiden Pechvögel. Der Anfang macht nun Edige Walschaerts, der sich wirklich mit ae schrieb. Edige wurde am 21. Januar 1820 in Mechelen Belgien geboren.

In seiner Karriere kam er zu den belgischen Staatsbahnen und entwickelt dort eine neue Steuerung. Im Jahre 1878 wurde Walschaerts in Paris mit einer Goldmedaille geehrt. Im Jahre 1901 verstarb Edige Walschaerts, der uns ein Rätsel hinterliess.

Edmund Heusinger von Waldegg wurde am 12. Mai 1817 im heutigen Bad Schwalbach geboren. Der deutsche Maschinenbauingenieur wurde 1841 Werkmeister der Taunusbahn und begleitet dort eine aus England importierte Lokomotive. Er erfand nur fünf Jahre nach Edige Walschaerts, jedoch unabhängig davon, eine gleiche Steuerung, die nach ihm benannt wurde. Am 2. Februar 1886 verstarb Edmund Heusinger von Waldegg in Hannover.

Im Verlauf des weiteren Artikels verwende verwendet ich immer einen der beiden Namen. Die hinweise gelten aber für die Steuerungen von Walschaerts und Heusinger, die wirklich eine Lösung erfanden, die kaum Unterschiede hatte, die aber auch so perfekt war, dass danach kaum mehr eine andere Zylindersteuerung benutzt wurde. Wir sind bei der nahezu perfekten Lösung angelangt und daher lohnt es sich genau hin zu zusehen.

Da es sich bei dieser Steuerung um die in der Schweiz und auch weltweit mit Abstand am meisten verwendete Zylindersteuerung handelt, wollen wir uns anhand der Lösung von Heusinger die Funktionsweise einer Steuerung für die Dampfmaschine etwas genauer ansehen.

Bei den später noch vorgestellten Varianten anderer Konstrukteure wird dann nur auf das Modell Walschaerts Bezug genommen und die Abweichungen auf-geführt.

Bei der Walschaertssteuerung ist die Schwinge am oberen Ende frei beweg-lich. Sie wurde in der Mitte drehbar am Rahmen befestigt. Es handelt sich dabei um den einzigen festen Punkt der Steuerung.

Die Schwinge selber ist  leicht gebogen und mit einem durchgehenden Schlitz versehen worden. Sie war das aufwändigste Bauteil dieser Steuerung und deshalb auch immer wieder ein Thema für Verbesserungen und Veränder-ungen.

Gerade die Herstellung solcher Bauteile machte die Walschaertssteuerung recht teuer, denn zur Zeit der Dampflokomotiven gab es bei der Industrie noch keine modernen Fertigungsmethoden und computergesteuerte Maschi-nen.

Ein solches Teil stellte deshalb eine grosse Herausforderung an die Fachleute der damaligen Zeit dar. Durch die mittige Befestigung konnte man die Schwinge jedoch so einstellen, dass man in unterschiedliche Richtungen fahren konnte.

An ihrem unteren Ende war die Schwinge mit einer Stange an einem Exzenter montiert worden. Dieser Exzenter wurde durch die sich drehende Triebachse und somit durch die Dampfmaschine in Bewegung versetzt. Diese Bewegung übertrug sich auf die Schwinge und bewegte diese in Längsrichtung. Die grundlegende Bewegung zur Steuerung wurde über die Schieberstange auf die Dampfmaschine übertragen. Somit steuerte diese sich selber in der Grundfunktion.

Die Schieberstange war jedoch in der Schwinge nicht befestigt, sondern sie wurde nur mit Hilfe eines Eisen-stücks, das Schwingenstein genannt wurde, fixiert. Dieser Schwingenstein wurde dabei in der gebogenen Gleitbahn geführt.

Somit konnte er in der Höhe verstellt werden. Damit das nicht unabsichtlich passiert, war die Schieberstange wie bei Gooch mit der Verstellvorrichtung im Führerstand verbunden worden.

Mit Hilfe der Umsteuerung konnte der Schwingenstein in der Höhe nach Belieben verstellt werden. Es gab keine festgelegten Positionen. Die Verstellung erfolgte am Ende der Schieberstange mit einer Schubstange aus dem Führerstand.

Dabei wurde die Schieberstange aus dem Führerstand nur gehoben oder gesenkt. So konnte der Angriffspunkt der Steuerung und somit die Arbeitsweise der Dampf-maschine und auch die Fahrrichtung verstellt werden.

Befand sich die Schieberstange am unteren Ende der Schwinge, war die Steuerung so eingestellt, dass die Lokomotive vorwärts fuhr und die Füllung in der Dampfmaschine auf dem Maximum war. Die Dampfmaschine arbeitete nun mit der vollen Leistung. Je mehr man nun die Schieberstange abhob, desto weniger Wasserdampf wurde über die Schieber zugeführt. Die Füllung reduziert sich immer mehr. Die Dampfmaschine hatte dadurch weniger Kraft.

Wurde die Schieberstange über dem festen Drehpunkt, also in der Mitte der Schwinge positioniert, befand sich die Steuerung in der neutralen Position. Schliesslich konnte jetzt keine Bewegung mehr auf den Schieber übertragen werden und so gelangte nun auch kein Dampf mehr in die Dampfmaschine. Diese stellte in der Folge die Arbeit ein und blieb stehen. Man konnte jetzt mit der Lokomotive anhalten. Oberhalb befanden sich dann die Positionen für die andere Fahrrichtung.

Soweit zur vereinfachten Steuerung nach Wal-schaerts. Die Funktion war mit dieser Form der Steuerung noch ungenü-gend.

Die Dampfmaschine lief jetzt etwas holprig. Es fehlte für einen ruhigen Lauf die dazu benötigte Voröffnung im Schieber-kasten.

Deshalb musste die Heusingersteuerung noch optimiert werden. Dabei wurde an den vorgestellten Elementen nicht mehr viel geändert, denn es war ein Zusatz für das Voröffnen vorhanden.

Das Voröffnen: Als Voröffnen bezeichnet man einen Effekt, der dafür sorgt, dass der Dampfeinlass wenig früher als auf Grund der effektiven Position der Steuerung öffnet. Diese Voröffnung war für einen ruhigen Lauf gewünscht und stellte die grösste Herausforderung an alle Steuerungen dar. Durch das Voröffnen war die Zeit berücksichtigt, die der Dampf vom Schieber zum Zylinder benötigte. So war gesichert, dass sofort Dampf da war.

Die Lösung für das Voröffnen lag bei der Walschaertssteuerung darin, dass die Stange von der Steuerung nicht mehr direkt zur Schieberstange wurde. Die Schieberstange war mit zwei Gelenken am Rahmen der Lokomotive fixiert. Die einzelnen Stangen wurden als Voreilhebel und Lenkerstange bezeichnet. Letztere war am Rahmen mit einem Kreuzgelenk befestigt worden. Die Schubstange aus dem Führerstand und von der eigentlichen Steuerung, griff jetzt auf die Lenkerstange ein.

Dank der Aufteilung konnte die Zeit für das Voröffnen in der Werkstatt mit der Länge der Stangen eingestellt werden. Die bei Gooch vorhandene mühsame Verstellung während dem Betrieb war nicht mehr vorhanden. Mit der Zylindersteuerung nach der Lösung Heusinger wurde die Bedienung einfacher, was den Durchbruch brachte. Trotzdem gab es auch bei den Steuerungen nach Walschaerts und Heusinger Vor- und Nachteile.

VORTEIL: Der Erfolg dieser Walschaertssteuerung lässt es er-ahnen, die Steuerung funktionierte gut und deshalb wurde sie in sehr vielen Lokomotiven auf der ganzen Welt eingebaut. Besonders neuere Modelle waren mit einer Walschaerts-steuerung ausgerüstet worden.

Die gute Lösung für das Voröffnen der Schieber konnte optimal an die verbaute Dampfmaschine angepasst werden. Die Loko-motiven mit einer Heusingersteuerung funktionierten daher sehr gut.

Nur in Deutschland fand die Heusingersteuerung ihre grosse Verbreitung, aber spätestens seit diesem Abschnitt wissen wir, dass es sich um identische Steuerungen handelt.

Daher kann eine Steuerung, die von zwei Personen unabhängig und identisch entwickelt wurde, gar keine grossen Nachteile haben. Trotzdem gibt es auch hier Nachteile, die nun auch noch angesehen werden sollten. Nur so wissen wir, ob Heusinger und Walschaerts gut gearbeitet haben.

NACHTEIL: Wenn man einen Nachteil finden will, muss man diesen bei der Schwinge suchen. Die gebogene Schwinge mit dem in einem Schlitz geführten Schwingenstein, war sehr aufwändig in der Herstellung. Die notwendigen Toleranzen konnten nur sehr schwer eingehalten werden. Das konnte dazu führen, dass die Verstellung etwas harzte oder sonst irgendwie klemmte. Das konnte für das Fahrzeug fatale Folgen haben.

Deshalb wurde die Steuerung sehr teuer und aus diesem Grund waren nicht alle Lokomotiven mit Walschaertssteuerungen ausgerüstet worden. Wir können uns daher den anderen Steuerungen, die ebenfalls verwendet wurden, zuwenden. Natürlich treffen wir nun fast auf die Exoten der Steuerungen, denn keine fand eine so grosse Verbreitung, wie die Walschaertssteuerung oder, wenn es Ihnen besser beliebt, wie die Heusingersteuerung.

Die Joysteuerung

Lokomotiven mit einer sichtbaren Joysteuerung waren sehr selten. Dabei waren sie sehr schnell zu erkennen, denn der Steuerung fehlte ein markantes Bauteil. Die Steuerung von Joy kam als einzige hier vorgestellte Ausführung ohne eine Schwinge aus. Das machte die Joysteuerung beim Einsatz von innen liegenden Dampfmaschinen sehr nützlich. Wir haben damit eine Lösung, die insbesondere in England, aber auch bei Modellen mit Verbund verbaut wurde.

David Joy wurde am 03. März 1825 in Leeds England geboren. Er war ein für Eisenbahnen idealer Ingenieur und studierte Maschinenbau. Joy arbeitete in seiner Zeit bei verschieden Bahngesellschaften in Gross Britannien.

Er widmete sich später anderen Aufgaben. Im Jahre 1879 wurde die nach ihm benannte Zylindersteuerung patentiert. David Joy verstarb am 15. März 1903 in Hampstead an den Folgen eines Lungenödems.

Gerade bei den englischen Bahnen waren innen liegende Dampfmaschinen sehr beliebt. Dort war das Problem bei den anderen vorhandenen Lösungen, dass sie schwer eingestellt werden konnten.

Zudem fehlte im inneren des Rahmens sehr oft auch der Platz. Mit der Lösung nach Joy sollte das Problem mit dem verfügbaren Raum gelöst werden. Das ist der Grund, dass sie bei Lokomotiven mit mehreren Maschinen im Verbund in die Schweiz kam.

Hatten bisher die Steuerungen die Bewegung für die Schieberstange immer ab einem eigenen Exzenter abgenommen und diese auf eine Schwinge übertragen, änderte Joy diese Praxis. Die auch hier für den Betrieb benötigte Bewegung wurde ab einem Punkt auf der Triebstange abgenommen. Die dazu verwendete Lenkerstange lagerte in einem Ersatzexzenter und sie war gebogen ausgeführt worden, was keine übliche Lösung war.

Eine im Übertragungspunkt gelagerte Pendelstange wurde dann zu einer Kulisse geführt. Diese konnte mit der Umsteuerung verändert werden, so dass mit dieser einfachen Kulisse die Fahrrichtung der Lokomotive und die Füllung eingestellt werden konnte. Dabei wurde hier keine Schwinge verändert, sondern die Aufgabe derselben wurde vom Schwingenstein übernommen. Das führte zu einen geringen Bedarf beim Platz für die Steuerung.

Durch die Verstellung der Schieberstange konnte auch hier das Voröffnen ermöglicht werden. Be-dingt durch den Ersatzexzenter und den Verzicht auf eine gebogene Schwinge reduziert den Bedarf beim Platz deutlich.

Daher fand die Lösung nach Joy in England eine grosse Verbreitung, das auch bei den aussen liegenden Maschinen, die gerade wegen dem be-engten Lichtraumprofil in Gross Britannien sehr selten benutzt wurden.

Als Besonderheit der Joysteuerung wird die Bewegung des Ersatzexzenters derart umgewandelt, dass die gewünschte Bewegung für die Schieber entstand. Als Folge davon kann mit der Steuerung auf umfangreiche und grosse Bauteile verzichtet werden. Die Lösung wird dadurch leicht, benötigt wenig Platz und ist erst noch billig im Aufbau. Punkte, die einem Direktor der Bahngesellschaften in England sehr gut gefallen konnten.

Die Joysteuerung kam in einer Zeit, als sich die Lösungen nach Walscharts und Heusinger durchsetzen konnten. Diese waren bei aussen liegenden Maschinen gut, konnten wegen dem benötigten Platz für die Voröffnung nur schwer in innen liegenden Maschinen eingebaut werden. Daher hatte die Lösung nach Joy wirklich eine grosse Berechtigung und sie kam auch in die Schweiz. Dort jedoch nur bei innen liegenden Maschinen.

Damit versehen wurde in der Schweiz die Baureihe A 3/5 der Gruppe 700. Bei diesen Modellen mit Verbund wurde die Zylindersteuerung den beiden innen liegenden Niederdruckzylinder von jener der aussen liegenden Hochdruckzylinder getrennt ausgeführt. Während aussen mit Walschaerts gearbeitet wurde, kam innen im Rahmen die Joysteuerung zur Anwendung. Die Umsteuerung erfolgte mit der gleichen Schubstange.

VORTEIL: Der grosse Vorteil dieser Steuerung war, dass die Schwinge entfallen konnte. Für die Um-steuerung wurde nur ein Ersatzexzenter benötigt. Dieser war einfach zu erstellen und so kam diese Steuerung ohne kompliziert zu erstellende Teile aus.

Als Folge davon konnten die Kosten bei diese sehr wenig Platz benötigenden Steuerung gering gehalten werden und damit stellt sich einfach die Frage, was denn hier schlecht sein soll?

NACHTEIL: Der Nachteil war damit begründet, dass die Zylindersteuerung nach Joy auf dem Kontinent kaum zur grossen Bekanntheit kam. Die Zeiten, wo man sich an den Bahnen in England orientierte waren vorbei.

Zudem kam diese Joysteuerung in einer Zeit, wo sich bei aussen liegenden Steuerung die Lösungen nach Heusinger und Walschaerts durchsetzen konn-ten. Die waren wirklich zu gut gelungen und da war es für andere Erbauer schwer.

Die Joysteuerung kam in der Schweiz nahezu aus-schliesslich bei Baureihen zur Anwendung, die über innen liegende Maschinen verfügten. Der Bedarf von Platz war bei der Steuerung nach Joy ein gutes Argument. Jedoch konnten auch im Verbund die Maschinen mit einer einzigen Steuerung versehen werden, das war einfach noch billiger, als wenn davon zwei verbaut werden mussten. Wenn man so sparen konnte, griff man zu Walschaerts.

Mit den bisherigen Steuerungen haben wir gute Lösungen erhalten. Das Problem der Goochsteuerung war deren komplizierte Bedienung. Jedoch haben wir da ganz zu Beginn bei der Zylindersteuerung nach dem Prinzip Allan erfahren, dass es sich dabei nur um eine Verbesserung handelte. Da bei Heusinger und Walschaerts nicht verbessert werden musste, kann das nur bedeuten, dass uns noch eine Steuerung für Dampfmaschinen fehlt.

Die Stephensonsteuerung

Bei der Steuerung nach Stephenson handelt es sich um die älteste Ausführung. Diese Steuerung revolutionierte den Betrieb von Dampflokomotiven und verhalf schliesslich der Rocket auch zum Sieg beim Rennen von Rainhill. Musste man bisher immer das Gestänge ändern, entwickelte Stephenson eine Steuerung, die eine Änderungen der Fahrrichtung direkt ab dem Führerstand erlaubte. So konnte seine Lokomotive in zwei Richtungen fahren.

Der Engländer Robert Stephenson gehört zu den bekanntesten Personen der Eisenbahn weltweit. Stephenson wurde am 16. Oktober 1803 in Willington-Gray geboren. Er erreichte seine Berühmtheit mit dem legendären Rennen von Rainhill.

Beim Rennen siegte Vater und Sohn mit der Lokomotive Rocket. Sie konnten folglich weitere Erfolge feiern. Allgemein gilt Robert Stephenson als Mitbegründer der ersten Eisenbahn überhaupt.

Viele von Robert Stephenson entwickelte Bauteile wurden fälsch-licherweise seinem Vater George Stephenson zugeschrieben. Tatsache aber ist, dass beide daran gearbeitet hatten und so auch beide zu den Lösungen beitrugen.

Jedoch wurde der ältere immer vorgeschoben, weil man nicht an den Erfindergeist des Sohnes glauben wollte. Bereits am 12. Oktober 1859 verstarb Robert Stephenson in London und hinterliess der Welt ein grossartiges Erbe mit den Eisenbahnen.

Die Schwinge war bei der Stephensonsteuerung das zentrale Bauteil der Steuerung. Sie war frei schwebend und an keiner Stelle an einem festen Teil der Lokomotive montiert worden. Der eigentliche feste und ruhige Punkt der Steuerung war die Schieberstange, die an der Schwinge verschiebbar montiert wurde und die sich in ihrer Lage nur in Längsrichtung veränderte. Dabei fällt die Schwinge hauptsächlich durch ihre auffallende Grösse auf.

In Bewegung gesetzt wurde diese Steuerung durch einen Exzenter, welcher von einer Triebachse angetrieben wurde. Auf diesem Exzenter waren die beiden Gegenkurbeln mit der Schwinge verbunden worden. Diese Kurbeln versetzten die Schwinge in Bewegung und die Schieberstange konnte ebenfalls automatisch, durch die Maschine gesteuert, bewegen. Damit wurde zudem die für die Zugkraft wichtige Füllung im Zylinder eingestellt.

Um die Fahrrichtung und die Zugkraft anzupassen, wurde mit der Verstellvorrichtung aus dem Führer-stand die Schwinge gesenkt oder gehoben. War die Schieberstange an die tiefste Stelle der Schwinge verschoben worden, wurde die Gegenkurbel für die Vorwärtsrichtung aktiviert.

Die Schieberstange wurde nun bewegt und die Ma-schine arbeitete mit der maximalen Füllung. Je mehr nun die Schwinge abgesenkt wurde, desto mehr verschob sich die Schieberstange gegen die Mitte.

Stand die Schieberstange in der Mitte der Schwinge, hatten die beiden Gegenkurbeln den gleichen Win-kel.

Die Schwinge konnte sich nun nicht mehr bewegen. Die Schieberstange stand still und die Dampfmaschine stellte die Arbeit ein. Je mehr nun die Schwinge abgesenkt wurde, desto mehr hob sich die Schieberstange und die Dampfmaschine begann so zu arbeiten, dass die Lokomotive nun rückwärts fuhr. Auch jetzt mit veränderlicher Füllung.

Die Einstellung der Voröffnung war nur über die Längenänderung der Schieberstange möglich, die grosse Schwinge war nicht befestigt worden, was grosse Kräfte frei setzte. Damit haben wir die grundlegende Funktion der Steuerung nach Stephenson kennen gelernt. Wegen der Grösse der Bauteile war sie bei den damit versehenen Lokomotiven gut zu erkennen. Jedoch veränderte sich die Füllung mit der Federung der Lokomotive.

Mit der Stephensonsteuerung haben wir eine Lösung erhalten, die in der Schweiz sehr oft angewendet wurde. Erst als Allan mit einer Vereinfachung kam, wurde auch diese verbaut. Endgültig das Ende der Lösung nach Stephenson läuteten aber die sehr guten Zylindersteuerungen nach Walschaerts und Heusinger ein. Ab dann kam kaum mehr eine Stephensonsteuerung zur Anwendung, der Grund dafür waren auch die vielen vorhandenen Nachteile.

VORTEIL: Nur schon die Tatsache, dass diese Steuerung den Grundstein für die Funktion der Dampfmaschine legte, ist Grund genug von einer sehr erfolgreichen Steuerung zu sprechen.

Dabei hatte diese Steuerung einen einfachen Aufbau, was sie im Unterhalt und in der Fertigung einfacher machte. Nur, mag das alleine die Nachteile nicht aufheben. Daher wollen wir uns diese Nachteile ansehen, denn es gab auch Mängel.

NACHTEIL: Der grösste Nachteil der Stephensonsteuerung war das hohe Gewicht der Schwinge. Dieses Gewicht musste über die Steuerstange gehoben oder gesenkt werden.

Das machte einerseits die Verstellung schwer und sorgte ande-rerseits dafür, dass die Steuerung träge wurde. Hinzu kam auch, dass die Füllung des Zylinders von der Federung der Lokomotive abhängig war und sich so bei der Fahrt laufend veränderte.

Man konnte keine gleichbleibende Zugkraft aufbauen. Das wirkte sich bei hohen Geschwindigkeiten negativ aus und auch für die Fahrgäste war es unangenehm. Die immer wieder auftretenden Sprünge bei der Zugkraft wurden direkt auf den Zug übertragen. Das spürten die Leute und es konnte vom Personal nicht behoben werden. Erst mit der Lösung nach Gooch gab es eine Besserung, aber die war kaum korrekt zu bedienen.

Die Stephensonsteuerung wurde letztlich durch die viel besseren Nachfolgemodelle abgelöst. Damit beschliessen wir die Steuerungen. Natürlich gab es noch viele andere Lösungen, die sich an den hier vorgestellten Zylindersteuerungen orientierten. Mit einigen Exoten kamen auch diese in die Schweiz. Nur muss kaum eine neue Lösung vorgestellt werden, die ein paar Hebel neu anordnete und die Bewegung damit an andere Stelle abnahm.

 

Zurück Navigation durch das Thema Weiter
  Home Depots im Wandel der Zeit Die Gotthardbahn
News Fachbegriffe Die Lötschbergbahn
Übersicht der Signale Links Geschichte der Alpenbahnen
Die Lokomotivführer Lokführergeschichte Kontakt

Copyright 2026 by Bruno Lämmli Lupfig: Alle Rechte vorbehalten