Betriebsstoffe, Verbrennung und Abgase

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Auch Diesellokomotiven benötigen Betriebsstoffe. Diese unterteilen sich in Produkte, die verbraucht werden und in Stoffe, die erhalten bleiben. Zum zweiten Punkt gehören die Schmiermittel, auch wenn diese nach einer Zeit gewechselt werden müssen. Wir wollen uns nun den Betriebsstoffen zuwenden, die einem Verbrauch unterworfen sind. Das sind Sauerstoff und die Treibstoffe. Letztere reagierten mit dem Sauerstoff bei der Verbrennung.

Wir beginnen die Betrachtung der Betriebsstoffe mit dem Dieselöl. Dieses konnte in speziellen Anlagen bezogen werden. Neben den in den grösseren De-pots vorhandenen Tankstellen, gab es solche An-lagen auch in vielen Bahnhöfen.

Im Fall, dass diese speziellen Stellen nicht zugänglich waren, konnten die Befüllungen auch von einem anderen Fahrzeug aus erfolgen. Jedoch war es nicht möglich eine Leitung für die Versorgung mitzu-führen.

Damit der Treibstoff Diesel auf dem Fahrzeug mitge-führt werden konnte, musste ein Behälter vorge-sehen werden. Dieser wurde an der Lokomotiv-brücke aufgehängt und er befand sich zwischen den beiden Drehgestellen.

Wobei es eigentlich auf beiden Seiten einen Treib-stoffbehälter gab. Diese wurden mit einer Leitung verbunden. Das Gehäuse der Tanks bestand aus ein-fachem Stahlblech, das vor dem Befüllen zu einem dichten Behälter verschweisst wurde.

Dieser Treibstoffbehälter war somit einfach aufge-baut. Eine doppelte Wand, die bei einer Be-schädigung verhindert hätte, dass der Treibstoff auslaufen konnte, war somit nicht vorhanden. Das Dieselöl musste daher in diesem Fall aufgefangen werden. Ein beschädigter Tank durfte jedoch nicht mehr befüllt werden und die Lokomotive musste in den Unterhalt, wo der Wechsel dank den Schrauben sehr schnell erfolgen konnte.

Gefüllt werden konnte der Treibstoffbehälter von beiden Seiten der Lokomotive. Diese mit einem einfachen Deckel verschlossenen Einfüllstutzen waren einer der Gründe, warum der Tank an dieser eher kritischen Stelle verbaut wurde. Nur so konnte dieser vom Boden aus befüllt werden. Gerade bei Fahrzeugen im Baudienst, erfolgte die Betankung auch an abgelegenen Stellen. Dann konnte man nicht mit Leitern arbeiten.

Die erwähnten Verschlüsse hatten nur die Aufgabe, die Öffnung zu verschliessen. Dabei waren sie nicht druckdicht ausgeführt worden. Vielmehr konnte so auch bei einem geschlossenen Ein-füllstutzen frische Luft in den Behälter gelangen.

Das führte zu ausgeglichenen Verhältnissen bei den Luftdrücken. Es konnte bei der Entnahme des Treibstoffes kein Unterdruck entstehen. Eine Lösung, die bei Fahrzeugen mit Verbrennungs-motor üblich war.

Dies galt jedoch nicht für die Kennzeichnung der Einfüllstelle. Während der Deckel zum Behälter in einer gewöhnlichen Farbe gehalten war, wurde rund um das im Rahmen vorhandene Loch ein rosa eingefärbter Ring angebracht.

Dieser war jedoch nur bei Lokomotiven der Schweizerischen Bundesbahnen SBB und damit auch hier, vorhanden. Die unge-wöhnliche Farbe war dabei aus den entsprechenden Schemen der älteren Baureihen übernommen worden.

Es wird Zeit, dass wir mit der Befüllung des Behälters beginnen. Dazu öffnen wir auf einer Seite der Lokomotive den Einfüll-stutzen. Damit konnte die Triebstoffleitung der Tankanlage in das Loch gesteckt werden.

Es war daher eine Befüllung vorhanden, die den Massnahmen entsprach, wie sie auf der Strasse verwendet wurden. So konnte zumindest theoretisch die Lokomotive an der gleichen Tank-stelle, wie die Autos, ihren Treibstoff auffüllen.

Bei der Wahl des zu benutzenden Treibstoffes war jedoch keine grosse Auswahl vorhanden. Zugeführt wurde normaler Diesel. Dieser Triebstoff unterschied sich nicht von den auf der Strasse eingesetzten Produkten. Somit mussten auch die Schweizerischen Bundesbahnen SBB die in der Schweiz auf Treibstoffen erhobenen Steuern bezahlen. Das vergleichbare Heizöl extraleicht, war jedoch, wie auf der Strasse nicht zugelassen.

Um einen komplett leeren Tank zu befüllen, benötigte man eine gewisse Zeit. Erst wenn 2 000 Liter Dieselöl in den Treibstoff-behälter geflossen waren, konnte dieser als gefüllt betrachtet werden.

Um zu verhindern, dass zu viel Treibstoff eingefüllt wurde, war am Tank eine Anzeige vorhanden. Diese gab mit Hilfe eines Schwimmers an, wie gross der Vorrat im Behälter ist. Genauere Angaben zur Füllmenge gab es nur im Führerstand.

Das im Treibstoffbehälter vorhandene Dieselöl musste dem Motor zugeführt werden. Dazu war eine Förderpumpe vorhanden, die den Treibstoff dem Tank entnahm.

Damit keine Verunreinigungen, die durch die Einfüllstutzen leicht in den Behälter gelangen konnten, in die Leitung gerieten, war ein einfacher Filter eingebaut worden. Gerade diese Ver-schmutzungen waren der Grund, warum der Tank nicht zu weit entleert werden durfte.

Mit Hilfe der Förderpumpe wurde der Treibstoff zum Dieselmotor gebracht. Ausser der erwähnten Reinigung, gab es jedoch keine weitere Aufbereitung des Diesels. Dieser konnte jedoch an sehr kalten Tagen den Filter verstopfen, weil Paraffin ausgeschieden wurde. Um dies zu verhindern, wurde das Dieselöl mit Zusatzstoffen durchmischt. Daher musste der Treibstoff auch nicht mit der Vorheizanlage erwärmt werden.

Das Ziel des von der Förderpumpe zugeführten Diesels war die Einspritzpumpe. Da diese jedoch nur den für die Verbrennung benötigten Treibstoff bezog, kam es in der Leitung zu einem Rückstau. Damit dieser nicht die Zufuhr behinderte, wurde zu viel beförderter Diesel wieder über eine Rücklaufleitung in den Tank geführt. Das beim heissen Motor erwärmte Dieselöl sorgte so dafür, dass der Vorrat mit der Zeit auch erwärmt wurde.

Mit der Einspritzpumpe wurde der Treibstoff mit hohem Druck der Einspritzdüse zugeführt. Das erfolgte auch, wenn diese kein Dieselöl benötigte. Die Zuführung in den Verbrennungsraum erfolgte durch die Motorsteuerung genau in dem Zeitpunkt, wenn die Explosion erfolgen sollte. Dabei entzündete sich der Treibstoff mit der dort enthaltenen Ladeluft. Wir haben die Zufuhr des Diesels abgeschlossen und können uns nun der Luft zuwenden.

Die für die Verbrennung benötigte Luft, wurde über seitliche Lüftungsgitter in den Innenraum des Vorbaus und dort sofort in eine geschlossene Leitung geleitet. Es fand daher keine Beruhigung der Verbrennungsluft statt. Jedoch war diese Massnahme hier nicht erforderlich, weil die Luft regelrecht angesaugt wurde. Trotzdem konnte sie nicht einfach in die Leitung geführt werden, denn die normale Luft war mit Tieren und Schwebeteilen durchsetzt.

Gerade auf Baustellen konnte die Lokomotive einer grossen Belastung von Staub ausgesetzt sein. Damit kein Schmutz und auch keine Feuchtigkeit in den Motor und so in den Verbrennungsraum gelangen konnte, wurden in den Gittern handels-übliche Luftfilter verbaut.

Diese wurde für diesen Zweck entwickelt. Die Sauberkeit und damit die Reinig-ungsfähigkeit der Luftfilter wurden zudem durch das eingebaute Diagnosesystem der Lokomotive überwacht.

Nach der Reinigung im Luftfilter wurde die Luft dem Abgasturbolader zugeführt. Dabei wurden auf der Lokomotive zwei Turbolader verbaut. Jeder versorgte eine Reihe der Zylinder mit der notwendigen Verbrennungsluft.

Da mit dem Turbinenrad des Turbos eine Verdichtung der Luft erfolgte, erhöhte sich der Anteil des Sauerstoffes. Damit konnte die Verbrennung verbessert werden. Das wiederum sorgte für eine gute Ausnutzung des Treibstoffes.

Der grosse Nachteil dieser Verdichtung war jedoch, dass die Ladeluft stark erhitzt wurde. Dabei wurde die Luftfeuchtigkeit ausgeschieden und durch die sehr hohen Werte bei der Temperatur unverzüglich verdampft.

Das führte dazu, dass dieses Wasser zu keinem Problem führte, denn der so ent-standene Heissdampf unterstützte sogar die Verbrennung. Ein Effekt, den man schon bei den Dampflokomotiven mit Erfolg nutzte.

Trotzdem durfte die Ladeluft auch nicht zu heiss sein. In diesem Fall käme es im Motor zu fehlerhaften Zündungen. Diese wiederum würden zu einer schlechten Verbrennung führen. Die Folge wäre eine geringere Leistung des Dieselmotors.

Ein Effekt, den man natürlich vermeiden wollte. Aus diesem Grund wurde die vom Abgasturbolader gelieferte Ladeluft nicht sofort zu den Zylindern geführt. Vielmehr wurde sie durch die Ladeluftkühler geschickt.

Diese Ladeluftkühler kühlten die Luft mit Hilfe des Kühlwassers im Kreislauf mit niederen Temperaturen über einen Wärmetauscher wieder ab. Das hatte jedoch zur Folge, dass der Ladedruck gemildert wurde.

Da dieser Effekt bei der Konstruktion bekannt war, wurde im Turbolader ein höherer Druck als effektiv erforderlich erzeugt. Somit war nach der Kühlung optimal aufbereitete Ladeluft vorhanden. Diese konnte nun der Verbrennung zugeführt werden.

Der Motor arbeitete mit vier Schritten. Dabei begann jeder Umlauf mit dem sich am oberen Totpunkt befindlichen Kolben. In dem Moment, wo dieser wieder nach unten lief, wurden die Einlassventile geöffnet. Über diese strömte nun die vorher erzeugte Ladeluft in den Verbrennungsraum. Das erfolgte so lange, wie der Kolben nach unten Lief. Dabei bewirkte die unter hohem Druck stehende Ladeluft, dass es zu keinem Unterdruck im Zylinder kam.

Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreichte, wurden die Einlassventile wieder geschlossen und damit der Ver-brennungsraum abgedichtet. Damit begann der zweite Takt. Dieser verdichtete nun die Ladeluft durch die Verringerung des Volumens erneut. Die nun entstehenden Kräfte führten dazu, dass sich die Luft im Zylinder weiter erhitzte. Sie wurde so auf die bevorstehende Verbrennung vorbereitet. Es fehlte nur noch der Treibstoff.

Kurz bevor der Kolben jedoch am oberen Totpunkt angelangt war, wurde durch die Steuerung des Motors die Einspritzdüse geöffnet. So gelangte nun auch der Treibstoff zur heissen Luft. Die Temperatur war so hoch, dass das Dieselöl sich automatisch selber entzündete. Es wurde somit keine externe Zündung benötigt, was ein Merkmal dieser Motoren war. Jetzt setzte nun auch der dritte Takt ein und das war jener, der die Arbeit verrichtete.

Durch die Verbrennung des Dieselöls vergrösserte sich das Volumen wieder und der Kolben wurde mit grosser Kraft nach unten gedrückt. Auch wenn hier etwas gemildert von einer Verbrennung gesprochen wird, es war eine explosionsartige Entzündung. Wie bei solchen Effekten üblich, wurde die Luft ausgedehnt. Da der Zylinder verschlossen war, konnte dieses Volumen nur geschaffen werden, wenn der Kolben nach unten gedrückt wurde.

Beim vierten Takt lief der Kolben wieder nach oben und die Auslassventile wurden geöffnet. Damit konnten die durch die Verbrenn-ung entstandenen Abgase aus dem Zylinder gedrückt werden. Das er-folgte so lange, bis der obere Totpunkt vom Kolben erreicht wurde.

War dies der Fall, wurden die Auslassventile geschlossen und mit dem Öffnen der Einlassventile begann der beschriebene Vorgang erneut mit dem ersten Takt.

Der beschriebene Vorgang wiederholte sich immer wieder. Dabei wurden die Ventile und die Einspritzdüse durch den Motor selber ge-regelt. In der Folge lief der Motor, bis er keinen Treibstoff mehr zur Verfügung hatte.

Diesen Effekt nutzte man um den Motor abzustellen, denn ohne Dieselöl lief der Motor nicht. Die Drehung des Anlassers war auch nur not-wendig, damit mit beim dritten Takt eine Verbrennung erfolgen konnte.

Die, durch die Verbrennung des Dieselöls entstandenen, Abgase wurden nach den Auslassventilen in einem Rohr gesammelt. Dabei hatte jede Reihe Zylinder eine eigene Leitung erhalten, so dass nun zwei Abgas-rohre vorhanden waren.

Dieses Rohr wurde lediglich mit dem zweiten Turbinenrad des Abgas-turboladers verbunden. Dort sorgten die Abgase dafür, dass die Ladeluft erhöht wurde. Der Wert bei der Ladeluft war daher vom Druck der austretenden Gase abhängig.

Nach den Turboladern wurden die Abgase der beiden Zylinderreihen schliesslich in einem gemeinsamen Rohr gesammelt und dem Abgasschalldämpfer zugeführt. Da dieses Rohr nun stark erwärmt wurde, war es mit einer Kühlung versehen worden. Dabei benutzte man das Kühlwasser, das mit den niederen Temperaturen arbeitete. Nebeneffekt war, dass dadurch auch die heissen Abgase etwas abgekühlt wurden. Wie wichtig das war, erfahren wir später.

Im Abgasschalldämpfer wurden die durch die Explosionen sehr unruhigen Abgase beruhigt. Sie müssen wissen, dass diese stark angeregten Luftmoleküle den Lärm erzeugten. Durch den Schalldämpfer wurden sie so beruhigt, dass der Lärm verringert werden konnte. Dazu benutzte man verschiedene Massnahmen, die in dem Bauteil enthalten waren. Der Abgasschalldämpfer funktionierte so optimal, was zur ruhigen Lokomotive beitragen sollte.

Danach gelangten die Abgase jedoch ohne weitere Aufbereitung zum auf dem Vorbau aufgesetzten Kamin. Zurzeit, als diese Lokomotive gebaut wurde, kannte man die Lösungen zur Reinigung der Abgase noch nicht.

Daher wurden auch die in den Abgasen enthaltenen Russpartikel über dem Führerhaus in die Umwelt entlassen und gelabgten so nicht in den Führerraum. Mit einer optimalen Verbrennung war jedoch deren Anteil bei der Verbrennung so gering, dass die Abgase nur sehr leicht verfärbt wurden.

Der schwarze Rauch war nicht mehr vorhanden. Dieser war insbesondere bei älteren Baureihen immer wieder ein Problem. Dabei entstand dort dieser Rauch nur, wenn die Verbrennung nicht optimal war. Durch die bei diesem Motor vorhandenen Lösungen wurde eine optimale Verbrennung angestrebt. Das führte zu einem geringeren Anteil beim Russ. Trotzdem auch bei der Reihe Am 841 war dieser noch vorhanden.

Der auf dem Vorbau aufgebaute Kamin war farblich nicht behandelt worden. Durch die Kühlung der Abgase wurde das Metall jedoch nicht so strak erhitzt, dass es rosten konnte. Daher wirkte der Kamin lange Zeit in seinem silbergrauen Farbton als sauber.

Nur im Bereich der Abgase konnte man den enthaltenen Russ an der schwarzen Färbung erkennen. Doch die Position des Kamins war auch ein grosses Problem für die Anlagen.

Weil die Abgase mit hohem Druck ausgestossen wurden, gelangten sie über die Lokomotive. In der Schweiz befand sich dort jedoch die Fahrleitung. Das dort verwendete Kupfer war jedoch sehr anfällig auf zu grosse Hitze. Dank der Kühlung der Abgase, konnte wirksam verhindert werden, dass durch die Diesellokomotive der Fahrdraht beschädigt wurde. Die Maschine konnte daher auch in langsamer Fahrt eingesetzt werden.

 

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