Dampferzeugung |
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Wenn wir nun zur Dampferzeugung kommen, dann stehen zwei Punkte fest. Gegenüber den anderen Dampflokomotiven gab es im Aufbau keine Unterschiede. Das heisst, der Kessel teilte sich in vier Bereiche auf. Wenn wir jedoch die technischen Angaben zu den jeweiligen Baugruppen ansehen, dann erkennen wird, dass es durchaus zu grossen Veränderungen gegenüber den zuvor abgelieferten Baureihen kam.
Bei dem nun folgenden genaueren Einblick in den
Kessel
der
Lokomotive, werden wir gleich erfahren, warum man bei
dieser Maschine von der grössten Dampflokomotive der Schweiz sprach. Dabei
konnte man das natürlich auch beim mechanischen Teil erkennen, denn ein
Triebwerk
mit fünf
Triebachsen,
braucht, damit die Maschine funktioniert, den passenden Kessel. Die
Erfahrungen mit der Ed 2x 3/3 der
Gotthardbahn
zeigten das gut auf.
Um die Energie zu erzeugen, musste ein Feuer entfacht werden. Dieses wurde auf dem in der Feuerbüchse ausgelegten Rost ausgebreitet. Dieser Rost war als Kipprost ausgeführt worden und war leicht geneigt eingebaut worden.
Der
Kipprost
hatte eine Fläche von 3,7 m2
erhalten. Mit diesen Abmessungen haben wir schlicht die grösste je in der
Schweiz eingebaute
Rostfläche
erhalten. Damit passte dieser Wert zur
Lokomotive. Die Länge des beinahe quadratischen Rostes betrug 2 170 mm. Dadurch war auch der Heizer gefordert, denn auf der grossen Fläche musste er darauf achten, dass er ein gut verteiltes Feuer entfachen konnte um so eine optimale Wärme zu erzeugen.
Mit der im Feuer entstehenden Wärme wurde letztlich auch gefahren.
Das Problem dabei war nur, dass er dazu eine relativ kleine Öffnung zur
Verfügung hatte und immer genau getroffen werden musste.
Unter dem Rost war der
Aschekasten
montiert worden. Darin sammelten sich die Asche und Schlacke, also die
Rückstände der verbrannten
Kohle.
Der Aschekasten verhinderte, dass noch heisse Kohleteile auf das
Gleis
gelangen konnten und dort zu einem Brand führten. Die Grösse des
Aschekastens war so ausgelegt worden, dass dieser nur bei Dienstschluss
gereinigt werden musste. Für die Entleerung der Asche konnte der
Aschekasten einfach geöffnet und abgeklappt werden.
Die Wärme des Feuers wurde in der geschlossenen
Feuerbüchse
gehalten und erwärmte dabei die darin vorhandene Luft und das umgebende
Metall. Die für die Verbrennung benötigte Luft strömt von Öffnungen, die
zwischen
Aschekasten
und Rost vorhanden waren, in den Verbrennungsraum. Da sie dabei die
heissen auf dem Rost ausgelegten
Kohlen
passierte, fachte sie das Feuer an und wurde zugleich erwärmt.
Bei der Decke griff man jedoch zu Kupfer. Dieses Metall war für
seine gute Wärmeleitung bekannt, war jedoch durch die Erwärmung so weich,
dass es die Decke nicht tragen konnte. Daher mussten die Wände aus Stahl
aufgebaut werden. Durch die heisse Luft und die Wärmestrahlung des Feuers wurden die Metalle um die Feuerbüchse herum stark erhitzt. Die dabei vom Feuer zugeführte Energie reichte durchaus um die verwendeten Metalle zu schmelzen.
Besonders die mit speziellen Ankern an der äusseren Hülle
aufgehängte
Feuerbüchsdecke
aus Kupfer war wegen dem geringen Schmelzpunkt dieses Metalls und wegen
der direkten Wärmestrahlung diesbezüglich gefährdet. Um einen sicheren Betrieb des Kessels und damit der Lokomotive zu ermöglichen, mussten die Metalle gekühlt werden. Diese Kühlung erfolgte mit dem im Stehkessel vorhandenen Wasser. Dieses wurde am Metall so stark erhitzt, dass es verdampfte.
Dadurch wurde dem heissen Metall jedoch Wärme entzogen. Die
gewünschte Dampfproduktion setzte ein. Gleichzeitig wurden die sehr stark
belasteten Metalle ausreichend gekühlt.
Man musste im Betrieb des
Kessels
jedoch darauf achten, dass die Decke der
Feuerbüchse
immer ausreichend gekühlt wurde. Daher war es unabdingbar, dass diese
immer mit Wasser bedeckt war. Dummerweise war das aber sehr schnell der
Fall. Daher wurde die
Kühlung
der Decke mit speziellen
Sicherheitsbolzen
überwacht. Schmolz einer dieser Bolzen, drang Dampf unter hohem Druck in
die Feuerbüchse und ein Pfeifen war zu hören.
Durch die Verbrennung der
Kohlen
entstanden auch gefährliche
Rauchgase.
Diese mussten, wollte man einen längeren Betrieb des
Kessels
erhalten, abgeführt werden. Dabei waren die Rauchgase mit der heissen Luft
vermischt. Diese wollte man jedoch weiter nutzen. Daher wurde das Gemisch
über die
Rauchrohrwand
zum
Langkessel
geführt. Damit verlassen wir aber auch den
Stehkessel,
der daher lediglich um die
Feuerbüchse
herum aufgebaut worden war.
Dabei wurden die deutlich grösseren
Rauchrohre
für die Aufnahme der zusätzlichen Heizschleifen der
Überhitzer
benötigt. Bei der Funktion in Bezug zum
Kessel
gab es gegenüber den
Siederohren
keinen Unterschied. Die Anzahl der Rohre war bei den beiden Prototypen und bei den ersten drei in Serie gebauten Lokomotiven mit 187 angegeben worden. Ab der vierten in Reihe gebauten Lokomotive mit der Nummer 2954 wurde die Anzahl der Siederohre reduziert.
Hier waren lediglich 176 Rohre eingebaut worden. Das war jedoch
eine Folge des geänderten
Überhitzers,
der zusätzliche
Rauchrohre
benötigte und diese nahmen im
Kessel
mehr Platz ein. Bei der Länge der Siederohre gab es zwischen den beiden Prototypen mit den Nummern 2901 und 2902 und der Serie Unterschiede. Die Prototypen hatten mit 5 250 mm schlicht die längsten je in der Schweiz verwendeten Rauchrohre erhalten.
Bei der Serie wurde deren Länge auf 5 000 mm gekürzt. Damit waren
auch diese über den anderen Baureihen. Dabei wurde die Baureihe
C 4/5 in der Länge um fast einen
ganzen Meter übertroffen.
Nicht so extrem, wie in der
Feuerbüchse,
war die Wärme, die von den heissen
Rauchgasen
an die
Siederohre
abgegeben wurden. Trotzdem reichte diese auch um das Wasser zu erwärmen.
Dadurch wurden die Siederohre natürlich ebenfalls gekühlt. Jedoch
benötigen wir, um die Heizleistung zu bestimmen eine Fläche. Diese wurde
als indirekte
Heizfläche
bezeichnet. Wegen der unterschiedlichen Anzahl Rohre und deren abweichende
Länge, lohnt sich ein genauer Blick darauf.
Für die beiden
Prototypen
wurden für die indirekte
Heizfläche
207.5 m2 angegeben. Bei den
in Serie gebauten
Lokomotiven reduzierte sich jedoch diese Fläche wegen
den kürzeren Rohren. Eine kleinere Reduktion dieser Fläche ergab sich bei
den Maschinen mit den Nummern 2951 bis 2953. Diese hatten eine indirekte
Heizfläche von 197,6 m2
erhalten. Bei den restlichen Lokomotiven erfolgte eine weitere Reduktion
auf einen Wert von 196,4 m2.
Bei den älteren
Lokomotiven hätten wir nun die gesamte
Heizfläche
des
Kessels
bestimmen können. Bei den Baureihen, die mit
Überhitzer
ausgerüstet wurden, war das jedoch nicht mehr möglich. So hatte der
Überhitzer ebenfalls eine Heizfläche, die jedoch nicht mehr zur Erzeugung
des Dampfes genutzt wurde. Trotzdem brachte die Heizfläche eine weitere
Steigerung der
Leistung.
Daher wird diese Fläche meisten einbezogen.
Dabei wurden die Heiz-schlangen des Überhitzers in die Rauchrohre einge-zogen. So wurden auch sie von den heissen Rauchgasen er-wärmt. Dabei gab es bei der hier vorgestellten Bau-reihe unterschiedliche Aus-führungen.
Das hatte letztlich einen überraschenden Einfluss auf die
Heizfläche.
Im
Kessel
der beiden
Prototypen
wurde ein
Überhitzer
eingebaut, der über 24 Rohre verfügte. Dadurch erreichte der
Überhitzer eine
Heizfläche
von 57,5 m2. Zusammen mit der
direkten Heizfläche der
Feuerbüchse
und der indirekten Heizfläche erreichen wir so einen Wert von 278.7 m2.
Wir haben damit die grösste Heizfläche der Baureihe kennen gelernt.
Grössere Flächen sollte es bei einer in der Schweiz gebauten
Lokomotive nicht mehr geben.
Für die Nummern 2951 bis 2953 wurde die Anzahl der Schleifen für
den
Überhitzer
nicht verändert. Jedoch wurden kürzere
Rauchrohre
eingebaut und dadurch konnten die Heizschleifen nicht mehr gleich lange
ausgeführt werden. Das hatte natürlich Auswirkungen auf die
Heizfläche
des Überhitzers. Diese reduzierte sich auf 54.5 m2.
So kommen wir für diese drei
Lokomotiven auf den erwarteten geringeren Wert von 265.8
m2.
Bei den restlichen
Lokomotiven wurde der
Überhitzer
verändert. Dort konnten nun 28 Schleifen eingezogen werden. Dadurch stieg
die
Heizfläche
des Überhitzers wieder an und erreichte einen Wert von 63,6 m2.
Zusammen mit den anderen Heizflächen kommen wir hier auf einen Wert 273,7
m2. Trotz der geringeren
indirekten Heizfläche kommen wir dank dem Überhitzer nahezu auf den Wert
der beiden
Prototypen.
Dadurch entstand ein grosser Raum, der zur Beruhigung der
Rauchgase
genutzt wurde. Wegen der Beruhigung konnten sich schwere Teile nicht mehr
halten und so fielen die mitgerissenen Teilchen aus der
Feuerbüchse
zu Boden und verglühten dort. Danach wurden die gereinigten Rauchgase durch den auf der Rauchkammer montierten Kamin ins Freie entlassen. Um zu verhindern, dass auch Glut aus der Feuerbüchse ins Freie gelangen konnte, wurde der Weg von der Rauchkammer zum Kamin mit einem feinen Gitter versehen.
Dadurch war auch der Schutz vor dem gefürchteten Funkenflug einer
Dampflokomotive gegeben. Die Maschinen konnten auch im trockenen Tessin
eingesetzt werden.
Durch die
Kühlung
der von den heissen
Rauchgasen
und vom Feuer erhitzten Metalle, wurde das kalte Wasser im
Kessel
stark erwärmt. In der Folge dieser Erwärmung begann das Wasser im Kessel
zu verdampfen. Dieser Dampf stieg wegen der geringeren Dichte im heissen
Wasser hoch und sammelte sich am höchsten Punkt. Da er jedoch nicht
entweichen konnte und weil Dampf ein grösseres Volumen als Wasser hat,
stieg der Druck im Kessel an.
Ansteigen konnte der Druck theoretisch bis zu dem Punkt, wo das
Metall die Kraft nicht mehr zurückhalten kann und der
Kessel
explosionsartig zerbricht. Damit das nicht erfolgte, wurde der Druck im
Kessel auf einen bestimmten Wert festgelegt. Spezielle auf dem Kessel
montierte
Sicherheitsventile
sorgten letztlich dafür, dass dieser maximal erlaubte Wert nicht
überschritten wurde. Die Einhaltung der Werte, wurde von den Behörden
kontrolliert.
Bei den in Serie gebauten
Lokomotiven konnte man den Druck wieder auf den in der
Schweiz damals übliche Wert von 15
bar
gesteigert werden. Direkte Auswirkungen dieses Unterschiedes zeigte sich
letztlich bei der
Leistung
der Lokomotive. Üblicherweise könnte man hier die Dampfproduktion abschliessen. Der sich im Dampfdom gesammelte Nassdampf wurde über den Regulator entnommen und der Dampfmaschine zugeführt.
Bei den hier vorstellten Maschinen wurde der Dampf jedoch zuerst
dem
Überhitzer
nach
Bauart
Schmidt zugeführt. Dadurch wurde der Dampf noch einmal den heissen
Rauchgasen
ausgesetzt und konnte so weiter erwärmt werden. Durch diese Überhitzung des Dampfes wurde dieser, weil es im Dampf kein flüssiges Wasser mehr zu Verdampfung gab, getrocknet.
Die Temperatur stieg dadurch, im Gegensatz zu den bei einigen
Maschinen der Baureihen A 3/5
verwendeten Dampftrockner, deutlich an. Daher konnte man nun von
Heissdampf
sprechen, der bei Temperaturen von bis zu 350°C eine deutlich höhere
Leistung
erzeugen konnte, als der
Nassdampf.
Aus dem
Heissdampf
ging eine höhere Gefahr aus, als vom bei vielen
Lokomotiven verwendeten
Nassdampf.
Damit das Personal die zusätzliche Gefahr bei der Lokomotive erkennen
konnte, wurde am
Kamin
ein aus Messing gefertigter Ring montiert. Gerade bei den Anfahrten,
konnte der heisse Dampf im Bereich der Leute entweichen. Das hätte zu
schweren Verbrennungen der Haut führen können. Daher der Hinweis für das
Personal.
Der so entstandene
Heissdampf
wurde schliesslich den
Dampfmaschinen
zugeführt und dort zur Erzeugung von
Zugkraft
genutzt. Damit können wir die Dampferzeugung abschliessen. Wie gut die
Lokomotive letztlich war und wie sie diesen erzeugten
Dampf umsetzen konnte, war eine Frage der Abstimmung der Maschinen. Der
vorgestellte
Kessel
konnte schlicht nur eine bestimmte Menge Dampf erzeugen, dieser musste
ausreichen.
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