Die Leistungsbestimmung

Die Bestimmung der Leistung einer Lokomotive ist immer eine einfache Sache. Man nimmt die Daten, die an den Motoren stehen und dann wird gerechnet. Nur, wenn wir uns bei einer Dampflokomotive nach diesen Daten umsehen, haben wir schon sehr viel mehr Mühe, denn wir haben kein Schild, wo Daten abgelesen werden können. Hier müssen wir selber zusehen, dass wir die Leistung bestimmen können und das ist nicht sehr einfach.

Doch dazu müssen wir zuerst einmal wissen, welche Daten wir denn zur Bestimmung der Leistung einer Lokomotive benötigen. Dampflokomotiven haben zwei Punkte, die zur Bestimmung der Leistung herbei gezogen werden müssen. Wir werden uns daher etwas intensiver mit der Angelegenheit befassen müssen. Doch beginnen wir auch hier ganz am Anfang. Am Anfang waren wir noch Feuer und Flamme für dieses Thema und nun müssen wir schwere Probleme lösen.

Bei einer Dampflokomotive ist die Bestimmung der Leistung nicht ganz einfach. Zu viele Punkte spielen bei einer Dampflokomotive mit. So kann es innerhalb von gleich gebauten Lokomotiven zu unterschiedlichen Leistungen kommen, die dann Fehler ergeben würden. Daher ist eigentlich die Leistung nicht der richtige Eckpunkt, denn wir nehmen können, denn die Leistung ergab sich bei Dampflokomotiven aus zwei Punkten.

Ein Punkt ist dabei, der Dampf. Wie viel Dampf kann ich bei einer Lokomotive erzeugen und wie lange benötige ich, um einen bestimmte Dampfmenge wieder zu ersetzen. Daher beginnen die Probleme bei der Bestimmung der Leistung schon beim verwendeten Brennmaterial. Mit Kohle oder Öl kann ich ein heisseres Feuer entfachen, als das mit Holz der Fall ist. Daher gehen wir davon aus, dass unsere Lokomotive mit Kohlen befeuert wird.

Es ist wichtig, dass die Erzeugung von Dampf mit dem Verbrauch übereinstimmt. Wird zu wenig Dampf produziert, bleibt die Lokomotive in Ermangelung von ausreichendem Dampfdruck stehen.

Sie muss dann warten, bis wieder genug Dampf für die Weiterfahrt bereit steht. Bei so einer Lokomotive stimmt dann das Verhältnis zwischen der Erzeugung und dem Verbrauch nicht mehr.

Die Lokomotive versagt auf der ganzen Linie. Solche Lokomotiven, wie die auf dem Bild, gab es wirklich, es konnte auch den Konstrukteuren passieren.

Auf die andere Seite betrachtet, macht es auch wenig Sinn, wenn das Sicherheitsventil Dampf ablässt, weil die Maschine zu wenig davon verbraucht.

Hier ist die Lokomotive zwar funktionstüchtig, arbeitet aber nicht wirtschaftlich, denn es wird zu viel Wasser und Kohle benötigt. Man kann mit der Lokomotive arbeiten, es ist einfach schwer Gewinne damit zu erarbeiten. Einfach gesagt, man kann zusehen, wie das Geld in der Feuerbüchse vernichtet wird.

Wir müssen deshalb darauf achten, dass die Erzeugung mit dem Verbrauch so genau wie möglich übereinstimmt. Nur so erhalten wir eine Dampflokomotive, die richtig funktioniert und die wirtschaftlich arbeitet. Bei der Erzeugung des Dampfes weiss man, wie viel Energie das Feuer an und für sich entwickelt. Wie viel das nun genau ist, lassen wir so stehen, man weiss es und kann nun ausrechnen, wie viel Dampf erzeugt werden kann. Dazu benötigen wir aber einen Wert, den wir uns ansehen wollen.

Die Heizfläche: Wenn man weiss, wie viel Wärme ein Feuer entwickeln kann, benötigt man nur noch die Fläche, wo diese Wärme an das Wasser abgegeben werden kann. Diese Flächen nennt man daher schlicht und einfach Heizfläche. Doch, wie berechnet man diese Heizfläche? Was man damit machen kann, ist ein Punkt, denn wir danach ansehen werden. Jetzt geht es darum, dass wir die Heizfläche einer Dampflokomotive berechnen.

Diese Heizfläche besteht aus den Oberflächen der Feuerbüchse und der Siede- und Rauchrohre. Diese Oberflächen kann man berechnen, denn dazu sind einfache mathematische Formeln vorhanden. So erhält man nun eine Fläche, die als verlässliche Angabe für die Grösse des Kessels genommen werden kann. Schliesslich gilt auch hier, dass ein grosser Kessel eine grössere Heizfläche haben muss, als das unscheinbare kleine Ding nebenan.

Nach den Rauchrohren entweicht der Rauch zusammen mit der Wärme durch das Kamin ins Freie und kann nicht mehr genutzt werden. Somit wissen wir nun, wo die Wärme des Feuers genau wirkt. Was jetzt noch fehlt, sind die Angaben über die Energie des Feuers und über die Energie, die man benötigt um Wasser zum Verdampfen zu bringen. Diese Werte sind in der Physik vorhanden und können nun hinzu gezogen werden. Wir lassen das sein, denn rechnen wollen wir hier nicht mehr.

Sie wollen sich doch nicht mit dem Energieverbrauch bei der Erzeugung von Wasserdampf befassen. Dieser Wert ist zudem noch vom Druck im Kessel abhängig. Auch das sind Punkte, die wir nun berechnen müssten. In Anbetracht der Tatsache, dass hier sogar Fachleuten Fehler passieren können, lassen wir die Berechnung sein. Wir müssen wissen, dass der Kessel in einer Stunde nur eine bestimmte Menge Dampf erzeugen kann. Den Rest überlassen wir den Profis, sollen die sich die Finger verbrennen.

Wie wichtig diese Heizfläche wirklich ist, sehen wir bei den Datenblättern zu den Lokomotiven. Dort findet man eher eine Angabe über die vorhandene Heizfläche, als eine Angabe zur Leistung der Lokomotive. Das zeigt deutlich auf, wie gross die Wichtigkeit bei der Heizfläche ist und dass auch wir eher wissen sollten, dass die Heizfläche durchaus eine wichtige Angabe ist. Nur, wie werden dann die Werte für eine Dampflokomotive genau bestimmt?

Nachdem wir nun dank der Heizfläche erfahren konnten, was eine Lokomotive an Dampf erzeugen kann, muss ich erwähnen, dass wir hier nur theoretisch richtig liegen. Gerade eine Dampflokomotive ist ein gutes Beispiel, dass Theorie und Praxis nicht genau das gleiche sind. Das heisst, nicht jede Lokomotive erzeugt gleich gut Dampf und benötigt deshalb mehr Brennstoff um den gleichen Druck zu erzeugen. Man muss den genauen Wert mit Versuchen bestimmen.

Die Werte für die Leistung werden tatsächlich bei Versuchsfahrten bestimmt. Erst jetzt, weiss man, was man für eine Leistung erzeugen kann. Diese Leistung berechnet sich aus der Kraft und der Geschwindigkeit. Nur, berücksichtigt sie nicht, wie gross die Fläche zur Verdampfung ist. Doch kommen wir nun zum zweiten Teil der Leistungsbestimmung einer Dampflokomotive und hier wird es schon genauer.

Die Anfahrzugkraft: Der zweite massgebende Wert, der zur Leistungsbestimmung bei einer Dampflokomotive entscheidend ist, ist die Anfahrzugkraft. Die Anfahrzugkraft ergibt sich aus der Zugkraft, die unmittelbar beim Beginn der Bewegung entsteht. Bei der Dampflokomotive ist das der Moment, wo sich die Dampfmaschine beginnt zu bewegen. Läuft die Dampfmaschine, kann die Zugkraft nicht mehr erhöht werden.

Die Anfahrzugkraft einer Dampfmaschine kann man berechnen. Denn dazu sind die notwendigen Werte vorhanden. Der Wert, den man erhält, gibt dann an, wie hoch die Zugkraft ist. Angegeben wird diese Anfahrzugkraft in Newton, beziehungsweise in Kilonewton. Nur, was ist denn ein Newton genau und wie kommt man dazu. Schliesslich arbeiteten Sie bisher immer mit Kilogramm und Tonnen. Dann wir es Zeit, dass Sie Newton kennen lernen.

Isaac Newton muss man wohl niemandem mehr vorstellen. Der Engländer kam nach unserer Zeitrechnung am 4. Januar 1643 in Lincolnshire zur Welt. Newton wurde schliesslich zu einem der berühmtesten Physiker aller Zeiten. Unter anderem entwickelte er die Formel zur Bestimmung einer Kraft. Diese Formel hat heute noch Gültigkeit und entspricht einem Naturgesetz. Isaac Newton verstarb nach unserer Zeitrechnung am 31. März 1727 in Kensington. Er wurde mit der Bereichseinheit für die Kraft geehrt.

Ein Newton gibt an, wie schnell ein Körper von einem Kilogramm Gewicht durch die Erdbeschleunigung beschleunigt werden kann. Die Erdbeschleunigung liegt dabei bei einem Wert von 9.81 m/s2. Mit diesen Werten könnten wir nun rechnen. Nur, ich werde mich hüten Ihnen hier alles vorzurechnen. Sie können die Zahlen und Werte selber berechnen und so zum Wert kommen. Ach, Sie benötigen noch die Formel? Gut, dann berechnen wir 1 kg mal die Erdbeschleunigung. Das ergibt den Wert 9.81 Newton.

Wenn Sie bisher mit 10 Kilogramm gleich einem Newton gearbeitet haben, dann lagen Sie etwas daneben. Doch nun wieder zurück zur Dampfmaschine. Dort haben wir Werte, die festgelegt werden können und mit denen kann man, sofern man will, die Anfahrzugkraft berechnen. Diese Werte müssen Sie nur noch kennen. Wenn Sie diese Werte haben, ist die Berechnung der Zugkraft nur noch eine simple Angelegenheit.

Eine Angabe, die benötigt wird, ist der Druck, den der Dampf hat. Das kann je nach Lokomotive unterschiedlich hoch sein. Der Druck ist bei allen Lokomotiven vom gleichen Typ identisch. Festgelegt wird der maximale Betriebsdruck durch das Sicherheitsventil. Diese öffnet, wenn der Druck überschritten wird. Genau hier liegt der Punkt für die Plombe. Etwas mehr Druck, ergibt auch etwas mehr Zugkraft.

Die zweite Angabe ist die Fläche, wo der Dampf auf den Kolben pressen kann. Diesen Wert erfahren wir mit der Fläche des Kolbens. Berechnet wird der Wert mit dem Radius im Quadrat und mit der Zahl П. Wer das Zeichen nicht kennt, sollte sich etwas mit dem griechischen Alphabet befassen, denn der Wert für diese Kreiszahl lautet Pi. Was noch fehlt ist die Zahl selber. Bitte sehr: 3,14159 26535 89793 23846 26433 83279 50288 41971 69399 37510 58209 74944 59230 78164 06286 20899 86280 34825 34211 70679…

Wie, das ist Ihnen nun doch etwas zu viel? Gut, man kann diese unendliche Zahl kürzen, ich wählte einfach nur 100 Stellen. Üblich sind sechs Stellen, so können Sie beruhigt mit 3.14159 rechnen. Entscheidend für uns ist eigentlich nur, dass wir die Fläche so genau wie möglich erhalten. Damit könnte man wir die Werte, die zur Berechnung der Zugkraft benötigt werden, bestimmen. Wer rechnen will, kann sich das antun, wir hier schauen und wieder die Dampflokomotive von vorhin an.

Stimmen der Kessel und die Dampfmaschine nicht überein, dann wird die Lokomotive, die wohl gigantische Züge zieht, zu einer Lokomotive, der auf der Fahrt der Schnauf ausgeht. Genau das passierte aber bei der Lokomotive Ed 2x 3/3 der Gotthardbahn. Die elegante Lokomotive vermochte mehr Dampf zu verbrauchen, als der zierliche Kessel erzeugen konnte. Die riesige Lokomotive musste immer wieder anhalten und Wasser kochen. Wenn das in einem Tunnel war, wurde es sogar noch gefährlich.

Es ist endlich so weit, wir haben die Dampflokomotiven mit ihren besonderen Bauformen kennen gelernt und wissen wie die Leistung einer solchen Lokomotive berechnet wurde. Selbst die Steuerungen der Lokomotive erkennen wir und können ihr den passenden Namen geben. Wir kennen uns mit Dampflokomotiven aus. Etwas, was immer mehr in Vergessenheit gerät, denn heute baut man keine Dampflokomotiven mehr und man schaut in alten Unterlagen nach.

Alle Leute möchten sich an Dampflokomotiven erfreuen und nur wenige Mitarbeiter sind in der Lage eine Dampflokomotive korrekt zu bedienen. Dazu gehört, dass der Lokführer den Verbrauch des Dampfes so reguliert, dass es dem Heizer möglich ist, diesen immer wieder zu ersetzen. Notfalls lässt man es etwas gemütlicher angehen, denn wer Wasser kochen muss, weil er zu schnell war, wird schnell zum Gespött seiner Kollegen.

Angaben für das Personal: Das Personal benötigt daher gewisse Informationen zur Lokomotive. So muss es wissen, welche Züge es mit der Dampflokomotive ziehen kann und wie weit die Vorräte reichen. Man kann mit einer Dampflokomotive nicht unbeschränkte Distanzen zurücklegen. Das geht vielleicht in Filmen, aber in der Realität endet die Fahrt mit der Dampflokomotive, wenn man keinen Dampf mehr hat. So ist der Verbrauch ebenso wichtig, wie die Anfahrzugkraft.

Bei den Versuchsfahrten mit neuen Dampflokomotiven werden Werte bestimmt, die dann dem Personal abgegeben werden. Dazu gehören auch Angaben zur Zugkraft. Mit Hilfe dieser Angaben weiss das Personal wo, wie schwere Züge gezogen werden können. Diese Werte werden heute noch verwendet, man nennt sie Normallast. Diese Normallast wird auch bei Dampflokomotiven festgelegt und die ist wichtig, weniger die Leistung. Doch die Dampflokomotive bekommt noch weitere Werte.

Diese Werte bestimmen den Verbrauch an Betriebsstoffen. Bestimmt werden auch diese bei den Versuchsfahrten. Je nach Lokomotive gab es beim Verbrauch Abweichungen. Je besser das Personal seine Lokomotive kannte, desto besser konnte es die Vorräte ausnutzen. Man nahm nicht die maximalen Vorräte mit, wenn man diese auf der Fahrt gar nicht benötigt. Schliesslich muss das Gewicht der Vorräte auch gezogen werden.

Die Angaben für das Personal bezogen sich daher auf das Zuggewicht. Dieses war bekannt und so konnte man damit den Verbrauch berechnen. Man nahm daher eine feste Grösse. Diese Grösse bestand aus einer Tonne und einem Kilometer. Die für diese Werte benötigten Vorräte gab man In Kilogramm oder in Kubikmeter an. So konnte nun berechnet werden, was man für den Zug an Kohle und Wasser benötigt.

Damit sind wir beim Abschluss der Leistungsbestimmung und den Betriebsdaten angelangt. Wir haben aber noch einen Punkt, den wir betrachten wollen. Dieser letzte Punkt der Dampflokomotive ist der Transport der benötigten Vorräte. Ein Thema, das oft vergessen wird, aber bei Dampflokomotiven sehr wichtig ist. Die Dampflokomotive führt alles mit, was sie für die Fahrt benötigt. Dazu gehören auch die Kohlen und das Wasser.

 

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