Beginnen wir mit der Heizfläche. Wie es schon vom Begriff her zu erkennen ist, haben wir hier eine Fläche. Auf diese wirkt die Wärme des Feuers und das war es auch schon. Wie gross diese ist, hängt davon ab, wo beim Feuer man ist und wie gut diese an das Wasser abgegeben werden kann. Hier gibt es grosse Unterschiede bei den Leitwerten von Metallen. Somit ist diese Fläche gar nicht so einfach, wie man vom Begriff her vermuten könnte.

Also gut, ich gebe mich geschlagen, eine Fläche kann man berechnen. Dazu muss man die Ab-messungen kennen und von zwei Kanten die Masse nehmen. Diese werden multipliziert und schon ha-ben wir die Fläche.

Nur ist diese natürlich nicht immer so einfach zu berechnen. Bleche können gewölbt sein und dann verändert sich der Wert. Um die genauen Werte zu berechnen, ist eine etwas komplexere Berechnung vor zu nehmen.

Mit dem Ergebnis wissen wir auch in welchem Bereich die Wärme des Feuers auf das Metall wirkt. Es müssen daher alle Flächen genommen werden, bei denen sich auf der anderen Seite Wasser befand.

An allen anderen Stellen konnte schlicht keine Wärme an dieses übertragen werden. Die Wärme ging an die Umwelt verloren und das nennt man Verluste. Diese waren bei einem Kessel recht hoch und das trotz aller Optimierung.

Es kommt noch schlimmer für die Leute, die gerne rechnen. Die Wärme des Feuers wirkt nicht überall gleich. Je weiter die Fläche vom Feuer entfernt ist, desto weniger kann genutzt werden. Das Thema mit dem Wasser, das nur Wärme aufnehmen kann, die höher ist, als der eigene Wert, hatten wir schon. Somit kann ich nur sagen, viel Spass mit der Rechnung. Dabei haben wir gar noch nicht alle Parameter, denn man teilt die Heizfläche.

Direkte Heizfläche: Die direkte Heizfläche ist genau definiert. Es sind alle Flächen, auf die das Feuer direkt wirkt. Somit kommen hier nur die Wände und die Decke der Feuerbüchse in Frage. Dabei wird diese direkte Heizfläche in den Unterlagen immer speziell erwähnt. Da wir den Kessel bereits kennen, werden hier Metalle wie Stahl und Kupfer verbaut. Wobei Stahl mit Ausnahme der Decke überall verwendet wird und man die Metalle nicht teilt.

Bei der direkten Heizfläche wirkt also das Feuer direkt auf die Metalle und damit stellt sich die Frage nach den Art, wie dieses wirkte. Nehmen wir dazu das Lagerfeuer in der letzten Sommernacht.

Sie erinnern sich, dass dabei Flammen entstanden und die Luft über dem Feuer zu flimmern begann. Auf Ihrer Haut spürten Sie die davon ausgehende Wärme. Nur, was erwärmte sie? Die hübsche Nachbarin ist auf jeden Fall nicht gemeint.

Von einem Feuer gehen immer zwei Wärmequellen aus. Das sind die Flammen, die für die Wärme verantwortlich ist. Dabei kann anhand der Farbe sogar erkannt werden, wie hoch die Temperatur ist.

Das Spektrum der Farben kann hier von rot und gelblich bis zu blau gehen. Im letzten Fall ist aber eine extrem hohe Hitze vorhanden und auch mit grosser Anstrengung werden sie diese bei einem Lagerfeuer nie erreichen.

Als jedoch die Flammen weg waren und Sie sich die Glut angesehen haben, stellten Sie fest, dass eine wohlige Wärme ihren Körper durchdringt. Die warme Luft kann es nicht sein, denn die nervte den ganzen Tag und am Rücken bemerken Sie, dass es schon sehr kühl ist. Jedoch kommen wir in die Welt der Lichtwellen, denn solche werden von einem Feuer ausgegeben. Sonst wäre ja die Party mit der Dunkelheit vorbei gewesen.

Die rote Glut ist kein Zufall, denn sie strahlt immer noch Licht aus. Dieses befindet sich im Bereich infrarot. Mit dem Auge können wird diese nicht mehr erkennen, aber das heisst nicht, dass es sie nicht gibt. Das Objekt, das dieses Licht abgibt erscheint für uns rot. Jedoch sind diese Lichtstrahlen sehr energiereich. Das Fleisch auf dem Rost wurde köstlich und Sie hätten es auch geniessen können, wenn Sie sich am heissen Rost nicht verbrannt hätten.

Es ist so, die von einem Feuer ausgegebene infra-rote Strahlung wirkte auf die Metalle und alle an-deren Stoffe. Es ist die Wärme, die bei uns das angenehme Gefühl hervorruft.

Grundlos sind die Räumlichkeiten mit den unbeklei-deten Damen nicht in einem roten Licht gehalten. Infrarotes Licht ergibt Wärme, die in den Körper eindringt und die sich angenehm anfühlt. Daher sitzen Sie auch noch am Feuer und starren auf die Glut.

Wir haben daher bei der direkten Heizfläche die erwärmte Luft und das Feuer selber, die auf die Metalle einwirken. Wie hoch dieser Eintrag ist, hängt vom Brennstoff ab. Sie wollen wirklich noch rechnen?

Damals hatten die Fachleute das Wissen und auch Tabellen, die ihnen helfen konnten. Ohne diese wird es wirklich eine sehr mühsame Rechnung. Aber da-mit kennen wir nun den Eintrag von Wärme in das Metall und bekommen eine Leistung.

Es wirkte also in diesem Bereich das Feuer direkt und das war der Grund für den Namen dieser Heizfläche.

Wie schon erwähnt, wer die einzelnen Parameter kennt, kann damit die Leistung berechnet werden. Diese benötigt man zum Beispiel um den passenden Kessel bei einer Heizung für ein Haus zu bestimmen. Beim Kessel der Lokomotive sind wir aber noch nicht am Ziel und es gibt noch den Langkessel mit seinen Flächen.

Indirekte Heizfläche: Die zweite Heizfläche ist die indirekte Heizfläche. Es sind alle Bereiche, bei denen die Wärme über das Metall an das Wasser abgegeben wird. Im Gegensatz zur vorherigen direkten Heizfläche fällt die die Infrarote Strahlung weg und es wirkt nur noch die vom Feuer erwärmte Luft auf das Wasser. Die ist wirklich immer noch heiss genug um Wasser zu erhitzen. Beim Aufbau des Langkessels haben wir erfahren, dass es Rohre sind.

Die Fläche von Rohren kann man berechnen. So kennen wir deren Länge und auch den Durchmesser. Wir müssen also den Umfang und die Länge der Rauchrohre nehmen. Bei den Siederohren geht das auf die gleiche Weise.

Um hier die korrekte Fläche zu erhalten, benötigen wir noch einen Faktor. Nur so können wir den Um-fang berechnen. Damit wir die indirekte Heizfläche bekommen, müssen wir nur diesen Faktor kennen und der heisst Pi.

Pi ist der Faktor um Kreise zu berechnen. Dabei wird dieser Faktor mit dem Zeichen П angegeben. Diese Kreiszahl verändert sich auch nicht, wenn der Durchmesser verändert wird. Die aus dem griechischen Alphabet stammende Zahl ist eine drei mit unendlich vielen Stellen nach dem Komma.

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…

Mit Pi, dem inneren Durchmesser und der Länge haben wir die Werte, die wir zur Berechnung der Fläche benötigen. Auch hier kann man berechnen, wie viel Wärme an das Wasser abgegeben wird. Die gesamte Heizfläche berechnet sich aus den Werten für den direkten Bereich des Stehkessels, in den indirekten Teil im Langkessel. Jetzt ist es wirklich nur noch eine Fleissarbeit und wir wissen, wie viel Dampf ein Kessel erzeugen kann.

Sollten Sie sich immer noch mit der Kreiszahl herumschlagen, es sind nur 100 Stellen, berechnet wurden schon über 200 Stellen. Diese mit den einfachen Massen ergänzt, ergibt die Fläche. Mit der Grösse des Feuers und der Leitfähigkeit von Metallen lässt sich das berechnen. Eine mühsame Sache, die wir uns ersparen. Es reicht, dass wir wissen, wie man berechnen kann, was ein Kessel leistet. Es klappte nicht immer, aber meistens.

Den Kessel haben wir mit der Heizfläche vorher berechnet und nun kommen wir zu den Dampfmaschinen. Mit Hilfe des Dampfes wird dort in einem Zylinder eine Kraft erzeugt. Diese ändert sich nur mit der Füllung. Weil sie nur wirkt, wenn mit dem Zug angefahren wird, nennt man diese Kraft meistens Anfahrzugkraft. Da es bei einer Dampflokomotive aber keine anderen Kräfte mehr gibt, wird oft einfach von der Zugkraft gesprochen.

Warum das bei der Dampfmaschine nicht mehr änderte ist klar, denn die Kraft kann mit zunehmender Geschwindig-keit nicht erhöht werden. Dazu müssten die Zylinder ver-ändert werden und das geht bekanntlich nicht.

Bei anderen Antriebsarten ist das jedoch anders und daher können dort auch andere Kräfte aufgeführt werden. Nun sollten wir uns aber einmal die Anfahrzugkraft genauer ansehen, denn sie ist sehr speziell.

Noch klar ist, dass sie bei an Anfahrt erzeugt werden kann. Damit bleibt uns nur noch die Zugkraft und eine solche kann die Dampfmaschine schlicht nicht erzeugen. Hier wirkte einfach eine Kraft und diese wird auf ein Gestänge übertragen.

Es kann auch eine Kurbelwelle sein. Letztlich spielt das keine Rolle. Diese Kraft kann aber nicht einfach in Zug-kraft umgewandelt werden, denn dazu benötigt man zuerst eine sich drehende Bewegung.

Bei der normalen Dampfmaschine wird dieses Drehmo-ment mit den Triebstangen und den Rädern erzeugt. Erst diese können aus dem Drehmoment eine Zugkraft machen.

Dazu werden physikalische Grundsätze angewandt. Die Haftreibung zwischen Lauffläche und Schiene sind in dem Fall die wichtigen Grössen. Weil man bei einer Lokomotive wissen will, was sie ziehen kann, wird die hier wirksame Zugkraft genommen. In unserem Fall die Anfahrzugkraft.

Früher erfolgten die Angaben noch in Kilogramm. Das oft noch nicht so umfangreich ausgebildete Personal konnte mit diesen Werten arbeiten, auch wenn sie nicht korrekt waren. Bei Kräften wird heute mit dem besseren technischen Verständnis mit Newton gearbeitet. Letztlich kann man aus diesen Kräften auch ein Gewicht berechnen. Das sollte aber senkrecht auf den Boden fallen und nicht an einer Lokomotive hängen.

Newton: Isaac Newton muss man wohl niemandem mehr vorstellen, er ist nun wirklich allgemein be-kannt. Der Engländer kam am 04. Januar 1643 in Lincolnshire zur Welt.

Neben all seinen anderen Arbeiten, wurde Newton wegen der Entdeckung der Schwerkraft zu einem der berühmtesten Physikern aller Zeiten.

Die Schwerkraft besagt, dass diese immer gegen den Mittelpunkt der Erde wirkt und dass sich nie-mand dieser Kraft entziehen kann.

Um es etwas banaler auszudrücken, Isaac Newton fand heraus, warum wir nicht von unterer Kugel fallen. Klar, auch ich weiss doch, dass diese flach ist, wie eine Pizza mit knusprigem Rand.

Gehen wir einmal davon aus, dass die vielen Fach-leute sich nicht irrten und wir auf einer Kugel leben.

Newton erkannte, dass die Schwerkraft uns hier behält. Ohne diese würden wir alle bei der Ge-schwindigkeit der Erde ins All katapultiert.

Unter anderem entwickelte Newton auch die For-mel zur Bestimmung einer Kraft. Diese Formel hat heute noch ihre Gültigkeit und entspricht einem Naturgesetz. Isaac Newton verstarb 31. März 1727 in Kensington. Er wurde mit der Bereichseinheit für die Kraft geehrt. Eine Ehrung, die in dem Fall kaum die Erkenntnisse des grossen Menschen widerspiegelt. Dank Newton wissen wir, warum wir immer auf die Erde fallen.

Doch nun zum Naturgesetz von Newton. Ein Newton gibt an, wie schnell ein Körper von einem Kilogramm Gewicht durch die Erdbeschleunigung beschleunigt werden kann. Diese Erdbeschleunigung liegt dabei bei einem Wert von 9.81 m/s². Sie ist überall wirksam und betrifft sämtliche Objekte. Bei Leben auf einem anderen Planet, kann ein anderer Wert gültig sein. In dem Fall passen diese Lebewesen nicht so gut auf unsere Kugel.

Mit diesen Werten könnten wir nun rechnen. Nur, ich werde mich hüten, Ihnen hier alles vorzurechnen. Sie kön-nen die Zahlen und Werte selber berechnen und so zum Wert kommen. Ach, Sie benötigen noch die Formel?

Gut, dann berechnen wir für ein kg die Erdbeschleu-nigung. Das ergibt den Wert 9.81 Newton. Wenn Sie bisher mit zehn Kilogramm gleich einem Newton gearbeitet ha-ben, 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 berech-nen. Diese Werte müssen Sie nur noch kennen.

Wenn Sie diese Werte haben, ist die Berechnung der Zug-kraft nur noch eine simple Angelegenheit. Auch wenn ich aus lauter Gemeinheit nicht mitrechnen werde, denn das ist mir schlicht und einfach zu mühsam.

Eine Angabe, die benötigt wird, ist der Druck, den der Dampf hat. Dieser kann je nach Lokomotive unterschied-lich hoch sein. Der Druck ist bei allen Lokomotiven vom gleichen Typ identisch. Wobei das mit der Regel auch hier gilt. Festgelegt wird der maximale Betriebsdruck durch das Sicherheitsventil. Dieses öffnet, wenn der Wert 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. Diese Kreiszahl lautet: 3,14159 26535 89793 23846 26433 83279 50288 41971 69399 37510 58209 74944 59230 78164 06286 20899 86280 34825 34211 70679… Das ist mit schlicht zu mühsam, daher beschränke ich mich auf 3.1416.

Entscheidend für uns ist eigentlich nur, dass wir die Fläche so genau wie möglich erhalten. Damit könnte man die Werte, die zur Berechnung der Zugkraft benötigt werden, bestimmen. Wer rechnen will, kann sich das antun.

Wir hier schauen uns wieder die Dampf-lokomotive an. Natürlich nehme ich als Muster das Modell, das ich schon ausge-führt habe und das falsch konstruiert wurde. Jetzt sollten wir wissen, was schief gelaufen ist.

Der Kessel dieser Lokomotive hatte eine Heizfläche von 154.3 m² erhalten. Bei den vier Maschinen waren Durchmesser von 400 und 580 mm vorhanden.

Wer sich nun die Mühe macht zu rechnen wird erfahren, dass die Maschinen eine Anfahrzugkraft von 84 kN erbringen konnten. Jedoch war dabei trotz der Tatsache, dass es ein Verbund war, sehr hoch. Der Kessel schaffte es schlicht nicht ausreichend Dampf zu erzeugen, weil er zu klein war.

Ein Vergleich mit einer gelungenen Lokomotive zeigt das. Die Baureihe A3T der gleichen Bahngesellschaft verfügte über eine Heizfläche von 166 m². Bei den auch hier vorhandenen vier Zylindern waren Durchmesser von 370 und 570 mm vorhanden. Sie erkennen, dass die Heizfläche gesteigert wurde und die Maschinen von geringerer Grösse waren. So reichte die Produktion aus und die Schnellzugslokomotive wurde ihrem Namen gerecht.

Es ist 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.