Titel: Elektrische Locomotiven.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1894, Band 291 (S. 276–280)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj291/ar291076

Elektrische Locomotiven.

Mit Abbildungen.

Die Anwendung des elektrischen Stromes als Triebkraft für Fahrzeuge besteht seit dem Jahre 1879, in welchem Werner v. Siemens auf der Berliner Gewerbeausstellung seine erste kleine elektrische Bahn vorführte, der im J. 1881 die Strassenbahn in Lichterfelde bei Berlin folgte. Seit jener Zeit hat man die elektrische Zugkraft für Förderungen aller Art angewendet, und zwar sowohl zum Ersatz für Zugthiere, als auch an Stelle von Dampf kraft. Namentlich in Amerika nahm der elektrische Strassenbahnbetrieb einen bedeutenden Aufschwung, wie denn nach Revue industrielle zur Zeit in diesem Lande mehr als 300 derartige Bahnen in Betrieb sein sollen. Doch nicht allein Strassenbahnen zu ebener Erde, sondern auch erhöhte und unterirdische Stadtbahnen, Grubenbahnen, Omnibuswagen u. dgl. wurden im Laufe der Zeit, wie auch kleinere Boote bis zu etwa 60 Personen, elektrisch betrieben und ferner statt der Drahtseilbahnen zur Förderung von Material, |277| Erzen u.s.w. mit Vortheil besonders in England sogen. Telpherlinien zur Anwendung gebracht, deren Vorzüge, wie bei allen oberirdischen Bahnen, hauptsächlich darin liegen, dass keine Grunderwerbungen nothwendig sind und Steigungen wie auch Gefälle wenig Einfluss auf die Anlagekosten ausüben.

Die Zuführung des elektrischen Stromes zu den auf den Wagen befindlichen Motoren geschieht auf directem oder indirectem Wege, und zwar im ersteren Falle entweder oberirdisch über den Wagen, seitwärts der Wagen durch besondere Mittelschiene oder durch beide Schienen, anderenfalls unterirdisch in verschiedener Weise – gewöhnlich durch Contactleitungen in Kanälen –, während die indirecte Stromzuführung ausschliesslich durch Accumulatoren geschieht, welche im Wagen selbst oder in einem besonderen Tender bezieh. in einer Locomotive mitgeführt werden.

Trotzdem dieses indirecte System unter den elektrischen Bahnbetrieben das theuerste ist, kann es, selbst bei den unseren heutigen Accumulatoren noch anhaftenden Mängeln, unter Umständen doch erfolgreich gegen andere Betriebe concurriren, allerdings kaum gegen directe Strom Zuführung, und namentlich da nicht, wo es sich um Förderung bedeutender Lasten handelt, da hier das Gewicht der mitzuführenden schweren Accumulatorzellen nebst Zubehörstücken einen ganz erheblichen Betrag erreicht.

Sind zur Förderung eines Zuges z.B. 500 erforderlich, so stellt sich das Gewicht der mitzuführenden Zellen nebst Zubehör nach Revue industrielle auf ungefähr 60 k für jede Stundenpferdekraft und würde demnach für eine 4stündige Fahrt 120 t (?), also beinahe, ebenso viel wie das Gewicht des gesammten Trains, dessen Locomotive mit den zum Betreiben der Achsen nöthigen Elektromotoren in diesem Falle allein 170 t wiegt, betragen.

Diese Zahlen erscheinen kaum glaubhaft, doch stimmen sie mit denen annähernd überein, welche sich nach Mittheilungen in Le Génie civil vom 1. April 1893 bei einer elektrischen Versuchslocomotive der Compagnie du chemin de fer du Nord ergaben. Diese Locomotive ist mit 80 Accumulatoren im Gewichte von 19000 k ausgerüstet, die für eine Fahrzeit von 6 Stunden 50 Minuten, innerhalb welcher die Locomotive mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 46 km in der Stunde und einer Leistung der Dynamos von 52 ungefähr 300 km zurücklegte, zur Stromerzeugung genügten. Das Gewicht der Accumulatorzellen stellt sich in diesem Falle auf 53,5 k für jede Stundenpferdekraft, ist demnach auch hier ein ziemlich beträchtliches.

Aus diesem Grunde führte man in einzelnen Fällen den zur Ausführung gekommenen, für Eisenbahnen verwendbaren Locomotiven den Strom auf directem Wege mittels fester Leiter längs der Bahn zu.

Derartige Locomotiven lassen sich jedoch nur auf kurzen Eisenbahnstrecken mit dichtem Verkehr vortheilhaft und gefahrlos betreiben; bei vielen Kreuzungen, Weichen und Seitensträngen, wie sie bei grösseren Bahnanlagen vorkommen, fällt nicht nur die Anbringung von Stromleitern an allen Gleisen und ihrer Verbindungen an den Schnittstellen sehr theuer aus, sondern es wird auch der Betrieb wegen der unausbleiblichen Irrthümer und Zufälle bei grossen Fahrgeschwindigkeiten ausserordentlich gefährdet.

Deshalb ging man in neuester Zeit dazu über, die für den Betrieb erforderliche elektrische Energie auf der Locomotive selbst zu erzeugen und diese gewissermaassen zu einer beweglichen elektrischen Anlage zu gestalten, was keinerlei Aenderungen an den bestehenden Bahnen und ihren Einrichtungen bedingt.

Mit einer derartigen Locomotive (System Heilmann) werden seit Kurzem auf verschiedenen Linien der französischen Staatsbahn umfassende Versuche angestellt.

Textabbildung Bd. 291, S. 277
Fragen wir uns zunächst, worin die Ueberlegenheit der elektrischen Locomotive gegenüber der mit Dampf betriebenen Locomotive besteht, so lassen sich zu Gunsten der ersteren im Wesentlichen folgende Punkte anführen:

1) Das zur Dampfbildung nöthige Brennmaterial lässt sich trotz der verhältnissmässig geringen Güteverhältnisse der zur Erzeugung elektrischer Energie dienenden Motoren, sowie der zur Nutzbarmachung dieser Energie erforderlichen Apparate bei der elektrischen Locomotive vortheilhafter ausnutzen als bei der Dampflocomotive.

2) Die Fahrgeschwindigkeit lässt sich bei der elektrischen Locomotive ohne Nachtheil für den Oberbau ganz bedeutend erhöhen, da in Folge Fortfallens der hin und her gehenden Theile schlingernde, schaukelnde und stampfende Bewegungen lange nicht in dem Maasse auftreten können, wie bei der Dampflocomotive.

3) Der einfache Mechanismus der elektrischen Locomotive gestattet ein sofortiges Umsteuern derselben und ferner auch ein augenblickliches Anhalten des Zuges. Die der grösseren Fahrgeschwindigkeit entsprechend kleineren |278| Behälter zum Unterbringen von Kohlen und Wasser, sowie die ohne grosse Kosten erreichbare elektrische Beleuchtung der Wagen und, was namentlich für die Verkehrssicherheit von grosser Bedeutung, der Kopflichter der Locomotiven sind weitere Vorzüge, welche sich mit Einführung elektrischer Locomotiven nebenbei ergeben.

Textabbildung Bd. 291, S. 278
Die elektrische Locomotive, mit welcher auf den französischen Staatsbahnen Versuche angestellt werden, ist in Fig. 1 mit abgenommenem Führern aus dargestellt. Die Locomotive (System Heilmann) soll eine Fahrgeschwindigkeit von 90 bis 110 km und selbst bis 160 km in der Stunde entwickeln, also mindestens ebenso viel wie eine Dampflocomotive leisten.

Ehe man zum Bau der Locomotive schritt, wurden eingehende Versuche angestellt, um zu erfahren, ob der Drehstrom, insbesondere der Dreiphasenwechselstrom sich zum Betriebe der Locomotive eigne. Man brachte zu dem Zwecke einen Elektromotor an einer Eisenbahnwagenachse in der Weise an, dass der Anker mit der Achse fest verbunden war, wohingegen der an der Innenwandung einer mit den Kadern zusammenhängenden Trommel von Stahlblech angebrachte Ring mit den Rädern umlief. Bei den Versuchen benutzte man an Stelle der Räder Riemenscheiben und machte die Achse auf Böcken fest, während der Strom dem Anker durch drei Kabel in der Bohrung der Achse zugeleitet wurde. Man fand bei diesen Versuchen, dass der Drehstrommotor an und für sich gut arbeitete, 70 entwickelte, eine geringe Erhöhung der Temperatur in den Umwickelungen zeigte und sich sonst überhaupt zur Uebertragung der Zugkraft auf die Räder eignete. Doch erkannte man einen grossen Nachtheil in dem Synchronismus zwischen dem Drehstrommotor und der Dynamomaschine, indem beide stets ganz oder wenigstens annähernd gleich schnell umlaufen müssen. Dies würde bedingen, dass die Dampfmaschine, welche die Dynamo antreibt, ebenfalls rascher oder langsamer laufen muss, was ein Nachtheil für die Ausnutzung des Dampfes ist, da dann die Expansion geändert werden muss.

Man entschied sich daher für die Anwendung von Gleichstrommaschinen, weil dann die Dampfmaschine bei hoher Expansion nebst der Dynamo mit gleichmässiger Geschwindigkeit arbeiten kann, während die Elektromotoren nach Belieben und ohne Nachtheil rascher oder langsamer umlaufen.

Die Fig. 1 ersichtliche Locomotive bildet, wie die Ansicht (Fig. 2) derselben erkennen lässt, nach Le Génie civil vom 4. Februar 1893 einen geschlossenen Kasten mit zwei vorderen parabolischen Holz wänden, welche verhüten sollen, dass die Locomotive dem Luftdrucke eine zu grosse Angriffsfläche bietet. Das Gehäuse ist auf zwei Truckgestellen zu je vier Achsen aufgebaut und enthält die zur Stromerzeugung nöthigen Maschinen, d.h. einen Kessel mit Schornstein an seinem hinteren Ende über der Rauchkammer, eine Dampfmaschine und die Dynamo; ferner ist noch ein Stromerreger mit eigener Dampfmaschine vorhanden. Jede Achse der Truckgestelle steht mit einem Elektromotor von 45 Kilo-Watt in Verbindung, so dass eine Betriebskraft von 360 Kilo-Watt = 480 elektrischen zur Verfügung steht.

Der Stahlkessel, System Lentz (1892 286*257), hat eine Feuerbüchse aus gewelltem Eisenblech, deren Verlängerung eine Verbrennungskammer bildet, in welcher sich mitgerissene Flugasche sammelt. Ein weites Rohr, welches in diese Kammer einmündet, gestattet das zeitweise Entfernen der Asche mittels Saugwirkung eines Dampfstrahles. Bei dem Austritte aus der Verbrennungskammer treten die Heizgase durch verhältnissmässig kurze Rohre in die Rauchkammer bezieh. den Schornstein.

Die hauptsächlichsten Abmessungen des Kessels sind folgende:

Totale Länge 7,900 m
Grösster Durchmesser 1,930 m
Durchmesser der Feuerbüchse 1,350 m
Rostfläche 2,250 qm
Heizfläche der Feuerbüchse 18,060 qm
Rohre 127,110 qm
Gesammtheizfläche 145,170 qm
Arbeitsdruck 12 at

Textabbildung Bd. 291, S. 278
Auf jeder Seite des Kessels, der auf dem hinteren Theile der Locomotive angeordnet ist, liegen die zum Unterbringen von Kohle und Wasser bestimmten Behälter für 5 bis 6 bezieh. 10 t Inhalt. Die Speisung des Kessels erfolgt mittels zweier, auf der Feuerbüchse sitzender Injectoren. Vor dem Kessel ist für den Heizer freier Raum gelassen, und die zum directen Betreiben der grossen Dynamo dienende 500pferdige liegende Dampfmaschine liegt derart, dass ihre Kurbelwelle mit der Längsachse des Kessels parallel läuft.

Die nach dem System Brown erbaute zweicylindrige |279| Verbunddampfmaschine (Fig. 3 und 4) ist so bemessen, dass jeder Cylinder annähernd dieselbe Arbeit leistet. Die beiden Kurbeln sind um 180° gegen einander versetzt.

Die Hauptverhältnisse der Maschine sind folgende:

Effective Leistung bei 300 minutlichen
Umdrehungen

600

Effective Leistung bei 500 minutlichen
Umdrehungen

800

Füllung im grossen Cylinder 60 Proc.
„ „ kleinen „ 60 Proc.
Durchmesser des kleinen Cylinders 425 mm
„ „ grossen „ 650 mm
Gemeinschaftlicher Kolbenhub 300 mm
Kesselspannung 12 at
Spannung des Dampfes beim Eintritt
in den grossen Cylinder

4,5–5

at
Voreinströmung im kleinen Cylinder 1 Proc.
Vorausströmung 17 Proc.
Voreinströmung grossen 2 Proc.
Vorausströmung 9 Proc.
Dampfverbrauch für 1 indicirte und
Stunde

9,5

k
Desgl. für 1 effective und Stunde 11,0 k
Gesammtgewicht der Maschine 5,2 t

Textabbildung Bd. 291, S. 279
Die Steuerung der Maschine geschieht durch Drehschieber, wobei die Schieberkasten des Condensationswassers wegen unter den Cylindern angeordnet sind. Die Mitnahme der Schieber erfolgt direct durch die Excenterstangen. Um eine gleichmässige Abnutzung zu erzielen, werden die Drehschieber auf ihren Achsen hin und her geschoben, so dass nicht immer dieselben Punkte von Schieber und Schieberspiegel auf einander treffen. Zu dem Zwecke ist die Excenterstange a (Fig. 4) mit einem Zapfen versehen, der bei Drehung der Kurbelwelle eine ovale Bewegung um die Achse einer Hilfswelle b ausführt und diese mittels eines geschlitzten Hebels umdreht. Diese Drehung überträgt sich mittels Schnecke und Schneckenrad auf eine Welle c, welche mittels eines an ihrem unteren Ende befestigten Excenters, sowie der Stange d, des Hebels e und der Stangen f und g zwei Winkelhebel so bethätigt, dass die Drehschieber hin und her geschoben werden.

Das den Hochdruck- mit dem Niederdruckcylinder verbindende Rohr ist mit einer Stopfbüchse versehen, welche eine freie Ausdehnung desselben gestattet. Der aus dem grossen Cylinder strömende Dampf tritt, wie bei einer gewöhnlichen Locomotive, aus dem Schornsteine ins Freie.

Die Kurbelwelle der Dampfmaschine ist mit der Dynamowelle direct gekuppelt. Die Dynamo hat sechs Magnetpole und einen Gramme'schen Ringanker von 1,239 m Durchmesser; sie entwickelt mit 360 minutlichen Umdrehungen einen Strom von 1025 Ampère und 400 Volt, leistet folglich 410 Kilo-Watt oder 560 effective .

Vor dieser Dynamomaschine ist der Stromerzeuger sammt eigener Dampfmaschine aufgestellt. Der Stromerzeuger – eine Verbunddynamo mit vier Elektromagneten – entwickelt einen Strom von 26 Ampère und 50 Volt, also eine Leistung von 13 Kilo-Watt oder ungefähr 18 ; hiervon dienen 5 Kilo-Watt für die Erregung der Elektromagneten der Hauptdynamo und 8 Kilo-Watt zur Beleuchtung des Zuges.

Die zum Betreiben des Erregers dienende Zwillingsdampfmaschine veranschaulichen Fig. 5 und 6; sie ist ebenfalls nach Angaben von Ch. Brown ausgeführt und läuft mit 300 Umdrehungen in der Minute. Die Kurbeln sind gegenseitig um 180° versetzt.

Bemerkenswerth ist die Construction der zur Steuerung dienenden kreisrunden Schieber, welche von kreisrunden Rahmen so umfasst werden, dass sie sich, sobald an irgend einer Stelle der Schiebergleitfläche mehr Reibung stattfindet als an einer anderen, leicht drehen können und somit gleichmässige Abnutzungen hervorbringen. Ein auf der Abbildung nicht dargestellter Regulator dient zur Regelung des Einströmventils.

Die Hauptverhältnisse der Maschine sind folgende:

Cylinderdurchmesser 150 mm
Kolbenhub 150 mm
Anfängliche Dampfspannung 12 at
Füllung 50 Proc.
Voreinströmung 0,5 Proc.
Vorausströmung 14 Proc.
Dampfverbrauch für 1 indicirte und
Stunde

14

k
Desgl. für 1 effective und Stunde 17 k

Die über den acht Achsen der Locomotive liegenden Elektromotoren (Fig. 7 und 8) haben je vier Pole, des beschränkten Raumes wegen indess nur zwei Spulen. Das den Anker umschliessende Gehäuse ist in einem Stück aus Gusstahl gefertigt und an den beiden Enden von Deckeln aus Bronze geschlossen, die zum Zwecke bequemer Zugänglichkeit zu den Bürsten und guter Ventilation des Ringankers mit Oeffnungen versehen sind. Der Gramme'sche Ringanker von 650 mm Durchmesser ist zur Aufwickelung des Drahtes auf seinem äusseren Umfange verzahnt und auf einem Stahlrohre befestigt, welches an den Enden von auf der Achse sitzenden Ringen aus elastischem Material getragen wird. Das Stahlrohr bildet an dem einen Ende eine Scheibe mit Ausschnitten am Umfange, die ebenfalls mit elastischem Material gefüttert sind; in diesen Ausschnitten liegen die Köpfe von mit den Radarmen verschraubten Bolzen. Der Elektromotor ist auf diese Weise sowohl mit der Achse, als auch mit den Rädern elastisch gekuppelt. Damit der Motor über die Achse geschoben werden kann, ist das eine Rad nach Lösen von Schraubenbolzen, welche zur Verbindung desselben mit der Achse dienen, leicht zu entfernen.

|280|

Die Locomotive ruht, wie bereits bemerkt, auf zwei Drehgestellen mit je vier Achsen, welche von der Compagnie française de matériel de chemins de fer zu Ivry geliefert wurden. Jedes Drehgestell hat zwei Längsrahmen aus Stahlblech, die in der Mitte durch ein Querstück aus Gusstahl, welches gleichzeitig den Drehzapfen trägt, mit einander verbunden sind; jeder Längsrahmen besteht wieder aus zwei Stahlblechen, die mit einem Zwischenrahmen aus Schmiedestahl zusammengenietet sind.

Textabbildung Bd. 291, S. 280
Die Anordnung der Drehgestelle bietet, da je ein Paar Achsen durch eine Feder an jeder Seite getragen wird, den Vortheil, dass Erschütterungen, welche eine Achse in Folge von Erhöhungen (Sprüngen) in den Schienenkanten erleidet; sich in bedeutend geschwächtem Maasse auf die Locomotive übertragen.

Die Vorrichtungen, welche im Bereiche des Locomotivführers liegen, sind: Regulator der Hauptdampfmaschine, elektrische Widerstände, Umschalter, Westinghouse-Bremsen und Ausschalter für die einzelnen Elektromotoren.

Die Société des Forges et Chantiers de la Méditerranée in Havre, welche die Anfertigung der Motoren und des Kessels in Auftrag erhielt, ermittelte das Gewicht der Locomotive zu 100 t; hiervon setzten sich 42 t wie nachstehend angegeben zusammen:

Kessel (betriebsfähig) 20 t
Dampfmaschine 5 t
Dynamos 11 t
Kohle 6 t

Der Kohlenvorrath genügte für eine 10stündige Fahrzeit, während welcher eine Leistung von im Minimum 600 elektrischen entwickelt wurde. Es steht demnach die Leistung in einem überaus günstigen Verhältnisse zu der todten Last, welche sich bei Benutzung von Accumulatoren ergeben würde.

Fr. Freytag.

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