Titel: Schnellbetrieb auf den Eisenbahnen der Gegenwart.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1904, Band 319 (S. 51–55)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj319/ar319015

Schnellbetrieb auf den Eisenbahnen der Gegenwart.

Von Ingenieur M. Richter, Bingen.

(Fortsetzung von S. 810 Bd. 318.)

B. Dreizylinder-Verbundlokomotiven.

Wenn die unsymmetrische Verbundlokomotive in England keinen Eingang gefunden hat, so findet sich daselbst die symmetrische aller möglichen Systeme um so häufiger, und zwar neuerdings diejenige mit drei Zylindern, (Kl. IIa der Tabelle 1901, 316, 350), einem inneren Hochdruck- und zwei äusseren Niederdruckzylindern, welche in einer Reihe Hegend die vorderste Achse antreiben, soweit es sich um die 2/4 gek. Lokomotive handelt. (Ausserhalb Englands sind es ¾, ⅗ und 2/6 gek. Lokomotiven, welche neuerdings und in Zukunft diese Zylinderanordnung erhalten).

Der Vorteil der Dreizylindermaschine ist vor allem derjenige der Symmetrie; dann derjenige des bequemen Unterbringens aller drei Zylinder, gegenüber der Vierzylindermaschineendlich der Wegfall eines vollständigen Triebwerkes, daher seltenere Reparaturen und geringeres Dienstgewicht. Was ferner den Gang solcher Maschinen betrifft, so ist selbstredend die Kurbelstellung von grösstem Einfluss. Es soll hier zunächst nur von den ausgeführten Systemen geredet werden, nicht von Möglichkeiten oder Projekten, zumal wenn letztere nicht in den Rahmen der 2/4 gek. Lokomotive gehören.

Sind die drei Kurbeln um je 120° versetzt, so zeigt sich kein Zucken, weil die algebraische Summe der drei Kolbenwege aus der Totlage bei jedem Drehwinkel der einen Kurbel annähernd Null ist, die hin- und hergehenden Massen der drei Triebwerke sich also ungefähr aufheben. Das innere „Schlingern“ ist aber etwa so gross wie bei Zwillingsmaschinen; das mittlere Werk hat dabei natürlich |52| keinen Einfluss, während die beiden äusseren eben um 120° versetzt sind und daher eine abwechselnd links und rechts auftretende Massendruckresultante erzeugen müssen; infolge Verteilung der Triebkräfte auf 3 Triebwerke ist die Festigkeit und daher das Gewicht der hin- und hergehenden Massen zwar geringer, die Kolbenwege aber entsprechend dem Versetzungswinkel grösser; das Verhältnis dieser Wege im Zwillings- und „Drillings“-Kurbelwerk ist zu .

Auffallend ist aber, dass bei den hier zu betrachtenden englischen Ausführungen die Kurbeln nicht um je 120°, sondern so versetzt sind, dass die äusseren (Niederdruck-) Kurbeln wie gewöhnlich unter 90° stehen, während die innere (Hochdruck-) Kurbel in der Symmetrieachse derselben liegt, also unter 135° zu den beiden äusseren. Durch diese Anordnung wird nämlich der gewöhnliche Viertakt-Auspuff der Zwillingsmaschine erzielt, da der innere Zylinder hier nicht mitwirkt; die Auspuff-Phase ist also 90°, während sie bei 120° Versetzung abwechselnd 60° und 120° betragen würde; es wird also eine regelmässige Anfachung durch Dampfschläge in gleichen Zeitabständen erzielt wie bei der gewöhnlichen Maschine.

Für die Ruhe des Ganges ergibt sich aber dabei jedenfalls ein etwas schwächeres Schlingern als bei 120°, dafür ein um so stärkeres Zucken, da die Summe der beiden Störungen so ziemlich konstant sein muss. Immerhin ist diese Summe geringer als bei der Zwillingslokomotive.

Es gehört also diese moderne englische Konstruktion in die Bezeichnung „Triebwerk Sauvage Kl. IIa der Tabelle, da dieselbe Anordnung wie bei der Urform und jedenfalls aus den gleichen Gründen gewählt ist.

Ein weiterer prinzipieller Vorteil der Dreizylindermaschine ist derjenige des gleichförmigeren Drehmoments an der Triebachse, was seine Bedeutung hat beim Anfahren, also da, wo gegenüber dem Elektromotor mit seinem durchaus konstanten Moment eine nachweisliche Schwäche der Dampflokomotive liegt. Aber diese Schwäche hat im Schnellbetrieb gar nichts zu sagen; was bedeutet ein Verlust von ein bis zwei Minuten durch schleichendes Anfahren bei einer Fahrdauer von ein bis zwei Stunden! Durch ein bischen Schnellfahren auf freier Strecke ist der an sich schon geringfügige Verlust wieder eingeholt, um so mehr, als mit solchen und noch grösseren Verlusten im Betriebe stets gerechnet werden muss. Etwas anderes ist es beim Vorort- oder gar Stadtverkehr, wo die Fahrdauer bis zum nächsten Haltepunkt ungefähr gleich einem solchen Anfahrverlust sein kann und wo der Verlust mit der Zahl der Haltepunkte zu vervielfachen ist.

In bezug auf die Wirkungsweise dieses Dreizylinder-Systems ist folgendes zu erwähnen:

Die Maschine kann als Zwilling-, „Halbverbund“- und Verbundmaschine arbeiten (Fig. 61, entnommen aus Engineering, 1903, S. 170). Die drei Zylinder liegen sämtlich geneigt, der innere stärker als die äusseren. Die Schieber der beiden äusseren sind gewöhnliche Flachschieber und liegen senkrecht innen. Sie sind durch einen Hohlraum verbunden, in welchem sich genau unter dem mittleren Zylinder der Kolbenschieber (mit innerer Einströmung) desselben bewegt, dessen Neigung die entgegengesetzte des Zylinders ist. Alle drei Schieber werden durch je eine unabhängige Stephenson-Steuerung bewegt; die Umsteuerung kann für alle auf einmal oder auch für den Hochdruckschieber getrennt erfolgen.

Bei Zwillingswirkung, welche übrigens nie dauerndbenutzt werden soll, arbeiten die äusseren Zylinder allein unter Hochdruck, wobei allerdings dafür gesorgt ist (mit Hilfe eines Druckverminderungsventils), dass der Druck höchstens 12 Atm. beträgt (bei 14 Atm. Kesseldruck), während der mittlere Kolben ins Gleichgewicht gesetzt wird, indem ein besonderes Rückschlagventil Frischdampf auf beide Kolbenseiten schickt. Das letztere tritt auch beim Anfahren in Tätigkeit, sobald die Schieberstellung am Hochdruckzylinder zufällig eine solche ist, dass beide Kanäle dem Frischdampf verschlossen sind, ebenso auch, wenn infolge ungünstiger Schieberstellung der Rückdruck der grossen Zylinder durch die Ausströmung des kleineren hindurch für diesen einen Gegendruck bewirkt.

Textabbildung Bd. 319, S. 52

Die „Halbverbund“wirkung wird in der Weise eingestellt, dass die Stellung des Druckminderungsventils geändert wird in einer solchen Weise, dass der Hochdruckzylinder Volldampf, die beiden Niederdruckzylinder aber Dampf von bestimmter gemässigter Spannung aus dem Kessel erhalten und dass nun nebenbei der Hochdruck in den Niederdruckraum auspufft. Diese Wirkung wird in Notfällen, z.B. beim Anziehen eines schweren Zuges, bei schlechtem Wetter, beim Befahren einer starken Steigung vorübergehend benutzt und genügt weitaus zur Beseitigung jeder Schwierigkeit.

Die Verbundwirkung endlich wird durch völligen Abschluss des erwähnten Ventils erzielt, wodurch die Niederdruckzylinder gar keinen Frischdampf, sondern nur noch den Auspuff des nun unter Kesseldruck stehenden Hochdruckzylinders erhalten, etwa 2,8 bis 4,2 Atm. Die |53| Einstellung des Ventils erfolgt vom Führerstand aus einfach, sicher und sehr veränderlich wählbar. Diese Vorrichtung ist ihrem Erfinder W. Smith patentiert und als Smith-Worsdellsche“ Verbundmaschine zu benennen.

Die erste damit ausgerüstete Lokomotive ist nämlich die No. 1619 der engl. Nordostbahn, eine im Jahre 1893 gebaute, 2/4 gek. Worsdellsche unsymmetrische Verbundlokomotive, welche sich nicht bewährte und im Jahre 1898 in den Bahnwerkstätten zu Qateshead nach dem beschriebenen System umgebaut wurde, womit der Hauptübelstand, nämlich das schlechte Anfahren, verschwand. Seitdem leistet die Lokomotive vorzügliches; Züge, welche vorher regelmässig Vorspann gebraucht hatten, führt sie allein. Züge von 270 bis 400 t h. T. führt sie mit Reisegeschwindigkeiten von 75 bis 85 km/Std. auf der Strecke York-Edinburgh.

Textabbildung Bd. 319, S. 53

Nicht zu vergessen ist aber, dass noch eine zweite Verbesserung an ihr vorgenommen wurde, ein dritter Umbau sozusagen. Die Feuerbüchse erhielt nämlich 3 Bündel Smith scher Wasserrohre ähnlich angeordnet wie die Drummondschen der Südostbahn (Fig. 55b, 1903, 318, 198); drei Gruppen in einem langen ∾ gestreckter Rohre zu je 7 sind über dem sehr langen Feuergewölbe quer durch die Feuerbüchse gezogen. Die Rohre und die Bündel sind viel enger als bei Drummond und tragen daher weniger zu einer Vergrösserung der direkten Heizfläche, als zu einem gehörigen Wasserumlauf bei.

Textabbildung Bd. 319, S. 53

Die guten Erfolge erregten Nachahmung. Es entstand 5. die Schnellzuglokomotive der Midlandbahn, gebaut 1902 in den Bahnwerkstätten zu Derby, nach den Plänen des Oberingenieurs Johnson, ist die modernste Ausführung der Normalform von Schnellzuglokomotiven auf dieser Bahn und die erste, an welcher das Smithsche System von vornherein zur Anwendung gelangt ist, nachdem es die Probe an der Versuchslokomotive der Nordostbahn bestanden hatte (Fig. 62a u. 62b).

Die Besonderheiten dieser Maschine sind:

Belpaire-Feuerbüchse mit langem Feuerschirm; geneigter Rost, dessen vorderer Teil kippbar ist; doppeltes Sicherheitsventil, das vordere der beiden der Mannschaft nicht zugänglich; Kessel zum Teil mit glatten Kupfer-, zum Teil mit Serve-Rohren ausgerüstet. Kamin mitWindkappe nach französischer Art zur Verstärkung des natürlichen Zuges. Tender auf zwei Drehgestellen, mit sehr grossem Fassungsraum: 20,4 cbm Wasser.

Die Leistungen der Lokomotive sind gut, gehen aber über die obere Grenze des sonst üblichen nicht hinaus; sie sind etwa auf einer Stufe mit denjenigen der preussischen Heissdampflokomotive; auffallend ist nicht nur die Uebereinstimmung der absoluten Werte, sondern auch der Verhältnisse, wie die folgende Zusammenstellung zeigt:

Dienstgewicht Heizfläche Leistung
Midland-Bahn 2/4 3 zyl. Verbund 57 t 135 qm 930 PS
Preuss. St-Bahn 2/4 Heissdampf 56 t (105 + 30) qm 910 PS.

Bemerkenswert ist immerhin, dass die Höchstleistung nicht bei der Höchstgeschwindigkeit, sondern bei etwa 60 km/Std. schon eintritt; bis dahin nimmt nämlich die Leistung rasch und gleichmässig zu, von da wieder langsam ab. Die Leistungen der drei Zylinder, merkwürdigerweise auch diejenige der beiden äussern Zylinder, sind oft sehr verschieden voneinander. Die Füllung der Niederdruckzylinder bleibt in der Regel 5 bis 7, gewöhnlich 6 v. H. unter derjenigen des Hochdruckzylinders; sie beträgt nämlich für erstere 54 bis 60, für letzteren 60 bis 66 v. H. des Hubes, welcher für alle drei Zylinder gleich ist; die Spannung im Verbinder beträgt 3,5 bis 5,5, gewöhnlich 5 Atm.

Die Probefahrten fanden Ende 1902 in grosser Zahl auf der Strecke Leads–Carlisle statt, welche bei 181 km Länge die ungünstigsten Steigungsverhältnisse aufweist, indem sie von beiden Seiten her erst allmählich, dann immer stärker gegen die Station Dent ansteigt. Das Zugsgewicht betrug 175 bis 250 t hinter dem Tender; die Reisegeschwindigkeit 72 bis 85 km/Std., je nach Belastung und Zahl der Aufenthalte (1 bis 5); die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit auf wagrechter Strecke im Durchschnitt 96 bis 105, auf der Steigung 1 : 100 65 bis 75, und auf dem Gefäll 115 bis 130, einmal sogar 24 km weit 140 km/Std. Der Kohlenverbrauch ist zu 1,1 km, der Wasserverbrauch zu 8,3 l für 1 PS/Std. für die schärfsten Fahrten (300 t Gesamtzugsgewicht mit 85 km/Std.) durchschnittlich ermittelt worden; es ist dies durchaus normal.

Man hat also hier eine gute Schnellzuglokomotive vor sich, welche alles leistet, was man von einer 2/4 gek. Maschine überhaupt verlangen kann; sie zieht scharf an, läuft ruhig, ist sparsam im Verbrauch, und entwickelt durchschnittlich hohe, vorübergehend aber höchste Leistungen. Durch einen Dampftrockner könnte auch hier noch viel mehr ausgerichtet werden, und es liesse sich ein solcher ganz bequem noch unterbringen, ohne das Dienstgewicht der Lokomotive über 60 t zu erhöhen.

(Sehr Ausführliches, Leistungstabellen, Fahrberichte, Indikator und Tachometerdiagramme, sowie die Streckenprofile bringt „Engineering“ vom 6. Febr. 1902).

Aus Tab. 1 auf S. 54 sind die Abmessungen der besprochenen Verbundlokomotiven mit zwei und drei Zylindern zu ersehen.

So verschieden die Abmessungen an sich bei den einzelnen Beispielen sind, so auffallend ist die Uebereinstimmung der massgebenden Wertziffern. Besonders tritt dies hervor bei der „Ladeziffer“ (Verhältnis des Gewichts der Vorräte zum Dienstgewicht des Tenders) woraus auf die Schablone sich schliessen lässt, mit welcher die Tender gebaut werden; die Fassung ist etwas grösser als das Leergewicht des Tenders; ferner zeigt auch die „Gewichtsziffer“ (Verhältnis des Adhäsionsgewichts zum Dienstgewicht) nur geringe Schwankungen; auf dem europäischen Festland werden demnach ⅗, in England ⅔ der Dienstlast den Triebachsen überwiesen. Ebenso übereinstimmend sind die Kolbenflächenverhältnisse mit |54|

Tabelle 1.

Textabbildung Bd. 319, S. 54

Ausnahme der Lokomotive der Midlandbahn, welche das beste Verhältnis aufweist. Bezüglich der „Kraftziffer“ (Verhältnis der Maschinenzugkraft zur Adhäsion) lassen sich die angezogenen Beispiele der Reihe nach absteigend von der Kansei-Bahn zur preussischen Staatsbahn ordnen; bei ersterer ist das Adhäsionsgewicht voll, bei letzterer zu ⅔ nur ausgenutzt. Auch hinsichtlich des „Kraftwertes“ zeigt die Lokomotive der Kansei-Bahn die höchste, die der preussischen Staatsbahn die geringste Ausnutzung des Dienstgewichts. Umgekehrt dagegen verhält es sich mit dem „Geschwindigkeitswert“, worin die amerikanische und die englischen Maschinen zurückbleiben; im Verhältnis zur Leistung sind dieselben also etwas zu schwer.

Die Berechnung der Zugkräfte ist dieselbe wie bei den früheren Zusammenstellungen; für die Leistungen jedoch ist nicht mehr die Formel benutzt worden, sondern mit Rücksicht auf die neueren Versuchsergebnisse bei den gegenwärtigen besten deutschen Bauarten (preussische und bayrische Staatsbahn) musste die höhere Leistung bei geringen, die nicht mehr so hohe Leistung bei hohen Tourenzahlen und die rasche Abnahme des Faktors a mit wachsender Tourenzahl, d.h. das rasche Zustreben des Wertes zu einem noch unter der Grenze der Betriebsgeschwindigkeit liegenden, also sehr endlichen Höchstwert sich in der Leistungsformel ausdrücken lassen, welche dementsprechend die Form erhielt

Dabei ist 1) a = 6,5 für Zwillings-Nassdampf

2) a = 7,0 für Zwillings-Heissdampf und Verbund mit 2 bis 3 Zylindern,

3) a = 7,5 für Vierzylinder-Verbundmaschinen

zu setzen. Durch Differenzieren ergibt sich höchst einfach die spezifische Höchstleistung für n = 33,3 a d.h. für 1) n= 217, 2) n = 233, 3) n = 250.

Es entspricht dies denjenigen Geschwindigkeiten (je nach Triebraddurchmesser etwa 70 bis 95 km/Std.) bei welchen erfahrungsmässig die höchste Dauerleistung einzutreten pflegt und zwar sind die Höchstwerte

für

für

für .

Die graphische Darstellung obiger Gleichung ist in Fig. 63, S. 55 gegeben und zum Vergleich auch das Ergebnis der Baldwinschen Versuche mit der Lokomotive des „Atlantic Fliegers“ aufgenommen. Für kürzere Zeit kann freilich noch eine erhebliche Steigerung (bis zu 30 v. H.) eintreten infolge von stärkerer Blasrohrwirkung, ob nun |55| diese durch Blasrohrverengung oder durch grössere Füllungsgrade erzielt wird. Unter gleichen Umständen muss also bei höheren Tourenzahlen als den angegebenen wieder ein langsames Sinken der Leistung eintreten, wenn nicht die Verstärkungsmittel angewendet werden. Nur besonders vorzügliche Konstruktionen, wozu diejenigen mit grosser Rostfläche zu zählen sind, wie z.B. die Lokomotive des Atlantic Fliegers, zeigen keine Erlahmung, sondern im Gegenteil noch weitere, der Tourenzahl proportionale Steigerung der Kesselleistung, was sich durch passende Wahl von a bequem einführen lässt.

Die Leistungen und Leistungswerte aus den früheren Tabellen müssen daher umgerechnet schon des Vergleichs wegen hier noch einmal in Tabelle 2 zusammengestellt werden.

Diese Werte von N und sind gegen die früheren bedeutend wahrscheinlicher; im allgemeinen sind sie stark verkleinert, da der alleinige Einfluss der Tourenzahl beseitigt ist, einzelne sind auch gestiegen, und zwar haben die Lokomotiven mit grossen Triebrädern grössere Vorteilegewonnen, indem ihre geringere Tourenzahl sich meistens in der Nähe der zur kritischen Geschwindigkeit gehörigen befindet.

Textabbildung Bd. 319, S. 55

Wesentlich bessere absolute und spezifische Werte zeigen aber die Verbundlokomotiven mit vier Cylindern, welche nun zu besprechen sind.

Tabelle 2.

Textabbildung Bd. 319, S. 55

(Fortsetzung folgt.)

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