Titel: Die Betriebssicherheit der Heißdampf-Lokomotive, Bauart Schmidt.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1909, Band 324 (S. 553–556)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj324/ar324169

Zuschrift an die Redaktion.

(Ohne Verantwortlichkeit der Redaktion.)

Die Betriebssicherheit der Heißdampf-Lokomotive, Bauart Schmidt.

(s. a. S. 540 d. Bd.)

Im Interesse einer gründlichen Klärung der Frage, ob Kolbenschieber- oder Ventilsteuerung bei Heiß- und auch Naßdampflokomotiven vorteilhafter ist, und bei der großen Bedeutung dieser Frage für die beteiligten Bahnverwaltungen erscheint mir eine eingehende Erörterung der in der Zuschrift des Herrn Guillery, S. 537, angezogenen Punkte erforderlich.

Zur Entkräftung des Vorwurfes mangelnder Betriebssicherheit der mit Kolbenschieber ausgerüsteten Schmidtschen Heißdampflokomotiven werden diesbezügliche Mitteilungen fremder Bahnverwaltungen, nicht aber solche der Preußischen Staatsbahnen, angeführt. Die Preußischen Staatsbahnen haben die Heißdampflokomotiven zuerst eingeführt und haben seither die größte Anzahl im Betriebe. Daher dürften die Preußischen Staatsbahnen auch die weitest gehenden und langjährigsten Erfahrungen bez. der Heißdampflokomotiven im allgemeinen und der Wasserschläge im besonderen besitzen. Gleiches dürfte für. die Lokomotivführer der Preußischen Staatsbahnen bez. Behandlung und Wartung dieser Lokomotivgattung zutreffen.

In den jetzt auch zu einem Abonnementspreis von 2 M. vierteljährlich an Privatpersonen abgegebenen amtlichen „Mitteilungen des Kgl. Eisenbahn-Zentralamts“ zu Berlin steht nun im 22. Heft vom 15. Mai 1909 unter No. 428, daß auch in letzter Zeit noch Zylinderbrüche an Heißdampflokomotiven beobachtet sind, und werden u.a. die Eisenbahndirektionen ersucht, gegebenenfalls Vorschläge zu machen zur Verstärkung der Zylindergußstücke etwa durch Anbringen von Knaggen und Einziehen von Zugschrauben. Beschädigungen an den Zylindern und Deckeln der Schmidtschen Heißdampflokomotiven treten hiernach also auf und werden nicht etwa durch Hinweis auf die peinlichste Beachtung der Bedienungsvorschriften dieser Lokomotivgattung zu verhüten gesucht, sondern durch bauliche Aenderungen am Zylindergußstück.

In der Zuschrift werden die bisher vorgekommenen Fälle von Beschädigungen infolge Wasserschlags einfach auf das Nichtbeachten von Bedienungsvorschriften und grobe Fahrlässigkeit zurückgeführt. Das bedeutet, eine Betriebssache vom grünen Tisch aus behandeln. Der Lokomotivführer muß vielmehr im Besitz einer Maschine sein, deren bauliche Ausbildung bei normalen Ansprüchen an die Zuverlässigkeit und Geschicklichkeit des Führers Beschädigungen, welche kostspielige Erneuerungen erfordern und gegebenenfalls den Zugbetrieb durch Unbrauchbarwerden der Zuglokomotive empfindlich stören können, unter allen Umständen völlig ausschließt.

Die Lokomotivführer sind bei aller Gewissenhaftigkeit und Zuverlässigkeit auch nur Menschen und daher Fehlern unterworfen. Bei mehrfacher Besetzung von Lokomotiven fahren die Führer meist abwechselnd auf Heiß- und Naßdampflokomotiven. Ist nun ein Führer längere Zeit zufällig nur auf Naßdampflokomotiven gefahren, |554| so ist ihm, auch wenn er die Bedienungsvorschriften genau kennt, naturgemäß die praktische Behandlung der Heißdampflokomotive nicht mehr so geläufig, daß er bei dem ohnehin schon so große Aufmerksamkeit erfordernden Fahrbetriebe nicht einmal gegen die Bedienungsvorschriften verstoßen sollte. Ebenso etwa (in etwas übertriebenem Maße) wie man von einem Lokomotivführer, welcher lange Zeit nur Güterzüge mit Handbremse gefahren hat, nicht verlangen kann, daß er ohne weiteres vollkommene Sicherheit in der Behandlung der Westinghousebremse auf Personenzügen besitzt.

Die in bezug auf das Fehlen der Wasserschläge für die Schmidtschen Heißdampflokomotiven günstigen Mitteilungen der fremden Bahnverwaltungen erklären sich vielleicht folgendermaßen: Meist werden nur die Brüche an Zylindern und evtl. Deckeln, welche unmittelbar mit dem Wasser in Berührung kommen, auf Wasserschlag zurückgeführt. Beschädigungen an den übrigen durch Wasserschlag so enorm (vgl. S. 167) beanspruchten Teilen (Kolben, Kolbenstange, Kreuzkopf, Kurbelzapfen, Treibachse und Rahmen) des im erweiterten Sinne aufzufassenden Triebwerks werden dagegen einfach auf im Verhältnis zur Vergrößerung der Heißdampfzylinderdurchmesser zu geringe Materialstärken zurückgeführt. Wahrscheinlich bildet bei diesen Bahnverwaltungen einer von den letzteren Teilen die schwächste Stelle im Triebwerk. So z.B. sind bei den Schmidtschen Heißdampflokomotiven auf russischen Bahnen nach einer Mitteilung von Herrn Prof. Stumpf in Berlin Verbiegungen von Schubstangen infolge Wasserschlag vorgekommen. Bei den älteren D-(4/4 gek.) Heißdampf-Güterzuglokomotiven (G8) mit offenem Schubstangenkopf ist z.B. der Schlußkeil in diesem Kopf das schwächste Stück im Triebwerk, und kommen häufig Verbiegungen und Brüche dieses Keiles vor.

Aus meinen persönlichen Erfahrungen hauptsächlich in den Hauptwerkstätten Osnabrück und Dortmund kann ich mitteilen, daß ich eine große Anzahl von Beschädigungen an allen Teilen des Triebwerks gesehen habe. Zylinderbrüche werden bei kleineren Rissen durch aufgeschraubte Flicken oder Schweißen ausgebessert. Wo dies nicht möglich ist, müssen neue Zylindergußstücke zum Preise von rd. 1000 Mk. von den Lokomotivfabriken bezogen werden. Die näheren Umstände beim Eintreten des Wasserschlags ließen sich in den meisten Fällen nicht ermitteln, u.a. auch wohl deshalb, weil wahrscheinlich schon vorher Anbrüche vorhanden gewesen waren.

Nun zu den einzelnen Punkten der Zuschrift. Den Vorwurf geringer Einlaßquerschnitte habe ich der Kolbenschiebersteuerung garnicht gemacht. Es liegen nur zufällig infolge geschickter Anordnung bei der untersuchten D-(4/4 gek.) Güterzuglokomotive die Verhältnisse für die Ventile günstiger, als für die Schieber. Es ist auf Seite 164 gesagt, daß sich auf verschiedene Weise mit dem Schieber leicht geringere Dampfgeschwindigkeiten erzielen lassen als mit den Ventilen.

Auf den tatsächlich erhobenen Vorwurf der großen Dampflässigkeit der Kolbenschieber geht die Zuschrift dagegen garnicht ein.

Der Rauchröhrenüberhitzer bildet in genau derselben Weise einen Wassersack wie der Rauchkammerüberhitzer. Nur liegt er wärmer, weil im Langkessel befindlich, und sind Undichtigkeiten des Reglers nicht von solcher Bedeutung wie bei dem in der kälteren Rauchkammer liegenden Ueberhitzer.

Die Einschaltung des Ueberhitzers von großem Rauminhalt zwischen Regler und Schieberkasten hat folgenden grundsätzlichen Uebelstand zur Folge. Verbindet man den Kessel mit dem Ueberhitzer, welcher einen verhältnismäßig großen Rauminhalt besitzt, durch weites Oeffnen des Reglers, so erfolgt aus dem Kessel eine plötzliche starke Dampfentnahme. Es wird ähnlich wie beim Oeffnen einer Selterwasserflasche eine Menge Wasser mit in den Ueberhitzer und weiter in die Zylinder übergerissen. Dies tritt nicht nur beim Anfahren ein, sondern auch auf freier Strecke, wenn nach Durchfahren einer Gefällestrecke bei geschlossenem Regler derselbe wieder geöffnet wird. Je nachdem man den Regler weit oder wenig öffnet, macht sich der Uebelstand in größerem oder geringerem Maße bemerkbar. Die ungünstige Wirkung steigert sich ferner bei hohem Wasserstand und schäumigem Kesselwasser. Bei Naßdampflokomotiven fehlt der große Raum zwischen Regler und Schieberkasten; es tritt demgemäß hier bei gleichweit geöffnetem Regler niemals eine so plötzliche starke Dampfentnahme und demgemäß starkes Ueberreißen von Wasser ein. Hieraus erklären sich die im Verhältnis zu Schmidtschen Heißdampflokomotiven selteneren Beschädigungen an Triebwerksteilen von ebenfalls mit Kolbenschiebern ausgerüsteten Naßdampflokomotiven.

Die Hoffnung, daß durch Einführung von federnden Kolbenschieberringen Wasserschläge vermieden werden, ist trügerisch. Ist ein solcher Ring auch in der Trennfuge zur Vermeidung von Dampfverlusten dicht schließend, so kann das Material des Ringes beim Zusammenpressen desselben von allen Seiten her nirgends hin. Hat der Schlitz Luft, so ist das Spiel zwischen Ring und Kolbenkörper in radialer Richtung bei den an Heißdampflokomotiven wegen der Gefahr des Verziehens der Kolben und Büchsen möglichst klein gehaltenen Durchmessern des Kolbenschiebers viel zu gering, um dem Wasser einen Ausweg von genügendem Querschnitt zu bieten. Am besten wird die Unbrauchbarkeit der federnden Ringe bewiesen durch die Deckelbrüche an den mit Kolbenschiebern ausgerüsteten Hochdruckzylindern 2 B 1 (⅖ gek.) 4 zyl. Naßdampfschnellzuglokomotiven Gattung S7 der Preußischen Staatsbahnen, und dabei fehlt hier noch der bei den Heißdampflokomotiven eingeschaltete Ueberhitzer von großem Rauminhalt. Vgl. auch die Mitteilungen der Württembergischen Staatsbahnen am Schluß der Zuschrift!! Nach Angabe der Hannoverschen Maschinenbau A.-G. sind dortseits für 122 Stück S7-Lokomotiven im ganzen 11 Stück Hochdruckzylinderdeckel nachgeliefert worden. Hierzu kommt noch eine weit größere Zahl von Deckeln, welche von den Hauptwerkstätten (in Dortmund für 16 Stück S7-Lokomotiven 14 Deckel) nach eigenen Modellen von benachbarten Eisengießereien bezogen sind. Abgesehen von äußeren Beschädigungen, wie Zusammenstößen usw. dürfte die Ursache der Deckelbrüche einzig und allein auf Wasserschlag zurückzuführen sein. Auch für die neu gelieferten S9-Lokomotiven, welche vier federnde Kolbenschieber besitzen, sind bereits 6 Stück Deckel nachbestellt worden.

Die Brüche an den Bügeln der Schubstangen Grafenstadener Bauart der S7 Lokomotiven sind m.E. ebenfalls als Folgen des Wasserschlags anzusehen. Die neuerdings veranlaßte Ersetzung des Whitworthgewindes durch Gasgewinde und Verstärkung der auf Zug beanspruchten Bügelschrauben dürfte die Brüche nicht völlig verhindern.

Nachdem seit längerer Zeit bei den preußischen Staatsbahnen eine regelmäßige Reinigung der Kolbenschieber und Sicherheitsventile gelegentlich des Auswaschens eingeführt ist, und geeignete Oele ausprobiert sind, ist die Bildung von Oelkrusten in den Zylindern und Dampfräumen so gut wie beseitigt. Bzgl. des Festbrennens der Sicherheitsventile möchte ich bemerken, daß ich seinerzeit Ventile gesehen habe, bei welchen |555| der Ventilkegel mit einem Dorn aus seinem Sitz herausgeschlagen werden mußte.

Es ist von mir weder mittelbar noch unmittelbar zugegeben, daß n ur in dem Falle, wo der Führer das Oeffnen der Ablaßventile beim Anfahren unterläßt, Wasserschlag eintritt. (Außer den Sicherheitsventilen an den Zylinderdeckeln befinden sich auch noch Sicherheitsventile an den Ablaßventilen). Um die Entstehung des Wasserschlags zu veranschaulichen, ist von dem ungünstigsten Falle, geschlossene Ablaßventile und ungangbare Sicherheitsventile, ausgegangen. Auf Seite 167 steht, daß bei hoher Kolben- bzw. Wassergeschwindigkeit, also z.B. infolge Schleuderns der Lokomotive beim Anfahren, die Sicherheits- und Ablaßventile einen für Wasser zu geringen freien Querschnitt bieten, und daher eine solch starke Drucksteigerung des Wassers im Zylinder erfolgt, daß eine Zerstörung des Triebwerkes eintritt.

Ein ganz typischer Fall von Wasserschlag ereignete sich am 24. 8. 09. in der Hauptwerkstätte Dortmund. Mit der ganz neuen, eben von der Probefahrt zurückgekehrten G8-Lokomotive No. 4814 mit Rauchröhrenüberhitzer wurde eine kalte Lokomotive verschoben. Da die zwei Lokomotiven nicht weit genug gelaufen waren, Öffnete der Führer den Regler wieder ein wenig. Als die Lokomotive sich nicht in Bewegung setzte, öffnete der Führer den Regler etwas weiter. Es trat plötzlich Schleudern ein (höchstens eine Radumdrehung), und mit lautem Knall zerbarsten der rechte Zylinder und der hintere zugehörige Deckel. Von sämtlichen Augenzeugen wurde angegeben, daß die Ablaßventile während der ganzen Zeit geöffnet waren. Eine Untersuchung ergab, daß das zugehörige Sicherheitsventil bei 12 Atm. abblies, und der rechte Kreuzkopf keil durchgedrückt war. Es muß also das Ventil funktioniert haben, und hat hiernach ferner die Kolbenkraft des linken Zylinders vermittels der Hebelübersetzung (vgl. S. 167 links unten) den rechten Zylinder zum Platzen gebracht.

Textabbildung Bd. 324, S. 555

Auch auf freier Strecke kommen derartige Fälle vor, bei welchen infolge Ueberreißens von Wasser mehr oder weniger große Stücke des Zylinders fortgeschleudert werden.

Den inbezug auf Verhütung des Wasserschlags sehr wichtigen Unterschied in der Wirkungsweise der Auslaßventile an ortsfesten Dampfmaschinen (Fig. 28) und Lokomotiven bzw. Lokomobilen (Fig. 2, 23c und 24a) hat der Herr Verfasser der Zuschrift garnicht erkannt. Es ist irrig, daß die Auslaßventile der liegenden Dampfmaschine, welche hier nicht weiter behandelt werden sollen, das Wasser ablassen können. Der Wasserdruck wirkt hier auf Schluß der Ventile (Fußnote auf S. 168), und das Wasser muß durch die Einlaßventile entweichen. Bei den Auslaßventilen der Lokomotiven (vgl. S. 215) ist die zugehörige Ventilfeder gerade so kräftig bemessen, daß sie das Ventil bei Einströmung von Frischdampf (12 Atm.) bzw. Kompression noch mit einer Sicherheit von z.B. 15 kg (vgl. Fig. 17) auf seinen Sitz preßt. Der auf Oeffnen wirkende Dampfdruck auf die Ringfläche des 17,5 und nicht 15 cm großen Auslaßventils (S. 215) war auf folgende übliche Art berechnet (vgl. obenstehende Skizze). Unter der Annahme, daß von der Innenkante des Auslaßventils bis zur Außenkante ein gleichmäßiger Abfall der Spannung von 12 Atm. Ueberdruck (Einströmmug von Frischdampf) auf o Atm. Ueberdruck (Außenluft bzw. Blasrohr) erfolgt, also ein mittlerer Druck von 6 Atm. auf jeder der 0,25 cm breiten Ringflächen lastet, ergibt sich der Gesamtdruck auf die beiden Ringflächen zu:

[0,25 (17,5 + 0,25) . π + 0,25 (17,5 – 0,25) . π] . 6 = 27,5 . 6 = 165 kg

Um bei 15 kg Sicherheit gegen Oeffnen des Ventils im normalen Betriebe (Fig. 17) das Ventil bei eintretendem Wasserschlag von seinem Sitz zu heben, wäre eine Erhöhung des mittleren Druckes von 6 auf

Atm.

oder des Druckes im Zylinder von 12 auf 2 . 6,55 = 13,1 Atm. erforderlich. Dies stimmt sehr gut mit den Messungen von ter Meer überein.

Daß keine 35 oder gar 334 Atm. im Dampfzylinder nötig sind, um das Ventil zu öffnen, ergibt sich außer aus vorstehender Ueberlegung am besten aus der Tatsache, daß meine Berechnung der Auslaßventilfedern nach Mitteilung des Herrn Direktor Metzeltin von der Hannoverschen Maschinenbau-A.-G. zuschwache Federn ergeben hat. Die Auslaßventile haben sich bereits in normalem Betriebe geöffnet, und sind die Federn, um Dampfverluste zu vermeiden, durch stärkere ersetzt worden. Es ist also der mittlere Dampfdruck im normalen Betriebe noch größer als der berechnete von 6 Atm. Auch die Erhöhung des Oeffnungsdruckes im Zylinder, verursacht durch die Masse des zu beschleunigenden Ventils, kann hiernach nur von geringer Bedeutung sein. Es erscheint vielmehr die Annahme berechtigt, daß der Strömungsdruck bzw. Stoß des Dampfes bezw. unelastischen Wassers an dem hierfür sehr günstig geformten oberen Ventilrand (vgl. Fig. 2 u. Skizze) das Ventil derartig beschleunigt, daß keine Erhöhung des Oeffnungsdruckes im Zylinder eintritt. Ein weiteres Eingehen auf die in der Zuschrift angeführte Berechnung des Oeffnungsdruckes erscheint daher überflüssig.

Der Hinweis auf Seite 168, daß man bei ortsfesten Lentzmaschinen Sicherheits- und Ablaßventile einfach fortläßt, sollte nur andeuten, daß die Lentzventile allein genügen, um Beschädigungen infolge Wasserschlags zu verhüten. Es ist von mir gar nicht vorgeschlagen, die Ablaßventile an Lokomotiven wegzulassen (Sicherheitsventile sind dagegen überflüssig); in meiner ungekürzten Doktorarbeit (der Aufsatz in Dinglers Pol. Journal stellt nur einen Auszug aus dieser Arbeit dar) ist gerade das Gegenteil empfohlen. Man wird doch den Hahnzug, ein solch einfaches Hilfsmittel, um das Niederschlagswasser beim Anwärmen der Zylinder und beim Anfahren auf unschädliche und bequeme Weise (man bedenke nur wie lästig das Spucken der Lokomotive für das Publikum auf den Bahnsteigen sein kann) zu entfernen, nicht fortlassen.

Auch das scheinbar sehr gefürchtete Flattern der Ventile, mittelbar dadurch bedingt, daß die Auslaßventile nicht an der tiefsten Stelle des Lokomotivzylinders liegen, wird durch Oeffnen der Ablaßventile verhütet bzw. sofort beseitigt. Die bekanntlich nicht für Wasser sondern für Dampf gebauten, in steter Bewegung befindlichen Auslaßventile sollen nur in solch außergewöhnlichen Fällen als so gut wie nie versagende Auslaßorgane für das Wasser dienen, in welchen bei Kolbenschiebersteuerung die Ablaßventile und die nur selten bewegten Sicherheitsventile einen zu geringen freien Querschnitt für das Wasser bieten, und Brüche an Triebwerksteilen eintreten.

Die Vergrößerung der Sicherheitsventile von 35 mm (Preußische Staatsbahnen) auf 100 mm (Belgische Staatsbahnen), welche am hinteren Zylinderdeckel wegen fehlenden Konstruktionsraumes sicherlich mehrfache Richtungsänderung des Wasserstrahles und daher zusätzliche |556| Drucksteigerung im Zylinder bedingt, bedeutet bei gleichem Hub von 10 mm eine Vergrößerung- des Austrittsquerschnitts von 11,3 auf 31,4 cm. Großer als 10 mm dürfte der Hub bei dem einsitzigen Ventil von 100 mm wegen der starken Feder von etwa 950 kg Vorspannung bei 12 Atm. nicht sein. Weshalb benutzt man diese Sicherheitsventile, deren bereits 4 Stück sich an jedem Zylinder befinden, nach entsprechendem Umbau (Doppelsitz) nicht gleich als vorzügliche, in bezug auf Dampfdichtigkeit unerreichte Steuerungsorgane und macht ganze Arbeit, statt den federnden Kolbenschieber jetzt anstelle des nicht federnden einzuführen.

Der Hinweis auf ein evtl. Schadhaftwerden des Ventilkastens und eine daraus am letzten Ende folgende Beschädigung des Triebwerks infolge Wasserschlags erscheint sehr gesucht. Bleibt bei schadhaftem Ventilkasten ein Ventil infolge Verschmutzung hängen, so kann es dies für gewöhnlich nur in geöffnetem Zustand, weil ja die Nockenstange das Ventil sofort wieder heben würde. Sollte aber trotzdem noch z.B. ein Auslaßventil nach Abreißen der Rolle in geschlossenem Zustand festsitzen bleiben, und als dritter außergewöhnlicher Fall Wasser mit in die Zylinder übergerissen werden, so kann dasselbe immer noch durch das Einlaßventil wie bei ortsfesten Maschinen nach Fig. 28 aus dem Zylinder in den Ventilkasten zurückgelangen. Brennt z.B. auch das Einlaßventil in geschlossenem Zustand fest, so kommt überhaupt kein Dampf bwz. Wasser in den Zylinder.

Daß sich durch peinlichste Beachtung der Bedienungsvorschriften das Schleudern der Lokomotiven unter allen Umständen, wie z.B. bei Vorhandensein von Wasser, Oel oder Laub auf den Schienen, vermeiden läßt, ist irrig. Hiervon kann man sich leicht auf jedem größeren Bahnhof überzeugen, wie z.B. hier in Duisburg, wo Führer der Bezirke Münster, Elberfeld, Köln und Essen verkehren.

Aus dem Angeführten ergibt sich also, daß Kolbenschieber sowohl mit geschlossenen als auch federnden Dichtungsringen in Verbindung mit Sicherheits- und Ablaßventilen die mit den Wassersäcke bildenden Schmidtschen Ueberhitzern ausgerüsteten Lokomotiven nicht in solchem Maße vor Beschädigungen infolge Wasserschlags schützen, daß man dieselben bei normalen Ansprüchen an die Zuverlässigkeit und Geschicklichkeit der Lokomotivführer unter allen Umständen als betriebssicher wie z.B. Naßdampflokomotiven mit Flachschiebern bezeichnen kann. Lentzventile sind neben dem großen Vorzug völliger Dampfdichtigkeit inbezug auf Wasserschlag völlig betriebssicher, wie außer den vorstehenden Ueberlegungen die Erfahrungen an den bisher ausgeführten etwa 45 Stück Ventillokomotiven zeigen.

Dr.-Ing. Max Osthoff, Regierungsbaumeister.

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