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- Die Dampfloktechnik -

       

Einleitung Dampflokomotiven, auch wenn sie nicht mehr im Bahndienst stehen, sind noch immer, wenn sie auf einer Bahnstrecke fahren eine schöne und imposante Erscheinung. Zur Erinnerung: Dampflokomotiven waren die ersten selbstfahrenden, maschinell angetriebenen Schienenfahrzeuge und dominierten den Schienenverkehr von seiner Entstehung im 19. Jahrhundert bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts. Ohne die Dampfloks wäre der technische und auch soziale Fortschritt in Europa im 19. und 20. Jahrhundert nicht möglich gewesen. Da aber der Wirkungsgrad - also der Einsatz von Energie und die daraus resultierende Bewegungsenergie - sehr niedrig ist und darüber hinaus auch die Umweltfreundlichkeit diese Technologie am unteren Ende der Skala angesiedelt ist, konnte sie sich gegen die aufkommende moderne Maschinentechnik wie Dieselantrieb und Elektroantrieb nicht mehr durchsetzen. Nicht zu vergessen ist dabei auch, dass die aufwendige Bedienung und die häufigen Wartungs- und Reparaturarbeiten sich betriebswirtschaftlich gegenüber den anderen Antriebstechniken nicht lohnen. Seit dem letzten Viertel des 20. Jahrhunderts ist deshalb der Dampflokbetrieb in Europa - außer bei Museumsfahrten - eingestellt.. Die Dampflokomotive (kurz Dampflok) ist eine Bauform der Lokomotive, die mit Hilfe von Wasserdampf angetrieben wird. Neben der weit verbreiteten Regelbauart mit Dampferzeuger und Kolbendampfmaschinen gibt es auch Sonderbauarten, wie feuerlose Lokomotiven, Zahnradlokomotiven, solche mit Einzelachsantrieb, Turbinen-, Kondens- und Hochdrucklokomotiven. Dampflokomotiven sind somit in einer unüberschaubaren Vielzahl verschiedener Typen und Varianten gebaut worden. Dampflokomotiven der europäischen Regelbauart bestehen hauptsächlich aus dem Dampfkessel, in dem Dampf aus der Energie des Brennstoffes (Holz, Kohle, Öl) erzeugt wird, einer Kolbendampfmaschine, welche die Druckenergie des Dampfes in mechanische Bewegungsenergie umwandelt, dem Fahrgestell mit Rahmen und Radsätzen und einem Führerstand zur Bedienung der Maschine. Die erforderlichen Brennstoff- und Wasservorräte werden entweder auf der Lokomotive selbst – man nennt sie dann Tenderlokomotive - oder in einem fest mit der Lok verbundenen Tender mitgeführt – dann nennt man sie Schlepptenderlokomotive.

Die Dampflokteile Grundsätzlich besteht eine Dampflok aus: - dem Dampfkessel, in dem Dampf aus der Energie des Brennstoffes (Holz, Kohle, Öl) erzeugt wird - einer Kolbendampfmaschine, welche die Druckenergie des Dampfes in mechanische Bewegungsenergie umwandelt, - dem Fahrgestell mit Rahmen und Radsätzen - dem Führerstand zur Bedienung der Maschine - dem Behälter für Brennstoff (Tender) - dem Behälter für die Wasserbevorratung Auf dem Lokomotivrahmen sind der Dampfkessel mit der darin eingebauten Feuerbüchse, die Dampfmaschine und der Führerstand montiert. Die erforderlichen Brennstoff- und Wasservorräte werden entweder auf der Lokomotive selbst – man nennt sie dann Tenderlokomotive - oder in einem fest mit der Lok verbundenen Tender mitgeführt – dann nennt man sie Schlepptenderlokomotive mitgeführt. Der Rahmen wird vom Treibradsatz, den über Kuppelstangen verbundenen Kuppelradsätzen und oft zusätzlichen antriebslosen Laufradsätzen getragen. Die Kolbendampfmaschine hat in der Regel zwei, kann aber auch drei und vier Zylinder, die seitlich außen am oder/und innerhalb des Rahmens angebracht sind. Die oszillierenden Bewegungen der Kolbenstangen werden mittels der Treibstangen auf die Kurbelzapfen der Radsätze übertragen und so in eine Drehbewegung umgewandelt. Neben der weit verbreiteten Regelbauart mit Dampferzeuger und Kolbendampfmaschinen gibt es auch Sonderbauarten, wie feuerlose Lokomotiven, Zahnradlokomotiven, solche mit Einzelachsantrieb, Turbinen-, Kondens- und Hochdrucklokomotiven. Diese Dampfloks werden aber in diesem Aufsatz nicht behandelt.

Die Funktionsweise Vereinfacht dargestellt wird in einem Kessel der Dampflok in dem sich Wasser befindet, das Wasser durch einen Brennstoff (Kohle, Holz, Öl) zum Kochen gebracht wird. Der dadurch entstehende Dampf wird in einen Kolben geleitet, der die Maschine über ein Schubgestänge, die mit den Rädern verbunden ist, antreibt. Aus der nachfolgenden einfachen Systemskizze ist sehr schön zu entnehmen, wie der Wasserdampf, der in den Kolben geleitet wird, die Maschine antreibt. Aufruf des Links - Tür anklicken Natürlich ist die Dampflok wesentlich komplizierter aufgebaut, als in dem Bild dargestellt, da sie ja noch gesteuert werden muss und unter den unterschiedlichsten Betriebsbedingungen laufen soll. Aber zur Erklärung des Grundprinzips halten wir es für sehr gut.

Die Bestandteile der Dampflok Link zum Detailbild • 1 = Schlepptender mit Wasser- und Kohlenvorräten     • 2 = Führerstand    • 3 = Dampfpfeife • 4 = Steuerstange   • 5 = Kesselsicherheitsventil   • 6 = Turbogenerator/Lichtmaschine • 7 = Sandkasten mit Sandfallrohren   • 8 = Reglerzug   • 9 = Dampfdom • 10 = Luftpumpe für die Druckluftbremse   • 11 = Rauchkammer   • 12 = Einströmrohr • 13 = Rauchkammertür    • 14 = Handlauf   • 15 = Schleppachse • 16 = Umlauf    • 17 = Lokomotivrahmen    • 18 = Bremshängeeisen • 19 = Sandfallrohr    • 20 = Kuppelstange    • 21 = äußere Steuerung    • 22 = Treibstange • 23 = Kolbenstange    • 24 = Dampfzylinder    • 25 = Schieber (innere Steuerung)    • 26 = Schieberkasten • 27 = Feuerbüchse    • 28 = Heiz- und Rauchrohre    • 29 = Langkessel    • 30 = Überhitzerelemente • 31 = Naßdampfventilregler    • 32 = Dampfsammelkasten    • 33 = Schornstein/Esse    • 34 = Spitzensignal • 35 = Bremsschlauch    • 36 = Wasserkasten   • 37 = Kohlekasten   • 38 = Rostlage • 39 = Aschkasten   • 40 = Achslager    • 41 = Ausgleichshebel    • 42 = Blattfederpaket • 43 = Treib- und Kuppelradsätze   • 44 = Achslagerbock   • 45 = Standrohr und Blasrohrkopf (Ausströmung) • 46 = Laufachse   • 47 = Kupplung Der Kessel, Feuerbüchse und die Rauchkammer Der klassische Dampflokomotivkessel besteht aus dem Hinterkessel mit der vollständig von einem Wassermantel umgebenen Feuerbüchse, dem meist aus mehreren Kesselschüssen bestehenden Langkessel und der Rauchkammer mit eingebauter Saugzuganlage und Schornstein zur Feueranfachung. Dieser Großraumwasserkessel um die Feuerbüchse mit den vielen Heizrohren besitzt eine große Verdampfungsoberfläche und ist unempfindlich gegen unregelmäßige Dampfentnahmen und den damit verbundenen Druck- und Wasserstandsschwankungen. Das darin befindliche Wasser wird über die Feuerbüchse aufgeheizt. Der Kessel wird zu 75 % bis 80 % mit Wasser gefüllt. In der Feuerbüchse (ist der eigentliche Brennraum) wird die bei der Verbrennung erzeugte Wärme direkt an die Feuerbüchswände und das dahinter umlaufende Kesselwasser (Hinterkessel) abgegeben. Man spricht hier von der Strahlungsheizfläche. Die entstehenden warmen Rauchgase durchströmen dann die im Langkessel eingebauten Heizrohre und geben dabei die Wärme an die Rohrwandungen ab. Die Summe der Fläche der Rohrwandungen bildet die Rohrheizfläche. Bei Heißdampflokomotiven sind zusätzlich zu den Heizrohren noch Rauchrohre mit wesentlich größerem Durchmesser eingebaut. In diesen Rauchrohren sind die Überhitzerelemente eingeschoben, in denen der im Kessel erzeugte Dampf getrocknet und weiter erhitzt wird. Der nunmehr im Lokomotivbetrieb bis zu 400 Grad Celsius warme Heißdampf sorgt wegen seines besseren Kondensations- und Expansionsverhaltens für einen höheren Wirkungsgrad der Lokomotivdampfmaschinen. Rauchkammerrohrwand Vergrößern -- Bild anklicken Zum Befeuern und zur vollständigen Verbrennung der Brennstoffe, ist das in der Rauchkammer angebrachte Blasrohr erforderlich. Der Maschinenabdampf wird durch eine genau ausgerichtete Düse – dem Blasrohrkopf - in den Schornstein geleitet. Der Abdampfstrahl füllt dabei den Querschnitt der Esse vollständig aus und reißt nach dem Injektorprinzip Rauch- und Pyrolysegase mit. Dadurch entsteht in der Rauchkammer ein Unterdruck, der sich durch die Rauch- und Heizrohre bis in die Feuerbüchse fortpflanzt. Die durch den Aschkasten und die Rostlage nachströmende Frischluft sorgt für die nötige Feueranfachung. Das System regelt sich dabei selbst, da bei höherem Dampfverbrauch mehr Abdampf ausgeblasen wird und damit auch ein höherer Unterdruck entsteht. Da der Abdampf aus der Dampfmaschine nur während der Fahrt zur Verfügung steht, ist für die Feueranfachung bei Stillstand oder Leerlauffahrten zusätzlich ein Hilfsbläser eingebaut. Dieser besteht aus einem zentrisch um den Blasrohrkopf gelegten Rohrring mit feinen Löchern und wird bei Bedarf mit Nassdampf direkt aus dem Kessel versorgt. Vor Einführung des Hilfsbläsers mussten die Dampflokomotiven bei längeren Stillstandszeiten abgekuppelt und hin- und herbewegt werden, um den erwünschten Kesseldruck aufrechtzuerhalten. Damit während der Fahrt keine größeren Glutteile oder Verbrennungsrückstände durch den Schornstein ins Freie gelangen können, ist in der Rauchkammer ein Funkenfänger eingebaut. Dieser besteht aus einem Drahtgeflecht, das den in die Rauchkammer ragende Schornsteinunterteil und den Blasrohrkopf vollständig umschließt. Vergrößern -- Bild anklicken Der Dampfdom Zur Entnahme eines möglichst "trockenen" Dampfes und zur Vermeidung des Überreißens von Kesselwasser, befinden sich auf dem Scheitel des Langkessels ein oder zwei Dampfdome. Der Dampfdom ist also Teil des Dampflokkessels. Da für den Betrieb möglichst trockener Dampf benötigt wird, wird durch das Aufsetzen eines Dampfdomes der Abstand zwischen Wasseroberfläche und Dampfentnahmepunkt vergrößert. In einem Dampfdom ist meistens der für die Regulierung der Dampfzufuhr der Maschine zuständige Naßdampfregler eingebaut, der vom Führerhaus aus gesteuert wird. Der erzeugte Nassdampf mit einer vom Kesselüberdruck abhängigen Temperatur von 170 bis 200 Grad Celsius ist eine Mischung aus Dampf und feinsten Wassertropfen. Deutsche Dampflokomotiven arbeiteten in der Regel mit Kesselüberdrücken von 12 bis 16 bar. Der Kesseldruck wird durch Kesselsicherheitsventile begrenzt, die bei Überschreiten des zulässigen Maximaldruckes Dampf in die freie Umgebung kontrolliert ausblasen. Bei Lokomotiven mit Nassdampfregler passiert der im Dampfdom entnommene Dampf zunächst das Reglerventil und gelangt von dort in die Nassdampfkammer des Dampfsammelkastens in der Rauchkammer. Von hier wird er in die Überhitzerrohre geleitet und dort auf Temperaturen von etwa 370 Grad Celsius erhitzt. Der überhitzte Dampf gelangt dann in die Heißdampfkammer des Dampfsammelkastens und von dort in das Haupteinströmrohr der Dampfmaschine. Wird anstelle des Nassdampfreglers ein Heißdampfregler verwendet, so gelangt der überhitzte Dampf von der Heißdampfkammer des Dampfsammelkastens über das Heißdampfreglerventil zum Haupteinströmrohr der Dampfmaschine. In den Zylindern der Kolbendampfmaschine dehnt sich der Dampf aus und bewegt dabei die Kolben. So wird die im Dampf gespeicherte Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt. Vergrößern -- Bild anklicken Der Kolben und Zylinder Die Kolben in den Zylindern der Dampfmaschine (mind. 2 links und rechts) werden abwechselnd von vorn und von hinten mit Dampf beaufschlagt. Die hin- und hergehende Bewegung der Kolben wird über die Treibstangen auf die Treibräder übertragen und damit in eine rotierende Bewegung umgewandelt. Damit die Dampflok auch bei der Totpunktlage einer Kurbelstellung anfahren kann, sind die Kurbelzapfen der gegenüberliegenden Räder einer Achse gegeneinander versetzt. Der Versatzwinkel beträgt bei Zwei- und Vierzylindermaschinen eine Vierteldrehung bzw. 90°, bei Dreizylindermaschinen eine Dritteldrehung bzw. 120°. Während der Anfangszeit kamen die Dampfloks mit ein oder zwei gekuppelten Radsätzen aus. Mit den größer werden Zugverbänden waren weiterer Kuppel- oder Laufradsätze erforderlich. Die Größe der Treib- und Kuppelradsätze war durch das Lichtraumprofil und den konstruktiven Aufbau der Lokomotive allerdings begrenzt. Ein weiteres Problem war die technisch mögliche Kolbengeschwindigkeit von 7 bis 9 m/s und die dadurch erreichte Drehzahl der Treibradsätze. Die max. Drehzahlen der Radsätze für "normale" Triebwerke lag bei rd. 400 Umdrehungen/min bei denen die Kraftübertragung durch Treib- und Kuppelstangen erfolgte. Die maximale Obergrenze der Treibräder war mit 2300 mm Laufkreisdurchmesser erreicht. Zur Erreichung eines höheren Drehmoments mussten deshalb leistungsstarke Güterzuglokomotiven viele Kuppelradsätze mit relativ kleinen Rädern besitzen. Damit sank aber auch die Geschwindigkeit der Loks. Ebenso wie die maximale Achslast ist aber auch die Anzahl der kuppelbaren Radsätze in einem starren Lokomotivrahmen begrenzt. Mit mehrgliedrigen Rahmen und anderen Sonderlösungen wurde versucht, so viele Treibradsätze wie möglich einzubauen. Die bekanntesten Lokomotivbauarten mit mehrgliedrigen Fahrwerken sind die Mallet-Loks (siehe weiter unten), die Bauart: Meyer, sowie die Bauarten Garratt und Fairlie. Vergrößern -- Bild anklicken Die Steuerung bzw. Geschiebegestänge Das Steuersystem besteht aus der Schwinge, Gegenkurbel, Schieberschubstange, Voreilhebel, Kreuzkopf, Steuerzylinder mit Kolbenschieber, Dampfzylinder und Steuerstange. Die Anpassung der Leistung und damit des Dampfverbrauches an die wechselnden Betriebsbedingungen wird mit einer zusätzlichen Steuerung realisiert. Deren Hauptbestandteile sind die an den Arbeitszylinder angesetzten Schieberzylinder mit Schieberkolben. Sie steuern Seite und Menge des Dampfeintritts in den Arbeitszylinder. Die Kolbenschieber-Steuerung hat im Gegensatz zu Flachschieber- Steuerung eine innere Einströmung. Im Betrieb eilen die Steuerschieber der Arbeitskolbenbewegung jeweils wechselnd voraus. Der Schieber öffnet den Zylinder, Dampf strömt ein. Nach etwa einem Drittel des Kolbenweges sperrt der Schieber den Einstrom ab. Die im Dampf vorhandene Energie treibt den Kolben durch Expansion weiter bis zu seinem Totpunkt. Die fortlaufende, wechselnde Schieberbewegung wird durch ein Steuergestänge bewirkt, das an das Antriebsgestänge angeschlossen ist. Durch variables Einstellen der Steuerung lässt sich z. B. eine hohe Anfahrzugkraft durch lange Dampffüllung über den Kolbenweg erreichen. Durch Verminderung der Füllzeiten bei hoher Geschwindigkeit wird der Dampfverbrauch pro Kolbenhub auf das notwendige Maß reduziert. Vergrößern -- Bild anklicken Die Räder und Achsen Eisenbahnfahrzeuge haben nur in den seltensten Fällen lose auf den Achsen laufende Räder. Grundsätzlich sind auf einer Radsatzwelle (fälschlicherweise auch Achswelle genannt) die beiden Radkörper verdrehsicher montiert. Durch die eingeschränkte Beweglichkeit der hintereinander gekuppelten Achsen leidet die Kurvenlauffähigkeit des Fahrwerks. Dem wird durch leichte Seitenverschiebbarkeit der Achsen im Rahmen und durch geschwächte Spurkränze auf den inneren Radsätzen entgegengewirkt. Im Dampflokbau sind die Radkörper vorwiegend als Speichenräder ausgebildet. Auf diesen Rädern werden die Radreifen mit dem eigentlichen Laufprofil (Spurkranz, Lauffläche) aufgeschrumpft. Diese komplette Einheit wird Radsatz genannt. Die Räder einer Dampflok werden unterschieden in: - Treibradsatz - Kuppelradsatz - Laufradsatz Die Treib- und Kuppelradsätze sind angetriebene Radsätze. Der Treibradsatz muss zur Aufnahme der von den Treibstangen übertragenen Kräfte besonders massiv ausgebildet und fest im Lokomotivrahmen gelagert werden. Die Kuppelradsätze können leichter und im Rahmen seitenbeweglich ausgeführt werden. Die von der Dampfmaschine erzeugte lineare Bewegung wird am Treibradsatz in eine Drehbewegung umgewandelt. Dabei erfolgt der Kraftfluss von den Treibstangen auf die Treibzapfen oder die als Kurbelwelle ausgebildete Radsatzwelle und über Kuppelstangen auf die Kuppelzapfen eventuell vorhandener Kuppelradsätze. Da leistungsfähige Kessel Abmessungen erreichen (insbesondere bei den Loks mit Anhängetender) können sie nicht mehr allein durch die Kuppelachsen getragen werden. Hinzu kommt, dass die überhängenden Kessel die Laufeigenschaften maßgeblich verschlechtern und der Massenausgleich nicht mehr gewährleistet ist. Deshalb wurden Loks mit langen Kesseln zusätzlichen mit nicht angetriebenen Laufradsätzen ausgerüstet. Dadurch lassen sich die überhängenden Gewichte von Rauchkammer, Zylinderblöcken und Stehkessel wirkungsvoll reduzieren. Hintere Laufradsätze (also wo das Lokführerhaus sich befindet) ermöglichen außerdem, Feuerbüchse und Aschkasten hinter den Kuppelradsätzen anzuordnen und diese so größer und leistungsfähiger auszubilden. Um mit einer Raddrehung einen möglichst langen Weg schnell zurück legen zu können, erfordert dies einen großen Raddurchmesser (bis 2,30 Meter). Deshalb besitzen Schnellzugloks einen großen Raddurchmesser. Als Folge dieser großen Raddurchmesser sind deshalb Schnellzuglokomotiven bei gleicher Kesselleistung weniger zugkräftig gegenüber Güterzuglokomotiven mit kleinem Kuppelraddurchmesser. Demgegenüber sind Güterzuglokomotiven mit relativ kleinem Raddurchmesser vergleichsweise langsam (max. 80 km/h), aber dafür zugkräftiger. Link zur Medienwerkstatt-Wissenskarten Vergrößern -- Bild anklicken Zur Verbesserung des Bogenlaufes wurden die Laufradsätze seitenverschiebbar und radial einstellbar angeordnet. Rückstelleinrichtungen verbessern die Führung des Fahrzeuges im Bogen, besonders, wenn die Führungskräfte auf mehrere Radsätze verteilt werden. Die Raddurchmesser hängen von der erzielbaren Fahrgeschwindigkeit ab. Da die Kolbenfrequenz bei Dampfloks nicht beliebig erhöht werden kann und es auch kein Getriebe wie bei einem Auto oder LKW geben kann, hängt die erreichbare Geschwindigkeit einer Dampflok immer vom Raddurchmesser ab. Deshalb besitzen die sog. Schnellzugloks wie die BR01 große Raddurchmesser, während die BR52, die als Güterzuglok zum Einsatz kam, kleine Raddurchmesser besitzt, da es hier auf Zugkraft und nicht auf die Geschwindigkeit ankam. Die großen Raddurchmesser haben aber Nachteile, sie sind bei gleicher Kesselleistung weniger zugkräftig gegenüber Güterzuglokomotiven mit kleinem Kuppelraddurchmesser. Güterzuglokomotiven mit relativ kleinem Raddurchmesser sind demgegenüber vergleichsweise langsam (max. 80 km/h), dafür zugkräftiger. Um also mit einer Raddrehung einen möglichst langen Weg schnell zurück legen zu können, erfordert dies einen großen Raddurchmesser die bis bis 2,30 Meter reichten. Ein Problem bei Dampfloks sind die sich bewegenden Kuppelstangen. Diese erzeugen bei der Umsetzung in die Drehbewegung erhebliche Unwuchten, die zu einem unruhigen Lauf der Lokomotive führen. Zum Ausgleich der hin- und herschiebenden Massen einer Kolbendampfmaschine müssen die Ausgleichsgewichte an den Rädern angeordnet werden. Dies führt aber zu einer Unwucht der Räder und kann im Extremfall sogar zum Verlust des Rad-Schiene-Kontakts führen.. Ein Kompromiss bei der Auslegung des Massenausgleichs ist deshalb wichtig bei der Konstruktion von schnell fahrenden Lokomotiven. In der Regel werden deshalb nur etwa 30 bis 50 % der hin- und hergehenden Massen über die Räder ausgeglichen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten und geringem Komfortanspruch (Güterverkehr) wurde auf den Massenausgleich ganz verzichtet. Das Problem des Massenausgleichs weiter durch den Bau von Dampfloks mit mehr als zwei Zylindern verringert werden. Fast alle Schnellfahrlokomotiven hatten deshalb Triebwerke mit drei oder vier Zylindern. Der Massenausgleich Die hin- und hergehenden Massen der Kolben, sowie auch der Kolben-, Treib- und Kuppelstangen verursachen bei der Umsetzung in die Drehbewegung erhebliche Unwuchten, die zu einem unruhigen Lauf der Lokomotive führen. Die Kolbenbewegungen einer zweizylindrigen Maschine gleichen sich dabei nicht gegenseitig aus, weil sie nicht um eine halbe, sondern um eine Viertelperiode versetzt arbeiten. Mit Ausgleichsgewichten an den Rädern konnten diese Kräfte nur teilweise ausgeglichen werden. Die durch die Kuppelstangen und Kurbelzapfen entstehende Unwucht kann durch Ausgleichsgewichte vollständig aufgehoben werden, so dass das Problem z. B. bei älteren Elektrolokomotiven mit Stangenantrieb nicht auftritt. Zum Ausgleich der hin- und hergehenden Massen einer Kolbendampfmaschine müssen die Ausgleichsgewichte jedoch vergrößert werden, was wiederum zu einer Unwucht der Räder führt, welche die Schienen belastet und bei hohen Drehzahlen sogar zum Verlust des Rad-Schiene-Kontakts führen kann (Springen der Räder). Ein praxistauglicher Kompromiss bei der Auslegung des Massenausgleichs war daher wichtig bei der Konstruktion von schnell fahrenden Lokomotiven. In der Regel werden nur etwa 30 bis 50 % der hin- und hergehenden Massen ausgeglichen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten und geringem Komfortanspruch, wie etwa beim Güterverkehr hat man teilweise auch ganz darauf verzichtet. Das Problem des Massenausgleichs kann durch den Bau von Lokomotiven mit mehr als zwei Zylindern verringert werden. Fast alle Schnellfahrlokomotiven hatten deshalb Triebwerke mit drei oder vier Zylindern. Die Bremsen Die Bremsen von Dampflokomotiven bestehen zumeist aus Klotzbremsen an den großen Treibrädern, die zunächst von Hand, später mit Dampf und ab etwa 1900 hauptsächlich mit Druckluft betrieben wurden. Zur Drucklufterzeugung erhielten Dampflokomotiven eine „Luftpumpe“ oder einen Kompressor, sowie verschiedene Haupt- und Hilfsluftbehälter für die Druckluftbevorratung. Die Leistung Die Leistung der Dampflokomotive wird bestimmt durch Kolbendurchmesser, Dampfdruck, Zylinderzahl, Anzahl der Treibräder und deren Durchmesser. Alle diese Parameter sind jedoch nur begrenzt veränderbar. Der Raddurchmesser ist entscheidend für die Höchstgeschwindigkeit. Er kann jedoch nicht beliebig gesteigert werden, ohne die Größe des Kessels und damit die Zugkraft zu beeinträchtigen. Die Unwuchten der bewegten Massen im Kurbeltrieb können auch nicht vollständig ausgeglichen werden. Sie führen bei höheren Geschwindigkeiten zu unruhiger Fahrt. Die meisten moderneren Dampfloktypen wiesen einen 16 bis 20 bar Betriebsdruck auf. Dampfloks mit höherem Dampfdruck (bis zu 60 bar) erforderten langfristig aufwändigere Instandhaltungsarbeiten und wurden daher nicht weiterentwickelt. Baulich bedingt lässt sich die Zylinderzahl bei Standard-Typen nur auf maximal vier steigern. Dabei gibt es Drillings- und Vierlingsmaschinen, bei denen alle Zylinder Hochdruckdampf erhalten, und Verbundmaschinen mit Hochdruck- und nachgeordneten Niederdruckzylindern. Mit dem Verbundprinzip wird die thermische Energie des Dampfes besonders gut ausgenutzt. Da damit jedoch die Instandhaltungskosten stiegen, haben sich letztlich Loks mit zwei oder drei Zylindern und nur einer Expansionsstufe durchgesetzt. Der Brennstoff bzw. die Energie Dampflokomotiven beziehen ihre Energie aus der Verbrennung der mitgeführten Brennstoffe. In den Anfängen war dies, vor allem im Bergwerksbetrieb" Holz oder Torf. Mit der zunehmenden Industrialisierung war dann das Hauptheizmittel Steinkohle und Braunkohle. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde dann auch Schweröl eingesetzt. Mit dem Brennstoff wurde der Kessel beheizt. Dieser erzeugt aus dem im Kessel enthaltenem Wasser den erforderlichen Dampf (Energie) für die Dampfmaschine. Dampfloks haben in der Regel eine Rostfeuerung mit flachem Feuerbett. Diese Rostfeuerung war für Kohle und Holzverbrennung geeignet. Für Kohlenstaub, Schwer- oder Mineralöl wurde keine Rostanlage benötigt. Hier wurden spezielle Feuerkasten benötigt. Schweröl musste mit Wärmetauschern vorgewärmt werden und im Brenner mit einem Heißdampfstrahl zerstäubt werden, da sonst eine ordentliche Verbrennung nicht möglich war. Kohlenstaub wurde mit Druckluft eingetragen oder durch den im vollständig geschlossenen Feuerkasten anstehenden Unterdruck eingesaugt. Alle Energierträger zum Betrieb einer Dampflok sind nicht sauber in der Verbrennung und dementsprechend auch nicht umweltfreudlich. Die Frischluftzufuhr für die Verbrennung erfolgt durch regelbare Luftklappen am Aschkasten, in dem bei Verbrennung fester Brennstoffe auch die Verbrennungsrückstände gesammelt werden. Vergrößern -- Bild anklicken Der Führerstand der Führerstand einer Dampflok enthält die Bedienelemente, die zum Betrieb der Lok erforderlich sind. Wegen der Hitze des Feuerbüchse und wegen der Beschickung durch das Brennmaterial über den Tender, kann es bei der Dampflok nur eine dreiseitige Führerhauskabine geben. Für den Lokführer gibt es nur eine einfache Sitzmöglichkeiten. Die Dampflokführer hatten aufgrund dieser Vorgaben keinen gesunden Arbeitsplatz. Den schlechteste Arbeitsplatz hatte der Heizer, der für die Beschickung der Feuerbüchse verantwortlich war. Es ist eine schwere scheißtreibende Arbeit eine Dampflok in Betrieb zu halten. Der Führerstand einer Dampflok erscheint gegenüber den modernen Diesel- und Elloks ungeordnet und chaotisch. Dies liegt daran, dass die entsprechenden Ventile und Leitungen so angeordnet werden, dass der Lokführer auch bei der Bedienung der Ventilhebel auch die Sicht auf die Strecke nicht verlor. Vergrößern -- Bild anklicken

Sondertypen Die Booster - Lokomotiven Eine vor allem im amerikanischen Dampflokomotivbau weitverbreitet gewesene Zurüsteinrichtung war der Booster, ein selbsttätig ein- und ausschaltbarer Zusatz-Antrieb für Lokomotiv- und Tenderlaufachsen zur Erhöhung der Anfahrzugkraft, der Anfahrbeschleunigung und der Schlepplast. In Deutschland hatte der „Booster“ eine von Krauss & Co. in München entwickelte Vorgängerbauart, die um die Jahrhundertwende (1899/1900) bei zwei Schnellzuglokomotiven ausgeführt und erprobt wurde. Die für das Fortbewegen auf Schienen erforderliche Zugkraft, wird durch die zwischen Rad und Schiene erzeugte Reibungskraft als Folge des anteilmäßigen Reibungsgewichtes übertragen. Entsprechend der Zuglast und dem zu überwindenden Ruhewiderstand, ist der Anstieg der Zugkraft im Augenblick des Anfahrens am größten, sie fällt erst nach Beendigung des Beschleunigungsvorganges auf ihren Nennwert zurück. Diese Zugkraft an der Reibungsgrenze wird nur im niedrigen Geschwindigkeitsbereich bei voller Ausnutzung des Reibungsgewichtes kurzzeitig benötigt, danach ist allein der Restwiderstand des gleichförmig sich bewegenden Zuges maßgebend für die nur noch relativ geringe erforderliche Schleppzugkraft der Lokomotive. Da die beim Anfahren benötigte maximale Zugkraft lediglich einer vorübergehenden Erhöhung des Reibungsgewichtes bedurfte, musste die folgerichtige Lösung darin bestehen, nicht eine zusätzliche Kuppelachse, sondern eine zuschaltbare Treibachse vorzusehen. Als besonders vorteilhaft schien dieses Verfahren bei Schnellzuglokomotiven, deren eine oder zwei Treib- bzw. Kuppelachsen mit ihren großen Raddurchmessern bei recht niedrigem Reibungsgewicht immer wieder zu Anfahrschwierigkeiten führten. der Ingenieur Helmholtz schlug daher vor, einen Teil des nicht genutzten Dienstgewichtes der Lokomotive zeitweise in das Reibungsgewicht mit einzubeziehen. Krauss & Co ließ sich daraufhin im Jahre 1893 die „Lokomotive mit Vorspannachse“ patentieren. Die Idee wurde erstmals im Jahre 1896 bei einer Schnellzuglokomotive der Bayerischen Staatsbahn verwirklicht. Die Hagans Schwinghebel Lokomotiven Die begrenzte Anzahl der in einem Hauptrahmen unterzubringenden gekuppelten Achsen – wie oben bereits dargestellt - stellte die Ingenieure vor Einführung des seitenverschiebbaren Radsatzes durch Gölsdorf vor das Problem, entsprechend den geforderten hohen Leistungen der Maschinen, das erforderliche Reibungsgewicht auf dem seinerzeit noch recht leichten Oberbau so zu verteilen, dass die benötigte Kuppelachszahl die Bogenläufigkeit der Lokomotiven nicht beeinträchtigte. Wegen fehlender leistungsfähiger Maschinen mussten viele Güterzüge vor dem 20igsten Jahrhundert mit Doppelbespannung gefahren werden. Diese Form des Zugantriebes war wegen des doppelten Dampferzeugers und Triebwerks unwirtschaftlich. Einen Lösungsansatz fand Christian Hagans mit seiner im Jahre 1891 patentierten „Lokomotive mit drehbarem Treibachsengestell“, später besser als „Drehschemel-Lokomotive bzw.,, Schwinghebel-Lokomotive bekannt. Als teilgelenkige Bauart stellte das System „Hagans“ eine Übergangskonstruktion von der allachs getriebenen Gliederlokomotive zur reinen Gelenkbauart. Der Vorteil der Hagans-Lokomotive lag darin, dass bei ihr im Gegensatz zu den mit durchschnittlich zwei Dampfmaschineneinheiten ausgeführten Gelenkbauarten die im Hauptrahmen verlagerten Kuppelachsen ebenso wie die des Lenkgestells von einer gemeinsamen Dampfmaschine angetrieben wurden, wodurch gleichzeitig auch ein geringeres Maschinengewicht erzielt wurde. Die Grundidee der Hagans-Lokomotive lag in der Auflösung des Triebwerks in zwei Gruppen mit im Hauptrahmen gelagerter gemeinsamer Zylindergruppe und mechanischer Kraftübertragung auf die Kuppelräder, wobei lediglich ein kinematischer Übergang vom Triebwerk des Hauptrahmens zum Triebwerk des angelenkten Drehgestells geschaffen wurde. Die Zylinderkräfte werden nicht wie üblich unmittelbar von der Kolbenstange auf die Treibstange, sondern über eine dazwischen geschaltete, die Bewegung des Drehpunktes ausgleichende Pendelhebel übertragen. In der Nähe der Zylinder ist ein Pendelhebel im Drehpunkt am Hauptrahmen verlagert, während ein gleichlanger Pendelhebel in einigem Abstand im Drehpunkt in einem Schwenkrahmen aufgehängt ist, der sich seinerseits um die beiden Rahmendrehpunkten bewegt. Beide Pendelhebel sind durch eine kräftige Schubstange verbunden. Als Antrieb mehrachsiger, bogenläufiger Lokomotiven hat sich das Hagans-Triebwerk durchaus bewährt, wenn auch seine Vielteiligkeit und die konstruktive Ausführung mit ihren ungünstigen Belastungsverhältnissen einen erhöhten Wartungs- und Reparaturaufwand erforderten. Link zu weiteren Infos Die Mallet-Lokomotiven Die Mallet-Maschinen waren robuste und zugkräftige Maschinen. Sie besaßen ein vorlaufendes Niederdruck-Triebwerk und ein mit Außenrahmen ausgeführtes hinteres Hochdruck-Triebwerk. Trotz des recht kurzen Einzelradstandes von nur 1.400 mm beider Fahrwerke war das Laufverhalten der Lokomotiven zufriedenstellend, was natürlich auch auf die geringe Höchstgeschwindigkeit von lediglich 30 km/h zurückzuführen war. Die Loks konnten auf einer 3,3% Steigung noch Zuglasten von 86 t befördern. Daher ergibt sich vor allem für zugstarke Güterzugloks das Bild von vielen relativ kleinen Rädern (vier bis sechs auf jeder Seite), die mit Kuppelstangen verbunden sind. Genauso wie die maximale Radlast ist aber auch die Anzahl der kuppelbaren Achsen begrenzt, in diesem Fall durch die Baugröße der Lokomotive.

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