Die Dampflokomotive ist eine mit Dampf betriebene Lokomotive (auch Kurzdampflokomotive oder Dampfrösser genannt). Zu den Sonderbauarten gehören neben der weit verbreiteten Standardbauart mit dampflok Dampferzeuger und Kolbendampfmaschine mit adler Kurbeltriebwerk auch feuerlose Lokomotiven, Elektrodampflokomotiven, Getriebedampflokomotiven, solche mit Einachs- oder Turbinenantrieb, Kondensations- und Hochdrucklokomotiven. Das gleiche Produkt wurde für die erste Dampflokomotive geschichte verwendet.
Technik
Es wurde eine unüberschaubare Anzahl von unterschiedlichen Typen und Varianten von Dampflokomotiven anmelden entwickelt. Im Folgenden wird im Wesentlichen die europäische Standardausführung des 20. Jahrhunderts mit traditionellem Röhrenkessel und Kolbendampfmaschine schienen beschrieben. Davon abweichende Konstruktionen museum finden Sie unter dem Artikel Dampflokomotive (Konstruktion).
Allgemeiner konstruktiver Aufbau
Standard-Dampflokomotiven bestehen im Wesentlichen welt aus einem Dampfkessel zug, der Wasser zur Dampferzeugung erhitzt, einer Kolbendampfmaschine, die Dampfdruckenergie in mechanische Bewegungsenergie umwandelt, einem Fahrgestell mit Rahmen und Radsätzen sowie einem Führerstand zur Steuerung der strecke Maschine. Entweder die Lokomotive selbst (Schlepptenderlokomotive) oder ein mit ihr fest verbundenes anzeige Fahrzeug, der Tender, führt die notwendigen Kraftstoff- und Wasservorräte mit sich (Schlepptenderlokomotive).
Auf oder an dem Lokomotivrahmen befinden sich der Dampfkessel mit der eingebauten Feuerbüchse, die Dampfmaschine und der faszination Führerstand. Der Treibradsatz, die durch Kuppelstangen verbundenen Kupplungsradsätze und häufig zusätzliche antriebslose Laufradsätze tragen diese Konstruktion. Die Zylinder der Kolbendampfmaschine, die sich seitlich außerhalb oder (und) innerhalb des Rahmens befinden, sind in der Regel newsletter zwei, können aber auch drei oder vier sein. Die Treibstangen übertragen die oszillierenden Bewegungen der Kolbenstangen auf die Kurbelzapfen der Radsätze und setzen sie in eine Drehbewegung um.
Dampferzeugung und Energieumwandlung
In Dampflokomotiven wird thermische Energie in kinetische Energie umgewandelt. Sie arbeiten in der Regel als offenes System, bei dem der Abdampf aus den Dampfzylindern in die Atmosphäre abgeleitet wird. In Auspuffmaschinen wird er noch immer zuerst durch ein Blasrohr geleitet, um das Feuer anzuzünden. Bei Kondensationslokomotiven hingegen wird der Abdampf in einen Kondensationstender geleitet, wo er wieder verflüssigt und als Kesselspeisewasser zugänglich gemacht wird.
Verbrennung
Die Verbrennung der von Dampflokomotiven beförderten Brennstoffe ist deren Hauptenergiequelle. Diese bestehen häufig aus Kohle oder Schweröl, können aber auch aus Holz, Kohlenstaub, Torf oder Mineralöl hergestellt werden. Dieser Brennstoff heizt einen Kessel auf, der dann Wasser in Dampf umwandelt, um eine Dampfmaschine anzutreiben. Üblicherweise wird in Dampflokomotiven eine Rostfeuerung mit flachem Feuerbett verwendet. Mineralöl, Schweröl und Kohlenstaub können auch ohne Rostsystem in einer speziellen Feuerbüchse mit den entsprechenden Brennern verbrannt werden.
Der Brenner verwendet einen Strahl überhitzten Dampfs, um Schweröl zu zerstäuben und zu verbrennen, nachdem es mit Wärmetauschern erwärmt wurde. Der Kohlenstaub wird mit Druckluft eingeblasen oder durch den Unterdruck in der vollständig geschlossenen Feuerbüchse angesaugt. Der Aschekasten, in dem bei der Verbrennung fester Brennstoffe auch die Verbrennungsabfälle gesammelt werden, hat bewegliche Luftklappen, die Frischluft für die Verbrennung liefern.
Was wird heute hergestellt?
Moderne Lokomotiven sind mit Stühren-Aschenkästen ausgestattet, die am Rahmen aufgehängt sind und eine direkte Luftzufuhr unter den Rost ermöglichen, unabhängig vom Füllungsgrad, um die Luftzufuhr zu erhöhen, wenn der Aschenkasten voll ist. Das von Trevithick entwickelte und in die Rauchkammer eingeführte Blasrohr ist für das Anzünden des Feuers und die vollständige Verbrennung unerlässlich.
Durch eine Düse, den Blasrohrkopf, wird der Dampf aus dem Maschinenabgas in den Schornstein geleitet. Nach dem Injektorkonzept reißt der Abdampfstrahl Rauch- und Pyrolysegase mit und füllt den Querschnitt des Schornsteins vollständig aus. Dadurch entsteht in der Rauchkammer ein Unterdruck, der über die Heiz- und Rauchrohre in den Feuerraum übertragen wird. Für die nötige Anfeuerung sorgt die Frischluft, die durch den Aschekasten und die Rostschicht strömt. Da bei höherem Dampfverbrauch mehr Abdampf ausgeblasen wird und sich ein größerer Unterdruck bildet, ist es wünschenswert, dass dieses System selbstregulierend ist. Ein zusätzliches Gebläse wird für das Anzünden des Feuers installiert, wenn die Dampfmaschine steht oder im Leerlauf ist, da der Abdampf nur genutzt werden kann, wenn die Maschine in Betrieb ist. Dieses wird bei Bedarf mit Feuchtdampf direkt aus dem Kessel gespeist und besteht aus einem Rohrring mit winzigen Löchern in der Mitte des Blasrohrkopfes.
Vor der Erfindung des Hilfsgebläses wurden Dampflokomotiven während längerer Stillstandszeiten abgekuppelt und hin- und hergeschoben, um den richtigen Kesseldruck aufrechtzuerhalten. Für eine optimale Anzündung und eine effiziente, vollständige Verbrennung sind eine extrem dichte Rauchkammer und dichte Rohrdurchführungen erforderlich. In der Rauchkammer wird ein Funkenfänger angebracht, um zu verhindern, dass größere Glut oder Verbrennungsnebenprodukte bei angespanntem Betrieb durch den Schornstein ins Freie entweichen. Dieser besteht aus einem Drahtgeflecht, das den Kopf des Blasrohrs und den unteren Teil des Schornsteins abdeckt, der vollständig in die Rauchkammer hineinragt.
Kessel zur Dampferzeugung
Der optimale Kessel zur Erzeugung des erforderlichen Dampfes unter den ständig wechselnden Betriebsbedingungen des Zugbetriebes ist ein großvolumiger Wasserkessel mit mehreren Heizrohren. Ein solcher Kessel verfügt über eine große Verdampfungsfläche und ist damit unempfindlich gegen unregelmäßige Dampfentnahmen und die damit verbundenen Druck- und Wasserstandsänderungen. Zu den traditionellen Dampflokomotivkesseln gehören der stehende Kessel, bei dem die Feuerbüchse vollständig von einem Wassermantel umgeben ist, der lange Kessel, der in der Regel aus mehreren Kesselschüssen besteht, und die Rauchbüchse, in die ein Saugzugsystem und ein Schornstein zum Anzünden von Feuer eingebaut sind. Der so genannte Stephenson-Röhrenkessel basiert auf diesem Konstruktionsansatz.
Die durch die Verbrennung in der Feuerbüchse erzeugte Wärme wird direkt auf die Feuerbüchsenwände und das dahinter fließende Kesselwasser übertragen. Man spricht hier von der Strahlungsheizfläche. Die dabei entstehenden heißen Rauchgase strömen dann durch die langen Heizrohre des Kessels und erwärmen dabei die Rohrwände. Die Rohrheizfläche ergibt sich aus der Addition der Oberflächen der Rohrwände. Heißdampflokomotiven haben neben den Heizrohren auch Rauchrohre mit einem wesentlich größeren Durchmesser.
In diesen Rauchrohren befinden sich die Überhitzungselemente, mit denen der vom Kessel erzeugte Dampf weiter erhitzt und getrocknet wird. Der verbesserte Wirkungsgrad der Lokomotivdampfmaschinen wird durch den überhitzten Dampf gewährleistet, der aufgrund seines besseren Kondensations- und Expansionsverhaltens nun mit Temperaturen von bis zu 400 Grad Celsius arbeitet.1 Auf der Oberseite des langen Kessels sind ein oder zwei Dampfdome angebracht, um möglichst viel trockenen Dampf zu entnehmen und ein Überziehen des Kesselwassers zu verhindern. Der Nassdampfregler, der die Dampfzufuhr der Maschine steuert, befindet sich normalerweise in einem Dampfdom. Der erzeugte Nassdampf hat je nach Kesselüberdruck eine Temperatur von 170 bis 210 Grad Celsius und besteht aus einer Kombination von Dampf und kleinsten Wassertröpfchen. 12 bis 16 bar Kesselüberdruck sind für deutsche Dampflokomotiven typisch.