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Dampflokomotiven

Dampflokomotive




Die Technik der Dampflokomotive
Eine preußische P8 - Baujahr 1918Eine Dampflokomotive (kurz Dampflok) ist eine selbstfahrende Zugmaschine der Eisenbahn. Angetrieben wird die Dampflokomotive i. d. R. durch eine Kolbendampfmaschine, eine Wärmekraftmaschine, die die Druckenergie des Arbeitsmediums Wasserdampf in mechanische Bewegungsenergie umwandelt.
Konstruktiver Gesamtaufbau
Baugruppen einer amerikanischen Pacific mit Schlepptender und der Achsfolge 2'C1'
1 - Führerhaus / Führerstand
2 - Feuerbüchse / Stehkessel
3 - Dampf- bzw. Langkessel mit Heiz- und Rauchrohren
4 - Rauchkammer mit Rauchabzug
5 - Dampfschieber
6 - Dampfzylinder
7 - Kolbenstange
8 - Treibstange
9 - Kuppelstange
10 - Steuerungsstange
11 - vorderes Laufrad-Drehgestell
12 - Treibräder und Kuppelräder
13 - hintere Laufräder
14 - Dampfsammeldom
15 - Hilfsbetriebe-Dampfdom
16 - Sandkasten mit Rohrleitungen zu den Schienen
17 - Schlepptender mit Wassertank und Kohlenbunker
18 - Läutewerk
19 - Dampfpfeife
20 - Kesselsicherheitsventil (zwischen 14 und 15 auf der anderen Seite und deshalb nicht zu sehen)
Dampferzeugung und Energieumwandlung

Befeuerung und Wassererhitzung


Dampflokomotiven beziehen ihre Primärenergie aus der Verbrennung der mitgeführten Brennstoffe. Dies sind im allgemeinen Kohle oder Schweröl, aber auch Holz, Kohlenstaub, Torf und bei neueren Modellen auch Mineralöl kommen zum Einsatz. Der damit beheizte Kessel erzeugt aus Wasser den Dampf für die Dampfmaschine. Die meisten Dampfloks haben eine Rostfeuerung mit flachem Feuerbett. Bei Verwendung von Kohlenstaub, Schweröl oder Mineralöl wird ein Brenner verwendet. Schweröl wird von speziellen Schwerölbrennern vorgeheizt und anschließend mit einem Dampfstrahl zerstäubt. Als während des Zweiten Weltkrieges die Kohle knapp war, wurden in der Schweiz einige wenige Rangierlokomotiven mit einer elektrischen Kesselheizung nachgerüstet.

Verbrennungskammerkessel Bauart 39E während der Reparatur in der Kesselschmiede (Meiningen, 2003
Der Dampf wird gebildet, indem zum einen die vollständig von einem Wassermantel umgebene Feuerbüchse, die sogenannte Strahlungsheizfläche vom Feuer bestrahlt wird. Zum anderen durchströmen die Rauchgase durch Rohre den gesamten Kessel bis zur vorderen Rauchkammer und geben dabei die Wärme an die Rohrwandungen ab, die Berührungsheizfläche. Je nach Größe der Lok sind bis zu 50 Rauchrohre eingezogen. Bei diesem Konstruktionsprinzip handelt es sich um den sogenannten Stephensonschen Röhrenkessel. Zusätzlich zu den Rauchrohren ist der Kessel von etwa 50 - 100 Heizrohren durchzogen. Die Rauchrohre haben einen größeren Durchmesser. Ihre Aufgabe ist es, durch Luftzug das Feuer in der Feuerbüchse am Brennen zu halten. Die im Durchmesser kleineren Heizrohre haben die Aufgabe, die heißen Heizgase möglichst lange im Kessel zu halten, um so möglichst viel Energie an das umgebende Wasser abgeben zu können. Sonderkonstruktionen hatten entweder eine Verbrennungskammer, oder der Kessel war anders gebaut, z.B. als Flammrohrkessel. Diese Versionen haben sich aber nicht durchsetzen können.

Blick in die Verbrennungskammer des 39E. Zur Vorbereitung der Reparatur wurden Teile der Feuerbüchswände schon geschlitzt und die Rohre aus dem Kessel entfernt. Die geschlitzten Flächen werden später komplett erneuert
Die Frischluftzufuhr für die Verbrennung erfolgt über Luftklappen am Aschkasten. Für eine einwandfreie Feueranfachung ist das schon von Trevithick entwickelte Blasrohr unentbehrlich. Dieses ist am Boden der Rauchkammer angeordnet. Der Auspuffabdampf wird durch eine enge Düse zum Kamin geleitet. Beim Austritt aus dem Schornstein entsteht ein Unterdruck, der die Rauchgase aus der Feuerbüchse durch die Rohre zieht und das Feuer immer weiter anfacht. Da der Abdampf aus der Dampfmaschine nur während der Fahrt zur Verfügung steht, ist für die Feueranfachung bei Stillstand noch ein Hilfsbläser eingebaut, der aus einem Rohrring mit Blaslöchern um den Blasrohrkopf besteht und direkt mit Frischdampf aus dem Kessel versorgt wird. Vor der Einführung des Hilfsbläsers wurden die Dampflokomotiven bei längeren Stillstandszeiten teilweise abgekuppelt und auf dem Parallelgleis hin- und hergefahren, um das Feuer zu entfachen und den erwünschten Kesseldruck zu erreichen. Zum Anheizen einer kalt abgestellten Dampflok kann ein externes Sauggebläse verwendet werden, wenn der Vorgang beschleunigt werden soll.

Dampfüberhitzung und Druckerzeugung

Anordnung des Überhitzers im Kessel
Das durch die Hitze verdampfende Wasser sammelt sich im Dampfraum im oberen Kesselbereich und dem zuoberst aufgebauten Dampfdom. Der so entstandene Satt- oder Nassdampf mit einer vom Kesselüberdruck abhängigen Temperatur von 170 bis 200 Grad Celsius ist eine Mischung aus Dampf und feinsten Wassertropfen. Siehe auch: Dampfkessel.

In modernen Dampflokomotiven wird der Dampf vom Dampfdom in einen Überhitzer weitergeleitet. Dieser besteht aus zahlreichen U-förmig gebogenen Rohren, die in früherer Bauart in einem Kasten in der Rauchkammer standen, später aber sämtlich in die Rauchrohre des Kessels hineinragten (Rauchkammerüberhitzer oder Rauchrohrüberhitzer). Durch den Kontakt mit den Verbrennungsgasen wird der Dampf in den Überhitzerrohren auf fast 400 Grad Celsius erwärmt, so dass auch die letzten feinen Wassertröpfchen verdampfen. Das Ergebnis heißt Heißdampf. Ohne weitere Druckerhöhung enthält damit der Dampf mehr Energie, zudem geht auf dem Wege zu den Zylindern weniger Wärme durch Kondensation in den Rohrleitungen verloren. Die neueren Dampflokomotiven arbeiten mit einem Druck zwischen 15 und 20 bar. Der Druck wird begrenzt durch eine Sicherheitsarmatur, die bei Überschreiten des Maximaldruckes den zu hohen Dampfdruck ablässt.
Kolbendampfmaschine der Dampflok

Zylinder und Kolben

Schieber- und Arbeits-Zylinder, aufgeschnitten, hier ein Funktionsmodell mit den Originalteilen einer Schnellzuglokomotive des deutschen Types 01.10
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. Hier wird er in die Überhitzerrohre geleitet und dort auf Temperaturen von etwa 370 Grad Celsius überhitzt. Der überhitzte Dampf gelangt 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.

Die Kolben in den Zylindern der Dampfmaschine werden abwechselnd von vorn oder 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 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°.

Steuerung

1 - Schwinge
2 - Gegenkurbel (Schwingenkurbel)
3 - Schieberschubstange
4 - Voreilhebel
5 - Kreuzkopf
6 - Steuerzylinder mit Schieber
7 - Dampfzylinder
8 - Steuerstange
Anmerkung: Das animierte Diagramm für die Steuerung zeigt eine Steuerung mit Kolbenschieber. Kolbenschieber-Steuerungen haben im Gegensatz zu Flachschieber-Steuerungen eine innere Einströmung. Hier ist das Diagramm falsch, es zeigt eine äußere Einströmung beim Kolbenschieber. Deshalb stimmt auch die Drehrichtung des Triebwerkes in der Animation mit der Auslage der Steuerung überein, obwohl die Auslage auf rückwärts gestellt ist, während das Triebwerk vorwärts dreht.

Die Anpassung der Leistung, und damit des Dampfverbrauches, an die wechselnden Betriebsbedingungen wird mit einer zusätzlichen Steuerung realisiert. Hauptbestandteil dieser Steuerung sind die an den Arbeitszylinder angesetzten Schieberzylinder und deren Schieberkolben (6). Mit diesen wird die wechselseitige Dampfzufuhr und deren Menge in den Arbeitszylinder (7) gesteuert. Im Betrieb eilen die Steuerschieber der Arbeitskolbenbewegung jeweils wechselnd voraus. Der Schieber öffnet den Zylinder, Dampf strömt ein. Nach ca. 1/3 Kolbenweg sperrt der Schieber die Einströmung ab. Die im Dampf vorhandene Energie Expansion treibt den Kolben weiter bis zu seinem Totpunkt. Die fortlaufend 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, die Energieausnutzung verbessert sich, da die Dampfdehnung stärker ausgenutzt wird.

Der Lokführer stellt die Steuerung von Führerstand aus mit einer Handkurbel (8) ein, wodurch an der Schwinge (1) der Angelpunkt des Steuerungsgestänges und damit der Arbeitsweg des Schiebers verstellt wird. Das zweite Steuerelement neben der Schieberverstellung ist das Reglerventil auf dem Führerstand, das den Dampfdruck zu den Zylindern einstellt.

Die Steuerung hat damit zwei Endpunkte der Einstellung: zum einen den der voll ausgelegten Steuerung (mit einem Dampfdruck, bei dem die Räder der Lok gerade noch nicht durchdrehen - beim Anfahren wichtig), zum anderen den der nur minimal ausgelegten Steuerung (mit vollem Dampfdruck, um mit der maximal möglichen Expansion in den Zylindern das wirtschaftliche Optimum herzustellen).

Dazwischen liegen zahlreiche Betriebszustände, in denen es der Erfahrung und dem Fingerspitzengefühl des Lokführers überlassen ist, mit der Steuerungseinstellung den optimalen Punkt zur Energieausnutzung zu treffen. Durch Umsteuern der Füllreihenfolge kann die Fahrtrichtung umgekehrt werden. Einen gegengesteuerten Dampfdruck verwendete man auch als Gegendampfbremse.


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 zuckenden 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 können diese Kräfte teilweise, jedoch nicht vollständig ausgeglichen werden.

Die lediglich 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, die die Schienen belastet und bei hohen Drehzahlen sogar zum Verlust des Rad-Schiene-Kontakts (Springen der Räder) führen kann. Ein praxistauglicher Kompromiss bei der Auslegung des Massenausgleichs war daher wichtig bei der Konstruktion von schnell fahrenden Lokomotiven. In der Regel wurden 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.

Fahrwerk

Radgröße

Da die maximale Drehzahl bei Dampfmaschinen wesentlich geringer ist als bei modernen Traktionsarten, müssen Schnellzugloks mit jeder Radumdrehung einen möglichst langen Weg zurücklegen. Dies erfordert größere Treibräder mit bis zu 2,30 m Durchmesser. Eine Schnellzuglok verfügt im allgemeinen über drei Treibachsen, eine Güterzuglok über fünf. Als Folge sind Schnellzugloks daher bei gleicher Kesselleistung weniger zugkräftig, während Güterzugloks mit kleinem Kuppelraddurchmesser vergleichsweise langsam, aber zugkräftig sind. Die Schnellzugloks der Einheitsbaureihen der Deutschen Reichsbahn erreichten bis zu 180 km/h, die Güterzugloks der Einheitsbaureihen fuhren üblicherweise mit einer Geschwindigkeit von nur 80 km/h. 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.


Gekuppelte Räder

Treibradsatz, Achse als Kurbelwelle für den 3. Zylinder ausgebildet; diese so gekröpfte Achse nennt man in der Fachsprache Kropfachse
Treibradsatz, Achse als Kurbelwelle für den 3. Zylinder ausgebildet; diese so gekröpfte Achse nennt man in der Fachsprache KropfachseDie Zugkraft einer Kolbendampfmaschine mit Rädern lässt sich nur dann zur maximalen Wirkung bringen, wenn zwischen Rädern und Schienen genügend Haftreibung vorhanden ist, damit die Räder nicht schleudern (durchdrehen). Ein Mittel dazu ist, die Last auf dem Rad bzw. der Achse zu erhöhen. Diese Möglichkeit ist aber wegen der Gleis-Tragfähigkeit begrenzt, daher werden mehrere Räder an Zapfen durch Kuppelstangen miteinander verbunden, um das gesamte Reibungsgewicht für den Antrieb zu erhöhen.

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. Mit Sonderlösungen wie z. B. mit Knickrahmen oder Mallet-Lokomotiven wurde versucht, so viele Treibrädersätze wie möglich zum Einsatz zu bringen.
Hilfsaggregate

Dampfgetriebene Luftpumpe für das Befüllen der Bremsluftbehälter - Fachsprache: HauptluftbehälterDruckluft für die Bremsen
Druckluft für die Bremsen
Die Bremsen von Dampflokomotiven bestehen zumeist aus Klotzbremsen an den großen Treibrädern, die zunächst von Hand, später mit Dampf oder ab ca. 1900 nur noch mit Druckluft betrieben wurden. Für die Druckluftbevorratung hat eine Dampflokomotive eine Druckluftpumpe oder Kompressor zur Druckerzeugung sowie Druckluftbehälter. An die letzteren wird die Bremsluftleitung der Wagen des angehängten Zuges angeschlossen. Die gesamte Bremsanlage des Zuges kann damit vom Führerstand aus gesteuert werden.

Dampf für die Zugheizung
In der kalten Jahreszeit besteht der Bedarf zur Heizung von Personenwagen. Dafür wurden Dampfleitungen in die Wagen eingebaut, die beim Ankuppeln an die Dampflokomotive an deren Heizdampfleitung angeschlossen wurden. Diese wurde auf der Lokomotive hauptsächlich mit Frischdampf aus dem Dampfkessel oder aus dem Zylinder-Abdampf gespeist.

Elektrische Stromversorgung
Mit der Einführung der elektrischen Zugbeleuchtung wurde auf Dampflokomotiven auch elektrische Energie mit eigenen, dampfgetriebenen Generatoren erzeugt, deren Drehzahl mittels eines Fliehkraftreglers konstant gehalten wird.
Versorgung mit Betriebsstoffen

Wasserversorgung

Tenderlok der Preßnitztalbahn beim Wassernehmen am Wasserkran
Da im Fahrbetrieb der im Kessel erzeugte Dampf aus den Zylindern über den Schornstein oder beim Anfahren über Zylinderventile in die Umgebung entlassen wird, muss der Wasservorrat im Kessel ständig nachgefüllt werden. Dazu wird ein Wasservorrat in Zusatztanks im Rahmen, seitlich des Kessels in Tanks oder bei größerer Menge in einem Schlepptender mitgeführt.

Für Non-Stop-Fahrten wie zum Beispiel bei dem Flying Scotsman von London nach Edinburgh oder bei der New York Central Railroad wurden Schöpfrohre verwendet, welche während der Fahrt in spezielle Tröge zwischen den Schienen abgesenkt wurden. Der durch die Fahrgeschwindigkeit entstehende Staudruck drückte das Wasser über die Rohre in den Tank des Tenders.

Für die Fahrt über weite, wasserarme Strecken wurde während des zweiten Weltkrieges in Argentinien und später auch in Südafrika mit Kondenstendern experimentiert, in denen ein großer Teil des Abdampfes wieder kondensiert werden kann. In Deutschland wurden viele Lokomotiven der Baureihe 52 mit dieser Technik gebaut. Dies führte zwar zu einer Wasserersparnis von z. T. über 90 %, war wegen des hohen Unterhaltungsaufwands jedoch nur selten wirtschaftlich.

In der Frühzeit geschah das Speisen des Kessels mit Wasser meist mit Plungerpumpen oder Fahrpumpen. Diese wurden über eine Exzenterwelle oder eine Kurbelwelle während der Fahrt der Lokomotive betrieben. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sich die Fördermenge annähernd proportional zum zurückgelegten Weg verhält. Die Regelung der Menge geschah durch einen regelbaren Bypass. Bei längerem Stillstand oder bei längeren Fahrten bei starker Steigung (erhöhter Dampfbedarf) musste die Lokomotive vom Zug abkuppeln und auf einem freien Gleis hin- und herfahren, bis der Wasserstand wieder die gewünschte Höhe erreicht hatte.

Moderne Dampfloks müssen zwei unabhängig voneinander arbeitende Speiseeinrichtungen haben, um den richtigen Wasserstand im Kessel immer zu gewährleisten. Für die Auffüllung des unter Druck stehenden Kessels werden Kolbenpumpen und Injektorpumpen verwendet. Bei Kolbenpumpen treibt ein Dampfkolben einen kleinen Wasserkolben an, der das Wasser in den Kessel drückt. In der Injektorpumpe reißt ein Dampfstrahl Wasser in der Injektorkammer mit und drückt es in den Kesselraum.

Besonders nachteilig ist bei allen Arten der Pumpen das Speisen mit kaltem Wasser in den Kessel, ohne jede Vorwärmung. Im Bereich des Speisewassereintritts in den Kessel kam es dadurch zu großen Wärmespannungen im Material. Ab ca. 1900 wurde das kalte Speisewasser des Tenders durch sogenannte Vorwärmer geleitet und auf ca. 80 bis 90 Grad vorgewärmt dem Kessel zugeführt.

Der korrekte Wasserstand im Dampfkessel wird - wieder mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden - Schaugläsern sowie Probierhähnen vom Heizer der Lokomotive kontrolliert. Ein zu niedriger Wasserstand kann zu einem Kesselzerknall führen, ein zu hoher Wasserstand birgt die Gefahr des Mitreißens von flüssigem Wasser mit anschließenden schweren Schäden am Überhitzer und in den Zylindern. Besonders im Zylinder verursacht schon die kleinste Menge Wasser den Wasserschlag: Der Freiraum zwischen Zylinderende und Kolben ist so gering, dass der sich bewegende Kolben durch das nicht komprimierbare Wasser im Zylinder den Zylinderdeckel regelrecht absprengt.

Um die Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit der Dampflokomotive zu gewährleisten, wird das Kesselspeisewasser entsprechend aufbereitet. Insbesondere wird der Kesselsteinbildung vorgebeugt, indem die Kesselsteinbildner durch chemische Zusätze im Kessel zu Boden sinken (ausfällen) und dort eine schlammartige Schicht bilden (Innere Speisewasseraufbereitung). Durch das Abschlammventil kann dieser Bodensatz regelmäßig, auch während der Fahrt durch den Heizer, ausgeschwemmt werden. Zusätzlich wird der Kessel in größeren Abständen ausgewaschen.


Brennstoffversorgung

Die verwendeten Brennstoffe (überwiegend Kohle, teils auch Holz, Kohlenstaub, Torf oder Mineralöl) werden ebenso wie der Wasservorrat in Zusatzbehältern oder im Schlepptender mitgeführt. Bei den ersten Lokomotiven und bis zu einer bestimmten Baugröße werden Kohle und andere feste Brennstoffe vom Heizer per Hand bzw. mit einer Schaufel am Vorratsbehälter aufgenommen und durch das Feuerloch in die Feuerbüchse befördert.

Bei großen Lokomotiven gibt es für den Kohlen-Nachschub Hilfsantriebe, so genannte Stoker, die die Kohle aus dem Tender direkt in die Feuerbüchse befördern. Der Stoker besteht aus einer Förderschnecke, die vom Kohlenbehälter des Tenders mit Rohrleitung zur Feuerbüchse verläuft. Die Förderschnecke wird von einer Dampfturbine angetrieben.

Bei Öl- und Kohlenstaubfeuerung werden Förderelemente eingesetzt, die einen Brennstoffstrahl in die Feuerbüchse blasen. Gelegentlich wurde bei Speicherdampflokomotiven in Eisenwerken eine rotglühende Roheisen-Bramme in der Lokomotive deponiert. Mit dieser Heizwärme konnte die Lok etwa 2 Stunden unter den Hochöfen die Torpedowagen verschieben. Speicherlokomotiven konnten unter dem Hochofen auch direkt mit Dampf „betankt“ werden.
Führung der Lokomotive


Führerstand der „Preußischen P8“, Blick auf die Heizer-Seite.
Dampflokomotiven haben in der Regel über dem Rahmen und hinter der Feuerbüchse ein Führerhaus. Von dort werden sie von einem Zwei-Mann-Team gesteuert. Der Lokführer hat seinen festen (Sitz-) Platz auf der Seite, auf der sich die Fahrt- und Bremsregler befinden. In Kontinentaleuropa ist dies üblicherweise rechts, auf den britischen Inseln war auch die linke Seite gebräuchlich. Er beobachtet von dort die Strecke und die Signale und steuert den Lauf der Lok und des Zuges. Der Heizer überwacht und betreibt vor allem die Feuerung und Dampferzeugung (Brennstoff- und Wasser-Nachschub, Druckerzeugung) durch das Einbringen von Brennstoff in die Feuerbüchse. Der Heizer unterstützt den Lokführer bei der Signal-Beobachtung durch Meldungen und Bestätigungen. Für die letztere Funktion hat der Heizer einen (Sitz-)Platz auf der dem Lokführer gegenüberliegenden Seite des Führerhauses.

Anfänglich standen Lokführer und Heizer auf einer ungeschützten Plattform hinter der Feuerbüchse. Bei zunehmenden Geschwindigkeiten wurde es unerlässlich, davor einen Windschutz und zumindest den Ansatz eines Daches anzubauen. Die Einführung des geschlossenen Führerhauses bei Dampflokomotiven geht auf den Eisenbahnpionier Max Maria von Weber zurück, der die Strapazen des Lokomotivführers und des Heizers vor allen in der winterlichen Jahreszeit aus eigener Anschauung kannte und in seinem literarischen Werk beschrieb. Sitzplätze wurden jedoch auch danach zunächst als „unerhörter Komfort“ und als der Aufmerksamkeit zur Streckenbeobachtung abträglich angesehen.

Zur Bildung von Wendezügen wurde mit Signalvorrichtungen zwischen Steuerwagen und schiebender Lokomotive experimentiert, die in ihrer Funktionsweise an die Maschinentelegrafen aus der Seefahrt erinnern. Erfolgreich wurde dies 1936 bei den Stromlinienzügen der Lübeck-Büchener Eisenbahn praktiziert. Dies erforderte jedoch eine feste Zugzusammenstellung, die die freizügige Verwendung der Lokomotiven einschränkte und deshalb nicht weiter verfolgt wurde.
Standards, Entwicklungsgrenzen, Sonderbauformen

Standard-Entwicklungen

Deutsche „Einheitslokomotive“ Baureihe 44, eine schwere Güterzugdampflok, hier in der Ausführung der DDR- Reichsbahn (Deutsche Reichsbahn, kurz: DR)
Die verbreitetste und einfachste Bauform der Dampflokomotive hatte vorn ein bis zwei Laufrad-Sätze und darauf folgend drei bis fünf miteinander gekuppelte Treibachsen sowie eventuell noch einen Laufradsatz unter dem Führerhaus. Die Dampfmaschine bestand aus einem Kessel mit Nassdampf- oder Heißdampferzeugung und zwei doppelt wirkenden Zylindern mit einfacher Dampfdehnung.

In den 1920er Jahren entstanden in Deutschland ELNA-Dampflokomotiven. Die Abkürzung ELNA steht für Engerer Lokomotiv-Normen-Ausschuß. Die Lokomotiven sollten durch Vereinheitlichung wirtschaftlicher produziert und betrieben werden können.

Unter dem Namen Einheitslokomotiven wurden ab 1925 unter der Regie der Deutschen Reichsbahn, unter Leitung des früheren Reichsbahndezernenten Richard Paul Wagner, entwickelt und gebaut. Man hatte sich entschlossen, bewährte Länderbahnlokomotiven durch Neuentwicklungen zu ersetzen. Hauptgrund war die Verwendung einheitlicher Bauteile und eine Normierung. Einheitliche Lager, Speisepumpen, Rauchrohre, Zylinderblöcke, Armaturen machten die Austauschbarkeit einfacher und den Unterhalt günstiger. Die erste Einheitslok war die Baureihe 01 als 2`C1`h2 . Spätere Lokomotiven der Deutschen Bundesbahn wurden auch als Standard-Typen in großen Serien gebaut.


Allgemeine Grenzen

Baugrößen
Die Leistungen der Dampflokomotive werden bestimmt durch Kolbendurchmesser, Dampfdruck, Zylinderzahl, Anzahl der Treibräder und ihrem 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 haben 16 bis 20 bar Betriebsdruck. Dampfloks mit höherem Dampfdruck (bis 60 bar) erforderten langfristig aufwendigere Instandhaltungsarbeiten und wurden daher nicht weiterentwickelt.

Baulich bedingt lässt sich die Zylinderzahl bei Standard-Typen nur bis auf vier Stück steigern. Es gab Lokomotiven, die mit Hochdruckzylindern und nachgeordneten Niederdruckzylindern (Verbundmaschinen) das Arbeitsvermögen des Dampfes besonders gut auszunutzen versuchten.

Da die Instandhaltungskosten dabei stiegen, haben sich letztlich mehrheitlich Loks mit zwei oder drei Zylindern und nur einer Expansionsstufe durchgesetzt. Vor allem Eisenbahnen wie in den USA, England und Norddeutschland, wo Kohle relativ günstig und leicht verfügbar war, verzichteten auf den höheren Wirkungsgrad. Umgekehrt verfuhren Frankreich, die Schweiz und die süddeutschen Eisenbahnen, die bis zum Ende der Dampftraktion bzw. bis zum Ende ihrer Eigenständigkeit Verbundlokomotiven beschafften. Auch die DB modernisierte noch in der Phase des einsetzenden Traktionswandels 30 Vierzylinder-Verbundlokomotiven zur Baureihe 18.6.


Leistungen
Unter den mitteleuropäischen Bedingungen entstanden Lokomotiven, die bis 200 km/h Spitzengeschwindigkeit erreichten (Deutsche Reichsbahn Lok 05 002, und die britische LNER-Lok Mallard). Mit Verbundmaschinen wurden Leistungen bis zu 5300 PS bzw. 4000 kW erreicht (SNCF-Baureihe 242 A1). Bezogen auf das Leistungsgewicht (Masse pro Leistung) galt die von André Chapelon umgebaute 240P der französischen SNCF als leistungsfähigste Lokomotive.

Die weltweit größten Dampfloks waren die Mallet - und Triplex-Lokomotiven amerikanischer Bahnen. Sie hatten unter ihrem Rahmen und inklusive Tender bis zu drei eigenständige Fahrwerke mit jeweils eigenen Kolbendampfmaschinen. Praktisch alle großen und modernen US-amerikanischen Dampfloks lagen im Leistungsbereich von 5000 bis 8000 PS, was durch vergleichsweise sehr große zulässige Abmessungen und Gewichte ermöglicht wurde.

Die Baureihe S-1b („Niagara“) der New York Central beförderte im täglichen Betrieb 22 Pullman-Schnellzugwagen mit über 1600 t Gewicht in der Ebene mit 161 km/h. Bei Versuchsfahrten wurden mit dieser Last sogar 193 km/h erreicht. Heutige deutsche IC- und EC-Züge sind demgegenüber vergleichsweise etwa halb so schwer. Die Baureihe S-1b hält auch den Rekord der monatlichen Laufleistungen für Dampfloks - bis über 44.000 km wurden erreicht, mit Zügen wie den oben erwähnten, die auf der 1485 km-Strecke von Harmon, N.Y. nach Chicago ohne Lokwechsel befördert wurden.

Der sehr personalintensive Unterhalt der Dampfloks (zwei Mann auf der Lok, Auswaschpersonal usw.), die sehr intensive und aufwendige Prüfung und Unterhalt der Lok (2-tägliches bis maximal wöchentliches Auswaschen der Kessel), die vom TÜV vorgeschriebenen Untersuchungen der Dampfkessel wegen der Gefahr der Kesselexplosionen und die parallel angehende Vervollkommnung der Elektrolok bzw. der Diesellok führten etwa in den 1970ern bei fast allen Bahnen der Welt zur Ausmusterung der bewährten Technik. Aber auch der geringe Wirkungsgrad, der meist bei etwa 8 bis 10 Prozent lag, und die Verschmutzungen durch Kohlenruß führten dazu, dass die Dampflok immer mehr von Diesel- und Elektroloks abgelöst wurde. Allerdings sind – wie oben erwähnt – die konstruktiven Möglichkeiten der Dampflokomotive zu dieser Zeit noch nicht vollständig ausgenutzt worden.


Sonderentwicklungen
Höhere Anforderungen, günstige oder ungünstigere Bedingungen, haben zu Sonderbauformen von Dampflokomotiven geführt. Hier sind vor allem die zu Beginn in Frankreich und Deutschland sehr verbreiteten Crampton-Lokomotiven, die später erscheinenden Mallet- und Garratt-Lokomotiven sowie Antriebs-Varianten zu nennen. Eine umfangreiche Übersicht ist unter Dampflokomotive (Bauart) aufgelistet

 

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