Titel: | Schnellbetrieb auf den Eisenbahnen der Gegenwart. |
Autor: | M. Richter |
Fundstelle: | Band 319, Jahrgang 1904, S. 51 |
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Schnellbetrieb auf den Eisenbahnen der
Gegenwart.
Von Ingenieur M. Richter,
Bingen.
(Fortsetzung von S. 810 Bd. 318.)
Schnellbetrieb auf den Eisenbahnen der Gegenwart.
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 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 \sqrt{2} zu \sqrt{3}=0,815.
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
Fig. 61. Verbundlokomotive, System Smith-Worsdell.
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. DieEinstellung 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
Fig. 62a.Midland-Bahn.
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
Fig. 62b.Midland-Bahn.
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
Tabelle 1.
Textabbildung Bd. 319, S. 54
Zweizylinder-Verbund;
Dreizylinder-Verbund; Preussische Staatsbahn; Zwilling; Bayrische Staatsbahn;
Jura-Simplon; Oesterreich-Staatsbahn; Schweizer Nordostbahn; Kansei-Bahn, Japan;
Schmalspur; Englische Nordostbahn; Midland-Bahn;Fig.; Cylinderdurchmesser;
Kolbenflächenverhältnis; Kolbenhub s;
Triebraddurchmesser D; Kesseldruck p; Heizfläche H;
innen; aussen; Rostfläche R; Adhäsionsgewicht Qa; Dienstgewicht; ohne Tender; mit Tender;
Vorräte; Kohlen; Wasser; Tourenzahl; Leistung; Adhäsionszugkraft;
Maschinenzugkraft; Kraftziffer; Gewichtsziffer; Ladeziffer; Kraftwerte; Geschw.
Werte
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 \frac{N}{H}=a\,\sqrt{n} 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 \frac{N}{H} zu einem noch unter der
Grenze der Betriebsgeschwindigkeit liegenden, also sehr endlichen Höchstwert sich in
der Leistungsformel ausdrücken lassen, welche dementsprechend die Form erhielt
\frac{N}{H}=0,1\,\left(a-\frac{n}{100}\right)\,\sqrt{n}\ .\ .\ .\ .^{\mbox{ PS}}/_{\mbox{qm}}
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 \frac{N}{H} 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 1)\ \frac{N}{H}=6,3
für 2)\ \frac{N}{H}=7,2
für 3)\ \frac{N}{H}=7,9.
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 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 \frac{N}{Q} 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
Fig. 63. Umdrehungszahlen in der Minute.
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
Bahn;ohne Tender; mit Tender;
Englische Ostbahn; Englische Westbahn; Engl. Nordbagn; ohne Drehgestell;
Paris-Orleans; Belg. Staatsbahn; London Nordwestbahn (3 zyl.-Verbund);
Pfalzbahn; Chicago Burlington Quincy; mit Drehgestell; Chicago-Alton; Big Four;
Delaware L. u. Western; Bad. Staatsbahn; Französ. Staatsbahn; Preuss. Staatsbahn
(Heissdampf); Engl. Westbahn; Caledon. Bahn; Engl. Ostbahn;
London-Südwestbahn
(Fortsetzung folgt.)