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Dampferzeugung
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Wir kommen nun zur Erzeugung des Dampfes. Um diesen zu erhalten, waren damals zwei Methoden bekannt. So gab es im Ausland bereits Maschinen, die den Dampf tankten. Diese neuartigen Dampfspeicherlokomotiven können Sie leicht mit einem Automobil vergleichen. Bei der Baureihe E 3/3 handelte es sich jedoch um eine Maschine, die den benötigten Dampf noch mit einem auf dem Fahrzeug erzeugten Feuer herstellte.
Bei dieser Lösung wurde der Dampf mit vier Ele-menten erzeugt. Da war das Feuer, das Sauerstoff, Kohle und Wärme benötigte und das Wasser, das damit verdampft werden sollte.
Während der Sauerstoff aus der um das Fahrzeug vorhandenen Luft entnommen wurde, mussten so-wohl der Brennstoff, als auch das Wasser auf dem Fahrzeug mitgeführt werden. Wo und wie diese auf dem Fahrzeug gelagert wurden, haben wir früher schon erfahren.
Dieses wurde jedoch noch mit dem sich bereits im Kessel befindlichen Wasser ergänzt. Die Vorräte konnten während dem Betrieb des Kessels aufgefüllt werden. So war auch ein längerer Betrieb ohne Probleme möglich. Jedoch ging ohne Feuer schlicht nichts.
Damit das System zu funktionieren begann, musste eine ausreichende Menge Sauerstoff und eine Wärmequelle vorhanden sein. Letztere wurde vom Lokomotivpersonal in die Feuerbüchse gebracht. Damit konnte mit der Zeit so viel Hitze erzeugt werden, dass die Kohle mit dem Sauerstoff reagierte. Bei dieser Reaktion, die Verbrennung genannt wurde, entstand Wärme und als Abfallprodukt Rauch und Abgase. Sowohl die Wärme als auch die Abgase wurden zur Dampferzeugung benötigt.
Die Dampferzeugung startet in diesem Fall mit der vorhandenen Wärmequelle. Auf einer mit Dampf betriebenen Lokomotive handelte es sich dabei um das erwähnte Feuer. Dieses wurde mit Holz, oder Kohle aus den Vorräten genährt. Der benötigte Sauerstoff war in der Luft vorhanden. Diese wurde jedoch nicht auf die Verbrennung vorbereitet. Jedoch benötigte so ein Feuer eine gewisse Aufmerksamkeit durch das Personal.
Wir beginnen die Dampferzeugung auf dieser Lokomo-tive daher mit jenem Bereich, wo sich das Feuer be-fand und das war teilweise sogar noch im Führerstand. Es handelte sich dabei um die Feuerbüchse, die im Rahmen befestigt wurde und die ein Teil des Kessels war.
Die Feuerbüchse bestand aus mehreren Bauteilen, die wir uns ansehen müssen. Dabei wurde das Feuer auf dem Rost ausgebreitet. Dabei war dieser Rost eher lang als breit ausgeführt worden. Die dabei entstandene Flä-che betrug 1.17 m2.
Die Rostfläche war im Vergleich zu anderen Baureihen eher bescheiden. Trotzdem sollte dieser einfache Rost für die Erzeugung des Dampfes ausreichen.
Sie sehen, es waren hier wirklich überall geringe Werte vorhanden. Die Baureihe E 3/3 war keine grosse Lokomotive, das zeigte sich bei den Abmessungen und nun bei der Grösse des Rostes. Jedoch sollte diese Rostfläche bei dieser Rangierlokomotive ausreichend bemessen sein.
Auf dem Rost loderte das Feuer. Dabei entstand Asche, die zwischen den Stäben nach unten fiel. Dabei besass die Lokomotive noch einen normalen Rost. Auch wenn in dieser Zeit die ersten Baureihen mit Kipprost versehen wurden, war dieser hier nicht vorhanden. Die Grösse der Feuerbüchse war auch zu gering um diese Lösung umzusetzen. Die Glut musste daher über das Feuerloch entnommen werden, was nicht beliebt war.
Aufgefangen wurde die bei der Verbrennung ent-standene Asche in einem Behälter der passend Aschekasten genannt wurde. Dieser war von seiner Grösse her so bemessen worden, dass der mitge-führte Vorrat bei der Kohle problemlos darin Platz fand.
Zudem verhinderte dieser Kasten auch, dass glüh-ende Teile die durch den Rost fielen, zu Boden fal-len konnten. Gerade die imprägnierten Schwellen gerieten leicht in Brand.
Doch der Aschekasten hatte noch eine weitere Auf-gabe. Der für die Verbrennung erforderliche Sauer-stoff wurde als Bestandteil der normalen Luft im Bereich des Aschekastens vom Feuer angezogen.
Durch diese natürlichen Effekte, entstand im System eine geringe Strömung, die jedoch ausreichte, dass die Luft zur Glut auf dem Rost gelangte. Dort rea-gierte der Sauerstoff schliesslich sofort mit der Kohle, die dadurch aufgebraucht wurde.
Dazu war am hinteren Ende das Feuerloch geschaf-fen worden. Durch dieses konnte im Betrieb frische Kohle auf den Rost geworfen werden. Dabei versuchte der für die Feuerung verantwortliche Arbeiter den Rost so gut, wie es ging mit dem Brennmaterial zu bedenken. Nur so war die Erzeugung von Wärme sehr hoch.
Bei einem Feuer wirkt die Wärme auf zwei Arten. Das sind einerseits die heissen Gase, aber auch die Abstrahlung von Licht im Bereich von infraroten Strahlen. Beide Effekte wirken zu allen Seiten und hauptsächlich nach oben. Daher war es wichtig, dass das Feuer auf allen Seiten eingerahmt wurde. Dabei bestanden die Seitenwände der Feuerbüchse aus Stahl. Dies jedoch in erster Linie wegen der hohen Festigkeit dieses Metalls.
Im Bereich der Decke wurde jedoch Kupfer verbaut. Dort wo die Energie am höchsten war, musste eine gute Übertragung stattfinden. Das Metall hat die Eigenschaft, die Wärme gut aufzunehmen und zu leiten.
Im Gegensatz zu Stahl wurde die Energie des Feuers nahezu ohne Verluste durch das Metall ge-führt. Bei den Wänden konnte Kupfer jedoch nicht verwendet werden, weil das Metall in diesem Bereich zu weich gewesen wäre.
Damit entstand jedoch auch ein Problem, denn die von der Glut abgegebene Wärme reichte durchaus um das Metall zu schmelzen. Um dieses zu stabilisieren, wurde die Decke mit Ankern an der Aussenwand des Kessels aufgehängt. Zudem musste das Metall aber auch wirksam gekühlt werden. Dazu verwendete man letztlich das sich im Kessel befindliche Wasser. Diese nahm die Wärme so wirksam auf, dass die Decke nicht beschädigt wurde.
Die vom Feuer direkt angestrahlte Fläche von 5.6 m2 musste ausreichend gekühlt werden. Das sich im Kessel befindliche Wasser nahm die Wärme von den Metallen auf. Dabei war zugeführte die Energie so gross, dass das Wasser an den Flächen sofort verdampfte und daher im Kessel nach oben gedrängt wurde. Kühleres Wasser rückte nach und die Kühlung begann zu funktionieren. Als Nebeneffekt entstand in diesem Bereich der benötigte Dampf.
Im Stehkessel war die Zufuhr von Wärme so gross, dass die Überdeckung der Decke mit ausreichend Wasser sogar geprüft werden musste. Dazu waren in der Abstützung spezielle Sicherheitsbolzen eingebaut worden. Wurden diese zu heiss, schmolz der Kern und Dampf gelangte mit pfeifenden Geräuschen in den Verbrennungsraum. Ein Ton der nicht zu überhören war und der bedeutete, dass höchste Gefahr bestand, denn ein Defekt der Decke führte zur Explosion.
Die mit den Rauchgasen vermengte Luft wurde durch die thermischen Effekte aus der Feuerbüchse abgezogen und zum Langkessel geleitet. Die darin noch enthaltene Energie sollte auch noch für die Erwärmung des Wassers genutzt werden.
Aus diesem Grund wurden die Rauchgase in diesem Teil des Kessels durch mehrere Rohre geführt. Diese Leitungen wurden gleichmässig im Kessel verteilt und sie hatten den gleichen Durchmesser erhalten. Die ersten acht Lokomotiven bis zur Nummer 8458 hatten 136 Siederohre erhalten.
Diese Anzahl wurde vom Muster übernommen und es zeigte sich, dass die Anzahl für den Einsatz im Rangierdienst verringert werden konnte. Daher wurde die Zahl der Rohre bei den Nummern 8459 bis 8485 auf 122 verringert. Die restlichen Lokomotiven hatten sogar nur noch 120 Siederohre erhalten. Trotzdem sollte noch ausreichend Dampf erzeugt werden.
Bei sämtlichen Lokomotiven dieser Baureihe hatten die Siederohre eine Länge von 3 000 mm erhalten. Das führte dazu, dass die totale Heizfläche nicht bei allen Maschinen identisch war. Den höchsten Wert hatten die Nummern 8451 bis 8458, die mit 63.1 m2 angeben konnten.
Bei den Nummern 8459 bis 8485 kam es schliesslich zur Reduktion auf einen Wert von 57.3 m2. Das bedeutet, dass die Heizfläche um rund sechs Quadratmeter verringert wurden. Die geringere Anzahl Siederohre wirkte sich daher nicht so stark aus.
Bei den restlichen Lokomotiven sank bekanntlich die Anzahl der Siederohre auf 120 Stück. Das hatte automatisch zur Folge, dass die Heizfläche dieser Maschinen auf 56.5 m2 sank. Eine Verringerung, die sich nicht gross auswirkte. Die in Aussicht gestellte Aufrüstung der Kessel mit einem Überhitzer wurde letztlich jedoch nicht mehr verwirklicht. Somit wurden alle Maschinen der Baureihe E 3/3 mit dem im Kessel erzeugten Nassdampf betrieben.
Durch das nun vorhandene grössere Volumen des offenen Raumes wurden die Gase beruhigt. Ein Effekt, der jedoch gewollt war. Daher musste auch die Länge der Rauchkammer und damit deren Volumen auf den Kessel abgestimmt werden.
Durch die Beruhigung der Rauchgase wurde erreicht, dass durch den Sog aus der Glut mitgerissene feste Teile ausgeschieden wurden. Diese fielen durch die Effekte der Schwerkraft auf den Boden der Rauchkammer.
Dort konnten sich die Kohleteilchen schliesslich auskühlen und sammelten sich so. Im Betrieb musste diese als Lösche bezeichnete Ablagerung manuell aus der Rauchkammer entfernt werden, da die Menge bekanntlich das Volumen verringerte.
Nach dem Einsatz wurde daher diese kalte Glut aus der Rauchkammer entfernt und in einem Depot entsorgt. Diese unbeliebte Arbeit erfolgte von vorne durch die Türe der Rauchkammer. Diese war sowohl mit einem mittigen Verschluss, als auch mit Riegeln verschlossen worden. Wurde die Rauchkammertüre von der Plattform über dem Stossbalken geöffnet, fielen die natürlichen Effekte aus und es entstand durch die Siederohre kein Sog mehr. Die Verbrennung war daher nicht mehr optimal.
Aus diesem Grund füllte sich die Rauchkammer mit beissendem Rauch. Das war der Grund, warum die Arbeit unbeliebt war. Im Betrieb war die Türe jedoch fest verschlossen und die in der Rauchkammer enthaltenen Rauchgase wurden wieder durch den Kamin ins Freie entlassen. Das war letztlich der Grund, warum die Türe mit zusätzlichen Riegeln versehen worden war. Sie sehen, das ganze System war durchdacht aufgebaut worden.
Dieses verhinderte, dass immer noch im Rauch enthaltene Glut über den Kamin in die Umwelt gelangen konnte. Nur wenig ausgetretene Glut konnte in der trockenen Jahreszeit zu verheerenden Bränden führen. Das Funkenschutzgitter war daher sehr wichtig.
Weil die Kessellinie dieser Baureihe sehr tief angeordnet wurde, war der Kamin ausge-sprochen lang geworden. Diese Länge war jedoch aus zwei Gründen wichtig. So wurden die Rauchgase über dem Führerhaus entlassen.
Sie gelangten so weniger in den Arbeitsbereich des Personals. Wichtig war das, weil in den Rauchgasen auch gefährliches Kohlenmonoxyd mitgeführt wurde. Dieses hatte einschlä-fernde Wirkung auf das Personal.
Der zweite Grund für den langem Kamin war die Differenz zwischen dem Eintritt der Luft im Bereich des Aschekastens und dem Austritt desselben. Durch die Differenz entstand ein natürlicher Luftzug durch die Feuerbüchse, die Siederohre und die Rauchkammer.
Dieser Abdampf wurde über ein Blasrohr direkt in den Kamin entlassen. Dort strömte der immer noch etwas Druck aufweisende Dampf nach oben ins Freie. Es entstand so in der Rauchkammer ein grosser Unterdruck, der die Rauchgase ebenfalls mitriss. Dieser Unterdruck wurde über die Feuerbüchse versucht auszugleichen. Damit wurde der Luftstrom so angeregt, dass das Feuer angefacht wurde. So konnte die Produktion des Dampfes gesteigert werden.
Genau zu dieser Dampfproduktion wollen wir nun wechseln. Zur Erinnerung sei erwähnt, dass der Dampf an den heissen Metallen mit dem Wasser im Kessel erzeugt wurde. Diese Art der Kühlung wurde nun jedoch genutzt.
Mit anderen Worten, der aus dem
Kühlmittel
erzeugte Dampf wurde im
Kessel
behalten. Der Dampfdruck im Kessel stieg daher immer mehr an. Das führte
jedoch dazu, dass das Wasser nicht mehr so schnell ver-dampfen konnte.
Dieser Überdruck entstand, weil Dampf ein deutlich grösseres Volumen, als Wasser hat. Da Wasser nicht so leicht verdichtet werden konnte, entstand dieser Druck in den freien Bereichen, die es im Kessel durchaus gab.
Der maximal erlaubte Druck bei dieser Baureihe wurde auf einen Wert von zwölf bar festgelegt. Da-mit war der Wert auf dem auch bei anderen Lokomotiven in der Schweiz damals üblichen Wert angesetzt worden.
Der im Kessel erzeugte Nassdampf stieg an die höch-ste Stelle im Kessel. Diese wurde im Dampfdom auch angeboten. Dort befand sich auch gleich das Sicherheitsventil. Dieses überwachte, dass der Druck im Kessel nicht zu hoch ansteigen konnte. Es wurde von den Behörden eingestellt und danach plombiert, denn hier hätte der Druck weiter erhöht werden können. Das hätte jedoch dazu geführt, dass der Kessel platzen konnte.
Mit dem zwischen dem Kamin und dem Sanddom montierten Dampfdom haben wir die Produktion des Dampfes abgeschlossen. Der Bereich war die Stelle, wo dem Kessel der Dampf entnommen werden konnte. Für welchen Zweck das war, war eigentlich klar. Jedoch gab es da noch die Luftpumpe, die auch mit Dampf betrieben wurde. Jedoch war der folgende Teil der Nutzung mit der Dampfmaschine bedeutend wichtiger.
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