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Dampferzeugung
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Wenn wir nun zur Dampferzeugung kommen, dann stehen zwei Punkte fest. Gegenüber den anderen Dampflokomotiven gab es im Aufbau keine Unterschiede. Das heisst, der Kessel teilte sich in vier Bereiche auf. Wenn wir jedoch die technischen Angaben zu den jeweiligen Baugruppen ansehen, dann erkennen wird, dass es durchaus zu grossen Veränderungen gegenüber den zuvor abgelieferten Baureihen kam.
Bei dem nun folgenden genaueren Einblick in den Kessel der Lokomotive, werden wir gleich erfahren, warum man bei dieser Maschine von der grössten Dampflokomotive der Schweiz sprach. Dabei konnte man das natürlich auch beim mechanischen Teil erkennen, denn ein Triebwerk mit fünf Triebachsen, braucht, damit die Maschine funktioniert, den passenden Kessel. Die Erfahrungen mit der Ed 2x 3/3 der Gotthardbahn zeigten das gut auf.
Die Energieversorgung einer Dampflokomotive beginnt eigentlich immer in der Feuerbüchse. Das war auch bei der hier behandelten Maschine nicht anders. Deshalb wurde die Feuerbüchse am hinteren Ende des Kessels eingebaut und ragte in das Führerhaus hinein. Trotzdem konnte sie auch von aussen sehr gut erkannt werden, denn die benötigten Abmessungen fanden in einem Führerhaus schlicht keinen Platz mehr.
Um die Energie zu erzeugen, musste ein Feuer entfacht werden. Dieses wurde auf dem in der Feuerbüchse ausgelegten Rost ausgebreitet. Dieser Rost war als Kipprost ausgeführt worden und war leicht geneigt eingebaut worden.
Die Länge des beinahe quadratischen Rostes betrug 2 170 mm. Dadurch war auch der Heizer gefordert, denn auf der grossen Fläche musste er darauf achten, dass er ein gut verteiltes Feuer entfachen konnte um so eine optimale Wärme zu erzeugen.
Mit der im Feuer entstehenden Wärme wurde letztlich auch gefahren. Das Problem dabei war nur, dass er dazu eine relativ kleine Öffnung zur Verfügung hatte und immer genau getroffen werden musste.
Unter dem Rost war der Aschekasten montiert worden. Darin sammelten sich die Asche und Schlacke, also die Rückstände der verbrannten Kohle. Der Aschekasten verhinderte, dass noch heisse Kohleteile auf das Gleis gelangen konnten und dort zu einem Brand führten. Die Grösse des Aschekastens war so ausgelegt worden, dass dieser nur bei Dienstschluss gereinigt werden musste. Für die Entleerung der Asche konnte der Aschekasten einfach geöffnet und abgeklappt werden.
Die Wärme des Feuers wurde in der geschlossenen Feuerbüchse gehalten und erwärmte dabei die darin vorhandene Luft und das umgebende Metall. Die für die Verbrennung benötigte Luft strömt von Öffnungen, die zwischen Aschekasten und Rost vorhanden waren, in den Verbrennungsraum. Da sie dabei die heissen auf dem Rost ausgelegten Kohlen passierte, fachte sie das Feuer an und wurde zugleich erwärmt.
Bei der Decke griff man jedoch zu Kupfer. Dieses Metall war für seine gute Wärmeleitung bekannt, war jedoch durch die Erwärmung so weich, dass es die Decke nicht tragen konnte. Daher mussten die Wände aus Stahl aufgebaut werden.
Durch die heisse Luft und die Wärmestrahlung des Feuers wurden die Metalle um die Feuerbüchse herum stark erhitzt. Die dabei vom Feuer zugeführte Energie reichte durchaus um die verwendeten Metalle zu schmelzen.
Besonders die mit speziellen Ankern an der äusseren Hülle aufgehängte Feuerbüchsdecke aus Kupfer war wegen dem geringen Schmelzpunkt dieses Metalls und wegen der direkten Wärmestrahlung diesbezüglich gefährdet.
Um einen sicheren Betrieb des Kessels und damit der Lokomotive zu ermöglichen, mussten die Metalle gekühlt werden. Diese Kühlung erfolgte mit dem im Stehkessel vorhandenen Wasser. Dieses wurde am Metall so stark erhitzt, dass es verdampfte.
Dadurch wurde dem heissen Metall jedoch Wärme entzogen. Die gewünschte Dampfproduktion setzte ein. Gleichzeitig wurden die sehr stark belasteten Metalle ausreichend gekühlt.
Man musste im Betrieb des Kessels jedoch darauf achten, dass die Decke der Feuerbüchse immer ausreichend gekühlt wurde. Daher war es unabdingbar, dass diese immer mit Wasser bedeckt war. Dummerweise war das aber sehr schnell der Fall. Daher wurde die Kühlung der Decke mit speziellen Sicherheitsbolzen überwacht. Schmolz einer dieser Bolzen, drang Dampf unter hohem Druck in die Feuerbüchse und ein Pfeifen war zu hören.
Durch die Verbrennung der Kohlen entstanden auch gefährliche Rauchgase. Diese mussten, wollte man einen längeren Betrieb des Kessels erhalten, abgeführt werden. Dabei waren die Rauchgase mit der heissen Luft vermischt. Diese wollte man jedoch weiter nutzen. Daher wurde das Gemisch über die Rauchrohrwand zum Langkessel geführt. Damit verlassen wir aber auch den Stehkessel, der daher lediglich um die Feuerbüchse herum aufgebaut worden war.
Der Langkessel war eigentlich nur ein langes Rohr in dem sich mehrere kleinere Röhren befanden. Entscheidend waren genau die eingebauten Röhren. Diese wurden bei den neuen Kesseln in Rauch- und Siederohre aufgeteilt.
Dabei wurden die deutlich grösseren Rauchrohre für die Aufnahme der zusätzlichen Heizschleifen der Überhitzer benötigt. Bei der Funktion in Bezug zum Kessel gab es gegenüber den Siederohren keinen Unterschied.
Die Anzahl der Rohre war bei den beiden Prototypen und bei den ersten drei in Serie gebauten Lokomotiven mit 187 angegeben worden. Ab der vierten in Reihe gebauten Lokomotive mit der Nummer 2954 wurde die Anzahl der Siederohre reduziert.
Bei der Länge der Siederohre gab es zwischen den beiden Prototypen mit den Nummern 2901 und 2902 und der Serie Unterschiede. Die Prototypen hatten mit 5 250 mm schlicht die längsten je in der Schweiz verwendeten Rauchrohre erhalten.
Bei der Serie wurde deren Länge auf 5 000 mm gekürzt. Damit waren auch diese über den anderen Baureihen. Dabei wurde die Baureihe C 4/5 in der Länge um fast einen ganzen Meter übertroffen.
Nicht so extrem, wie in der Feuerbüchse, war die Wärme, die von den heissen Rauchgasen an die Siederohre abgegeben wurden. Trotzdem reichte diese auch um das Wasser zu erwärmen. Dadurch wurden die Siederohre natürlich ebenfalls gekühlt. Jedoch benötigen wir, um die Heizleistung zu bestimmen eine Fläche. Diese wurde als indirekte Heizfläche bezeichnet. Wegen der unterschiedlichen Anzahl Rohre und deren abweichende Länge, lohnt sich ein genauer Blick darauf.
Für die beiden Prototypen wurden für die indirekte Heizfläche 207.5 m2 angegeben. Bei den in Serie gebauten Lokomotiven reduzierte sich jedoch diese Fläche wegen den kürzeren Rohren. Eine kleinere Reduktion dieser Fläche ergab sich bei den Maschinen mit den Nummern 2951 bis 2953. Diese hatten eine indirekte Heizfläche von 197,6 m2 erhalten. Bei den restlichen Lokomotiven erfolgte eine weitere Reduktion auf einen Wert von 196,4 m2.
Bei den älteren Lokomotiven hätten wir nun die gesamte Heizfläche des Kessels bestimmen können. Bei den Baureihen, die mit Überhitzer ausgerüstet wurden, war das jedoch nicht mehr möglich. So hatte der Überhitzer ebenfalls eine Heizfläche, die jedoch nicht mehr zur Erzeugung des Dampfes genutzt wurde. Trotzdem brachte die Heizfläche eine weitere Steigerung der Leistung. Daher wird diese Fläche meisten einbezogen.
So wurden auch sie von den heissen Rauchgasen er-wärmt. Dabei gab es bei der hier vorgestellten Bau-reihe unterschiedliche Aus-führungen.
Das hatte letztlich einen überraschenden Einfluss auf die Heizfläche.
Im Kessel der beiden Prototypen wurde ein Überhitzer eingebaut, der über 24 Rohre verfügte. Dadurch erreichte der Überhitzer eine Heizfläche von 57,5 m2. Zusammen mit der direkten Heizfläche der Feuerbüchse und der indirekten Heizfläche erreichen wir so einen Wert von 278.7 m2. Wir haben damit die grösste Heizfläche der Baureihe kennen gelernt. Grössere Flächen sollte es bei einer in der Schweiz gebauten Lokomotive nicht mehr geben.
Für die Nummern 2951 bis 2953 wurde die Anzahl der Schleifen für den Überhitzer nicht verändert. Jedoch wurden kürzere Rauchrohre eingebaut und dadurch konnten die Heizschleifen nicht mehr gleich lange ausgeführt werden. Das hatte natürlich Auswirkungen auf die Heizfläche des Überhitzers. Diese reduzierte sich auf 54.5 m2. So kommen wir für diese drei Lokomotiven auf den erwarteten geringeren Wert von 265.8 m2.
Bei den restlichen Lokomotiven wurde der Überhitzer verändert. Dort konnten nun 28 Schleifen eingezogen werden. Dadurch stieg die Heizfläche des Überhitzers wieder an und erreichte einen Wert von 63,6 m2. Zusammen mit den anderen Heizflächen kommen wir hier auf einen Wert 273,7 m2. Trotz der geringeren indirekten Heizfläche kommen wir dank dem Überhitzer nahezu auf den Wert der beiden Prototypen.
Dadurch entstand ein grosser Raum, der zur Beruhigung der Rauchgase genutzt wurde. Wegen der Beruhigung konnten sich schwere Teile nicht mehr halten und so fielen die mitgerissenen Teilchen aus der Feuerbüchse zu Boden und verglühten dort.
Danach wurden die gereinigten Rauchgase durch den auf der Rauchkammer montierten Kamin ins Freie entlassen. Um zu verhindern, dass auch Glut aus der Feuerbüchse ins Freie gelangen konnte, wurde der Weg von der Rauchkammer zum Kamin mit einem feinen Gitter versehen.
Dadurch war auch der Schutz vor dem gefürchteten Funkenflug einer Dampflokomotive gegeben. Die Maschinen konnten auch im trockenen Tessin eingesetzt werden.
Durch die Kühlung der von den heissen Rauchgasen und vom Feuer erhitzten Metalle, wurde das kalte Wasser im Kessel stark erwärmt. In der Folge dieser Erwärmung begann das Wasser im Kessel zu verdampfen. Dieser Dampf stieg wegen der geringeren Dichte im heissen Wasser hoch und sammelte sich am höchsten Punkt. Da er jedoch nicht entweichen konnte und weil Dampf ein grösseres Volumen als Wasser hat, stieg der Druck im Kessel an.
Ansteigen konnte der Druck theoretisch bis zu dem Punkt, wo das Metall die Kraft nicht mehr zurückhalten kann und der Kessel explosionsartig zerbricht. Damit das nicht erfolgte, wurde der Druck im Kessel auf einen bestimmten Wert festgelegt. Spezielle auf dem Kessel montierte Sicherheitsventile sorgten letztlich dafür, dass dieser maximal erlaubte Wert nicht überschritten wurde. Die Einhaltung der Werte, wurde von den Behörden kontrolliert.
Bei den in Serie gebauten Lokomotiven konnte man den Druck wieder auf den in der Schweiz damals übliche Wert von 15 bar gesteigert werden. Direkte Auswirkungen dieses Unterschiedes zeigte sich letztlich bei der Leistung der Lokomotive.
Bei den hier vorstellten Maschinen wurde der Dampf jedoch zuerst dem Überhitzer nach Bauart Schmidt zugeführt. Dadurch wurde der Dampf noch einmal den heissen Rauchgasen ausgesetzt und konnte so weiter erwärmt werden.
Durch diese Überhitzung des Dampfes wurde dieser, weil es im Dampf kein flüssiges Wasser mehr zu Verdampfung gab, getrocknet.
Die Temperatur stieg dadurch, im Gegensatz zu den bei einigen Maschinen der Baureihen A 3/5 verwendeten Dampftrockner, deutlich an. Daher konnte man nun von Heissdampf sprechen, der bei Temperaturen von bis zu 350°C eine deutlich höhere Leistung erzeugen konnte, als der Nassdampf.
Aus dem Heissdampf ging eine höhere Gefahr aus, als vom bei vielen Lokomotiven verwendeten Nassdampf. Damit das Personal die zusätzliche Gefahr bei der Lokomotive erkennen konnte, wurde am Kamin ein aus Messing gefertigter Ring montiert. Gerade bei den Anfahrten, konnte der heisse Dampf im Bereich der Leute entweichen. Das hätte zu schweren Verbrennungen der Haut führen können. Daher der Hinweis für das Personal.
Der so entstandene Heissdampf wurde schliesslich den Dampfmaschinen zugeführt und dort zur Erzeugung von Zugkraft genutzt. Damit können wir die Dampferzeugung abschliessen. Wie gut die Lokomotive letztlich war und wie sie diesen erzeugten Dampf umsetzen konnte, war eine Frage der Abstimmung der Maschinen. Der vorgestellte Kessel konnte schlicht nur eine bestimmte Menge Dampf erzeugen, dieser musste ausreichen.
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