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Dampfmaschine, Steuerung und Antrieb
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Über einen aus dem Führerstand bedienten Regulator wurde der im kleineren Dampfdom gesammelte trockene Dampf entnommen und den beiden Leitungen zu den Dampfmaschinen zugeführt. Dabei wurden diese beiden Leitungen durch den Kessel geführt, so dass der Verlust der Wärme sehr gering war. Bei der Länge entsprachen die Leitungen zudem einander, so dass der Dampf immer gleichzeitig die Dampfmaschinen erreichte.
Dieser Zylinderblock wurde auch zur Bestimmung des Abstandes der beiden Holme beim Barren-rahmen genutzt.
Verwendete man bei den bisherigen Lokomotiven der Gotthardbahn eher Flachschieber, wurde bei dieser Maschine ein Kolbenschieber verwendet. Die-ser ist ähnlich aufgebaut wie ein Zylinder und besitzt die entsprechenden Öffnungen für den Durchfluss des Dampfes.
Bei der Funktion gab es zu den anderen Modellen nicht so grosse Unterschiede. Jeweils ein Schieber wurde für eine Antriebsseite verwendet, so dass zwei Dampfmaschinen über einen gemeinsamen Schieber versorgt wurden. So konnte man zwar Gewicht sparen, konnte aber nicht alle Möglichkeiten des Verbinders nutzen. Wobei es bei der Versorgung der Dampfmaschinen einen wichtigen Punkt zu beachten gab.
Durch den Schieber geregelt, wurde der Dampf nun den innen montierten Zylindern zugeführt. Wobei natürlich jede Seite für sich getrennt war. Diese Zylinder wurden als Hochdruckzylinder bezeichnet. Sie hatten einen Durchmesser von 395 mm erhalten und der maximal zulässige Kolbenhub betrug 640 mm. Damit waren es recht kräftige Zylinder und begründeten daher auch den grossen Kessel. Ein Umstand, der bei der Baureihe D6 schon zu Problemen geführt hatte.
Nach dieser ersten Dampfmaschine wurde der entspannte Dampf nicht ins Freie entlassen. Die im Hochdruckzylinder erfolgte Entspannung war einfach zu gering, dass man den Dampf nutzlos verpuffen lies. Daher wurde der Dampf nun wieder dem Kolbenschieber zugeführt. Diese Leitung nannte man Verbinder, so dass man von einem Verbund sprach. Ein Wechselventil um die Zylinder auf Vierling umzuschalten gab es jedoch nicht mehr.
Sie wurden mit dem entspannten Dampf versorgt und hat-ten deswegen einen grösseren Durchmesser erhalten. Hier betrug der Wert daher 635 mm. Gleich blieb jedoch der Kolbenhub. Das hatte jedoch indirekt zu Folge, dass nun mehr Volumen eine geringere Kraft ergab.
Beim Hochdruckzylinder wurde mit jedem Hub das Wasser herausgepresst. Bedient wurden die Schlemmhähne ma-nuell durch das Lokomotivpersonal bei der ersten Anfahrt nach einem längeren Halt. Nur jetzt konnte der Dampf genug auskühlen.
Durch den schubartigen Ausstoss der Dampfmaschinen, wurde der Dampf ins Kamin geblasen. Dadurch entstand in der Rauchkammer ein Unterdruck, der die Feuerung in der Feuerbüchse anfachte und so die Verbrennung förderte. So bildeten die Dampfmaschine und der Kessel eine Symbiose.
Durch die vier Maschinen wurde eine Leistung von 1 550 PS erzeugt. Dieser Wert war sehr hoch, was für die Lokomotive sprach. Diese Leistung wurde nun auf die Triebachse übertragen. Dazu wurde bei dieser Maschine die erste angetriebene Achse ausgewählt. Wegen dem kurzen Weg zur Achse und der Höhe der Dampfmaschinen mussten diese in einem Neigewinkel von 18 Grad montiert werden.
Die maximale Drehzahl der Dampfmaschinen bestimmte zusammen mit dem Durchmesser der Triebräder die Höchstgeschwindigkeit. Nachdem die Jura-Simplon-Bahn JS diese bereits auf 100 km/h angehoben hatte, wurde bei der Gotthardbahn auch diese Lokomotive eher auf Zugkraft ausgelegt. So sank jedoch die zugelassene Geschwindigekit auf 90 km/h. Dies obwohl auch die auf den Strecken im Flachland hätte schneller fahren können.
Mit einem gleichwertigen Versatz der Dampfmaschinen erreichte man einen schönen runden Lauf der Lokomotive. Damit dabei auch die Anzahl der Schieber reduziert werden konnte. Wurden die beiden Dampfmaschinen einer Seite um 180 Grad verschoben. Damit jedoch immer eine definierte Fahrrichtung vorhanden war, wurde der Versatz zwischen den beiden Seiten auf 90 Grad festgelegt. Damit haben wir eine gleichmässige Verteilung der Zylinder.
Insbesondere der Versatz der beiden Maschinen einer Seite, erlaubte eine weitere Vereinfachung. Dank den 180 Grad konnte man die beiden Dampfmaschinen einer Seite mit einer einzigen Steuerung versehen. Die sonst in der Schweiz üblichen Innensteuerungen nach Joy wurden daher hier nicht mehr verwendet. Wir haben so eine simple Lösung für das Problem mit den Steuerungen der Zylinder erhalten.
Bei der Bezeichnung der Steuerung gab es bei dieser Baureihe eine ganz be-sondere Situation. Die Nummern 931 bis 934 wurden in München gebaut und erhielten daher, wie das in Deutschland üblich war, eine Heusingersteuerung.
Die in Winterthur gebauten Modelle wurden jedoch mit Steuerung der in der Schweiz üblichen Bauart Walschaerts ausgerüstet. Ausser der Bezeichnung gab es jedoch zwischen diesen beiden Steuerung keinen Unterschied.
Diese Steuerung regelte die Schieber der Dampfmaschinen mit Hilfe der Bewegung des Triebwerkes. Für die Einstellung der Füllzeiten und für die Wahl der Fahrrichtung wurde die Steuerung mit einer mechanischen Verstellein-richtung ergänzt.
Aus der Kraft des Dampfes wurde in den Zylindern eine lineare Bewegung erzeugt. Diese lineare Bewegung wurde bei den Hochdruckzylindern mit Hilfe einer einseitig montierten Kolbenstange mit dem Kreuzgelenk verbunden.
Mit Hilfe der Kreuzgelenk wurde die lineare Bewegung in eine rotierende Bewegung umgewandelt. Dabei wurden die Kreuzköpfe in einseitigen Führungen geführt. Gegenüber den bisher oft verwendeten doppelten Führungen konnte so Gewicht eingespart werden. Ein Punkt, der bei dieser Baureihe besonders wichtig war, da es eine sehr schwere Lokomotive wurde und man die Achslasten einhalten sollte.
Nun unterschieden sich die Triebwerke innen und aussen leicht. Bei den innen montierten Hochdruckzylindern wurden die Schubstangen vom Kreuzgelenk mit der ersten Achse verbunden. Damit eine Kurbel entstehen konnte, wurde diese Achse als gekröpfte Achse ausgeführt. Diese Lösung musste man bei allen Dampfmaschinen mit mehr als zwei Zylindern anwenden. Der Versatz der Kurbeln betrug dabei 90 Grad.
Hier gab es den grössten Unterschied zu den älteren Maschinen, die noch nach dem Muster de Glehn aufge-baut wurden.
Diese Kuppelstange war bei der Triebachse zwei wegen der Federung unmittelbar beim Kurbelzapfen der ent-sprechenden Achse mit einem Gelenk versehen. Trotz-dem war diese Kuppelstange 3 650 mm lang geworden und stellte daher eine grosse Masse dar.
Dieses Metall hatte eine hervorragende Eigenschmierung und war daher für die Form der Lager bestens geeignet. Um die grosse Belastung und die schnellen Bewegungen zu berücksichtigen, mussten diese Lager jedoch mit einer zusätzlichen Schmierung versehen werden.
Es wurde eine Nadelschmierung eingebaut. Bei dieser Art der Schmierung wurde das Schmiermittel über dem Lager in speziellen Gefässen gelagert. Mit der Bewegung wurde rein durch die Fliehkraft die Nadel angehoben und so der Weg für das Öl zum Lager frei gegeben. Diese gut funktionierende Art der Schmierung hatte jedoch den Nachteil, dass diese Lager bei jedem Halt nachgeschmiert werden mussten. Wobei der Bedarf an Öl sehr gering war.
Damit war der Stangenantrieb soweit fertig aufgebaut worden, dass durch die Kurbelzapfen die lineare Bewegung der Dampfmaschine in eine drehende Bewegung der Triebachsen umgewandelt wurde. Diese Drehbewegung wurde in den jeweiligen Laufflächen durch die Haftreibung in die gewünschte Zugkraft umgewandelt. Die so erzeugte Zugkraft war für eine Schnellzugslokomotive sehr hoch. Dabei wurde die Anfahrzugkraft bei dieser Maschine mit 96 kN angegeben.
Trotz der hohen Achslast der Triebachsen, war die erzeugte Zugkraft hoch genug, dass die Räder der drei Triebachsen leicht durchdrehen konnten. Gerade durch die Schlemmhähne kam es bei den schweren Anfahrten dazu, dass die Schienen im Bereich des Drehgestells mit Dampf benetzt wurden. Die Lokomotive verschlechterte sich daher die Adhäsion gleich selber. Daher musste man Gegenmassnahmen zur Verbesserung der Haftreibung in der Lokomotive einbauen.
Die Verbesserung der Adhäsion bestand aus dem auf dem Kessel montierten Sanddom. In ihm wurde Quarzsand mitgeführt, der über eine einfache Leitung mit Hilfe von Druckluft vor die erste Triebachse geblasen wurde. Die weiteren Achsen erhielten jedoch keine vergleichbare Ausrüstung, da diese Räder meistens trockenere Schienen, die mit einem feinen Staub bedeckt waren, hatten und so leicht bessere Werte erreicht wurden.
Die bei den Lokomotiven A3t noch eingebaute Gegendruckbremse nach der Bauart Riggenbach wurde jedoch nicht mehr eingebaut. Die Bremse, die bei den ersten Maschinen der Gotthardbahn noch für gute Ergebnisse erzielte, hatte mit den neuen Masschinen mit Nieder- und Hochdruckzylinder jedoch zunehmend Probleme bei der Funktion bekommen.
Da diese Gegendruckbremse jedoch nur auf der Bergstrecke und da auch nur bei den Fahrten ohne Anhängelast benötigt wurde, entschloss sich die Gotthardbahn auch zur Verkürzung der Lieferung auf diese Bremse zu verzichten. Man nahm Nachteile in Kauf, denn die Auslieferung durfte keine Verspätung erhalten, denn mit der auslaufenden Konzession wäre der Auftrag gestoppt worden.
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