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Dampfmaschine, Steuerung und Antrieb
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Damit die Dampfmaschinen der Lokomotiven überhaupt ihre Arbeit aufnehmen konnten, musste der Dampf dem Kessel entnommen werden. Dazu war beim Dampfdom ein Regulator vorhanden. Wurde dieser geöffnet, strömte der Dampf vom Kessel zu den Dampfmaschinen der Lokomotive. Anschliessend wurde er in die Rauchkammer geführt und dort über das Blasrohr entlassen. Wir haben damit eine klassische Dampfmaschine erhalten.
Bis hier waren alle Lokomotiven gleich, bei der weiteren Zuführung des Dampfes zu den einzelnen Zylindern gab es aber insbesondere bei den Prototypen grosse Unterschiede. Wobei auch die Serie im Bereich der Dampfmaschinen kaum einheitlich daher kommen sollte. Sie sehen, wir wenden uns nun einem spannenden Teil der Lokomotive zu. Beginnen wir bei der Betrachtung der Dampfmaschinen doch gleich bei der ersten.
Der in der Mitte angeordnete Hochdruckzylinder hatte einen Durchmesser von 440 mm und eine Hublänge von 600 mm erhalten.
Unter dem Umlaufblech waren die aussen ange-ordneten Niederdruckzylinder montiert worden. Sie hatten hingegen einen Durchmesser von 480 mm erhalten und waren für niederen Druck ausgelegt worden.
Der Kolbenhub blieb mit 600 mm jedoch gleich. Spannend war, dass die Schieberkästen bei diesen Lokomotiven über dem Umlaufblech angeordnet wurden und es kein gemeinsames Gehäuse gab. Das sollte bei diesen Maschinen jedoch grundsätzlich der Fall sein.
Die drei Zylinder der Lokomotive Nummer 201 wurden unterschiedlich mit Dampf versorgt. Das bedeutete, dass die zweite Dampfmaschine umgeschaltet werden konnte. Wurde die Lokomotive im Flachland, also auf den flacheren Strecken mit hohen Geschwindigkeiten eingesetzt, arbeiteten die Zylinder im Verbund. Dabei wurde der dem Kessel entnommene Frischdampf zuerst dem mittig angeordneten Hochdruckzylinder zugeführt.
Dessen Abdampf gelangte anschliessend über den Verbinder in die beiden aussen liegenden Niederdruckzylinder. So wurde der Dampf zweimal zur Erzeugung der Leistung genutzt. Diese Lösung ermöglichte bei hohen Geschwindigkeiten eine wirtschaftliche Ausnutzung des Dampfes. Durch die im Verhältnis kleinen Niederdruckzylinder sank dabei jedoch die Leistung leicht, was jedoch vernachlässigt werden konnte.
Für die Fahrt durch die steilen Rampen der Bergstrecke schaltete man die beiden äusseren Zylinder um. Die Lokomotive wurde nun zum klassischen Drilling und arbeitete auf alle drei Zylinder mit Frischdampf ab dem Kessel. Sie arbeitete nun nicht mehr so wirtschaftlich, hatte jedoch eine merklich höhere Zugkraft und konnte so die Steigungen des Gotthards und des Monte Ceneri besser bewältigen. Der Regimewechsel erfolgte bei einem Halt.
Die Kurbelfolge der drei Zylinder betrug dreimal 120° und ermöglichte so einen, auf eine Radumdrehung gesehenen, gleichmässigen Kraftaufbau. Dadurch ergaben sich bei dieser Lokomotive pro Radumdrehung sechs Auspuffschläge. Diese Lokomotive konnte also nicht nur optisch, sondern auch akustisch von der anderen Lokomotive dieser beiden Versuchslokomotiven unterschieden werden. Der Wechsel des Regimes führte zu keinen Unterschieden.
Bei der zweiten Versuchslokomotive, also der Lokomotive mit der Nummer 202, wurde eine andere Lösung gewählt. Ihre Dampfmaschine bestand aus vier Zylindern, die ausschliesslich im Verbund arbeiteten. Es fand also bei dieser Lokomotive keine Umschaltung und somit keine Unterteilung zwischen Flachland und Bergstrecke statt. Das machte vor allen den Aufbau der Dampfmaschine wesentlich einfacher.
Die beiden Hochdruckzylinder wurden innerhalb des Rahmens montiert und hatten einen Durchmesser von 350 mm bei einem Kolbenhub von 600 mm erhalten. Was deutlich unter dem ersten Prototypen lag, jedoch zusammen in etwa dem gleichen Volumen entsprach.
Bei dieser Lokomotive wurde der Dampf zuerst in den beiden Hochdruckzylindern von 14 bar auf ca. fünf bar entspannt und über den Verbinder, der dieser Bauart den Namen gab, den Niederdruckzylindern zugeführt.
Auf diese Weise gelang es, grosse Dampfmengen zu beherrschen, die Spannkraft des Dampfes besser auszunutzen und durch die Vermehrung der Zahl der Kolben die Laufruhe der Dampfmaschine und somit der Lokomotive zu verbessern.
Für schwere Anfahrten in Steigungen und zum Steigern der Leistung auf kurzen Streckenabschnitten konnte mit Hilfe eines Wechselventils auch den beiden aussen montierten Niederdruckzylindern Frischdampf zugeführt werden. Dabei war die Anwendung wirklich nur auf kurze Zeit befristet und nicht für die dauernde Steigerung der Zugkraft gedacht. Man könnte diese Schaltung mit modernen Worten als eine Art Booster bezeichnen.
Der Versatz der Zylinder betrug bei diesen Lokomotiven 135°. Zusätzlich wurden die beiden Antriebsseiten um 90° versetzt angeordnet. Das ergab daher auch eine Änderung bei den hörbaren Auspuffschlägen, die nun aus acht Schlägen pro Radumdrehung bestanden. Somit konnte diese Versuchslokomotiven akustisch von ihrer Schwester unterschieden werden und vermittelte den Eindruck, gegenüber der anderen Maschine, schneller zu fahren.
Trotz den Unterschieden bei den Durchmessern und der Anzahl der Zylinder wurde die Leistung der beiden Prototypen gleich hoch angegeben. So erzeugten diese Dampfmaschinen bei einer Leistung von 1 100 PS eine maximale Zugkraft von 66 kN. Damit lag die Zugkraft ungefähr bei der Baureihe C3t. Jedoch konnten nun auch höhere Geschwindigkeiten erreicht werden, was sich bei der höheren Leistung der Dampfmaschinen auswirkte.
Nach eingehenden Versuchen mit den beiden Prototypen fiel der Entscheid zugunsten der mit vier Zylindern ausgerüsteten Maschine mit Verbundantrieb. Dieser Entscheid wurde gefällt, weil die Lokomotive ausgeglichener war und dadurch das Kurbeltriebwerk weniger stark beansprucht wurde. Die Maschine konnte dank der besseren Dampfnutzung auch am Berg wirtschaftlicher arbeiten, als die Schwester mit der Nummer 201.
Nicht verändert wurde jedoch der Kolbenhub, der ebenfalls bei 600 mm lag. Damit haben wir aber schon alle Gemein-samkeiten der Baureihe kennen gelernt. Der Grund waren die Niederdruckzylinder, die immer wieder verändert wurden.
Bei der ersten Serie mit den Nummern 203 bis 210 kamen Niederdruckzylinder mit einem Durchmesser von 570 mm zur Anwendung. Dadurch konnte die Zugkraft gegenüber den Prototypen auf 72 kN erhöht werden.
Letztlich wirkte sich das auch dank dem etwas höheren Dampfdruck auf die Leistung aus. Sie sehen, dass die Durchmesser der Zylinder einen direkten Einfluss auf die Leistung hatten. Das wurde bei den weiteren Lokomotiven berücksichtigt.
Die Nummern 211 bis 220 wurden mit Niederdruckzylindern, die einen Durchmesser von 590 mm erhalten hatten, ausgerüstet. Dadurch stieg die Zugkraft auf 74 kN an. Bei den restlichen Maschinen wurde der Durchmesser noch einmal gesteigert und erreichte nun einen Wert von 600 mm. Bei der Leistung wurden für die Nummern 221 bis 224 76 kN angegeben. Die zuletzt gebauten Lokomotiven hatten schliesslich sogar eine Zugkraft von 78 kN erhalten.
Auf die erlaubte Geschwindigkeit hochgerechnet entsprach das ungefähr einer Leistung von 1 400 PS. Die anderen Lokomotiven siedelten sich irgendwo in der Mitte zu den Prototypen an. Hier lohnt sich erneut ein Vergleich und nun rückt plötzlich die D4t, als die schwere Güterlokomotive in den Fokus. Diese hatte mit 84 kN nur eine unwesentlich höhere Zugkraft erhalten. Deutlicher kann man die Steigerung nicht erkennen.
Bei den Dampflokomotiven in jener Zeit, hatte sich diese Steuerung durch-gesetzt. Wobei in grossen Teilen von Europa dabei auch von der Heusinger-steuerung gesprochen wurde. Die Gotthardbahn benutzte jedoch die Wal-schaertssteuerung.
Es war eine sehr gut arbeitende Steuerung, die auch den Vorschub der Schieber leicht und sehr genau regeln konnte. Bei den Maschinen der Baureihe A3t, beziehungsweise A 3/5, wurde bis und mit der Nummern 224 für jeden Zylinder eine eigene Steuerung eingebaut.
Die restlichen Lokomotiven erhielten jedoch getrennte Umsteuerungen für die Niederdruck- und die Hochdruckzylinder. So konnten diese bei den Füllzeiten und somit bei den Dampfmaschinen optimaler eingestellt werden.
Wir kommen nun zum Antrieb. Dabei wurden die Hochdruckzylinder mit einer Neigung von 1:20 im Rahmen montiert. Sie wurden auch weit unter die Rauchkammer geschoben und arbeiteten über die Kreuzköpfe auf die erste der gekuppelten Achsen. Damit die Kurbel ermöglicht wurden, mussten diese Achsen gekröpft ausgeführt werden. Eine Lösung, die bei Maschinen mit mehr als zwei Zylindern immer nötig war.
Die Niederdruckzylinder wurden ausserhalb des Rahmens montiert. Bei den beiden Versuchslokomotiven wurden sie noch leicht angewinkelt montiert. Bei der Serie wurden diese Zylinder jedoch waagerecht montiert.
Sie lagen hinter dem Laufdrehgestell und wirkten auf die zweite Triebachse. Diese Anordnung entsprach der modifizierten Bauart De-Glehn. Der Vorteil sah man bei den unterschiedlichen Angriffspunkten der Kraft.
Bei den aussen liegenden Antrieben wurde die Bewegung der Kolbenstange auf ein doppelt geführtes Kreuzgelenk geführt und dort die Schubstange zur erwähnten zweiten Triebachse und dem dort vorhandenen Kurbelzapfen geführt. In der Triebachse wurde die linear Bewegung letztlich mit Hilfe der Haftreibung gegenüber den Schienen in Zugkraft umgewandelt. Die Bewegung für die Steuerung wurde dabei beim Kreuzgelenk und beim Kurbelzapfen abgenommen.
Sämtliche anderen Triebachsen wurden anschliessend mit waagerecht verlaufenden Kuppelstangen verbunden. Das führte dazu, dass die angetriebenen Achsen eins und zwei miteinander verbunden wurden und so sich die Kraft der Dampfmaschinen vereinigte. Letztlich wurde nur die dritte Triebachse ausschliesslich über die Kuppelstange mit der zweiten Triebachse verbunden. Es handelte sich dabei und eine Lösung, die auch bei anderen Maschinen der Baureihe A 3/5 verwendet wurde.
Sämtliche Gelenke des Stangenantriebes waren als Gleitlager ausgeführt worden und sie wurden mit Öl geschmiert. Es kamen dabei Nadellager zur Anwendung. Diese mussten bei den aussen liegenden Antrieben vor Ort kontrolliert und allenfalls das Schmiermittel ergänzt werden. Die innen liegenden Antriebe waren jedoch an der zentralen Schmiervorrichtung für die Achslager angeschlossen worden.
Um die Reibungswerte der Lokomotive bei schweren Anfahrten und bei schlechtem Schienenzustand und bei grosser Zugkraft zu verbessern war eine auf die erste und zweite Triebachse wirkende Sandstreueinrichtung vorhanden. Der dazu benötigte Sandkasten wurde dabei über dem Kessel hinter dem Dampfdom montiert. Von dort wurde schliesslich der Sand über Rohre vor die entsprechenden Achsen geleitet und dort auf die Schienen gestreut.
Bedient wurde die Sandstreueinrichtung durch das Lokomotivpersonal. Sie wurde daher nur bei Bedarf angewendet. Wobei gesagt werden muss, dass bei Dampfmaschinen sehr oft gesandet werden musste, da gerade bei Anfahrten das Gleis durch die geöffneten Schlemmhähne benetzt wurde. Die Lokomotive sorgte daher oft selber für den schlechten Schienenzustand, daher überrascht es kaum, dass ein grosser Behälter montiert wurde.
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