Neubaudampflokomotiven

Diese Seiten hier sollen nun endlich über die Neubaudampflokomotiven berichten. Dabei möchte ich auch nicht verschweigen, daß es auch beim Wirkungsgrad der Dampfmaschine gravierende Unterschiede gibt.
Denn der thermodynamische wirkungsgrad wird nicht nur durch die Art der Dampfmaschine, sondern auch durch die Dampftemperatur beeinflusst. Wo früher mit geringen Dampftemperaturen und Dampfdrücken gearbeitet wurde, zeigte sich nicht nur durch die Versuche von Schmitt mit der &Uuuml;berhitzung und später Ingenieur Stumpf mit der Gleichstromdampfmaschine, daß hoher Dampfdruck und hohe Dampftemperatur den wirkungsgrad der Maschine signifikant steigerte. Die folgende Grafik verdeutlicht, wie der Wirkungsgrad moderner Dampfmaschinen bei unterschiedlichen Dampftemperaturen und Dampfdrücken zu sehen ist.

Wikrungsgradkurven von Dampfmaschinen

Man kann gut erkennen, daß es Ziel ist, mit hohem Druck und hoher Temperatur zu arbeiten. Denn dies steigert, neben der mehrfachen Nutzung des Dampfes, also Entspannung des Dampfes in Stufen durch die Verbundwirkung, den Wirkungsgrad. Da gerade bei wechselnden Drehzahlen und Lastmomenten die Kolbendampfmaschine Vorteile für den Antrieb von Fahrzeugen hat, müsste man dies mal genauer untersuchen, was nach und nach erfolgen wird.
Hr. Ekkehard Friebe hat in einer Abhandlung zum Thema Carnot'scher Wirkungsgrad in Bezug auf die Dampfmaschine auch festgestellt, daß viele Berechnungen zum Wirkungsgrad der Dampfmaschine falsch gelagert sind. Man kann also davon ausgehen, daß sich hier dann neue Erkenntnisse zum Wirkungsgrad und leistungsfähigkeit der Dampfmaschine ergeben wird und vielleicht die Sichtweise auf diese Maschinen anders werden dürfte.
Denn mit den derzeit steigenden Kraftstoffpreisen dürfte auch die Verwendung von Kraftstoffen in Verbrennungsmotoren fraglich sein... Denn einen Dampfkessel kann man, mit der richtigen Feuerungstechnik auch mit Feststoffen sehr gut befeuern, so daß hier keine zwanghaft flüssigen Brennstoffe benutzt werden müssen. Schon David Wardale sinierte wiederholt über eine Befeuerung der Dampflokomotiven mit Kohlenstaub, anstelle des Gaserzeugenden Feuerbetts mit seinen betrieblichen Problemen. Leider kam man über die Versuche von AEG, STUG und Wendler bei der Reichsbahn nie hinaus, obwohl Potential deutlich sichtbar war. So könnte man sicherlich heute eine Dampfkraftanlage für ein Schiff bauen, welches anstelle mit Heizöl mit Getreidespelzen befeuert wird. Selbst heutige Holzpelletfeuerungen für Hausheizungen zeigen, daß dank neuster Technik, diese Feuerungsarten hohe Wirkungsgrade erzielen. Warum also sollte dies bei einem Hochdruckdampfkessel nicht möglich sein?

LOOS Dampfkesselbau, Dampfgenerator
vollautomatischer Dampfgenerator von Loos Dampfkesselbau, Baujahr 1955, 8 bar, 140 kg/h

Wie man auf dem Bild sehen kann, müssen Dampfkessel nicht groß sein. Der Kleindampferzeuger von Loos Kesselbau aus dem Deutschen Museum ist nur ungefähr 120 cm hoch und ebenso lang. Seine Leistungeckdaten sind für eine Lokomotive zu gering, jedoch kann mit moderner Feuerungstechnik und moderner Kesselbautechnik sicherlich hier auch einiges erreichen.
Damit ist noch viel Potential im der modernen Dampftechnik für Antriebszwecke vorhanden, und es ist unbegreiflich, wenn heute Firmen den Ausbau von Dampfmaschinen bei historischen oder musealen Fahrzeugen beschließen und dafür eine Dieselkraftmaschine einzubauen. Die angeblichen Vorteile, wie Treibstoffersparniss und höhre Leistung, sind oft nur Rechenexempel, die sich mit einer modernen Dampfmaschine auch erreichen lassen würden. Aber oft vergleicht man eine Dampfmaschine mit vielen Jahrzehnten, ja fast einem Jahrhundert Alter mit einem hochmodernen Dieselmotor, was so nicht zulässig ist.
Doch genug der Theorie, kommen wir zu einem Bericht hochmoderner Dampfkraft.

Wie bereits erähnt hat der Schweizer DLM AG Konzern aufgrund einer Forderung der Brienzer Rothornbahn eine Neubau-Dampf-Zahnradlokomotive konzipiert.
Die Vorgaben waren einfach: Die Dampflokomotive mussten die gestiegenen Verkehrslasten bewältigen, also mehr Leistung erbringen als die Altbaulokomotiven, dabei auch die Bergfahrt schneller bewältigen und durften auch bei den Verbrauchswerten nicht höher liegen, als die Dieselkraftbetriebenen Lokomotiven und Triebwagen. Zudem sollte der Personalaufwand nicht größer sein, als bei den Triebwagen, die mit einem Zugführer und einem Triebfahrzeugführer besetzt sind.
Dies bedingte eine angepasstere Kesselsteuerung, da der Kesselwärter oder Heizer, wegfallen mußte, um diese Steuerung der Feuerung und Kesselspeisung so weit als möglich zu automatisieren. Auch durfte der Kessel nach einer Nacht im Schuppen nicht soweit abgekühlt sein, als daß dieser wieder neu angeheizt werden musste, auch sollte der Aufwand des Anheizens so gut wie irgendmöglich ganz abgestellt werden.

All diese Forderungen wurden erfüllt. Der Kessel bekam eine automatische Speisevorrichtung in Form einer vom Triebwerk betriebenen Fahrpumpe mit einer hochmodernen Oberflächen Vorwärmeranlage. Im Stillstand wird der Kessel über einen Friedmann Injektor gespeist. Der Neubau Ölbrenner sitzt senkrecht in der Feuerbüchse und hat neben zwei Lastbrennern einen Hilfs- oder Pilotbrenner, der Elektrisch gezündet werden kann. Der Vollisolierte Kessel fast rund 10 m³ Wasser und mit 16 bar Kesseldruck liegt die Wassertemperatur bei rund 206° C. Durch eine modifizierte Rauchrohr&üuml;berhitzeranlage mit in Reihe geschalteten Elementen wird im Betrieb eine Heißdampftemperatur von rund 420° C erreicht, ein Wert, den man nur von modernen Henschel-Schwerölgefeurten Hochleistungkessels der Dampfloks kennt. Studien der DLM AG gehen davon aus, daß man mit großen Kesseln hier nahezu, wenn nicht über 500° C erreichen kann. Die Bedienungs des Ölbrenners könnte über eine Elektronische Steuerung erfolgen, wird jedoch auf dem Schafberg mit einer manuellen Einhand-Einhebelvorrichtung am F&uujml;hrerstand gemacht. Hier kann man von rund 25% Pilotbrennerlast bis 100% Lastbrennerleistung regeln, welches im Normalfall fehlerfrei funktioniert.
Losgelöst von den Kesselwärteraufgaben hat der Triebfahrzeugführer dennoch die Wasserstandsgläser im Blick, und muß seinen Blick und seine Aufmerksamkeit kaum von der Streckenbeobachtung abschweifen lassen.

 

Die Altbau-Dampflokomotive der Schafbergbahn. Diese von Krauss gefertigten Zahnradlokomotiven ohne Adhäsionsantrieb sind über 100 Jahre alt. Mit 7 bis 8 km/h und rund 500 Kilogramm Steinkohle schaffen diese Lokomotiven die 6 km auf den Schafberg in rund 70 Minuten. Die Maschinen sind reine Nassdampfmaschinen und sehr wartungsaufwending.

Altbaulokomotive der Schafbergbahn
Führerstand der altbauzahnradmaschine

Der Führerstand der Altbaumaschinen erinnert mit seiner Vielzahl an Handrädern, Hebeln und Rohren doch deutlich an die alte Zeit. Heizer und Lokführer müssen hier Hand in Hand die schwere Bergfahrt bewältigen und es ist nicht leicht, mit dem wenigen Raum, der zudem noch mit Kohle belegt ist, hier den nötigen Dampf zu produzieren, damit die Lok mit kontinuierlicher Kraftentfaltung die Steigung bezwingen kann.

Das Altbautriebwerk. Die über einen Gelenkhebel angetriebenen Zahnräder in den Hohlachsen bedingen hier neben der Pleulstange und der Kuppelstange auch eine Lagerung des Gelenkhebels.
Schön ist der umgekehrte Kreuzkopf zu erkennen, aber auch die üblichen Ölgefäße mit Schraubdeckel, die Nadelschmierstellen enthalten. Schön zu erkennen sind auch die beiden Nachstellkeile für das Kreuzkopflager und das Pleullager.
Schlecht zu erkennen ist der Antrieb der Steuerung, die im Rahmeninneren verborgen ist. Dutzende Schmierstellen bedingen einen langen Vorbereitungsdienst.

Das Triebwerk der Altbaumaschinen
Neubaudampflokomotive von 1992

Der Prototyp aus der Schweiz. Die Maschine trägt den Spitznamen "Quarksi", weil diese zum Einsatz förmlich Bocksprünge über die Zahnstange machte. Es waren seitens der Herstellerfirma noch einige Anpassungen notwendig, und nach weiteren Anlaufschwierigkeiten läuft die Maschine erst seit rund 7 Jahren recht störungsfrei. Die eigentümliche Bauform war Bedingung, einfach weil diese reinen Touristikbahnen das Aussehen der Lokomotive in traditioneller Bauart schätzen und wünschten.
Auffällig sind hier bereits die vollgekapselten Wälzlager der Kuppelstangen von der Blindwelle aus. Unauffälliger ist der Oberflächenvorwärmer unter der Rauchkammer unter den innen liegenden Zylindern.
Die Maschine wirkt aufgeräumt und gefällig. 1300 Liter Wasser und 550 Liter Leichtes Heizöl führt die Maschine mit sich, wobei nur 150 Liter Brennstoff für eine Bergfahrt nötig sind, und auch das Wasser sicher über diese Distanz reicht.

Führerstand der Neubauzahnradmaschine

Der Führerstand der Neubaumaschinen ist ebenso nüchtern und unspektakulär. Es gibt nur wenige Bedienelemente und die wenigen Elemente konzentrieren sich allein auf der rechten Seite. Die bisherige Heizerseite ist leer und beinhaltet nur ein einziges Absperrventil, der Rest ist Gepäckablage. Alle Anzeigeinstrumente sind im Sichtbereich des Lokführers angebracht, der mit einem leichten Seitwärtblick sofort die wichtigen Kesseleckdaten im Blick hat.

Der rückwärtige Führerstand erinnert eher an einen modernen Triebwagen. Die Anzeigeinstrummente hier sind eher für die Talfahrt gedacht, wobei hier auch die Steuerung der elektronischen Kesselüberwachung, des Hilfsbrenners und der Riggenbachbremse angeordnet ist. Dabei ist das Handrad das Stellventil für die Riggenbachbremse, die Handkurbel ist für Bandbremse als Hand- und Stillstandsbremse gedacht. Der Hebel ist für die Druckluftnotbremse gedacht.
Hier ist dann auch das Funkgerät montiert, und die wenigen Kontrollanzeigen der Kesselsteuerung sind hier zu erkennen.
Der Messigknopf ist zur Lokführerüberwachung, der sogenannten SiFa. Da der Lokführer allein auf der Maschine ist, ist diese Übereinrichting vorgeschrieben, und muß auch bei der Vorwärtsfahrt vom Triebfahrzeugführer regelmäßig betätigt werden.

Der Kontrollpult der Neubaudampflokomotive
Neubaudampflokomotive von 1992

Die Anzeigen des Dampfkessels. Von Links nach Rechts sind dies das Heißdampfthermomter, der Kesseldruckmesser, Druck im Schieberkasten der Dampfmaschine, Temperatur des Speisewassers nach Vorärmer, Sichtöffnung um die Rauchfreie Verbrennung und damit optimale Brennereinstellung zu kontrollieren, und darunter der Viereckige Geschwindigkeitsmesser. Nicht sichtbar ist die Anzeige des Brennerdrucks und des Speise/Kühlwassers, da diese an der Kesselrückwand montiert sind.
Gut zu erkennen ist die Anzeige des Heissdampfthermometers, die im Moment bei rund 380° C steht, aber im Laufe der Bergfahrt die 400° C Marke überschreitet. Auch gut zu erkennen ist, daß die Maschine nicht mit voll geöffnetem Regler gefahren wird, wie der Schieberkastendruckmesser verrät. Das Speisewasserthermometer zeigt eine Temperatur von über 100° C an, bei einer Geschwindigkeit von 11 km/h.

Die innen, unter der Rauchkammer liegende Dampfmaschine der Neubaudampflokomotiven. Links oben im Bild ist das Luftsaugventil der Dampfmaschine für die Riggenbach-Gegendruckbremse zu erkennen, ansonsten erkennt man gut die Neubaukreuzköpfe, die öllos geführt sind. Auffällig ist, daß alle Lager in Wälzlagerausführung ausgeführt sind, die daher nicht mehr so oft nachgeschmiert werden müssen, wie die alten Ölgefässe der Altbaumaschinen. Alle Stangen sind in Leichtbauweise aus modernsten Legierungen gefertigt, was Gewichtsersparnis und Reduzierung der Hin- und Hergehenden Massen bedeutet, ohne das die Stabilität beeinträchtigt wird. Die schnelllaufende Dampfmaschine hat daher einen hohen Wirkungsgrad und ist dank modernster Werkstoffe eher ein Dampfmotor, als mit den Altbaudampfmaschinen vergleichbar.

Die Dampfmaschine der Neubaulokomotiven
Triebwerk der Neubaumchine

Das Triebwerk der Neubaudampflokomotiven von der Heizerseite aus gesehen. Man erkennt nur knapp die innen liegende Kurbelwelle mit den Gegengewichten zum besseren Rundlauf und Masseausgleich. Man erkennt den signifikanten Getriebekasten der eine Untersetzung der Kurbelwellen- drehzahl auf die Blindwelle in der Mitte durchführt. Direkt von der Kurbelwelle wird die Schwinge angetrieben, wobei das Untersetzungsgetriebe im Ölbad läuft. Die Achsen sind hohl, so daß zwischen den Kugelgelagerten Rädern ohne Antrieb das durch diese Achsen angetriebene Treibzahnrad nach Abt über die Kuppelstange angetrieben wird. Die Lok kann also ohne Zahnstange nicht aus eigener Kraft im Adhäsionsbetrieb fahren. Alle Lager sind Wälzlager und somit nahezu wartungsfrei.Die Dampfmaschine ist mit einer Langhubsteuerung ausgeführt, so daß mit präziser Schiebersteuerung die Maschine optimal gefahren werden kann.

Die Kubelwelle ist als Vorgelege ausgebildet. Man erkennt das Bremsrad auf der Kurbelwelle, welches mit einem Drehzahlmesser ausgerüstet ist.
Man kann auch die Gegengewichte des Pleulstangenlagers erkennen und die massive Ausführung des Untersetzungsgetriebes auf die Blindwelle darunter erkennen. Auch gut zuerkennen ist das Pleulstangenlager, welches das Wälzlager auf der Kurbel umfaßt. Auch das Schnellabschlamm- und Kesselentleerungsventil nach Kesselbauvorschriften ist deutlich zu sehen. Im Hintergrund erkennt man die über Zahnriemen angetriebene Kreisel-Fahrpumpe, die im Betrieb die Speisung des Kessels übernimmt. Die massive mehrteilige Kurbelwelle in modernster Fertigungsausführung ermöglicht den Einbau der Rollenlager bei höchster Maschinenbautechnischer Güte. Die meisten Lager und Teile sind Normteile, so daß keine Sonderbauteile im Ersatzfall oder Verschleiß nötig sind, was die Wartungskosten senkt.

Die Vorgelegte Kurbelwelle des Triebwerkes
Neubaudampflokomotive von 1992

Blick auf das Innentriebwerk und die Steuerung von der Lokführerseite aus. Man sieht gut den Antrieb der Schwinge und deren langen Steuerungsweg, der eine sehr feine Maschinensteuerung zuläßt. Die Schmierpresse am rechten Bildrand ist für die Schmierung der Spurkränze und der Zahnradflanken zuständig und damit erfüllt die Lok auch in diesem Punkt neuste Bauformen zur Verschleisminderung des Oberbaus.
Am oberen Bildrand erkennt man den Anschluß für das externe Vorwärm- und Anheizgerät, welches durch eine elektronische Regelung die kalte Lok über Nacht vom kalten Zustand auf rund 4 bar Betriebsdruck vorwärmen und aufheizen kann. Mit 4 bar Druck kann dann der Pilotbrenner gezündet werden und mit den Lastbrennern dann der Betriebsdruck hergestellt werden. So steht die Lok ohne großen Personalaufwand am nächsten Tag für dne einsatz bereit.

Der Kompressor für die Luftbremsanlage. Diese Notbremseinrichtung ermöglicht dem an der Spitze des Zuges fahrenden Zugführers auch bei der Bergfahrt einen sicheren Nothalt des Zuges. Auch bei der Talfahrt kann über die Druckluftbremse nach üblicher Bauart ein sicherer Nothalt aller Achsen des Zuges erreicht werden. Der sternförmige Kompressor ist kompakt und vollgekapselt, und ermöglichst so auch viele Antriebe der modernen Lok über pneumatische Steuerungen. Auch das pneumatische Schnellentleerungsventil des Kessels wird über die Pressluft dieses Aggregates versorgt.
Gut zu erkennen ist die neue Ausführung der Waschöffnungen, die anstelle mit Lukenpilzen nun mit konischen Schraubbolzen und Dichtscheiben verschlossen sind. Auffällig ist auch hier die dicke Kesselisolierung, denn selbst nach anstrengener Bergfahrt ermöglicht diese Isolierung das der Kessel nur sehr warm, aber nicht heiß wird. So kühlt der Kessel auch bei längeren Stillstandszeiten, wie über Nacht nicht aus, so daß der Kessel mit einem ordentlichen Druck am nächsten Morgen fast sofort wieder betriebsbereit ist.

Der Luftpresser der Neubaulokomotiven

Abschließend kann man feststellen, daß nach den üblichen Anlaufschwierigkeiten, wie dies bei vielen Neubaulokomotiven fast schon üblich ist, die Maschinen nun im Betrieb sich doch bewähren. Kaum eine Neubaudiesellokomotive oder Neubau-Elektrolokomotive kommt ohne Macken und Startschwierigkeiten in den Betreibsdienst. Die Hersteller umgehen dies mit Baukastenlokomotiven, so daß betreibsdienst getestet und taugliche Einheiten zur fertigen Lok zusammen gesetzt werden, und so solche Startschweirigkeiten vermieden werden. Doch dies ist kein Neubau, sondern eine Neukonstruktion.
Bei den meisten Neubauten hingegen zieht sich eine Reihe von Pannen und Nachbesserungen hin, bis letztendlich die Maschine im Betrieb ist. Im Betrieb erst findet man dann weitere Punkte, die sich an den Maschinen verbessern läßt. Im Falle von Diesel und Elektrolokomotiven wird dies meist mit einer neuen Serie auch gemacht, aber bei den Neubaudampflokomotiven gibt und wird es höchstwahrscheinlich auch keine neue Serie mehr geben. So muß der Betrieb mit kleinen Macken der Maschinen leben.
Denn so wurde zum Beispiel eine vollelektronische Kessel- und Brennersteuerung angedacht, ist aber nie verbaut worden.
Die Maschinen müssten mit hochmodernen Kesselspeisewasser-Aufbereitungsmitteln gefahren werden, statt dessen benutzt die Schafbergbahn ein recht ungewöhnliches Verfahren nach dem Österreicher Grander, welches von vielen Leuten in Zweifel gezogen werden darf. Auch andere Verfahren im Betrieb, wie das Fahren der Lokomotiven mit gedrosseltem Regler und länger ausgelegter Steuerung entsprechen so wohl nicht ganz den Ideen der DLM AG, deren Bestreben es ist, die Maschinen mit vollem Kesseldruck, höchsten Dampftemperaturen und kleinsten Füllungsgraden zu betreiben. Denn dies ermöglicht sparsamsten und gleichzeitig höchst effizienten Betrieb. Dies wird aber im Betrieb so nicht gemacht.
So kollidieren auch hier Konstruktion und Betrieb miteinander, was bei vielen Lokomotiven der Fall ist und damit nicht immer Vorteile und Effizienz mit sich bringt.
Das sich die Lokomotiven nach den Startschwierigkeiten dennoch im Betrieb bewähren, ist ein Zeichen für eine gute Konstruktion. Trotdem scheint es noch weitere Probleme zu geben, die seitens der Schafbergbahn so nicht erklärt wurden und daher nicht genannt werden.
Es gibt nicht viel über die modernen Dampfzahnradloks zu berichten und seit nun über einem Jahrzehnt ruht die Entwicklung moderner Dampfmaschinen nun wieder. Was mit Potential aufblitzte droht nun wieder in einer Art Dornröschen Schlaf zu versinken.
So wurde für die Bäderbahn Molli zwar eine Neubau Dampflok angefragt, doch das Projekt kam nie zum Tragen. Statt dessen baut man jetzt eine der Altbau Molli Dampfloks von Orenstein und Koppel nahezu identisch neu. Also eine neugebaute Altbaudampflok. Ob dies wirklich Richtungs- und Wegweisend ist, darf diskutiert werden. An anderen Orten werden Dampfschiffe auf Dieselantrieb umgerüstet, wie der letzte Raddampfer auf dem Rhein unter Flagge der Köln Düsseldorfer Schifffahrtsgesellschaft, der nun im Herbst 2008 auf einen Diesel-Hydraulischen Antrieb umgerüstet wird. Die DLM AG wurde bei der ausschreibung um eine Neuplanung des antriebskonzeptes nicht mal näher in Erwägung gezogen, noch durfte man deren Projekt der Schiffsdampfmaschinen vorstellen. Hier wird einfach die Ideologie, daß die Dampfmaschine veraltet ist, fortgeführt. Dabei ist dies nicht korrekt, wie man oben lesen kann. Es ist daher unbegreiflich, daß der Mut zu weiteren Projekten fehlt, obwohl das Potential offensichtlich vor einem liegt. Man muß nur hinsehen und auch den Mut haben, so etwas mal umzusetzen. Wie teuer müssen viele flüssige Kraftstoffe noch werden, bis man sich auf diese Antriebsform zurück besinnt und endlich deren Zukunftspotentiale erkennt? Einen Dieselmotor kann man nicht mit "Schweinepupsen" betrieben, einen Dampfkessel schon. So sind Klärgase eine Möglichkeit einen Dampfkessel erstklassig zu befeuern, doch einen Verbrennungsmotor kann man damit nur minderwertig betreiben... doch es wird noch dauern, bis man dies begreift.
Erfreulich ist, daß inzwischen für Kleinkraftwerke Lokomobile, also Kleindampfmaschine aus Kessel und Zylindergruppe in Einheit bestehend wieder entdeckt und modernisiert wieder in den Einsatz kommen... die Dampfmaschine erobert sich ihr verloren geglaubtes Gebiet langsam wieder zurück. Dies könnte schneller gehen, wenn mehr Mut vorhanden wäre.

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