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Dampflokomotive. Die Notwendigkeit der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
des Dampflokomotivbet riebes hat bereits dazu geführt, die Expansionskraft des .Dampfes
durch Herabsetzung des Höchstfüllungsgrades in weitgehendstem Maße auszunutzen.
So arbeiten z. B. die Danipflokoinotiven der Pensvlvanialiahn mit einer Höchstfüllung
von 5o Prozent des Kolbenhubes, wobei die Zylinderabmessungen gegenüber den Abmessungen
der Zylinder einer die gleiche Leistung erzeugenden, mit einer Höchstfüllung voll
75 bis 9o Prozent des Kolbenhubes arbeitenden Maschine entsprechend vergrößert
sind. Die Begrenzung der Höchstfüllung auf den Betrag von 5u Prozent verhindert,
daß das Bedienungspersonal mit Füllungen arbeitet, die unwirt-:chaftlich sind. Es
wird aber hierdurch lediglich erreicht, daß aus einem Kessel gegebener Größe eine
größere Leistung herausgeholt «-erden kann als aus einem gleich großen Kessel bei
einer mit einer Höchstfüllung von 5 bis go Prozent arbeitenden Maschine. Will man
aber die Zugkraft einer Lokomotive erhöhen - und diese Forderung ist mit der fortschreitenden
Entwicklung des Eisenbahnwesens entstanden -, so muß man bekanntlich zu einer Vergrößerung
des Reibungsgewichtes schreiten. Hierbei sind aber gewisseBedingUngen einzuhalten,
welche außerordentlich erschwerend wirken und durch die Festlegung des zulässigen
Achsdruckes und der Außenabmessungen nach Höhe und Breite etwa entsprechend dein
sogenannten Lademaß sowie durch die Möglichkeit der Durchfahrt der vorhandenen Gleiskurven
gegeben sind. Es ist nun bereits mehrfach vorgeschlagen, das Gewicht des Tenders
dadurch zur Vergrößerung des Reibungsgewichte heranzuziehen und somit nutzbar zu
machen, daß auch der Tender mit einem eigenen Antrieb versehen wird. Diese Lösung
ermöglicht nun zwar die Vergrößerung des Reibungsgewichtes um etwa 25 bis
30 Prozent in einfacher Weise unter Einhaltung der obengenannten baulichen
Bedingungen. Sie erweist sich jedoch als höchst unwirtschaftlich, da die für den
Betrieb der Tendermaschine notwendigen Dampfmengen eine zusätzlicheBelastung des
Kessels bedeuten. Speist man die Tenderniaschine mit Frischdampf, so muß also entweder
der Kessel vergrößert werden, was nicht ohne Verletzung der erwähnten Bedingungen
möglich ist und seine Grencze in der Möglichkeit der Bedienung durch das Heizerpersonal
hat, oder es kann der Tenderantrieb,
wie dies auch bereits vorgeschlagen
wurde, nur dann benutzt werden, wenn, wie dies -bei langen, ebenen Strecken vorkommt,
die Dampferzeugung im Kessel die von dem Lokomotivantrieb verbrauchte Menge übersteigt.
Die Speisung des Tenderantriebes mit dem Abdampf des auf dem Kesselteil angeordneten
Antriebes bietet ebenfalls keine vorteilhafte Lösung, da hiermit nicht nur eine
Vergrößerung der Zylinderabmessungen der Tendermaschine, sondern auch u. a. durch
den erhöhten Gegendruck in den Zylindern des Lokomotivantriebes eine Leistungsverringerung
verbunden ist.
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Nach der Erfindung ist es möglich, eine wirtschaftlich arbeitende
Lokomotive mit erhöhter Zugkraft unter Einhaltung der vorgeschlagenen Maße zu schaffen,
wenn die Lokomotive sowohl mit verringerter Höchstfüllung arbeitet, als auch mit
einem Tenderantrieb versehen wird. Dies wird gemäß der Erfindung im wesentlichen
dadurch erreicht, daß eine Lokomotive, die mit einer Höchstfüllung von 5o Prozent
in sämtlichen Zylindern arbeitet, mit einem zusätzlichen Antrieb auf dem ,Tender
versehen wird, der die gleichen Eigenschaften aufweist, also ebenfalls mit Frischdampf
betrieben wird und mit 5o Prozent Füllung arbeitet. Eine derartige Lokomotive leistet
an Zugkraft etwa 30 Prozent mehr als eine mit einer Höchstfüllung von 9o
Prozent und etwa 2o Prozent mehr als eine mit einer Höchstfüllung von 75 Prozent
arbeitenden Lokomotive. Diese beträchtliche Vergrößerung der Zugkraft wird aber
erreicht, ohne daß der Kessel vergrößert oder stärker belastet zu werden braucht,
da infolge der verkleinerten Höchstfüllung der Dampfverbrauch des auf dem Kesselteil
der Lokomotive angeordneten Antriebes sich wesentlich verringert und die hierdurch
frei gewordene Dampfmenge zum Speisen des Tenderantriebes benutzt werden kann.
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Die verringerte Höchstfüllung läßt es zweckmäßig erscheinen, die Füllung
beim. Anfahren vorübergehend selbsttätig in der «reise zu vergrößern, daß, wie dies
bereits für die bisher üblichen Maschinen vorgeschlagen wurde, eine Öffnung in jedem
Steuerschieber vorgesehen wird, die den Dampfraum mit dem Zylinderinneren für etwa
8o Prozent des Kolbenhubes verbindet. Diese Öffnung ist derart klein, daß infolge
der Stauung des durchtretenden Dampfes praktisch eine vollkommene Abdrosselung eintritt,
sobald die Maschine eine geringe Geschwindigkeit erreicht hat. Eine derartige Einrichtung
zur vorübergehenden Füllungsvergrößerung ist unbedingt notwendig bei einer Lokomotive
gemäß der Erfindung, bei; der sowohl der Tenderantrieb als auch der auf dem Kesselteil
angeordnete Antrieb weniger als drei Zylinder aufweisen, um bei jeder Kurbelstellung
anfahren zu können. Die Vergrößerung der Zugkraft während der ersten 40 Umdrehungen
beträgt bei einer Lokomotive gemäß der Erfindung nach angestellten Messungen aber
etwa 70 Prozent, so daß auch bei Dampflokomotiven gemäß der Erfindung, bei
denen sowohl der auf dem Kesselteil angeordnete Antrieb als auch der Tenderantrieb
drei oder mehr Zylinder besitzen, insbesondere bei Güterzuglokomotiven, die genannte
Einrichtung zweckmäßig Anwendung findet.
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Zwecks Verringerung der Zeitdauer, während welcher der Hilfsdampfeinlaß
wirksam ist, besteht dieser gemäß der weiteren Erfindung aus mindestens einem in
dem Steuerschieber angeordneten, quer zur Bewegungsrichtung des Schiebers sich erstreckenden
Schlitz und einer mit diesem zusammenwirkenden und mit dem Zylinderinneren in '\-
erbindung stehenden Öffnung, deren Breite nach der Dampfaustaßseite des Steuerschiebers
@zu erheblich abnimmt.
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Die Wirtschaftlichkeit der Lokomotive gemäß der Erfindung kann noch
wesentlich dadurch gesteigert werden, daß der Abdampf des Tenderantriebes -zur Vorwärmung
des Speisewassers benutzt wird, während zur Erzielung des notwendigen Kesselzuges
der Abdampf des Hauptantriebes in der bekannten Weise verwendet wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, wobei
angenommen ist, daß die beschriebene Lokomotive sowohl mit nassem als auch überhitztem
Dampf bei jedem gewünschten Druck arbeiten kann.
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Abb. i ist eine schematische Seitenansicht der gesamten Maschine,
Abb. z eine Draufsicht und Abb. 3 eine Seitenansicht von rechts; Abb. d. ist ein
teilweiser Mittellängsschnitt durch einen Dampfverteilungsschieber, wie er für die
Zylinder Verwendung findet, während Abb. 5 eindoppelter Querschnitt ist, wobei die
obere Hälfte einen Schnitt auf =der Linie Z-Z und die untere Hälfte einen solchen
auf der Linie Y-Y darstellt; Abb.6 ist eine teilweise Draufsicht auf einen Schnitt
gemäß der Linie X-X in Abb. ,4. In Abb. i bis 3 ist a die Lokomotiv- und
b
die Tendereinheit, welche beide von der üblichen Bauart und in bekannter
Weise miteinander gekuppelt sind. Die Lokomotiveinheit a besteht aus demKessel c,
den Hauptzylindern d, den Triebrädern e und den Laufrädern
f. Der Tender b enthält die üblichen Wasser- und Brennstoffbehälter
g und h und die entsprechenden Triebzylinder i. Die Zclinder
d
und i erhalten Dampf aus dem Kessel c durch geeignete Verteilungsorgane.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Maschineneinheit
a. mit zwei Triebzylindern d und die Tendereinheit mit der C, eichen Anzahl
von Zylindern i. versehen, und zwar liegen sämtliche Zylinder aaßen. Die Zahl der
Zylinder d und i kann jedoch verschieden sein, ebenso wie auch sämtliche
Zylinder innen oder ein Teil innen und ein Teil außen angeordnet sein können. So
können z. B. die Lokomotiv- und die Tendereinheit je zwei oder mehr Zylinder besitzen,
oder die Lokomotiveinheit kann zwei oder mehr Zylinder und die Tendereinheit kann
zwei Zylinder aufweisen. Die Zylinder d und i
arbeiten alle tnit verkleinerter
Füllung, und zwar mit einer Höchstfüllung von 5o Prozent oder weniger des Kolbenhubes.
Vorteilhaft ist bei einer Höchstfüllung von 5o Prozent das Gesamtzylindervolumen
der Lokomotiveinheit a ungefähr gleich 70 Prozent und das der Tendereinheit
b ungefähr gleich 3o Prozent des überhaupt vorhandenen Zylindervolumens. .
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Die Abmessungen der Zylinder d der Lokomotiveinheit a sind zweckmäßig
derart gewählt, daß sie beim Arbeiten mit verkleinerter Füllung eine Zugkraft erzeugen,
die gleich der ist, welche von Zylindern, die mit einer Füllung von 9o bis zoo Prozent
arbeiten, geleistet wird. Bei Erzeugung einer gegebenen Tdöchstzugkraft bei verkleinerter
Füllung ist die Dampfersparnis nach Volumen oder Gewicht gleich dem Unterschied
zwischen dem Volumen, das für eine bestimmte zu erzeugende Kraft bei einem Zylinder
erforderlich ist, der einmal mit goprozentiger Füllung und das andere Mal mit 5oprozentiger
Füllung arbeitet, abzüglich des Betrages von Extradampf, der nötig ist, um die größeren
Zylinder bis zum Zeitpunkt der Dampfabsperrung zu füllen. Es werden v erhältnismäßig
größere Zylinder erforderlich, wenn die Höchstfüllung verringert ist, um bei einem
gegebenen Kesseldruck eine effektive Gesamtkolbenkraft zu erhalten, die gleich der
ist, welche von kleineren Zylindern mit 9o- bis zooprozentiger Füllung erzeugt wird.
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Das bei der Anwendung dieses Arbeitsverfahrens gesparte Dampfvolumen
wird in den Zylindern der Tendereinheit verwendet, deren Füllungsvolumen gleich
dem Dampfvolumen ist, das bei dem Zylinder d der Lokomotiveinheit a gespart wird.
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Auf diese Weise wird aus einem gegebenen Dampfgewicht, das von einem
gegebenen Kessel geliefert wird, eine größere Arbeitsleistung gewonnen. Es wird
ferner durch das Tendergewicht eine zusätzliche Zugkraft geschaffen. Es ist daher
bei einem bestimmten Gewicht der Lokomotiveinheit eine zusätzliche Kraft verfügbar
ohne Gewichtsvermehrung der genannten Einheit.
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Die Zahl der gekuppelten Achsen der Lokomotiveinheit a braucht weiterhin
nicht vermehrt zu werden. Es ist daher auch nicht notwendig, den Lokomotivrahmen
zu verlängern.
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Unter der Annahme, daß die größte Füllung, welche zur Erzielung der
Höchstleistung nötig ist, co Prozent des Kolbenhubes beträgt, ergibt sich für die
Lokomotiveinheit ein Dampfverbrauch für einen bestimmten Betrag der Gesamtzugkraft
von
oder 69 Prozent derjenigen Dampfmenge, welche nötig ist bei einer mit go
Prozent Füllung arbeitenden Maschine. Es ist hierbei noch angenommen, daß das Volumenverhältnis
der mit 5oprozentiger und der mit goprozentiger Füllung arbeitenden Zylinder gleich
125 : too ist. d. h. daß das Volumen der mit verkleinerter Füllung arbeitenden Zylinder
25 Prozent größer.ist, um infolge der früheren Dampfabsperrung die niedrigere Zugkraft
zu liefern. Infolgedessen ist bei einer mit verkleinerter Füllung arbeitenden Lokomotive
das Füllungsvolumen der Zylinder i der Tendereinheit b ungefähr 3o Prozent des gesamten
verfügbaren Zylindervolumens der Maschine. Die Anordnung kleinerer Zylinder auf
der Tender einheit b entspricht dem hier vorhandenen, für die Reibung in Betracht
kommenden geringeren Gewicht. Im allgemeinen wird das Reibungsgewicht der Maschineneinheit
a ungefähr 6o bis 70 Prozent des gesamten Lokomotivgewichtes betragen, so
daß 3o bis 40 Prozent des Gesamtgewichtes für die Tendereinheit übrigbleiben.
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Auf diese Weise wird ohne Einführung von zusätzlichen Gewichten zur
Erhöhung des Reibungsdruckes lediglich durch die Wahl der Zylinderabmessungen und
durch die Verwendung einer Höchstfüllung von ungefähr 50 Prozent für alle
Zylinder das Lokomotivgewicht für die Zugkraft verwendbar gemacht und gleichzeitig
die Kraft in geeigneter Weise vollkommen und proportional den Reibungsgewichten
verteilt, die je durch die Lokomotiveinheit a und die Tendereinheit b verfügbar
sind, und schließlich wird hierbei eine kurvenbewegliche Lokomotive geschaffen.
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Anstatt die Abmessungen der Zylinder d der Lokomotiveinheit in der
beschriebenen NVeise zu wählen, kann auch der Kesseldruck erhöht werden, wobei das
geringere Zylindervolumen der Tendereinheit b bleibt. Die in den obigen Erläuterungen
mit 70 Prozent und 3o Prozent des Gesamtvolumens angegebenen
Volumina
der Zylinder der Lokomotiveinheit und der Tendereinheit können unter anderen Umständen
anders gewählt werden. So kö nnen z. B. bei einer -Änderung einer alten Maschine
gemäß der Erfindung die Zylindervolumina 64 Prozent und 36 Prozent des Gesamtvolumens
betragen.
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Der Abdampf der Zylinder i der Tendereinheit b wird ganz oder zum
Teil zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers mit Hilfe eines oder mehrerer Vorwärmer
j verwendet und nicht der Lokomotiveinheit a zwecks Ausblasens durch den Schornstein
zugeführt.
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Die Vorwärmer j sind zweckmäßig auf der Tendereinheit b angeordnet,
und zwar finden zweckmäßig zwei hintereinandergeschaltete Vorwärnier Verwendung,
die .durch die Rohrleitung h und L miteinander verbunden sind. Es
finden rohrförmige Vorwärmer Verwendung, wobei der Dampf um die Rohre heruniströmt,
während das Wasser durch die Rohre hindurchfließt. Der Abdampf wird aus den Zylindern
i durch Leitungen in abgeführt, welche an eine ,gemeinsame Leitung u angeschlossen
sind, durch welche der Dampf an einen der Vorwärmer j abgegeben wird. Von diesem
strömt der Dampf durch das Rohr k in den anderen V orwärmer j und von dort durch
ein abgedecktes Rohr o ins Freie. Mit Hilfe einer Dampfpumpe p, an deren Stelle
auch mehrere Verwendung finden können, wird das Wasser aus. dem Tank h entnommen,
durch die Vorwärmer j gedrückt und dann in den Tank h. zurück oder in den Kessel
c geleitet, und zwar wird das Wasser aus dem Tank h mittels des Saugrohres
q in einen der Vorwärmer j durch die Rohrleitung r geleitet
und gelangt durch die Leitung l von hier in den anderen Vorwärmer. Aus diesem wird
es vorgewärmt entweder in den Tank h zurückgeleitet mit Hilfe der Rohrleitungen
s, t, 2c oder mit Hilfe der Rohrleitung s, t, v
und w von oben in den
Kessel c gedrückt. Die Rohrleitungen t, u und v sind durch einen Mehrwegehahn
oder ein Nebenschlußventil x miteinander verbunden, um das vorgewärmte Wasser in
die gewünschten Behälter zu leiten. Auf diese Weise arbeitet der Wassertank h als
eine Art Wärmespeicher.
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Die Pumpe p wird durch vom Kessel entnommenen Dampf angetrieben und
ist zweckmäßig durch entsprechende Rohrleitungen mit dem Kessel oder mit einem an
diesen angeschlossenen Überhitzer verbunden. Der Abdampf der Pumpe wird durch eine
Leitung y und eine Rohrverbindung z dem Rohr n zu-
geführt, welches
mit den Zylindern i in Verbindung steht. Die Pumpe p kann unabhängig arbeiten und
j e nach Wunsch durch den Heizer oder mit Hilfe geeigneter Mittel selbsttätig in
Betrieb gesetzt werden, wenn beim Anfahren Dampf zu den Zylindern d der Maschineneinheit
gelassen wird.
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Die Pumpe oder Pumpen p und die Vor-«-ärmer oder der V orwärmer j
arbeiten bei irgendeinem vorherbestimmten Dampfdruck; das Wasser wird hierbei dem
Tank h entnommen und den Vor Wärmern j zugeführt, welche es durchströmt, und danü
in den Tank h zurückgeführt. Wenn die Speisung des Kessels c notwendig wird, wird
das Wasser aus dem Tank h durch eine Nebenverbindung, die mit Hilfe des Ventils
x einschalt#bar ist, in den Kessel geleitet, um eine dem Dampfverbrauch entsprechende
Verdampfung zu ermöglichen.
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Die Vorwärmung des Speisewassers erhöht die Dampfkraft des Kessels
c und vergrößert gleichzeitig die Geschwindigkeit der Lokomotive bei ihrer Höchstleistung.
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Die Dampfverteilungsorgane für die Zylinder d und
i können von beliebiger Bauart sein und sind geeignet, .eine Hilfsdampfmenge
für Anfahrtzwecke zu liefern. Zweckmäßig erhalten sie jedoch die in den Abb. 4.
bis 6 dargestellte Form. Wie aus den genannten Abbildungen hervorgeht, sind die
Verteilungsorgane als Doppelkolbenschieber ausgebildet, und zwar besitzt jeder Kolben
z an diametral gegenüberliegenden Punkten eine Öffnung oder einen Schlitz i, der
mit der Dampfeintrittsseite in Verbindung steht und mit einer Öffnung 3 in der Wandung
d. des. Zylinders des Kolbenschiebers zusammenwirkt. Die Öffnung ist mit Hilfe eines
entsprechend- ausgebildeten Steges 5 derart gestaltet, daß, wenn der Schieberkolben
den Punkt der Dampfabsperrung erreicht, die Hilfsöffnung i ihre größte Öffnung aufweist
und eine beständige Dampfzufuhr bewirkt, bis nach einem Wege von 8o Prozent oder
mehr des Kolbenhubes die Öffnung geschlossen wird, da die Größe der Hilfsöffnung
3 in Richtung der Auslaßöffnung beständig abnimmt (Abb.6).
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Hierdurch wird ermöglicht, daß eine verhältnismäßig große Hilfsöffnung
i Verwendung finden kann, welche schnell einen genügenden Dampfdruck zum Anfahren
in den Zylindern schafft, wenn der Kolbenschieber 3 auf Schließstellung steht, während
gleichzeitig durch die obenerwähnte besondere Ausbildung des Schlitzes i, d. h.
durch die Lage des @ Schlitzes i gegenüber dem Steg 5, die für den Dampfeintritt
zur Verfügung stehende Öffnung schnell verkleinert wird, wodurch verhindert wird,
daß die in die Zylinder doder i eintretende @ Dampfmenge unzweckmäßig groß
wird. Die bei verkleinerter Füllung erreichte Dampfersparnis wird in keiner Weise
durch die Hilfsöffnung i gestört.
Dies ergibt sich auch daraus,
daß die normale Fläche und Form des Indikatordiagrammes unverändert bleibt.
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An Stelle der getrennten Ausbildung des Hilfsschlitzes i und des Steges
5 könnte auch eine Anordnung gewählt werden, bei welcher beide zusammenhängen. Es
könnte auch eine Mehrzahl von Schlitzen i und Stegen 5, die in Ringform oder anderswie
ausgebildet sind, Verwendung finden.