Hochdrucklokomotive

Hochdrucklokomotive SLM Eb 3/5 mit einem Kesseldruck von 60 bar

Hochdrucklokomotiven, auch Hochdruck-Dampflokomotiven genannt, sind Dampflokomotiven, die mit einem Kesseldruck über 25 bar[1] betrieben wurden. Von dieser Sonderbauart wurden zwischen 1925 und 1954 weltweit zu Versuchszwecken 24 Lokomotiven gebaut. Die komplizierte Technik versprach einen besseren Wirkungsgrad, wurde aber wegen der Weltwirtschaftskrise und dem Zweiten Weltkrieg nur langsam entwickelt, bis sie durch die Einführung von elektrischen und Diesellokomotiven überholt war.

Technik

Lokomotiven mit klassischem Dampflokomotivkessel nach Stephenson sind technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt, weil sich der Kesseldruck nicht ohne Nachteile über 21 bar[2] erhöhen lässt. Denn mit steigenden Kesseldruck steigen auch die Anforderungen an den Kesselbaustoff so, dass Herstellungs- und Unterhaltskosten steigen.[3] Der Gesamtwirkungsgrad einer solchen Lokomotive liegt bei 10 %.[4] Von Schiffsdampfmaschinen und stationären Anlagen war bekannt, dass sich durch höhere Dampfdrücke sowohl Brennstoff wie Wasser einsparen lässt. Weiter können kleinere Zylinder verwendet werden und der Dampf kann nicht nur wie bei den üblichen Verbunddampflokomotiven in zwei, sondern auch in drei Stufen expandiert werden. Allerdings mussten diese Vorteile durch eine andere Kesselbauart, den Wasserrohrkessel erkauft werden, der im Aufbau im Vergleich zum Stephenson-Kessel komplizierter war und sich im Bahnbetrieb noch nicht bewährt hatte. Weiter musste meist eine Saugzuganlage für die Anfachung der Verbrennung verwendet werden.[5]

Kesselbauarten

Schmidt-Henschel-Kessel

Längsschnitt des Schmidt-Henschel-Kessel der PLM 241 B 1

Der von der Schmidtschen Heißdampfgesellschaft entwickelten Zweidruckkessel oder Schmidt-Hartmann-Kessel besteht aus einem geschlossenen Hochdruckkreislauf, der über einen Wärmetauscher einen offenen Niederdruckkreislauf beheizt. Die Verdampfung findet somit außerhalb der Feuerung statt, wo die Rohre nicht direkt der Strahlungswärme ausgesetzt sind. Dadurch konnte verhindert werden, dass sich durch unreines Wasser Kesselstein in den Rohren bildete. Die einzigen Ablagerungen entstanden an der Außenseite der Rohre des Primärkreislaufs in der Verdampfertrommel, wo sie leicht zu reinigen waren. Der Primärkreislauf war mit gereinigtem Wasser gefüllt, so dass dort keine Ablagerungen entstehen konnten.

Der Schmidt-Kessel wurde in Zusammenarbeit mit Henschel an den Einbau in Lokomotiven angepasst. Der primäre Kreislauf des Schmidt-Kessels hatte mit 95 bar den höchsten Druck, der im Sekundärkreislauf erzeugte Hochdruckdampf hatte einen Druck von 60 bar. Vorwärmer- und Heizrohre des Primärkreislaufs bildeten die Wandungen der Feuerbüchse. An diese schloss sich ein konventioneller Langkessel an, in dem überhitzter Dampf mit einem Druck von 17 bar erzeugt wurde. Der Dampf des Schmidt-Kessels wurde dem im Rahmen liegenden einzelnen Hochdruckzylinder zugeführt. Der Abdampf dieses Zylinders gelangte zusammen mit Frischdampf aus dem Langkessel in die zwei äußeren Niederdruckzylinder.

Es wurden mehreren Lokomotiven nach dem System Schmidt-Henschel ausgerüstet, unter anderem die H 17 206. Die Lokomotive wurde mit einem Messwagen auf Versuchsfahrten eingesetzt. Es wurde eine theoretische Brennstoffersparnis von 47 Prozent erhofft. Die tatsächlichen Werte waren aber wesentlich geringer und rechtfertigten die hohen Entwicklungskosten nicht. Zusätzlich bestanden Sicherheitsbedenken wegen des hohen Dampfdruckes im Fahrbetrieb. Nicht geklärt waren die notwendigen Instandhaltungsarbeiten und die damit verbundenen Kosten.

Mühlfeld-Wasserrohr-Feuerrohr-Kessel

Muhlfeld-Kessel der Delaware-and-Hudson-Railway-Lokomotive Nr. 1400

Der deutschstämmige Ingenieur John Erhardt Mühlfeld entwarf einen Kessel, der aus einer Wasserrohrfeuerbüchse und einem daran anschließenden Stephenson-Langkessel bestand. An beiden Längsseiten der Feuerbüchse waren unten und oben Trommeln angebracht, in denen die seitlichen Rohrwände der Feuerbüchse endeten. Die oberen Trommeln bildeten den Dampfraum des Kessels und waren nach vorne über die Feuerbüchse hinaus verlängert.[6]

Winterthur-Kessel

Der von der Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik in Winterthur entwickelte Kessel, auch SLM-Wasserrohrkessel genannt, bestand aus einer Feuerbüchse mit Wasserrohrseitenwänden und -decke und wassergefüllten Doppelwänden auf der Vorder- und der Rückseite. Unten an den Feuerbüchse waren längsseitig zwei Trommeln zum Fassen der Rohre angebracht, mittig über der Feuerbüchse war eine Obertrommel als Dampfsammler angeordnet. Die Verbrennungsluft wurde nicht wie üblich durch den Aschkasten angesaugt, sondern gelangte durch zwei Öffnungen in der Stirnseite der Rauchkammer in die beiden Luftvorwärmer und wurde entlang dem Kessel zur Feuerbüchse geleitet. Das Speisewasser wurde durch einen Abdampf- und einen Raugasvorwärmer in die Obertrommel des Kessels gedrückt. Dabei erreichte es beim Eintritt in den Kessel beinahe Verdampfungstemperatur. Dadurch konnte verhindert werden, dass sich der Kesselstein im schwer zu reinigenden Röhrenkessel bildete, sondern sich bereits in den beiden für die Reinigung optimierten Vorwärmern ablagerte. Der SLM-Kessel hatte durch eine thermisch optimierte Ausnutzung der Rauchgase eine hohe Leistungsdichte. Die Wärme der Rauchgase wurde von der vorderen Doppelwand der Feuerbüchse zum Verdampfen des Wassers im Kessel, vom Überhitzer, vom Speisewasservorwärmer und vom Verbrennungsluftvorwärmer in der Rauchkammer genutzt.[7]

Ausgeführte Lokomotiven

Die Technik der Hochdruckdampflokomotive wurde in Deutschland, Großbritannien, Frankreich, der Schweiz, Kanada und in den USA erprobt.

Die ausgeführten Lokomotiven können von der angewandten Technik in vier Gruppen eingeteilt werden:[8]

  1. Lokomotiven mit reinem Wasserrohrkessel
  2. Lokomotiven mit einer Wasserrohr-Feuerbüchse und einem klassischen Langkessel
  3. Lokomotiven mit Zweidruckkessel nach Schmidt-Hartmann, wo ein geschlossener primärer Dampfkreislauf in einem Wärmetauscher Prozessdampf erzeugt
  4. Lokomotiven mit Zwangsumlaufkessel

Deutschland

In Deutschland sind drei Versuche mit Hochdrucklokomotiven bekannt; es handelt sich um die H 17 206 (Ausführung nach Gruppe 3), die H 02 1001 (Ausführung nach Gruppe 4 mit Löffler-Kessel) und die H 45 024 (Ausführung nach Gruppe 4 mit Velox-Kessel). Alle Lokomotiven kamen über den Versuchsstatus nicht hinaus.

Schweiz

In der Schweiz stellte die Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik 1927 eine Lokomotive mit Röhrenkessel und 60 atm Kesseldruck her. Diese Tenderlokomotive der Bauart Eb 3/5 wurde zwischen 1928 und 1931 ausführlich getestet und erbrachte gegenüber der Heissdampf-Personenzuglokomotive SBB B 3/4 bis 50 Prozent Wasser- sowie bis zu 40 Prozent Kohleersparnis.[9][10] Dies blieb eine Versuchslokomotive.

Tabelle aller ausgeführten Hochdruck-Lokomotiven

LandBahnBaureiheNummerKesselDruckBaujahrHerstellerBauartAusführungGruppeBild
Vereinigtes Konigreich UKLNERKlasse W10000Yarrow-Kessel

mit fünf Trommeln

31 bar1929Darlington Works2’C11’ h4vKolbendampflok1Engine 10000 (Wonder Book of Engineering Wonders, 1931).jpg
Vereinigte Staaten USAD&H1400

Horatio AllenA)

Mühlfeld-Kessel28 bar1924Alco1’D h2vKolbendampflok2Delaware & Hudson RR high-pressure locomotive Nr. 1400 Horatio Allen.jpg
Vereinigte Staaten USAD&H1401

John B. JervisB)

Mühlfeld-Kessel28 bar1927Alco1’D h2vKolbendampflok2D H 1401.jpg
Vereinigte Staaten USAD&H1402

James ArchibaldC)

Mühlfeld-Kessel34 bar1930Alco1’D h2vKolbendampflok2D H 1402.jpg
Vereinigte Staaten USAD&H1403

L.F. LoreeD)

Mühlfeld-Kessel35 bar1933Alco2’D h4vKolbendampflok2Delaware & Hudson RR high-pressure locomotive Nr. 1403 L.F. Loree.jpg
Vereinigte Staaten USANYCHS-1a800Schmidt-Henschel-Kessel108 bar1931Alco2’D2’ h3vKolbendampflok3NYC HS-1a 800.jpg
Vereinigtes Konigreich UKLMS6399 FurySchmidt-Henschel-Kessel110 bar1929North British2’D h3vKolbendampflok36399 Fury (Wonder Book of Engineering Wonders, 1931).jpg
Kanada KanadaCPRT4a8000Schmidt-Henschel-Kessel93 bar1930CPR Angus Shop1’E2’ h3vKolbendampflok3CPR Class T4a Nr 8000 High Pressure Steam Locomotive.jpg
Frankreich FrankreichPLM241 B1Schmidt-Henschel-Kessel108 bar1929Henschel2’D1’ h4vKolbendampflok3PLM 241 B 1.jpg
Deutschland DeutschlandDRGH 17206Schmidt-Henschel-Kessel90 bar1925Henschel2’C h3vKolbendampflok2Deutsche Hochdruklokomotive H17 206.jpg
Deutschland DeutschlandDRGH 021001Löffler-Kessel120 bar1945Schwartzkopff2’C1’ h3vKolbendampflok4H02-1001s.jpg
Schweiz SchweizSLMEb 3/5keineWinterthur-Kessel60 bar1927SLM1’C1’ h3tDampfmotorlok1SLM Hochdrucklokomotive.JPG
Frankreich FrankreichSNCF232 P1Winterthur-Kessel60 bar1936SACM

Fives-Lille

Schneider

SLM

2’Co2’ h18Dampfmotorlok1Dampfmotor-Hochdrucklokomotive SNCF 232 P 1.jpg
Deutschland DeutschlandLBEIDM 22Doble-Kessel120 bar1934HenschelBRangierlok4LBE DM 22.jpg
Vereinigtes Konigreich UKLMS7192Doble-Kesselunbekannt1934SentinelBRangierlok4LMS 7192 Sentinel.jpg
Frankreich FrankreichPLM230 E93Velox-Kessel20 bar1937CEM2’C h4v

+ 3

Kolbendampflok4SNCF 230 E 93.jpg
Russland RusslandRZDВ501Ramsin-Kessel80 bar1937KolomnaBo’2’Dampfmotorlok4Parovoz V5.jpg
Deutschland DeutschlandDRH 45024La Mont-Kessel42 bar1951VEB Lokomotivbau Karl Marx Babelsberg

VEB Meeraner Dampfkesselbau

1’E1’ h3vKolbendampflok4
Bundesarchiv Bild 183-09876-0003, Kohlenstaublok H45024.jpg
(c) Bundesarchiv, Bild 183-09876-0003 / CC-BY-SA 3.0
Kolumbien KolumbienFCN(3 Stück)Woolnough-Kessel38,51933SentinelCo’Co’ h12vDampfmotorlok1Sentinel columbia.jpg

Erklärung zu den Namen der D&H-Lokomotiven:

A Horatio Allen: Oberingenieur der D&H, der die erste Lokomotive der Bahn, die Stourbridge Lion aus England importierte
B John B Jervis: Erster Oberingenieur der D&H, der den Bahnbetrieb entwarf. Ingenieur der ersten in den USA gebauten Dampflokomotive
C James Archibald: Oberingenieur der D&H in den 1830er-Jahren
D L.F. Loree: Präsident der D&H von 1907 bis 1938

Literatur

  • Wolfgang Stoffels: Lokomotivbau und Dampftechnik: Versuche und Resultate mit Hochdruckdampflokomotiven, Dampfmotorlokomotiven, Dampfturbinenlokomotiven. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-0348-5877-9 (books.google.com).
  • Hans-Dieter Häuber, Dierk Lawrenz: Schwartzkopff-Lokomotiven 1867–1945, Steiger-Verlag Moers, ISBN 3-921564-75-1.

Einzelnachweise

  1. Wolfgang Stoffels: Lokomotivbau und Dampftechnik: Versuche und Resultate mit Hochdruckdampflokomotiven, Dampfmotorlokomotiven, Dampfturbinenlokomotiven. S. 37–38.
  2. P. Ransome-Wallis: Illustrated Encyclopedia of World Railway Locomotives. Courier Corporation, 2013, ISBN 978-0-486-14276-0, Steam locomotives using very high pressure, S. 464 (englisch, google.com [abgerufen am 14. Oktober 2018]).
  3. Eisenbahn-Lehrbücherei der Deutschen Bundesbahn Band 134 Dampflokomotivkunde 2. neubearbeitet Auflage 1959 2. Reprint 1983 Seite 287
  4. Stoffel, S. 25
  5. P. Ransome-Wallis: Illustrated Encyclopedia of World Railway Locomotives. Courier Corporation, 2013, ISBN 978-0-486-14276-0, Steam locomotives using very high pressure, S. 464 (englisch, google.com [abgerufen am 14. Oktober 2018]).
  6. Wolfgang Stoffels: Lokomotivbau und Dampftechnik: Versuche und Resultate mit Hochdruckdampflokomotiven, Dampfmotorlokomotiven, Dampfturbinenlokomotiven. S. 71–72.
  7. Wolfgang Stoffels: Lokomotivbau und Dampftechnik: Versuche und Resultate mit Hochdruckdampflokomotiven, Dampfmotorlokomotiven, Dampfturbinenlokomotiven. S. 47–48.
  8. P. Ransome-Wallis: Illustrated Encyclopedia of World Railway Locomotives. Courier Corporation, 2013, ISBN 978-0-486-14276-0, Steam locomotives using very high pressure, S. 464 (englisch, play.google.com [abgerufen am 14. Oktober 2018]).
  9. Alfred Moser Der Dampfbetrieb der Schweizerischen Eisenbahnen 1847–1966 4. Ausgabe S. 266–267
  10. Schweizerische Bauzeitung Band 91 (1928), Heft 22, S. 265 e-periodica.ch und Band 97 (1931), Heft 24, S. 297 e-periodica.ch

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Flagge des Vereinigten Königreichs in der Proportion 3:5, ausschließlich an Land verwendet. Auf See beträgt das richtige Verhältnis 1:2.
Flag of Switzerland within 2to3.svg
Die quadratische Nationalfahne der Schweiz, in transparentem rechteckigem (2:3) Feld.
CPR Class T4a Nr 8000 High Pressure Steam Locomotive.jpg
Canadian Pacific Railroad high-pressure locomotive class T4a, No. 8000, built in 1931. Triple expansion with Schmidt-Henschel boiler. Closed ultra-high-pressure circuit only used for heating high pressure circuit: 1350 psi. High pressure circuit: 850 psi used for center cylinder. Low pressure circuit was steam from low pressure boiler and exhaust from center cylinder, which was used for the outer cylinders: 250 psi.
PLM 241 B 1.jpg
Ansichtskarte der Hochdrucklokomotive der PLM, Baureihe 241 B
D H 1401.jpg
Delaware & Hudson RR high-pressure locomotive freight locomotive John B Jervis, No. 1401, built in 1927
LMS 7192 Sentinel.jpg
Sentinel-Lokomotive Nr. 7192 der LMS mit Doble-Hochdruckkessel
Delaware & Hudson RR high-pressure locomotive Nr. 1403 L.F. Loree.jpg
Delaware & Hudson RR high-pressure locomotive freight locomotive L.F. Loree, No. 1403, built in 1933 – a triple expansion, 500 lbs. Steam pressure, with four cylinders, one of each of its four corners, one of which uses steam at 500 lbs pressure, one at 290 lbs and two at 145 lbs.
Dampfmotor-Hochdrucklokomotive SNCF 232 P 1.jpg
Dampfmotor-Hochdrucklokomotive SNCF 232 P 1 mit Winterhtur-Kessel
Boiler of Delaware & Hudson Railroad Nr 1400 high-pressure steam locomotive.jpg
Boiler of Delaware & Hudson Railroad Nr 1400 high-pressure steam locomotive
NYC HS-1a 800.jpg
New York Central Railroad high-pressure locomotive No. 800, built in 1931
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Delaware & Hudson RR high-pressure locomotive freight locomotive Horatio Allen, No. 1400, built in 1924
Deutsche Hochdruklokomotive H17 206.jpg
Ansichtskarte der deutschen Hochdrucklokomotive H17 206
Parovoz V5.jpg
Опытный паровоз В5
H02-1001s.jpg
Werksbild der Hochdruck-Dampflokomotive DR H 02 1001
6399 Fury (Wonder Book of Engineering Wonders, 1931).jpg
A Giant London Midland and Scottish Locomotive, N°6399 "Fury."
An improved "Royal Scot" type, with a boiler providing for three steam pressures (1,400 lb. per square inch, 900 lb., and 200 lb.).
Photo: Topical.
Engine 10000 (Wonder Book of Engineering Wonders, 1931).jpg
Engine 10000 (Wonder Book of Engineering Wonders, 1931).jpg
SLM Hochdrucklokomotive.JPG
Hochdruck-Lokomotive „Winterthur“ für 60 atm Kesseldruck
D H 1402.jpg
Delaware & Hudson RR high-pressure locomotive freight locomotive John B Jervis, No. 1402, built in 1930
Bundesarchiv Bild 183-09876-0003, Kohlenstaublok H45024.jpg
(c) Bundesarchiv, Bild 183-09876-0003 / CC-BY-SA 3.0
Es folgt die historische Originalbeschreibung, die das Bundesarchiv aus dokumentarischen Gründen übernommen hat. Diese kann allerdings fehlerhaft, tendenziös, überholt oder politisch extrem sein.
Kohlenstaublok H45 024 Illus Quaschinsky Gr-Nü 3.3.51 Leipziger Frühjahrsmesse vom 4. - 11-3-51. UBz: Kohlenstaublok.
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Hochdruck-Rangierlokomotive I DM 22 der Lübeck-Bürchener Eisenbahn. Man beachte den Schriftzug Dampf am Kühlergrill unterhalb des Henschel-Schriftzuges. Bild aufgenommen auf der Drehscheibe im östlichen Werksbereich der Hauptwerkstatt an der Kronsforder Landstraße.
Sentinel columbia.jpg
Six-engined Sentinel steam locomotive, metre gauge, for service in Colombia, South America. Picutre taken during trials in Belgium.
SNCF 230 E 93.jpg
Autor/Urheber: Autor unbekanntUnknown author, Lizenz: CC BY-SA 3.0
Prototype SNCF 230 E 93, ex PLM 230 2693.
Längsschnitt Schmidt-Henschel-Kessel der PLM 241B1 mit Legende in Deutsch.jpg
Längsschnitt Schmidt-Henschel-Kessel der Hochdrucklokomotive PLM 241B1