Dampflokomotive (Bauart)
Nach Bauarten werden bei Dampflokomotiven ihre technischen Varianten und die Varianten ihres äußerlich formgebenden Aufbaus unterschieden.
"Standard"- und "Einheits-Lokomotiven"
Die heute noch in Deutschland anzutreffende Unterscheidung zwischen Einheitslokomotiven und Sonderbauarten ist bei internationaler Betrachtung nicht sinnvoll. In der über zweihundertjährigen Geschichte der Dampflokomotiven seit Beginn des 19. Jahrhunderts gibt es, bis ins 21. Jahrhundert, immer wieder mehr oder weniger erfolgreiche Versuche, den Aufbau von Dampflokomotiven zu optimieren. Wenn auch die ersten Dampflokomotiven in den verschiedenen Ländern und Kontinenten meistens Importmodelle waren, so gab es doch bald in allen technisierten Staaten eigene Weiterentwicklungen und eine eigene Industrie, die Dampflokomotiven baute. Dies führte zu einer großen Zahl von verschiedenen Bauarten und eine Standardbauart gab es höchstens vorübergehend im nationalen Zusammenhang.
So war der Bau der deutschen Einheitslokomotiven eine Episode von nur 34, wenn auch erfolgreichen, Jahren: 1925 wurden die ersten Maschinen der Baureihen 01 und 02 fertiggestellt, im Jahr 1959 beschaffte die Deutsche Bundesbahn die letzte Maschine der Baureihe 23. Insgesamt wurden 39 Einheitsbaureihen in Deutschland entwickelt.
Geschwindigkeit und Fahrstabilität
Die "Crampton"
Die "Crampton"-Dampflokomotive hat nur eine weit hinter dem Kessel angeordnete Treibachse mit großen Rädern von bis zu 2,15 m Durchmmesser (in Europa). Sie wurde 1843 von Thomas Russell Crampton erdacht. Er verfolgte die Absicht, die Nachteile der von Stevenson entwickelten "Long-Boiler" (Langkessel) zu vermeiden. Diese ragten vorne und hinten über die Achsen hinaus und neigten damit bei hohen Geschwindigkeiten zum Nicken und Entgleisen. Bei dieser Bauart ließen sich bei tiefer und damit stabiler Lage des Langkessels dennoch große Treibräder für hohe Geschwindigkeiten verwenden. Die Crampton hatte stets nur eine angetriebenen Achse.
In den USA baute W. Norris um 1847 für die Camden & Amboy Railroad 7 Maschinen dieses Typs mit einem Treibraddurchmesser von sogar 2,42 m. Der überlange Kessel wurde von sechs Laufrädern getragen. Lokomotiven der Bauart Crampton erreichten die für damalige Zeit unvorstellbare Geschwindigkeit von 120 km/h.
Nachteilig ist bei dieser Konstruktion, dass nur ein verhältnismäßig geringes Gewicht auf der angetriebenen Achse liegt. Damit ist auch die Zugkraft gering und die Treibräder neigen zum Schleudern (Durchdrehen). Dennoch war die Crampton zwischen 1850 und 1900 vor allem in Frankreich und auch in Süddeutschland (z.B. Lokomotive "Die Pfalz") mit einer Stückzahl von über 300 Lokomotiven sehr verbreitet.
Hochgeschwindigkeitslokomotiven
Stromlinienlokomotiven sind von Ihrer Bauart her meist normale Dampflokomotiven die jedoch für höhere Fahrgeschwindigkeiten vorgesehen sind und zur Verminderung des Luftwiderstands mit einer aerodynamisch günstigen Voll- oder Teilverkleidung versehen sind. Allerdings behindert die Verkleidung die umfangreichen Wartungsarbeiten und ist zudem erst bei Geschwindigkeiten jenseits von 150 km/h ausreichend wirksam. Diese wurden jedoch im Regelbetrieb mit Dampflokomotiven selten überschritten.
Teilweise wurde die Stromlinien-Bauart mit der Bauart der #Dampflokomotiven mit vorneliegendem Führerstand (Cab Forward) verknüpft.
Kurvengängigkeit und hohe Leistung
Bauart Mallet
Die "Mallet"-Dampflokomotive wurde 1884 von dem Schweizer Anatole Mallet entwickelt. Sie hat zwei eigenständige Fahrwerke. Das hintere Fahrwerk ist auf normale Weise mit dem Rahmen verbunden. Das komplette vordere Fahrwerk mitsamt einem eigenen Rahmen und eigener Kolbendampfmaschine ist dagegen beweglich über einen Drehzapfen mit dem Hauptrahmen der Lokomotive verbunden.
Mallet-Lokomotiven finden bzw. fanden Verwendung sowohl bei Berg- und Schmalspurbahnen als auch bei Vollbahnen im schweren Güterzugdienst. Hier wurden sie vor allem in den USA zu den größten jemals gebauten Dampflokomotiven. Charakteristisch für die Bauart Mallet ist auch die Arbeitsweise der Dampfmaschine mit Verbundwirkung. Bei der Harzer Schmalspurbahn befinden sich noch betriebsbereite Mallet-Lokomotiven (Stand 2004).
Bauart Triplex
In einer Erweiterung des "Mallet-Prinzips" bauten die amerikanischen Baldwin Locomotive Works' 1914 bis 1916 vier so genannte Triplex-Lokomotiven, die Erie Railroad Triplex (3 Stück) mit der Räderfolge 2-8-8-8-2 und die Virginian Railroad Triplex mit der Räderfolge 2-8-8-8-4. Diese waren prinzipiell Mallets, die unter dem Tender einen zusätzlichen Antriebssatz mit zwei Niederdruckzylindern besaßen. Diese Maschinen hatten allerdings das Problem, dass die Befeuerung der riesigen Kessel problematisch war. Da der Abdampf des Antriebssatzes unter dem Tender über einen zweiten Schornstein am Tender geführt wurde, stand er zwar zur Vorheizung des Kesselspeisewassers, nicht jedoch zur Zugentfachung am Blasrohr unter dem Rauchabzug zur Verfügung. Zudem war die Zugkraft dieser Triplex (sie sollten 640 50-Tonnen-Wagen ziehen können) größer als die Rahmen und Kupplungen der aneinandergehängten Wagen es zuließen. Sie waren vermutlich die zugstärksten je gebauten Dampflokomotiven, konnten ihre Zugkraft jedoch nur in sehr niedrigen Geschwindigkeitsbereichen erbringen. Triplex-Lokomotiven wurden daher kein Erfolg.
Bauart Meyer
Die Meyer-Lokomotive wurde beispielsweise von der Sächsische Maschinenfabrik, vorm. Richard Hartmann AG in Chemnitz gebaut. Sie hat, wie die Mallet-Lokomotive, zwei getrennte Fahrwerke, die aber beide kurvenbeweglich unter dem Hauptrahmen sitzen. Bei der Meyer-Lokomotive wird ebenso wie bei der Mallet-Lokomotive die Verbundwirkung angewandt.
Meyer-Lokomotiven im Einsatz findet man noch bei der Preßnitztalbahn.
Bauart Garratt
Der Name Garratt geht auf den Ingenieur Herbert William Garratt zurück, der zusammen mit der Firma Beyer, Peacock & Co. Ltd. in Manchester diese Bauart der Lokomotiven entwickelte. Die erste Garratt wurde 1909 für die North-East Dundas Tramway in Tasmanien gebaut.
Die "Garratt"-Dampflokomotive wurde unter der Anforderung entwickelt, auf kurvigen Schmalspur-Gleisen genügend Zugkraft für schwere Züge aufzubringen.
Dazu wurden Garratts mit zwei separaten Fahrwerken mit jeweils eigener Dampfmaschine gebaut. Das vordere Fahrwerk wurde unter einem vorausfahrenden Rahmen mit Wassertank montiert, das hintere Fahrwerk unter dem hinteren Tender mit einem weiteren Wassertank und dem Treibstoffbehälter. Der Kessel einschließlich dem Führerhaus stützte sich auf einem brückenartigen Rahmen mit dessen Enden über Drehzapfen auf den beiden Fahrwerken ab. Durch die tiefe Lage über dem Gleisbett sind, verglichen mit den Bauarten Mallet oder Meyer, sehr große Kesseldurchmesser möglich, die zu äußerst leistungsfähigen Maschinen auch im Bereich der Schmalspurbahnen geführt haben. Der Erfolg der Garratts ließ Konstrukteure bei Beyer Peacock von Super-Garratts mit jeweils einem Mallet-Triebwerkspaar unter jedem Tender träumen. Das Patent wurde erteilt, die Maschinen kamen allerdings nie über die Planungsphase hinaus.
Garratt-Loks waren vor allem in Afrika, Asien, Australien und Brasilien verbreitet. Hauptproduzent war Beyer, Peacock & Co. Ltd., worauf sich auch die häufig verwendete Bezeichnung Beyer-Garratt erklärt. Unter Lizenz bzw. nach Ablaufen des Patents wurden sie auch von anderen Herstellern gebaut, u.a. von den Henschel-Werken in Kassel oder bei Cockerill in Lüttich. Heute sind Garratts hauptsächlich bei Museumsbahnen im Einsatz, zum Beispiel bei der Welsh Highland Railway.
Bauart Fairlie
(Bitte ergänzen)
Getriebelokomotiven Bauart Hunslet, Shay, Climax und andere
Feld- und Waldbahnen hatten oft provisorisch schlecht verlegte, teils sogar aus runden Holzbohlen bestehende Gleise mit engen Kurven und steilen Steigungen. Unter diesen Bedingungen mussten alle Achsen angetrieben und die Lokomotiven klein und wendig sein.
Aus diesen Anforderungen entstanden Getriebelokomotiven bei der alle Achsen über Zahnradgetriebe angetrieben waren. Sie wurden vor allem bei der Holzgewinnung eingesetzt, bei denen Holzbohlen-Schienen verwendet wurden. Die Form der Räder war den Felgen von Kraftfahrzeugen ähnlich, die Reibung entsprechend gering.
Dampfmotorlokomotiven
Dampfmotorlokomotiven besaßen als Antriebsaggregat keine Dampfmaschine im eigentlichen Sinn, sondern schnelllaufende Dampfmotoren. Es gibt unter anderen folgende Bauarten von Dampfmotorlokomotiven: Bauart Shay, Bauart Climax und Bauart Heisler.
Henschel lieferte 1941 an die Deutsche Reichsbahn die Schnellzugdampflokomotive mit Einzelachsantrieb der Baureihe . Diese Lokomotive hatte die Achsfolge 1' D0 1'. Jede der 4 Treibachsen wurde von einem eigenen Zweizylinder V-Dampfmotor angetrieben. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit betrug 175 km/h, bei einem Treibraddurchmesser von nur 1250 mm. Die Lokomotive hatte eine Stromlinienverkleidung nach Art der Baureihe . Es wurde jedoch nur ein Exemplar dieser Lokomotive gebaut, die sich nach einigen anfänglichen Problemen sehr gut bewährt hat. Sie wurde während des 2. Weltkriegs durch Bombemsplitter beschädigt und nach dem Krieg im Herstellerwerk wieder instand gesetzt um danach als Kriegsbeute in die USA verbracht zu werden, wo sie auf Ausstellungen gezeigt wurde. Sie wurde nicht mehr in Betrieb genommen und 1952 verschrottet.
Unter die Rubrik Dampfmotorlokomotiven fallen auch Dampfturbolokomotiven als dampfturbomechanische oder dampfturboelektrische Lokomotiven. In den 1920ern und 1930ern gab es Versuche mit dem Einsatz mit dem stationär bereits erfolgreichen Dampfturbinenantrieb. Die Turbine setzt die Dampfkraft direkt in eine Drehbewegung um, wovon man sich eine höhere Leistung und einen niedrigeren Verbrauch versprach. Besonders verbreitet waren Versuche diverser europäischer Lokomotivenhersteller mit den Bauarten Zoelly (Schweiz) und Ljungström (Schweden). Um den Druckunterschied zwischen vor und hinter der Turbine zu erhöhen, wurden auf den Turbinenlokomotiven vielfach Abdampfkondensatoren eingesetzt, um die Effektivität der Lokomotive weiter zu steigern.
Neben dem direkten Antrieb der Achsen mittels der Dampfturbine gab es auch Versuchslokomotiven, welche die Turbinenkraft in elektrische Energie wandelte und Fahrmotoren antrieb. Nach dem 2. Weltkrieg wurden auch Überlegungen angestellt, den Dampf für die Turbine ähnlich wie in einem Kernkraftwerk mittels nuklearer Energie zu erzeugen. Die große Komplexität der Lokomotiven machten sie aber störanfällig und wartungsintensiv, so dass es zumeist bei den Versuchslokomotiven blieb.
Freie Sicht dem Lokführer
Camelback und andere Lokomotiven mit dem Führerstand in der Mitte
Bei Camelback-Lokomotiven (wörtlich übersetzt Kamelrücken) handelt es sich um einen Maschinentyp, der in den USA entwickelt wurde. Der Führerstand befand sich wie ein Sattel über dem Kessel. Dies hatte folgenden Hintergrund: Die Maschinen wurden mit Anthrazitkohle beheizt. Diese Kohle hat einen hohen Energiegehalt, gibt die Energie aber nur langsam ab. Deshalb brauchte man große Feuerrostflächen und damit eine große Feuerbüchse. Der Lokführer hätte nur schwer um sie herum auf die vor ihm liegende Strecke sehen können.
Was den USA recht ist, ist den Europäern billig: ab 1884 baute die belgische Firma Cockerill drei Lokomotiven mit dem Führerstand in der Mitte. Das in Belgien gültige Lichtraumprofil ließ allerdings einen Führerstand über dem Kessel nicht zu. Also baute man ihn auf die rechte Seite des Kessels, was wiederum den Blick auf die linke Seite der Strecke stark einschränkte. Die Rostfläche betrug bei diesen Lokomotiven 6,7 m², die Feuerbüchse wurde durch 2 Heizer über 3 Feuertüren beschickt. Die Heizer und der Lokführer verständigten sich über ein Sprachrohr. Den Maschinen war kein entscheidender Erfolg beschieden, erst wurden sie zu einem etwas konventionelleren Format umgebaut. Die letzten beiden Maschinen wurden während des ersten Weltkriegs abgebrochen.
Dampflokomotiven mit vorneliegendem Führerstand (Cab Forward)
Um eine freie Sicht auf die Strecke zu gewährleisten gab es allerdings eine noch konsequentere Lösung als die Camelback und das war die Lokomotive mit vorneliegendem Führerstand. Dies ließ sich auf zwei Arten bewerkstelligen: Entweder man drehte die komplette Maschine einfach um, oder Feuerbüchse und Heizerstand befanden sich hinten, denn eins ist klar: Der Tender bleibt hinten.
Klar? Die Italiener lösten es anders. Sie bauten mit der GR 670 und der GR 671, Tenderlokomotiven, die Stückkohle als Brennstoff in Kohlekästen neben und über der Feuerbüchse transportierten. Im Tender befand sich der Wassertank. Auch diese Konstruktion ließ sich noch verbessern, so hatte die GR 672 im Tender eine Franco-Crosti-Speisewasservorwärmung. Die GR 670 und ihre Nachfolgerinnen waren von 1900 bis 1940 erfolgreich in Betrieb.
Auch in Deutschland baute man einige wenige Modelle mit vorneliegendem Führerstand, die ersten in Preußen. Es handelte sich um die S9 561, die S9 562 und die T16, die alle um 1904 von Henschel & Sohn gebaut wurden. Sie besaßen eine hintenliegende Feuerbüchse. Keiner von Ihnen war größerer Erfolg beschehrt, die T16 wurde vor Ihrer Inbetriebnahme wieder abgerissen.
Teilweise wurde die Bauart des vorn liegenden Führerstandes mit der Stromlinien-Bauart verknüpft, so auch mit der deutschen 05 003. Dies war eine "umgedrehte" Schnellzuglokomotive, bei der sich der Tender hinter der Lokomotive befand. Da das Deutsche Reich 1937 auf Lokomotiven nur Treibstoffe von deutschem Boden verwenden wollte, wurde die Lokomotive erst mit Braunkohle- dann mit Steinkohlestaub beheizt. Insbesondere der Steinkohlestaub konnte in der Feuerbüchse nicht vollständig verbrennen und wanderte reichlich durch die Rauchrohre, dann durch den Schornstein und sammelte sich zentimeterdick auf den Wagendächern. Eine Ölfeuerung hätte das Problem gelöst.
Die SP4-8-8-2 Cabforward der Southern Pacific Railroad in der Sierra Nevada in den USA sollte ganz andere Probleme lösen: 61 km Tunnel und Lawinengalerien mit schlechter Ventilation zwischen Truckey und Blue Canyon. Die kohlenstoffmonoxidhaltigen Rauchgase ließen den Lokführer auf konventionellen Dampflokomotiven nur mit Atemschutzgerät unbeschadet überleben. Die USA haben Öl, so baute man mächtige "umgedrehte" ölbefeuerte #Mallet-Lokomotiven mit dem Führerstand vorne und dem Rauchabzug hinten. Nun befand sich der Lokführer nicht mehr im Bereich der Abgase.
Weitere Konstruktionen mit dem Führerstand vorne war die Bauart Thuile (1900) in Frankreich und die Bulleid Leader, die in Großbritannien 1949 bis 1951 gebaut und getestet wurde.
Tramway- oder Kastenlokomotive
Auf Lokalbahn- und straßenbahnähnlichen Strecken kamen diese kleinen Lokomotiven zum Einsatz. Um die Betriebskosten zu reduzieren, wurden sie überwiegend in Ein-Mann-Bedienung gefahren. Da die Strecken häufig sehr enge Kurvenradien aufwiesen, hatten sie meist einen sehr kurzen Achsstand. Daher wurde ein stehender Kessel bevorzugt.
Auf Touristen- und Museumsbahnen stehen einzelne Fahrzeuge noch im Betrieb, z.B. bei der Chiemseebahn oder in den Niederlanden bei De Gooische Stoomtram.
Verbrauchs-Reduzierung
Mit Kondensationslokomotive versuchte man durch Kondensation aus dem Abdampf eine Rückgewinnung der Wärmeenergie und des Speisewassers.
Moderne Dampftechnik
Unter dem Motto modern steam baut die DLM AG im schweizerischen Winterthur, der vorerst letzte Hersteller von Dampflokomotiven Dampfmaschinen für Dampfschiffe und Dampflokomotiven.
Moderne Dampflokomotiven zeichnen sich durch erhöhte Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit aus. Sie sind in einzelnen Anwendungen (beispielsweise touristisch genutzte Zahnradbahnen) der Diesellokomotive sogar überlegen. Folgende Eigenschaften zeichnen die moderne Dampftechnik aus:
- Befeuerung mit Heizöl EL oder Dieselöl, rauchfreie Verbrennung, ein Heizer ist auf der Lokomotive nicht mehr notwendig;
- Vollisolation von Kessel, Dampfleitungen und Zylinder, dadurch kann die Lokomotive einige Zeit ohne Kesselbefeuerung stehen und ist schnell wieder einsatzbereit;
- die Verwendung von Rollenlagern statt der früher üblichen Gleitlager reduziert den Unterhaltsaufwand und schont die Umwelt, weil kein Mineralöl in die Umwelt tropft;
- die Lokomotiven können mit einer Wendezugsteuerung ausgestattet werden;
- Abgaswerte, die denen einer Diesellokomotive zu vergleichen, oder sogar günstiger sind was die Werte für Kohlenstoffmonoxid und Stickstoffoxide betrifft. Für Schwefel-IV-Oxid liegen die Werte etwas ungünstiger, zur Partikelemission gibt es noch keine vergleichende Aussage.
Die Technik hat sich in der Praxis bereits bei einigen neu gebauten Zahnradlokomotiven der Brienz-Rothorn-Bahn (Schweiz), der Montreux-Glion-Rochers-de-Naye-Bahn (Schweiz) und der Schafbergbahn (Österreich) bewährt. Versuche für Vollbahn-Lokomotiven mit moderner Dampftechnik werden auch mit der werkseigenen Umbaulok 52 8055 NG vorgenommen. Vollkommen neugebaute Vollbahn-Lokomotiven mit dieser Technik existieren noch nicht, werden aber angeboten.
Feuerlose Dampflokomotiven
Baulich der Dampflok ähnliche Pressluftlokomotiven und Speicherdampflokomotiven werden bevorzugt in Umgebungen mit Feuer- oder Explosionsgefahr, z.B. Kohlebergbau (Kohlestaubexplosionen) eingesetzt. Sie werden mit Druckluft oder Druckdampf von Außen "betankt". Eine selten eingesetzte Variante war die Natronlokomotive, die sich wegen ihrer Kompliziertheit nicht durchsetzte.
Dampflokomotiven mit elektrischer Dampferzeugung, die aus einer Oberleitung gespeist wurden zeitweise in der Schweiz zu Zeiten des Zweiten Weltkrieges verwendet. Da Kohlen teuer und Elektrizität aus Wasserkraft in der Schweiz billig war, wurden einige kleine Rangierlokomotiven zusätzlich zur Kohlebefeuerung mit einer aus dem Fahrdraht gespeisten Widerstandsheizung versehen.
Fowler's Ghost war eine "emissionsarme" Dampflokomotive für die Londoner U-Bahn, die in den Tunnelabschnitten mit heißen Ziegeln beheizt werden sollte (die Lokomotive wurde von Robert Stephenson & Co. 1861 gebaut, die Versuche mit der Maschine misslangen und wurden bald wieder eingestellt).