Die abgeleiteten Steuerungen von Dreizylinderlokomotiven

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  • Hallo,



    Im ersten Teil habe ich über die englische Gresley-Steuerung geschrieben.


    Nun zu den deutschen Varianten.


    Die ersten Überlegungen der Steuerungsableitung von den äußeren Zylindern bei Kurbelstellungen von 120° wurden bereits im Jahre 1887 von einem Professor Madamet der französischen Marine-Ingenieurschule vorgeschlagen.


    Der Geheime Regierungsrat Professor Obergethmann der Technischen Hochschule Charlottenburg hat etwa seit 1908 Aufgaben dazu für Diplomprüfungen durchführen lassen und die Lösungen ausgestellt. Die erste Veröffentlichung dazu hat er in einem Artikel in der Zeitschrift „Glasers Annalen für Gewerbe und Bauwesen“ No. 890 vom 15.07.1914 gemacht.


    Dort beschreibt er 5 verschiedene Ausführungen mit sehr viel Theorie, vor allem Leistungs- und Verbrauchsberechnungen. Der Massenausgleich wird auch ausführlich behandelt. Es gab aber offensichtlich keine Patentanmeldungen.
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    Dabei ist auch die Ausführung mit den waagerecht liegenden Hebeln, die bei der preußischen S 10.2 angewendet wurde. Diese Lokomotive wurde aus der S 10.1 Baujahr 1914 im gleichen Jahr von der Stettiner Maschinenbau-Aktiengesellschaft Vulkan entworfen und gebaut.
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    Je ein im Verhältnis 1:2 geteilter Hebel wird von den äußeren Schieberkreuzköpfen angetrieben. Die lange Seite wirkt auf eine gleichschenkligen Hebel, der auf der Schieberschubstange des Innenzylinders drehbar befestigt ist. Damit wird die Bewegung der äußeren Schieber jeweils halbiert und dann am Innenzylinder wieder zusammengesetzt, um den vollen Schieberhub zu erhalten. Die Kurbelstellung ist 120°, da alle drei Zylinder in einer Ebene liegen und damit die erste Achse gemeinsam antreiben. Alle drei Schieberwurden auf gleichmäßiges Voreilen bei 40% Füllung für die Vorwärtsfahrt eingestellt.


    Die S 10.2 war unter der Bezeichnung BR17.2 bis 1948 bei der DBim Dienst.



    Im Jahr 1917 wurde durch die Lokomotivbauanstalt Henschel & Sohn in Cassel die 1E-Dreizylinder–Heißdampf–Güterzuglokomotive Gattung G 12 entworfen und gebaut.


    Die drei Zylinder arbeiten auf die dritte Kuppelachse, wobei der Innenzylinder 100mm höher liegt.Darum konnte die relativ einfache Steuerung der S 10.2 nicht angewendet werden. Die Kurbelstellung der Außenzylinder ist 120°, die rechte Kurbel steht zur Innenkurbel unter 132°21‘, zur linken Kurbel 107°39‘.
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    Die Steuerung des Innenzylinders wird hier über zwei waagerecht liegende Wellen abgeleitet. Die untere, auf dem Rahmen gelagert, wird vom rechten Schieber bewegt. Die darüberliegende Welle ist durch zwei Hebel gelagert, die mit der unteren verbunden sind und wird durch den linken Schieber bewegt. An der obenliegenden well ist ein Hebel angebracht, der den Schieber des Innenzylinders betätigt. Hier ergibt sich, daß das Voreilen des Innenschiebers infolge der abgeleiteten Bewegung für alle Füllungsgrade veränderlich ist.


    Auf Grund der Masse der obenliegenden Welle war diese Steuerung nicht für Schnellzuglokomotiven geignet. Die G 12 war aber so erfolgreich, daß sie auch von anderen Länderbahnen mit wenigen Veränderungen nachgebaut wurde. An den Nachbauten waren fast alle 20 deutsche Lokomotivfabriken beteiligt.


    Es ist an dieser Stelle nicht möglich, die vielen Varianten und Weiterentwicklungen dieser Maschine zu beschreiben. Auch die G 8.3 ( BR 56.1), eine Ausführung mit einer Kuppelachse weniger, gehört dazu. Davon hat H. Lehmann ein sehr detailgetreues 5 Zoll-Modell gebaut.



    Die sächsische Dreizylinderlokomotive XVIII H hat eine ganz andere Geschichte. Mit nur 10 bei der Sächsischen Maschinenfabrik Chemnitz (vorm. R. Hartmann) gebauten Einheiten (1917 – 1918) war sie zum Ende der Länderbahnzeit nur eine Splitterbaureihe.


    Nach aufwändigen Vorbereitungen wurde entschieden, eine Dreizylinder-Lok mit Einachsantrieb zu bauen. Damit stand fest, daß der Innenzylinder ebenfalls höher lag, Antriebsachse war die zweite Kuppelachse. Die Frage nach den Kurbelwinkeln kann nicht beantwortet werden. Auf der Kopie der Originalzeichnung „Anordnung der Steuerung für den Innenzylinder“ist zwar der Kurbelkreis mit jeweils 120° gezeichnet, der dazugehörige Text ist aber nicht lesbar. Eine Zeichnung der Treibachse war nicht zu beschaffen.


    Die Steuerung mit den beiden horizontalen Wellen wurde stark verändert, so daß sie für hohe Geschwindigkeiten geeigneter war. Damit entstanden aber mehr Gelenkverbindungen, die bei steigender Abnutzung auch mehr Probleme der Dampfverteilung machten.


    Die folgende Konstruktion gehört zu einem Modell im Maßstab 1.30,5 für die 45mm Spur.


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    In dem Bild ist die Halterung (schwarz) und der Hebel (grün) zur Hälfte geschnitten, um die Teile besser sehen zu können.


    Die Hebel an den äußeren Schieberkreuzköpfen treiben je eine Welle an, diese Bewegungen werden an dem Hebel (braun) vereinigt und der ungleichschenklige Hebel (grün), Verhältnis 1:2, überträgt die Bewegung über die Stangen (rot) auf die Schieberstange des Innenzylinders. Es sind also schon zwei Wellenebenen vorhanden, einmal die beiden grauen Wellen mit den äußeren Hebeln und die schwingende Welle des braunen Hebels.


    Interessant ist, daß die Stangen, die den braunen Hebel antreiben, ungleich lang sind (Differenz 72mm). Auch ist der braune Hebel etwas gekröpft. Vielleicht hängt es mit dem Ausgleich des Kurbelwinkels zusammen, ich habe es noch nicht herausgefunden.


    Die Bemühungen, diese Steuerungsbauart betriebssicher zu machen zeigt sich auch in den großzügig bemessenen Bauteilen. So haben die beiden Wellen mit den äußeren Hebeln einen Durchmesser von 107mm und 105mm und die Bolzen der Gelenke 75mm.


    Die Probleme mit der abgeleiteten Steuerung des Innenzylinders waren bei der G 12 und der XVIII H die gleichen. Bei Füllungen bis etwa 50% und Geschwindigkeiten von ca. 40-50 km/h gab es einen deutlichen Steuerungsfehler. Da aber beide Lokomotiven insgesamt gute Konstruktionen waren, wurden die Steuerungen lange Zeit so belassen. Bei der Rekonstruktion der BR 58 (G12) wurde dann doch auf direkte Ansteuerung des Innenzylinders geändert. Eine Rekonstruktion der BR 18.0 (XVIII H) wurde zwar beraten, aber nicht mehr durchgeführt.


    Die XVIII H war unter der Bezeichnung BR 18.0 bis 1967/68 bei der DR im Dienst.


    Die Begründungen für die Entwicklung und den Bau der Dreizylinderlokomotiven mit abgeleiteter Steuerung sind bei den beiden Eisenbahnverwaltungen unterschiedlich.


    Die preußische Eisenbahnverwaltung hatte um 1914 Sorgen wegen der Bruchanfälligkeit der doppelt gekröpften Treibachsen der ihrer Vierzylinderlokomotiven, u.a. auch der S 10.1 Bj.1914. Bei diesen Achsen wurden die Kröpfungen aus dem ganzen Block geschnitten und dann um 90° verdreht. Die so gefertigten Achsen waren relativ bruchanfällig. Seit etwa 1913 gab es dann ein Schmiedeverfahren (Krupp).


    Da man dieser Herstellung noch nicht traute, suchte die preußische Verwaltung eine andere Lösung mit der Dreizylinderlokomotive. Weiterhin sah man niedrigere Beschaffungs- und Unterhaltskosten sowie das gleichmäßigere Anfahrdrehmoment gegenüber einer Vierzylindermaschine.


    Bei der sächsischen Staatsbahn hingegen war ein wichtiges Argument die gute Anfahrbeschleunigung wegen der eigentlich kurzen Entfernungen zwischen den Bahnhöfen in Sachsen. Außerdem konnte man auf die Erfahrungen mit der S10.2 und der G 12 in Preußen zurückgreifen.


    Die Entwicklung der Dreizylinderlokomotiven mit abgeleiteter Steuerung ist technisch sehr interessant und anspruchsvoll. Es gab eben viele Versuche, für festgelegte Anforderungen eine geeignete Lokomotive zu konstruieren. Man muß immer auch die Zusammenhänge sehen, warum so etwas entwickelt wurde. Bei den späteren Einheitslokomotiven ging man von den abgeleiteten Steuerungen ab und baute für den Innenzylinder eine eigene Steuerung mit der Ableitung durch die doppelte Gegenkurbel. Das wurde ja schon in vorherigen Beiträgen dargestellt.


    Übrigens habe ich festgestellt, daß die Eisenbahnfachleute und Buchautoren zu dieser Entwicklungsrichtung der Schnellzuglokomotiven durchaus unterschiedlicher Meinung waren. Das macht so eine Beschreibung nicht einfacher.
    Deswegen möge man mir kleine Ungenauigkeiten verzeihen.


    Ich freue mich auch, gerade jetzt die Beschreibung der Steuerung für die badische Vierzylinderlok von Gerhardt lesen zu können.



    Schönen Sonntag noch


    Michael


    P.S. ich hoffe, jetzt sind die Bilder da.

  • Interessant ist, daß die Stangen, die den braunen Hebel antreiben, ungleich lang sind (Differenz 72mm). Auch ist der braune Hebel etwas gekröpft. Vielleicht hängt es mit dem Ausgleich des Kurbelwinkels zusammen, ich habe es noch nicht herausgefunden.

    In meinen Augen sehen alle 3 linken Hebel gleich lang aus, und alle 3 rechten. Damit wäre doch alles wieder praktisch ausgeglichen. Durch den Längenunterschied wird m.E. die Neigung der beiden Stangen reduziert, die zum braunen Hebel führen. Falls es keine anderen Gründe dafür gibt, die dringender sind, aber da sehe ich gerade nichts.


    Du meintest doch die Hebel, oder?

    Ich kann warten...

    Actually waiting for Independence Day (2019-04-01)...

  • Hallo Stephan,


    da habe ich wohl Probleme, das Bild richtig zu erklären. Das ist aber auch schwierig.


    Die grauen, senkrecht an den Wellen angebrachten Hebel sind alle gleich lang.
    Also, ich meine die beiden jetzt blau und lila gekennzeichneten Stangen.
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    Die blaue, rechts, ist 472mm lang. Die lila,links, ist 544mm lang. Der braune Doppelhebel, an dem die beiden vorgenannten angreifen, ist um etwa 22° zur linken Stange gekröpft. Abstand der Gelenke 250mm.
    Das einzige lesbare Stückchen Text auf der Zeichnung der Kurbelstellungen heißt „Drehung der Treibkurbeln…..“. Mehr ist nicht zu lesen, nicht einmal die Drehrichtung.
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    Wenn wir von der üblichen Richtung im Uhrzeigersinn ausgehen, ist die Reihenfolge rechts-links-mitte.
    Ich kann mir zur Zeit noch keinen theoretischen Reim darauf machen, welchen Grund der o.g. Längenunterschied und die Kröpfung haben. Wenn die Jungs damals vor 100 Jahren in der Sächsischen Maschinenfabrik damit tatsächlich die Winkelstellung des Innenzylinders ausgeglichen haben, kann man über diese konstruktive Lösung nur staunen. Warum aber das nicht mit veränderten Kurbelstellungen gemacht wurde, läßt sich nicht mehr nachvollzihen.
    Vielleicht könnte man im CAD-Programm die äußeren Schieberstangen verstellen und die mittlere Stange messen werden. Wer aber selbst mit CAD arbeitet, kann den Aufwand dafür einschätzen.


    Eigentlich habe ich mir vorgenommen, die sächsische XVIII H im Maßstab 1:30.5 mit dieser Steuerung auch zu bauen. Vielleicht komme ich dann dahinter.
    Viel Erfolg beim Knobeln
    Michael

  • Also soweit ich mich da jetzt reingedacht habe, müßte man die Hebelarme des braunen Hebels unterschiedlich lang machen, um eine von 120° abweichende Phasenlage des mittleren Schiebers zu erhalten.
    Die resultiernde momentane "Verkürzung" der Hebelarme des gezeigten braunen Hebels, wenn diese in Richtung einer Endlage stehen, ist nur vorübergehend, daher habe ich nicht den Eindruck, daß sie einen ausreichend vergleichbaren Effekt hat wie dauerhaft unterschiedlich lange Hebelarme.
    Um das ganz sicher zu wissen, kommt man aber wohl um eine Diagrammkonstruktion nicht herum.


    Ich traue den Leuten damals durchaus zu, daß sie das gut gelöst haben könnten, aber es gab auch manchmal m.W. weniger gute Auslegungen. Von dieser Seite her würde ich mich da auf nichts verlassen.


    Für mich wäre es auf jeden Fall das Naheliegendste, die Lage des mittleren "Treibzapfens" im passenden Winkel zu machen. Vielleicht gab es ja irgendwelche ganz pragmatischen Gründe innerhalb der Herstellerfirma, das anders zu machen.

    Ich kann warten...

    Actually waiting for Independence Day (2019-04-01)...

  • Hallo Michael.


    da hilft wohl nur eine Kontaktaufnahme bei den Ulmer Eisenbahnfreunden ( Bitte melden Sie sich an, um diesen Link zu sehen. ), denn dort ist die einzige betriebsfähige G12.1 seit Jahren erfolgreich im
    Einsatz.
    An den Zeichnungen tue ich mich auch schwer, alle offenen Fragen beantworten zu
    können.
    Beim Henschelmuseum in Kassel ( Bitte melden Sie sich an, um diesen Link zu sehen. ) dürfte weiteres


    Material einsehbar sein.
    Zur sä. XVIII H (BR 18.0 ) kann man den kompletten Zeichnungssatz im Archiv
    des Verkehrsmuseums Dresden einsehen.


    Gruß, Dirk

    M.A. Verick:
    Die gefährlichsten Massenvernichtungswaffen sind die Massenmedien. Denn sie zerstören den Geist, die Kreativität und den Mut der Menschen, und ersetzen diese mit Angst, Misstrauen, Schuld und Selbstzweifel.

  • Hallo Dirk,
    danke für die Hinweise.
    Ich suche eigentlich keine Pläne und Literatur mehr. Ich wollte nur die Funktionsweise der unterschiedlichen Steuerungsableitungen darstellen.


    Zu den Plänen der XVIII H:
    Ich kenne die im Verkehrsmuseum Dresden einsehbaren Zeichnungen ( 5 große Ordner) und habe inzwischen 12 Kopien davon, die mich interessieren. An die im Depot lagernden Zeichnungen war es schon im letzten Jahr sehr schwierig, heranzukommen. Bei meinem letzten Besuch dort im Dezember wurde mir auch noch mitgeteilt, daß es in Zukunft nur in Ausnahmefällen möglich sein wird, in der Bibliothek und dem Archiv etwas zu suchen und zu kopieren (Geld-Personalproblem).


    Das Problem mit der Steuerung der XVIII H sind nicht die fehlenden Zeichnungen, die habe ich ja. Es gibt einfach keine Erläuterungen zur Kurbelstellung oder Begründung für die o.g. unterschiedlich langen Übertragungsgestänge. In den verfügbaren Büchern (Garbe, Metzeltin, Düring, Ebel, sowie die Zeitschriften "Die Lokomotive", VdI und Glasers Annalen ) sind die Erklärungen meist nur kurz und allgemein gehalten. Die beste Beschreibung gibt es noch bei J.U.Ebel "Sächsische Schnellzuglokomotiven".


    Da werde ich wohl irgendwann nach dem Rat von Stephan versuchen, das Ganze zeichnerisch zu ergründen.


    Schönen Tag noch
    Michael