Schornstein (Lokomotive)

Der Schornstein ( im amerikanischen und kanadischen Englisch als „smokestack“ oder „ stack“ und im britischen Englisch als „funnel“ bezeichnet ^{[ 1 ]} ) ist der Teil einer Dampflokomotive, durch den der Rauch aus dem Kessel austritt . Auch der Abgasdampf der Zylinder wird typischerweise durch den Schornstein abgeleitet, um den Zug im Kessel zu verbessern. Schornsteine ​​sind so konstruiert, dass der Abgasdampf und der Rauch außerhalb des Sichtfelds des Lokführers abgeleitet werden und gleichzeitig niedrig genug sind, um darüberliegende Bauwerke nicht zu überragen. Einige Schornsteine ​​verfügen über Vorrichtungen zur Unterdrückung der Funkenbildung.

Der Schornstein befand sich üblicherweise am vorderen Ende der Lokomotive, oberhalb der Rauchkammer , also am weitesten vom Führerstand und Feuerraum entfernt . Die Schornsteine ​​der ersten Lokomotiven waren in der Regel hoch genug, um den durch Temperaturunterschiede bedingten Luftzug durch den Flammrohrkessel auch im Stillstand aufrechtzuerhalten. Nach dem Vorbild von Richard Trevithicks erster Lokomotive aus dem Jahr 1804 leiteten die meisten Konstruktionen die Dampfabgase der Zylinder jedoch nach oben durch den Schornstein, um in der Rauchkammer einen Unterdruck zu erzeugen und so den Luftstrom durch den Feuerraum während der Fahrt zu beschleunigen. ^{[ 2 ]}

Hohe Schornsteine ​​an Lokomotiven mit niedrigem Führerstand boten den zusätzlichen Vorteil, Rauch und kondensierenden Dampf oberhalb des Sichtfelds des Lokführers zu halten. Steigungsbeschränkungen im hügeligen Gelände erforderten Tunnel und Brücken, wodurch die Lichtraumprofilhöhe die Schornsteinhöhe begrenzte. Eine Erhöhung der Dampfaustrittsgeschwindigkeit beschleunigte sowohl den Luftstrom im Feuerraum als auch den Rauch, der höher über die Schornsteinspitze aufstieg. Um die gewünschte Geschwindigkeit im Schornstein zu erreichen, wurde der Dampf in den 1830er Jahren durch eine verengte Düse, das sogenannte Blasrohr , geleitet. Der Druckabfall in der Blasrohrdüse wurde vom für die Dampfkolben verfügbaren Kesseldruck abgezogen. Robert Stephenson schätzte, dass einige Lokomotiven durch den Gegendruck im Blasrohr die Hälfte ihrer Leistung verloren . ^{[ 3 ]}

Da Weiterentwicklungen im Kesselbau zu einer verbesserten Wärmeübertragungseffizienz führten , vergrößerten sich die Durchmesser der Blasrohre, um den Gegendruck zu reduzieren. Gleichzeitig wurden die Blasrohre kürzer und mündeten unterhalb des Schornsteins anstatt darin. Um 1848 ^{[ 3 ]} platzierte Ross Winans konische „Untermantelrohre“ über den Blasrohren , um den konvergenten Teil eines Venturirohrs zu bilden , wobei der Schornstein den divergenten Teil darstellte. ^{[ 4 ]} Ein besseres Verständnis kompressibler Strömungen förderte die Entwicklung ausgefeilterer Blasrohr- und Venturi-Schornsteinkonstruktionen. George Jackson Churchward , der bei der Great Western Railway in Swindon arbeitete , formulierte eine einfache Gleichung zur Berechnung der idealen Schornsteinabmessungen. Diese funktionierte in den ersten Jahren des 20. Jahrhunderts gut, verlor aber mit steigender Lokomotivleistung an Gültigkeit. André Chapelon in Frankreich setzte seine Arbeit an Schornsteinabmessungen fort und untersuchte diese zusammen mit den Blasrohrabmessungen als komplettes Abgassystem . Daraus entwickelte er sein berühmtes Kylchap -System, das weltweit in vielen Lokomotivbaureihen eingesetzt wurde. Auch nachdem der Einsatz von kommerziellen Dampflokomotiven in den meisten Industrieländern zu Ende gegangen war, arbeitete der argentinische Ingenieur Livio Dante Porta weiter an der Entwicklung von Abgassystemen für Dampflokomotiven und verfeinerte unter anderem Gleichungen, um bessere Schornsteinabmessungen zu erzielen.

In Großbritannien , wo Koks der gebräuchlichste Brennstoff war, wurden Lokomotiven häufig mit Schornsteinen aus Gusseisen gebaut , da diese langlebiger waren als Schornsteine ​​aus Blech . Frühe nordamerikanische Lokomotiven wurden oft mit Holz befeuert, wodurch große Mengen glühender Funken aus dem Feuerraum durch den Kessel transportiert und vom austretenden Dampf mit hoher Geschwindigkeit aus dem Schornstein geschleudert wurden. ^{[ 5 ]} Um die Anzahl der durch Funkenflug verursachten Brände zu reduzieren, wurden Funkenfänger zu einem gängigen Ausstattungsmerkmal von holzbefeuerten Lokomotiven. Die Schwierigkeit, komplexe Funkenfänger zu gießen, förderte die Fertigung von Blechschornsteinen für holzbefeuerte Lokomotiven. ^{[ 6 ]}

Frühe Funkenfänger bestanden lediglich aus Drahtgittern, die im Schornstein installiert wurden. Diese Gitter behinderten jedoch den Austritt von Rauch und Dampf aus dem Kessel. Zudem verringerten die im Gitter aufgefangenen Glutreste den verfügbaren Platz für den Dampfdurchgang weiter, und der Rauch und die Hitze der brennenden Glutreste schmolzen das Drahtgitter rasch. Um die Oberfläche des Gitters zu vergrößern und die Rauchgeschwindigkeit durch das Gitter zu verringern, sodass die Glutreste vom Gitter in Auffangbehälter fallen konnten, wurden die Schornsteinköpfe vergrößert. Als Reaktion auf eine Patentverletzungsklage aus dem Jahr 1857 erstellte Baldwin Locomotive Works eine Übersicht mit 57 verschiedenen Funkenfänger-Schornsteinkonstruktionen. ^{[ 5 ]}

Die gängigste Bauart war der sogenannte Haubenkamin. Die Haube bestand aus einem trichterförmigen Blechkegel, der über einen herkömmlichen zylindrischen Schornstein gestülpt wurde. Der untere, kleinere Teil des Kegels diente als Auffangbehälter für herabfallende Glut. Der obere Teil des Kegels verbarg einen inneren Kegel am oberen Ende des zylindrischen Schornsteins, der austretenden Dampf, Rauch und Glut nach außen gegen die Innenwände des äußeren Kegels lenkte. Die schwerere Glut sollte in den darunterliegenden Auffangbehälter fallen, während der leichtere Dampf und Rauch durch ein Drahtsieb über dem oberen, größeren Ende des äußeren Kegels nach oben strömten. Die Ablenkung der Glut begrenzte die Lebensdauer des Siebs typischerweise auf drei bis vier Wochen. Einige dieser Schornsteine ​​verfügten über eine Vorrichtung, mit der die gesammelte Glut in einen Teil der Rauchkammer, den sogenannten Unterschrank, fallen gelassen werden konnte. Anspruchsvollere Konstruktionen, wie beispielsweise die von Radley & Hunter, integrierten verschiedene Zentrifugaltrennbleche in die Haube. Mit der Ablösung von Holz durch Kohle wurde die Haube zu einem einfachen rautenförmigen Schornstein reduziert, der den inneren Ablenkkegel mit oder ohne oberen Drahtsieb, aber ohne Sammeltrichter aufnahm. ^{[ 5 ]}

Der aufgesetzte Schornstein wurde zu einem der markantesten Merkmale amerikanischer Lokomotiven des 19. Jahrhunderts. Zusammen mit dem großen, rechteckigen Ölscheinwerfer verlieh er ihnen ein imposantes Erscheinungsbild. ^{[ 5 ]} Viele Konstrukteure und Eisenbahngesellschaften hatten ihren eigenen, unverwechselbaren Stil, wie beispielsweise William Adams' „Ofenrohr“-Schornstein an der London and South Western Railway im 19. Jahrhundert oder die kupfergedeckten Schornsteine ​​der Great Western Railway .

Mit zunehmender Größe der Lokomotivkessel verringerte sich der Platz für die Schornsteine, da diese weiterhin in das gleiche Lichtraumprofil passen mussten . Dies beeinträchtigte die Wirksamkeit der Schornsteine ​​beim Schutz des Lokführers vor den Abgasen, weshalb Lokomotiven mit Vorrichtungen wie Rauchabweisern ausgestattet werden mussten .

• Doppelkamin

• Phillips, Lance (1965). Dort kommt der Zug . Cranberry, New Jersey: AS Barnes and Company. ISBN 0-498-06303-8Die
• Sears, Francis Weston; Zemansky, Mark W. (1964). Universitätsphysik (3. Aufl.). Reading, Massachusetts: Addison-Wesley Publishing Company.
• White, John H. Jr. (1979). Geschichte der amerikanischen Lokomotive (Dover-Ausgabe). New York: Dover Publications. ISBN 0-486-23818-0Die