Der Eisenbahnboom im 19. Jahrhundert. Einfluss der technischen Weiterentwicklung

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Die Entwicklung der Eisenbahn

3. Die Konstruktion der ersten Lokomotiven und Strecken

4. Die technischen Verbesserungen an den Zugmaschinen

5. Der Einfluss der Weiterentwicklung

6. Abschließende Bemerkungen

7. Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung Seite 5: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/41/SOK_und_Spurweite.png

Abbildung Seite 6: http://de.wikipedia.org/wiki/Ruhrbergbau#/media/File:Bochum_Rauendahler_Schiebeweg_Fa Fahrze.jpg

Abbildung 1 Seite 7: http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfmaschine#/media/File:Aeolipile_illustration.png

Abbildung 2 Seite 7: http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfmaschine#/media/File:Newcomens_Dampfmaschine_aus_ Meyers_1890.png

Abbildung Seite 8: http://www.leifiphysik.de/printpdf/4387 (Seite 1)

Abbildung Seite 10: http://www.leifiphysik.de/printpdf/4387 (Seite 3)

Abbildung 1 Seite 11: http://de.academic.ru/pictures/dewiki/78/Nicholas_Cugnots_Dampfwagen.jpg

Abbildung 2 Seite 11: http://en.wikipedia.org/wiki/London_Steam_Carriage#/media/File:Trevithicks_Dampfwagen.jj p

Abbildung Seite 13: http://www.newworldencyclopedia.org/entry/File:Salamanca_von_John_Blenkinsop.jpg

Abbildung Seite 14: http://de.wikipedia.org/wiki/Puffing_Billy,_Wylam_Dilly_und_Lady_Mary#/media/File:PuffiPu_ Billy_steam_engine.JPG

Abbildung Seite 15: http://de.wikipedia.org/wiki/Stockton_and_Darlington_Railway#/media/File:Erste_Fahrt.gif

Abbildung Seite 17: http://www.cs.mcgill.ca/~rwest/link-suggestion/wpcd_2008- 09_augmented/images/250/25092.jpg.htm

Abbildung Seite 18: http://de.wikipedia.org/wiki/George_Stephenson#/media/File:Stephenson%27s_Rocket.jpg

Abbildung Seite 20: http://de.wikipedia.org/wiki/Adler_%28Lokomotive%29#/media/File:Adler_nuernberg_991016 .jpg

Abbildung Seite 22: http://de.wikipedia.org/wiki/LDE_%E2%80%93_Saxonia#/media/File:Dresden_Saxonia.jpg

Abbildung Seite 23: http://www.preussenchronik.de/bild_jsp/key=bild_k_30.html

Abbildung Seite 24: http://dlok.dgeg.de/img_files/dk/dk-abb-007.jpg

Abbildung Seite 26: http://dlok.dgeg.de/img_files/dk/dk-abb-010.jpg

Abbildung Seite 27: http://hr.wikipedia.org/wiki/Pregrija%C4%8D#/media/File:Superheater.jpg

Abbildung 1 Seite 28: http://de.wikipedia.org/wiki/Borsig_%28Unternehmen%29#/media/File:Borsig.jpg

Abbildung 2 Seite 28: http://dlok.dgeg.de/img_files/br86schnitt.jpg

1. Einleitung

Der Eisenbahnboom stellt für das 19. Jahrhundert eine entscheidende Zäsur dar, in welcher Menschen zum ersten Mal eine Vorform heutiger Mobilität erleben durften. Durch das Vorhandensein günstiger Energie in Form der Steinkohle, die Gewinnung von höherwertigem Stahl zum Bau der Lokomotiven und Gleise sowie dem technologischen Know-how der Dampfmaschine wurde zum ersten Mal ein zuverlässiges Transportsystem für Personen und Güter errichtet, ohne welches die Grundlage der heutigen Moderne nicht geschaffen werden konnte. Viele Schriften drehen sich daher um den Gedanken, wie die Eisenbahn sich mit den anderen beiden Leitsektoren Stahl- und Kohleindustrie ergänzt hat, oder wie diese neue Mobilität sich sozial und wirtschaftlich auf das 19. Jahrhundert ausgewirkt hat. Allerdings sollen diese Erwägungen nicht der Hauptbestandteil dieser Arbeit sein, welche sich selbst mehr im Bereich der Technikgeschichte sieht. Daher soll vielmehr der technologische Aspekt des Eisenbahnbaus dargestellt werden mit seinen zahlreichen Detailverbesserungen z.B. an den Zugmaschinen selbst und dabei die Frage erörtert werden, wie stark der Anteil der Technologie zum schlussendlichen Erfolg des Eisenbahnbooms beigetragen hat.

Aus diesem Grunde ist diese Arbeit strukturell dreigeteilt. Zunächst erfolgt eine Schilderung, aus welchen Faktoren sich der Gedanke des Eisenbahnbaus überhaupt entwickelt hat. Danach werden die ersten Lokomotiven nach ihrer Bauweise vorgestellt. Dabei wird auch auf Aspekte wie erste Streckenverläufe oder Probleme bei der Fertigung eingegangen. Ein weiteres Merkmal ist die Trennung nach dem unterschiedlichen Ablauf in den verschiedenen europäischen Ländern. Aus gegebenem Anlass wird der Schwerpunkt dabei allerdings auf die deutsche Industrialisierung gelegt. Schließlich sollen die wichtigen technischen Verbesserungen an den Lokomotiven bis Anfang des 20. Jahrhunderts dargestellt werden. Dies ist die Ausgangslage, an der sich dann der Bezug zum Erfolg des Eisenbahnbooms messen lässt; und dies soll in einem abschließenden Fazit beleuchtet werden. Dies liegt darin begründet, dass sich diese Quellen mitunter viel exakter gezeigt haben als vergleichbare Werke in den Bibliotheken zu Würzburg und Frankfurt, da sich scheinbar im Internet eine sehr starke Fanbasis für Eisenbahnen befindet.

1.1 Anmerkung zur zweiten Fassung - Pufferküsser und das Internet

Eine erste Fassung dieser Hauptseminararbeit nahm als Quellenbezug hauptsächlich das Internet zur Hilfe, was auf der einen Seite Vorteile, aber gerade im wissenschaftlichen Bereich durchaus schwere Nachteile hat.

Die Vorteile liegen an der Masse der verfügbaren Informationen. Lokomotiven haben bis heute sehr viele Freunde, die als Gemeinschaft gerne als „Pufferküsser“ bezeichnet werden. Von diesen Eisenbahnfreunden werden liebevoll zahlreiche Webseiten gestaltet und gepflegt, welche eine schnelle und gründliche Informationssuche über das Thema Eisenbahn sehr einfach machen. Darunter finden sich auch viele fundierte Informationen auf hohem Niveau.

Die Nachteile dagegen liegen in der kaum möglichen Nachvollziehbarkeit der Quellen und der Verfasserschaft. Eine Information, welche nur im Internet verfügbar ist, kann sehr schnell geändert oder gelöscht werden, so dass der Bezug eines Zitates nicht mehr nachzuvollziehen ist. Zwar gibt es inzwischen spezielle Zitierweisen für Webseiten, welche z.B. das Datum der Publikation mitzitieren, aber diese sind auch nicht von großem Nutzen, wenn die Information nicht mehr verfügbar ist. In naturwissenschaftlichen Studiengängen, bei welchen dieses Problem sehr stark auftritt, behilft man sich, indem man Kopien der entsprechenden Artikel im Anhang auf einem Datenträger (z.B. CD-ROM mit Kopien im PDF-Format) beilegt. Des Weiteren sind die meisten Seiten im Internet anonym publiziert. Das Renommee des Verfassers oder sein Hintergrund sind damit unbekannt. In Deutschland muss zwar inzwischen jede Webseite ein Impressum haben. Dies gilt allerdings nicht für internationale Seiten.

So lange diese Probleme nicht gelöst sind, wird wissenschaftliches Arbeiten mit dem Internet stets problematisch sein. Verschiedene technische Lösungen (Archive, Snapshots) zeichnen sich dafür bereits ab.

Aus obigen Gründen wurde in der zweiten Fassung ein Großteil der bisherigen Internetzitate durch Sekundärliteratur in Buchform ersetzt.

2. Die Entwicklung der Eisenbahn

Für die Entwicklung der Eisenbahn waren insgesamt drei technologische Vorbedingungen nötig. Zunächst einmal der grundsätzliche Transport auf Schienen und damit die Entstehung der Normalspur, deren Verwendung durch Pferdebahnen im Kohlebergbau und als Voraussetzung die Erfindung der Dampfmaschine.

2.1 Die Schienen

Die Idee, Lasttransporte mittels Schienen oder Fahrspuren zu bewerkstelligen, ist nicht neu, sondern schon seit der Antike bekannt. Schon zu dieser Zeit hatte sich durch die Abnutzung auf den Straßen oder stark befahrenen, aber nicht befestigten Wegen Rillen im Oberflächenprofil ergeben, welche sich dann für nachfahrende Fuhrwerke in einer höheren Fahrstabilität ausgewirkt haben. Aus baulichen Maßnahmen hatten viele Fuhrwerke die gleiche Achsbreite, durch welche dieser Effekt zustande kam. Dieses Prinzip nutzte man dann im Bergbau, um Schienen für Loren oder Pferdebahnen zu erstellen. Dort waren die Schienen zunächst aus Holz, bis diese im späten 17. Jahrhundert z.B. in Coalbrookdale (Kohlemine, in der später Trevithick Versuchseisenbahnen baute) oder durch James Curr durch gusseiserne ersetzt wurden, was sich in vermindertem Wartungsaufwand und höherer Fahrstabilität niederschlug.

Als Spurweite setzte sich dabei bereits die heute allgemein verwendete Normalspur von 1435 mm durch. Dieses Maß bezeichnet den Abstand zwischen den beiden Innenkanten der Schiene. Stephenson übernahm diese Weite dann von den Pferdebahnen bei seinen ersten Lokomotiven.

Die These, dass sich eben genau dieses Maß direkt und unmittelbar von den Römern über die britische Besatzungszeit im 5. Jahrhundert bis hin zu den Pferdebahnen erhalten hat, kann nicht bestätigt werden. Allerdings war den Römern, wie weiter oben bereits erwähnt, das Prinzip der Fahrspur bekannt.

Die gusseisernen Schienen eigneten sich allerdings nicht für die Eisenbahn. Darauf soll aber in einem späteren Kapitel eigens eingegangen werden.

2.2 Die Pferdebahn

Um die Effizienz im Kohletransport innerhalb von Bergwerken zu erhöhen, wurden ab dem späten 17. Jahrhundert Grubenpferde eingesetzt, welche die abgebaute Kohle in Loren transportierten. Ein Pferd legte dabei an einem Tag beladen mit einer Tonne Kohle etwa 9 - 10 Meilen innerhalb des Bergwerks zurück¹.

2.3 Die Dampfmaschine

Die wichtigste Vorbedingung für die Entwicklung der Eisenbahn ist die Erfindung der Dampfmaschine, welche zum ersten Mal zu günstigen Preisen Bewegungsleistung in Form mechanischer Arbeit zur Verfügung stellte und damit wohl als wahre Initialzündung für die spätere Industrielle Revolution betrachtet werden kann.

Das Prinzip, Dampf in Bewegung umzusetzen, wurde bereits in der Antike von Heron von Alexandria in Form der Aeolipile oder den Heronsball entwickelt. Dies war eine Konstruktion mit zwei gegenüberliegenden abgewinkelten Ventilen, welche durch Erhitzung und den dabei austretenden Dampf in eine Rotationsbewegung trat. Allerdings war für diese frühe Maschine noch keine wirkliche technische Verwendung vorgesehen bzw. Heron erkannte diese Möglichkeit nicht. Jedoch zeigte sie, dass dem Dampf eine nutzbare Kraft innewohnt, und es dauerte bis in das 18. Jahrhundert, bis diese Idee wiederum aufgegriffen wurde.

Die erste für mechanische Arbeit verwendbare Dampfmaschine der Neuzeit wurde nach Versuchen von Papin (1690) und Savery (1692) in Form der atmosphärischen Dampfmaschine entwickelt und schließlich 1712 von Thomas Newcomen verbessert. Ebenso wie bei den anderen Vorbedingungen Pferdebahn und Schienen war auch der Kohlebergbau für diese Entwicklung maßgeblich.

Newcomen entwickelte die Maschine zum Abpumpen von Grubenwasser.

Wie in der Abbildung zu sehen, arbeitet die atmosphärische Dampfmaschine als Zweitakter. Der Dampf und das Ausgleichsgewicht drücken den Kolben nach oben. So dann wird kaltes Wasser zur Abkühlung hinzugefügt.

Aus dem daraus entstehenden Vakuum und dem äußeren Luftdruck entsteht eine Bewegung des Kolbens nach unten. Dies wird dann als Arbeitstakt verwendet, an welchem dann eine angeschlossene Pumpe bewegt werden kann. Das Prinzip dieser atmosphärischen Dampfmaschine stammt zwar von Papin, aber er konnte daraus keine funktionierende Maschine entwickeln. Dies lag daran, dass Papin den kompletten Vorgang im Dampfkessel durchführen wollte. Die Verbesserung Newcomens bestand darin, den Behälter mit dem Kolben von dem Dampfkessel abzutrennen. Dadurch entstand eine funktionierende Maschine, welche auch lange im Bergbau erfolgreich eingesetzt wurde.

Newcomens atmosphärische Dampfmaschine war zwar funktionell, hatte aber durch ihre Bauweise große Defizite. Ein Hauptproblem lag im niedrigen Wirkungsgrad. Dies bezeichnet die Umsetzung der investierten Energie in mechanische Arbeit. Der Wirkungsgrad von Newcomens Maschine lag knapp über einem halben Prozent² und war daher stark verbesserungsbedürftig. Diesem Problem nahm sich James Watt an, welcher oftmals zu Unrecht als Erfinder der Dampfmaschine bezeichnet wird. Allerdings war die neue Niederdruckdampfmaschine Watts eine starke Verbesserung zu vorherigen atmosphärischen Bauweisen und setzte sich europaweit durch.

Watts Hauptverbesserung war die Einführung eines externen Kondensators. Newcomens Maschine musste für die Generierung eines Vakuums kaltes Wasser einspritzen. Dies führte nicht nur zur Kondensation sondern kühlte auch den gesamten Zylinder ab. Daraus resultiert der oben erwähnte Energieverlust³. Bei Watt findet nun die Kondensation im externen Kondensator statt und produziert keinen Wärmeverlust im Zylinder. Des Weiteren wird eine Pumpe im

Kondensator verwendet um Luft und warmes Wasser abzusaugen. Das Wasser wird im Kreislauf später wieder hinzugefügt. Die Bewegung des Kolbens wird nun nicht mehr nur durch das Vakuum, sondern auch durch den Druckunterschied bewirkt. Wie bei einem modernen Ottomotor muss allerdings mit Einlass- und Auslassventilen gearbeitet werden, in diesem Fall zwischen Zylinder und Kondensator. Vorteile dieser Bauweise:

- Der Wirkungsgrad steigt im Durchschnitt auf 3%, was im Vergleich zur atmosphärischen Dampfmaschine ein sechsfaches der Leistung beträgt
- Der Kohleverbrauch sinkt auf 25% der atmosphärischen Dampfmaschine
- Eine kompaktere Bauweise bei gleicher Leistung ist möglich Diese oben beschriebene Methode stellt Watts „einfach wirkende“ Niederdruck- dampfmaschine dar, welche für Pumpbewegungen verwendet werden kann. Eine weitere Verbesserung, die vor allem dem Titel dieser Arbeit gerecht wird, ist allerdings die „zweifach wirkende“ Maschine. Der Unterschied besteht nun darin, dass man das Ausgleichgewicht zum Zurückfahren des Kolbens durch ein einen umschaltbaren Kondensator ersetzt. Man benutzt also nicht nur Kraft auf einem Weg, sondern bekommt zwei nutzbare Arbeitstakte in beide Richtungen. Durch eine Pleuelstange kann dies nun in eine kreisförmige Bewegung übertragen werden. Auf diesem Prinzip basiert die Fortbewegung, welche sich die Lokomotive einer Eisenbahn zunutze macht. Lokomotiven haben nicht Watts Niederdruckprinzip verwendet, sondern nur das Konzept der Pleuelstange mit zwei Arbeitstakten, welches Watt selbst auch als seine größere Leistung ansieht⁴.

[...]

¹ Roth, Das Jahrhundert der Eisenbahn, S. 29

² Leiter, Newcomens klappernde Ungetüme

³ Leiter, Die geniale Entwicklungen von Watt

⁴ Wikipedia, Eintrag Dampfmaschine