Historie kolejové dopravy v Německu (XII. díl), aneb Nástup spalovacího motoru

Diesel-I-4V dobách, kdy světovým železnicím již téměř půl století vládly parní lokomotivy, přivedl belgický vynálezce Jean-Joseph Étienne Lenoir na svět první prakticky použitelný spalovací motor poháněný svítiplynem. V roce 1860 svůj motor, zatím pouze stacionární, předvedl veřejnosti. V roce 1863 absolvoval s vozidlem vlastní konstrukce vybaveným podobným dvoutaktním motorem 18 km dlouhou trasu v okolí Paříže.

  Plány tohoto motoru od něj zakoupil i německý vynálezce Nicolaus Otto, který na jeho základě zkonstruoval motor vlastní. Výsledkem jeho následného zdokonalování se stal plynový čtyřtaktní motor představený v roce 1876 a o osm let později motor schopný spalování kapalných uhlovodíků.

  Přibližně ve stejné době Gottlieb Daimler nechal patentovat svůj rychloběžný spalovací benzínový motor s vysokou kompresí a Carl Friedrich Benz představil vlastní konstrukci pomaloběžného benzínového motoru. Jak ukázal následný vývoj, pro železnici se klíčovým stal až říšský patent číslo 67 207 podaný Rudolfem Dieselem 27. února roku 1892 s názvem “Principy a konstrukce spalovacích motorů” (Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungs-kraftmaschinen) a na něj navazující další práce, zejména práce o “Teorii a konstrukci úsporného tepelného stroje použitelného jako náhrada parních strojů a známých spalovacích motorů” (Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschinen und der heute bekannten Verbrennungsmotoren) z roku 1893, díky které se Dieselovi podařilo pro svou práci získat mecenáše ve firmě Krupp. Pod křídly této společnosti sestrojil, a v roce 1897 představil, první funkční model vznětového motoru s účinností přibližně 26 %. Na svět přišla pohonná jednotka schopná uvést do pohybu jak lehká vozidla, tak i lokomotivy či mnohatisícitunové lodě. Do představení první dieselové lokomotivy však scházelo ještě dalších 15 let…

  Nicméně spalovacími motory jiných konstrukcí poháněná železniční vozidla se v Německu objevovala již dříve. Například v roce 1880 představila firma Hanomag dvounápravové vozítko vybavené benzínovým motorem Ottova typu o výkonu 2 HP. Rotační pohyb byl na hnací nápravu přenášen dvěma řemeny a ozubeným kolem. Firma však tento typ vozidla vyhodnotila jako prakticky nepoužitelný a jeho další vývoj zastavila.

  Lokomotivu podobné konstrukce představil v roce 1888 v Mnichově také Carl Benz. V roce 1891 představil svoje kolejové vozidlo Gottlieb Daimler – lokomotivu o výkonu čtyř koňských sil sestrojil ve spolupráci s firmou Maschinenfabrik Eßlingen AG. Hnací síla byla na nápravy přenášena systémem ozubených kol. Experimenty s těmito prvními vozidly poukázaly na budoucí obtíž s nasazením spalovacích motorů na železnici – přímý mechanický přenos výkonu motoru na hnací nápravy nebyl pro lokomotivy příliš vhodný.

  Konstruktéři firmy Deutz, která v roce 1892 představila vlastní lokomotivu s petrolejovým motorem o výkonu 8 HP a mechanickým přenosem výkonu pomocí soustavy řemenů a ozubených kol, představili v roce 1893 alternativní způsob přenosu výkonu. Nový petrolejový motor o výkonu 12 HP poháněl kompresor, jenž vháněl stlačený vzduch do zásobníku, ze kterého byl po smísení s vodní parou odváděn do dalšího motoru poháněného touto směsí stlačených plynů. Přestože v tomto případě se pneumatický přenos výkonu pro svoji nehospodárnost příliš neosvědčil, stal se později jedním z využívaných způsobů přenosu hnací síly ze spalovacího motoru na nápravu vozidla.

  O dva roky později (1895) opět firma Deutz představila lokomotivu, ve které stlačeným plynem poháněný motor nahradil elektromotor. Petrolejový motor zde systémem řemenů poháněl generátor, který dodával stejnosměrný elektrický proud pro elektromotor, jehož výkon byl na nápravu přenášen řetězovým rozvodem. Ani tato lokomotiva vybavená elektrickým přenosem výkonu se však nezdála svým konstruktérům příliš vhodná, a tak se firma Deutz v následujících letech soustředila převážně na konstrukci malých lokomotiv s mechanickým přenosem výkonu pomocí systémů ozubených kol a řetězových rozvodů.

Spalovací motor na lokomotivě normálním rozchodu

  Veškerá dosud zmíněná vozidla byla úzkorozchodná; první lokomotivu normálního rozchodu vybavenou opět petrolejovým motorem představila frma Deutz v roce 1899. Stroj o výkonu 40 HP vybavený vícestupňovou mechanickou převodovkou se stal prvním z řady, která do roku 1925 čítala 7 000 kusů malých lokomotiv (o výkonu mezi 6 a 50 HP) vyrobených pouze firmou Deutz a určených pro průmyslové a polní tratě normálního i úzkých rozchodů.

  Ve 30. letech 20. st. se výrobou malých lokomotiv zabývalo i několik dalších firem, z těch větších jmenujme namátkou Henschel či Krauß-Maffei. Jimi dodávané lokomotivy byly poháněny různými palivy – od již zmiňovaného petroleje či benzínu, přes benzol (směs aromatických uhlovodíků, získávaná jako vedlejší produkt koksování uhlí) po naftu. Převážná většina vyrobených strojů byla nicméně stále určena pro zmiňované průmyslové tratě.

  Teprve v roce 1930 zařadily do své flotily první malou lokomotivu se spalovacím motorem i říšské dráhy. Jednalo se o malou lokomotivu o výkonu přibližně 40 HP vyrobenou firmou Berliner Maschinenbau (BMAG), která v té době již podobné lokomotivy dodávala například holandským státním drahám. Stala se, spolu s několika dalšími testovanými stroji, základem budoucí skupiny malých lokomotiv (Kleinlokomotiven), určených ke staničnímu posunu. Výkon těchto lokomotiv nepřesahoval 150 HP, poháněny byly benzínovými, benzolovými či dieselovými motory. Přenos kroutícího momentu byl u lokomotiv nejnižší výkonnostní skupiny výhradně mechanický, obvykle zprostředkovaný třístupňovou převodovkou.

  U výkonnějších lokomotiv byl kromě mechanického používán i hydraulický či elektrický přenos výkonu. Byly schopny dosáhnout maximální rychlosti kolem 20 km/h (skupina I, výkon do 30 HP, od roku 1934 do 40 HP) či 45 km/h (skupina II, výkon 50 – 75 HP, od roku 1934 40 – 150 HP).

   Před začátkem 2. světové války představovaly malé lokomotivy nejvíce zastoupenou skupinu lokomotiv se spalovacím motorem. Malé dieselové lokomotivy skupiny I dodávaly státním drahám společnosti Gmeinder, Windhoff a Esslingen. Vyráběny byly postupně ve třech verzích (z roku 1934, 1935 a 1936), které se lišily zejména výkonem pohonné jednotky.  Přenos výkonu byl výhradně mechanický. V důsledku nedostatku paliva byly v roce 1942 z velké části přestavěny na pohon propan-butanem, po skončení války pak zpět na dieselový pohon. Celkem DRG provozovaly těchto strojů necelá tři sta, některé z nich sloužily až do konce 80. let.

  Druhá skupina malých lokomotiv byla typově výrazně bohatší. Lokomotivy byly vybaveny dieselovými či benzínovými motory, mechanickou či hydraulickou převodovkou, případně generátorem pohánějícím elektromotor. Do konce války bylo v několika desítkách typových variant vyrobeno téměř 1 400 strojů. Mnohé z nich sloužily i u ČSD jako řada T 200.

  V roce 1959 byla vytvořena třetí výkonnostní skupina malých lokomotiv o výkonu vyšším než 150 HP.  Do roku 1978 bylo pro DB vyrobeno 571 těchto strojů ve třech základních variantách.

Diesel-I-1

Obr. 1 – Malá dieselová posunovací lokomotiva typu Kö II

.

Velké dieselové lokomotivy

  Pro konstrukci výkonnějších lokomotiv chyběl relativně dlouhou dobu podstatný prvek – výkonný motor. Na přelomu 19. a 20. století byl jediným kandidátem na konstrukci dostatečně výkonné pohonné jednotky dieselův typ spalovacího motoru. Sám Rudolf Diesel spolu s Adolfem Klosem a bratry Sulzerovými založil v roce 1906 “Společnost pro tepelné lokomotivy” (Gesellschaft für Thermolokomotiven Diesel-Klose-Sulzer GmbH), která v roce 1912 na zakázku Pruských drah vyrobila první dieselovou lokomotivu pro běžný traťový provoz na světě. Byla vybavena dvojtaktním motorem o výkonu 1 200 HP (objem válců 249,5 dm3) a pomocným motorem o výkonu 250 HP (objem válců “pouhých” 52,6 dm3), jehož úkolem bylo tlakování vzduchu potřebného k rozjezdu lokomotivy. Vzduch stlačený na cca 12 barů byl vháněn přímo do spalovacího prostoru hlavního motoru a sloužil k rozjezdu lokomotivy na rychlost cca 10 km/h. Při této rychlosti mělo dojít k zahájení čerpání paliva a běžného chodu motoru, nicméně v důsledku ochlazení expandujícím vzduchem docházelo k opožděnému vznícení paliva a k následnému poškozování motoru. Výkon motoru byl přenášen jalovou hřídelí a spojnicemi na dvě hnací dvojkolí. Nepravidelnosti v chodu motoru vedly v létě roku 1913 ke zničení jalové hřídele, na novou bylo třeba šest měsíců počkat. Přes další a další potíže proběhlo několik testovacích jízd v čele nákladních i osobních vlaků, nicméně pokusy s definitivní platností přerušila vypuknuvší 1. světová válka. Po jejím skončení byla lokomotiva shledána koncepčně zastaralou a v roce 1920 sešrotována.

Diesel-I-2

Obr. 2 – První dieselová lokomotiva na světě

 
  Neúspěch lokomotivy Diesel-Klose-Sulzer definitivně potvrdil, že přímý přenos kroutícího momentu motoru na hnací dvojkolí není pro těžké lokomotivy vhodný. Ve 20. letech 20. století se objevilo několik lokomotiv různých konstrukcí s hydrostatickým přenosem výkonu, nicméně přehřívání oleje v hydraulických převodovkách způsobovalo potíže s jejich provozem. V této době se také objevuje první lokomotiva vybavená systémem dálkového ovládání prostřednictvím rádiových vln. V roce 1925 ji vyrobila a testovala firma Hanomag. Žádný z těchto strojů však nepřekročil stádium testování a od každého byl vyroben pouze jeden kus.

  V roce 1925 dodala říšským drahám firma Linke-Hofmann-Werke lokomotivu zařazenou jako V 38 01. Stroj o výkonu 440 HP byl určen pro osobní vlaky a byl vybaven i přídavným parním kotlem pro vytápění osobních vozů. V provozu fungoval do roku 1929.

  Objevují se také stroje s pneumatickým přenosem výkonu, kromě již v počátcích používané směsi vzduchu a vodní páry bylo jako médium použito i směsi vzduchu a spalin dieselového motoru. Příkladem budiž v roce 1927 představená lokomotiva V 32 01 se špičkovým výkonem 1 200 HP. Instalovaný šestiválcový dieselův motor firmy MAN, určený pro ponorky, umožňoval dosažení maximální rychlosti 80 km/h. Tento motor sloužil jako obří kompresor stlačující vzduch na tlak 7 atm. Vzduch byl během komprese ochlazován vstřikováním vody, následně byl spalinami ohřát na cca 350°C a vháněn do dvou válců pohánějících hnací soukolí heusingerovým rozvodem. Jednalo se v podstatě o parní lokomotivu, zdrojem energie zde ovšem nebylo spalování uhlí v topeništi, ale již zmíněný dieselův motor.

Diesel-I-3

Obr. 3 – Výkonná dieselová lokomotiva V 32 01 (V 120 001) z roku 1927 s pneumatickým přenosem výkonu

.

  Žádný ze zmíněných strojů se však dlouhodobě neosvědčil. Hydrostatický systém přenosu výkonu trpěl úniky přehřátého oleje a ztrátou tlaku, nutného pro správné fungování převodovky, pneumatické systémy pak nepříliš dobrou účinností v důsledku nízkého pracovního tlaku. Konstruktéři a výrobci lokomotiv tak obraceli stále častěji svoji pozornost k elektrickému přenosu výkonu, který byl ovšem konstrukčně náročnější a představoval vyšší zatížení lokomotivy. Také díky zkušenostem získaným při konstrukci elektrických lokomotiv mohla ve 30. letech firma Henschel představit sérii tří konstrukčně blízkých dieselelektrických lokomotiv s různým výkonem, ve kterých dieselův motor poháněl generátor nabíjející sérii akumulátorů, které poháněly dva nebo tři tlapové motory. Tento způsob pohonu dieselových lokomotiv se osvědčil, a tak byla jedna z těchto lokomotiv pod označením V 16 004 poskytnuta říšským drahám k testování.

  Nicméně, ani vývoj hydraulických systémů neustal zcela. Postupné zdokonalování Föttingerova hydrodynamického měniče momentu umožnilo jeho použití i při konstrukci lokomotiv. V roce 1935 představila společnost Kraus-Maffei ve spolupráci s firmami MAN, BBC a Voith dieselhydraulickou lokomotivu o výkonu 1 400 HP, provozovanou říšskými drahami pod označením V 16 101 (později V 140 001). Lokomotiva se osvědčila do té míry, že byla i přes značné poškození během 2. světové války opravena a znovu uvedena do provozu, ve kterém se udržela až do závěru roku 1953, kdy byla s proběhem přes 130 000 km odstavena a až do konce 70. let sloužila jako studijní materiál na univerzitě v Karlsruhe.

Diesel-I-4

Obr. 4 – Dieselhydraulická lokomotiva V 16 101 (V 140 001) v muzeu v Mnichově

.

  Stavbou a zprovozněním této lokomotivy prakticky vyvrcholily předválečné snahy o konstrukci silného stroje se spalovacím motorem, který by se mohl stát náhradou parních lokomotiv v běžném provozu. Od druhé poloviny 30. let se v důsledku vyhlášených reforem v armádě  konstruktéři i výrobci soustředili na splnění požadavků Wehrmachtu a Luftwaffe na dodávky strojů, které by bylo možné použít v potenciálně nebezpečném prostředí.

Zdroje:
https://de.wikipedia.org a navazující zdroje, včetně obrázků
– Dieter Bazöld, Rolf Löttgers, Günther Scheingraber, Manfred Weisbrod, Preußen Report, Band 9, Hermann Merker Verlag GmbH, 1996
http://www.derbysulzers.com/prussia.html
– obr. 2 –  http://www.douglas-self.com/MUSEUM/LOCOLOCO/diesair/diesair.htm
http://www.deutsche-kleinloks.de/

Poznámka: Některé v článku uvedené odkazy (linky), zejm. na YouTube, nebudou fungovat ve starších prohlížečích IE; v takovém případě zkuste např. Chrome. To samé se zřejmě týká i grafické úpravy tabulek  – pozn. J. H.

Autor i vydavatel přivítají každé dobře míněné doporučení či upřesnění k publikovanému textu. Rádi pak naše statě opravíme nebo doplníme, pokud vážený čtenář s takovým návrhem přijde. Děkujeme.

.

Rubrika: Historie dopravy v Německu, VARIO, ZPRÁVY

Vložit komentář

Text komentáře: