Locomotief of treintrekker. Het bezigen van stoom om rijtuigen in beweging te brengen is eene uitvinding van deze eeuw. De geschiedenis dier uitvinding zullen wij aan het slot van dit artikel bespreken, terwijl wij de voorbereidende kennis, tot een goed begrip van de inrigting eener locomotief onmisbaar, in het artikel stoomwerktuig behandelen.
De locomotief is eene machine van hooge drukking zonder dergelijke condensatie, als men in de stoommachines van Watt aantreft. De aanzienlijke kracht, welke van de locomotief geeischt wordt, vordert bij haar het gebruik van stoom van hooge spanning. Elk deel der machine is zoo beknopt en zoo hecht mogelijk ingerigt en bestemd om in den kortst mogelijken tijd de grootst mogelijke hoeveelheid stoom van hooge spanning te doen werken. Om die reden is de inrigting van den stoomketel eene geheel andere dan die der ketels van staande stoomwerktuigen. Men vindt in eene locomotief de volgende hoofddeelen: Een ketel met de vuurkast, — eene buis voor de verbrandende gassen, — eene stoomleibuis van den ketel naar den cylinder, — den cylinder met zuiger en stangen, — drijfwielen, — een tender met eene waterpomp, — eene inrigting om te besturen. Wij geven in fig. 1, 2 en 3 afbeeldingen van eene kleine, maar krachtig werkende locomotief, zooals er inzonderheid voor personen- en sneltreinen worden gebezigd. In fig. 1 zien wij haar van ter zijde, — fig. 2 bevat hare overlangsche doorsnede, en in fig. 3 zien wij haar zamenstel van boven naar beneden. AAAA is een hecht, met ijzer beslagen raam, waarin de geheele machine hangt.
Het rust met 3 paar vaste tappen op even zoo vele wielen en draagt in het midden aan stevige armen den ketel B B. Deze is cylindervormig, doch aan de vóórzijde uitgehold en bevat hier de vuurkast B', die van alle zijden, behalve van onder, door het water van den ketel omgeven is. De vuurkast heeft zoowel van boven als van achteren en van voren een dubbelen wand en alleen bij de vuurdeur ƒ een enkelen, en tusschen die dubbele wanden bevinden zich ijzeren staven, om ze stevig op hunne plaats te houden. De bodem van de vuurkast is rooster, en van den achtersten wand van de vuurkast gaan door den ketel onderscheidene — wel eens meer dan 100, doch in onze figuur slechts 4 — vlampijpen, welke uitkomen achter den ketel in de ruimte F, welke met den schoorsteen G in verband staat. De vlam wordt door eene sterke luchttrekking door deze buizen gedreven en de verbrandingsgassen vereenigen zich in de ruimte F — de rookkast, — om voorts door den schoorsteen G te ontsnappen. Over de wijze, waarop die luchttrekking veroorzaakt wordt, spreken wij later. Het water staat zoo hoog in den ketel, dat het alle vlampijpen omgeeft, en deze laatsten vormen derhalve eene groote verwarmende oppervlakte, zoodat in korten tijd eene aanmerkelijke hoeveelheid water in stoom kan worden omgezet. Daar de ketel van alle kanten gesloten is, kan de stoom zich alleen boven het water verzamelen. Op het bovenvlak van den ketel zijn voorts eenige toestellen aangebragt, van welke wij in de eerste plaats den koepelvormig gedekten toestel Q in oogenschouw nemen.
Deze — de stoomkap — verheft zich 3 tot 9 Ned. palm boven den ketel en staat in onmiddellijk verband met dezen. Daarin bevindt zich de buis D, verbonden met eene door den geheelen ketel loopende buis S, waarvan zij echter door middel der klep v afgesloten kan worden. De buis S gaat vervolgens over in de buis S'; deze laatste loopt zoowel regts als links, doch in fig. 2 is slechts ééne van beiden zigtbaar. Door middel van de kruk K kan men gemelde klep regelen. Opent men haar, dan komt de stoom uit Q in S, daarna in S' en vanhier in den cylinder. Deze laatste is in fig. 2 in doorsnede voorgesteld, en voorts in de figuren 4, 5 en 6 te zien. Vergelijkt men deze met de afbeeldingen, in het artikel Stoomwerktuig opgenomen, dan zal men zien, dat het bovenste gedeelte overeenkomt met de stoomkast, welke uit den ketel aanhoudend van stoom wordt voorzien. In de kap bevindt zich de regelingstoestel met de omzettingsinrigting, welke op eene eigenaardige wijze met de as van het hoofdwiel in verband staat.
Alzoo wordt de stoom bij afwisseling vóór en achter den zuiger gebragt en alzoo de zuigerstang nu naar achteren en dan weder naar voren bewogen. De toestel, in fig. 4 en 5 afgebeeld, dient om naar willekeur den regelingshefboom zoo te plaatsen, dat de stoom vóór of achter den zuiger gebragt wordt, zoodat de locomotief vooruit of achteruit gaat. Aan de zijde namelijk der locomotief en aan het voorste gedeelte, waar zich de machinist bevindt, heeft men een éénarmigen hefboom (h) aangebragt, die om het punt v draaibaar is. Hieraan is de stang ut bevestigd. Is de hefboom in den stand, in fig. 4 aangewezen, dan is deze stang zoover mogelijk naar voren geschoven. Haar uiteinde staat wederom in verband met den hefboom r, wiens draaipunt zich in q bevindt. Aan dezen is weder eene stang s aangebragt, die een hefboom r' beweegt, welke eindelijk met de stang p' vast verbonden is. Trekt men den hefboom h geheel terug, dan wordt ook r' teruggetrokken, s naar de linker hand geschoven, r' desgelijks, en p' in de hoogte gestuwd.
Men kan dus met den hefboom p' naar boven brengen. Deze is echter weder verbonden met de beide haakvormige deelen g, zoodat ook deze daardoor opgeligt worden. Waartoe dit alles dient, zal men gemakkelijk bevroeden, wanneer men bedenkt, dat laatstvermelde deelen de uiteinden zijn der excentriekstangen e en ƒ, welke tot regeling der stoomschuif dienen. Beide behooren bij de afzonderlijke excentrieken E en F, die een tegenovergestelden stand hebben, zoodat als de een het verst naar voren is geschoven, de andere zich het verst naar voren is geschoven, de andere zich het verst naar achteren bevindt. In fig. 4 is de bovenste excentriek E in werking. Zij is het eerst naar de regter hand geschoven; g is voorts met een kleinen twee-armigen hefboom M verbonden, waarvan het onderste verbindingspunt deswege ook het verst naar voren is gebragt. Dientengevolge moet het bovenste uiteinde l het verst naar achteren geduwd zijn, waardoor desgelijks de stuurstang m en daarmede de schuif naar de linker zijde is gebragt. Bij dezen stand zal derhalve de stoom uit de stoomkap ter linker zijde van den zuiger dringen en dezen naar de regter hand schuiven.
Wil men echter bij een onveranderden zuigerstand een anderen weg openen voor den stoom, dan trekt men den hefboom (h) van de regter naar de linker hand. Dit is voorgesteld in fig. 5. Men ziet, dat daardoor de stoomschuif van de linker naar de regter hand geschoven wordt. In fig. 5 is zij zoo gesteld, dat zij den weg vóór en achter den zuiger volkomen sluit. In dit geval moet de locomotief stilstaan, want de stoom vindt geen weg naar den cylinder. Drukt men echter de stang k nog verder links, dan begint de tweede excentriek F te werken, zoodat de stoom naar de regter zijde van den zuiger doordringt en dezen naar de linker hand drukt. AI deze veranderingen kunnen geschieden bij het stilstaan der machine, en hierdoor wordt het mogelijk deze vóór- of achterwaarts te stuwen. Hoe de excentrieken met de drijfwielen verbonden zijn, ontwaart men in fig. 3.
Eene andere wijze van regeling en bewegingsverandering is deze, welke door R. Stephenson is voorgesteld en in fig. 6 afgebeeld. Aan het drijfwiel heeft men 2 excentrieken A en A' en daaraan de stangen B en B' De excentrieken hebben eene tegenovergestelde beweging, zoodat, als A het meest naar voren is geschoven, A' zich het verst naar achteren bevindt. De uiteinden C en C' der beide stangen zijn door 2 boogvormige tusschendeelen met elkander verbonden, met eene ruimte tusschen deze beide. Men geeft aan deze verbinding den naam van coulisse. Daarin beweegt zich het schuifblok D en in de stoomkap de stuurschuif. De zuigerstang G F stuwt deze vóór- en achterwaarts. Haar uiteinde (F) is door het dwarsstuk D F met het schuifblok verbonden. Een ander stuk ijzer F K is van boven draaibaar daaraan vastgehecht, zoodat het punt F zich vóór- en achterwaarts bewegen kan zonder dat het schuifblok zich hooger of lager kan plaatsen, dan de slingervormige dwarssteun F K gedoogt.
Bij C is eene stang C L aangebragt, met den hoekvormigen hefboom L M N verbonden. Het draaipunt van dien hefboom is bij M. Bij N eindelijk is de lange trekstang R N vastgehecht, aan den hefboom H bevestigd, welke overeenkomt met den hefboom h in fig. 4, zoodat zij om het punt O naar voren en naar achteren kan worden bewogen. Een cirkelvormig en getand stuk ijzer T R dient om den hefboom in den daaraan gegeven stand te doen blijven. In de figuur is de stoomschuif door de excentriek B C zoover mogelijk naar voren gebragt. De stoom kan dus vóór den zuiger in den cylinder dringen en stuwt de zuigerstang van de regter naar de linker hand. Heeft het drijfwiel eene halve omwenteling gemaakt, zoodat de stoomschuif het verst naar achteren geplaatst is, dan komt de stoom achter den zuiger. Blijft de hefboom O H dus in den aangewezen stand, dan gaat alles zijn gang als ware er slechts ééne excentriek A, terwijl de andere lijdelijk meêloopt. Maar wanneer de machinist dien hefboom terugtrekt, zoodat hij bij T blijft staan, dan verplaatst zich ook de stang R N achterwaarts.
Hierdoor wordt de hefboom N M L om het punt M bewogen en zijn uiteinde L opgestuwd. De stang L C moet volgen; hierdoor wordt C en alzoo de geheele coulisse opgeligt. Men ziet gemakkelijk in, dat deze beweging zoodanig is, dat het schuifblok D, hetwelk wegens de stang F K niet hooger of lager kan komen, nu juist bij C’ komt te staan. Hierdoor verkrijgt de excentriekstang B' C' een horizontalen stand, en juist daardoor wordt de regelingsschuif in beweging gebragt. Daar echter de stand der excentriek A eene tegenovergestelde is van de excentriek A', zoo moet, zonder dat eene omwenteling van het drijfwiel noodig is, de stoomschuif uit haren stand van de regter naar de linker hand worden getrokken, zoodat de stoom nu achter den zuiger dringt. Hierdoor kan men dus aanstonds eene voorwaartsche beweging in eene achterwaartsche veranderen.
Natuurlijk moet de machine bij deze verandering stilstaan. Geeft men aan den hefboom H O een loodregten stand, dan komt het schuifblok D juist in het midden der coulisse C C'en de beide tegenovergestelde bewegingen vernietigen elkander, daar de stoomschuif hierbij den stoom afsluit. Er ontsnapt te minder stoom uit de stoomkap naar den zuiger, naarmate de machinist den hefboom O H digter bij het midden stelt van zijne uiterste standen. De machinist regelt daardoor de snelheid der beweging.
Nadat de stoom door de stoomkap in den cylinder gekomen is en aldaar dienst gedaan heeft, komt hij dus in de andere helft van de stoomkap terug in de afvoerbuis R en zoo naar den schoorsteen G. Uit elken cylinder komt zulk eene buis, en die twee vereenigen zich tot eene enkele. Daar nu bij elke omwenteling van het wiel viermaal eene hoeveelheid stoom in den schoorsteen geblazen wordt, en de aldaar aanwezige lucht medesleept, ontstaat er eene aanmerkelijke luchttrekking in de vuurkast, welke er eene levendige verbranding onderhoudt.
Boven op den ketel bevinden zich nog eenige andere toestellen. In de eerste plaats de stoomfluit a en verder de veiligheidsklep O. Deze wordt digt gehouden door de drukking eener veer, wier spanning overeenkomt met een zeker aantal athmosphéren. Zij is afgesloten, om eene opzettelijke of onopzettelijke vermeerdering van de spanning te voorkomen. Aan de zijde van den ketel in O' heeft men eene tweede veiligheidsklep, in fig. 1 te zien en voor den machinist toegankelijk. Bij den schoorsteen is nog eene draaibare klep J aangebragt, welke door eene stang N om hare as kan gedraaid worden, om alzoo door eene meerdere of mindere sluiting van den schoorsteen de luchttrekking te regelen.
De wijze, waarop het heen- en weêrgaan van den zuiger de as van het rad in beweging brengt, is in fig. 2 duidelijk voorgesteld. Men ziet hier de zuigerstang, die zich in eene slede regtlijnig voorwaarts beweegt. Hieraan is de schuins naar onderen loopende drijfstang bevestigd en deze doet de as rondwentelen. Men heeft hier alzoo geen vliegwiel, hetwelk de beweging regelt, doch de regeling ontstaat van zelve doordien de beide cylinders zoodanig bij afwisseling werken, dat het eene rad in volle beweging is, wanneer het andere zich op het doode punt bevindt. De locomotief is dus eene dubbele machine.
De wijze, waarop de as van het rad door de krukstang in omwenteling gebragt wordt, is verschillend. In de door ons afgebeelde locomotief liggen de cylinders onder den stoomketel tusschen de wielen. Hier moet derhalve de as van het rad knievormig gebogen worden, zooals men in fig. 3 opmerkt. Bij grootere locomotieven liggen de cylinders meestal aan de buitenzijden, en gemelde buiging wordt onnoodig. Men heeft dan aan de buitenzijde van het drijfwiel aan een der spaken een tap, waarmede het uiteinde der drijfstang draaibaar verbonden is.
Daar de locomotieven in korten tijd eene groote hoeveelheid water noodig hebben, bergt men een voorraad dier vloeistof in den van plaatijzer vervaardigden tender, waarin tevens de benoodigde brandstof geborgen wordt. De verbindingsbuis tusschen tender en locomotief bevindt zich gedeeltelijk aan eerstgenoemden, gedeeltelijk aan laatstgemelde, en de beide helften kunnen aan elkander worden geschroefd. In fig. 1 en 2 ziet men slechts het gedeelte der buis, hetwelk tot de locomotief behoort (P). Bij P' is eene stang, welke zich uitstrekt tot aan de plaats van den machinist en hier omgedraaid kan worden. Aan haar onderste uiteinde bevindt zich eene kraan, welke de machinist door deze omdraaijing openen en sluiten kan, zoodat hij het in zijne magt heeft, water in den ketel te pompen. Men ziet de pomp R, namelijk eene kleine perspomp, wier zuiger door eene aan de as van het wiel gehechte excentriek in beweging wordt gebragt. De machine pompt dus alleen gedurende het rijden.
Het water wordt nabij den bodem en niet ver van de vuurkast in den ketel gestuwd. De machinist moet den waterstand in den ketel nimmer zoo laag doen dalen, dat het zich op dezelfde hoogte bevindt als de bovenste vlampijpen. In dit geval toch zouden deze laatsten alligt gloeijend worden en gevaarlijke ontploffingen veroorzaken. De machinist dient derhalve onophoudelijk op den waterstand te letten. Hij vergewist zich daarvan door het openen der proefkranen, welke zich aan de voorzijde van den ketel bevinden. Hier is daarenboven een manometer aangebragt, welke de spanning van den stoom aanwijst.
Voor zware goederentreinen en vooral voor het beklimmen van aanmerkelijke hellingen bezigt men zware locomotieven, want de weerstand bij de wrijving is niet afhankelijk van de uitgebreidheid der in wrijving komende oppervlakten, maar alleen van het gewigt. Wil men dus de wrijving bepalen van de drijfwielen met de sporen, dan moet men het gewigt zoeken van de geheele machine. Daar nu eene locomotief, als in bovenstaande figuren is voorgesteld, 3 paar wielen heeft, zoo draagt elk paar een derde deel van het geheele gewigt. De verlangde wrijving, waardoor de machine wordt voortgestuwd, bedraagt derhalve slechts ⅓de, daar slechts één paar raderen door den stoom in beweging wordt gebragt. Men kan dus de nuttige wrijving vermeerderen door een der beide overige paren raderen met de bewogene te verbinden (te koppelen).
De snelheid eener locomotief is afhankelijk van de omwentelingssnelheid van het drijfwiel, en deze wederom van de snelheid der zuigerbeweging. Men verkrijgt eene zeer snelle voortgaande beweging, wanneer men groote drijfwielen bezigt en de tappen, waarmede de drijfstangen verbonden zijn, zoo digt mogeIijk bij de onwentelings-as plaatst, waardoor de zuigerbeweging kleiner wordt. Men gebruikt natuurlijk stoom van aanmerkelijke spanning. Voorts is het niet te loochenen, dat men met betrekking tot de snelheid tot nog veel gunstiger uitkomsten geraken zou, wanneer men van den aanvankelijken spoorwegbouw wilde afwijken. Immers terwijl men op zee stoomwerktuigen heeft van duizende paardekrachten, blijft men aan land nog bij den ouden sleur.
De veel te smalle spoorwegen verhinderen het bouwen van grootere locomotieven, zoodat men slechts ketels van beperkten omvang gebruiken kan. Legde men spoorwegen aan van dubbele breedte, dan zou men locomotieven kunnen gebruiken met eene tienvoudige kracht, en men kon tevens aan de drijfwielen eene dubbele of drievoudige middellijn geven, zoodat men eene drievoudige snelheid verkreeg. Daardoor zou dan ook de gelegenheid ontstaan, om de waggons veel beter in te rigten, zoodat eene spoorwegreis in plaats van een last een lust werd. Het valt trouwens niet te betwijfelen, dat de dag spoedig zal aanbreken, waarin men met even groote veiligheid, maar met veel meer vermaak groote afstanden zal afleggen in het vierde gedeelte van den tijd, dien men thans daartoe bezigt.
Evenmin als van de stoommachine kan men van de locomotief verzekeren, dat zij door één persoon is uitgevonden. Reeds spoedig na de uitvinding van eerstgenoemde heeft men pogingen aangewend om rijtuigen door stoom in beweging te brengen. Tegelijk met de spoorwegen hebben de locomotieven zich langzamerhand tot haren hedendaagschen toestand ontwikkeld. Onder de eerste uitvinders van stoomwagens noemt men Cugnot, een Franschman (1763), Oliver Evans, een Amerikaan (1772), Thomas Allen (1780) en Trevethick (1802), beiden Engelschen. De geringe vorderingen, die de zamenstelling eener locomotief maakte, waren vooral toe te schrijven aan het vooroordeel, dat zij zich niet door de kracht der wrijving op een glad ijzeren spoor zou kunnen voortbewegen. Om dit te verhelpen, wilde men tandraderen bezigen, doch deze waren niet bestand tegen de beweegkracht. Zoo stonden ongeveer de zaken, toen George Stephenson zich over de locomotief ontfermde. Hij heeft omtrent deze eene dergelijke verdienste als Watt omtrent het stoomwerktuig.
Hij was een genie, hetwelk zich door eigene kracht ontwikkeld had, zooals uit zijne levensgeschiedenis — zie onder Stephenson — blijkt. Hij schoof het vooroordeel ter zijde, dat anderen op het denkbeeld van tandraderen gebragt had, en leverde den 14den Julij 1814 de eerste locomotief. Zij werd op een spoorweg te Killingworth tot vervoer van steenkolen met goed gevolg gebruikt. Hij verbeterde zijn toestel aanmerkelijk door het boven vermelde middel tot vermeerdering der luchttrekking te bedenken, alsmede door het gebruik van koppelstangen, waardoor hij de wielen der locomotief met de drijfwielen verbond. Hij ging op den ingeslagen weg voort, en toen men een ijzeren spoorweg wilde aanleggen van Liverpool naar Manchester, benoemde men hem tot ingenieur. Hij volbragt zijne taak op eene loffelijke wijze, en toen de spoorweg gereed was, loofde men een prijs uit van 500 pond sterling voor de beste locomotief, die aan bepaalde eischen voldeed.
Met zijn zoon Robert bouwde Stephenson toen de locomotief „Racket”, wier inrigting in het algemeen met die der hedendaagsche overeenkwam, en verscheen daarmede in het strijdperk. Zijne machine voldeed niet slechts aan de gestelde eischen, maar bewoog zich met bijna het drievoudige der gevraagde snelheid, en toen de spoorweg Manchester-Liverpool den 15den September 1830 geopend werd, had Stephenson 8 locomotieven voor het vervoer van personen en goederen in gereedheid. In Duitschland werd in 1835 de eerste spoorweg aangelegd van Nürnberg naar Fürth, en in ons Vaderland een viertal jaren later van Amsterdam naar Haarlem. Na dien tijd zijn jaarlijks honderde geogr. mijlen spoorwegen gebouwd, en tegelijkertijd heeft men aan de locomotieven velerlei verbeteringen aangebragt. Voorts is thans aan de orde van den dag het vraagstuk, om locomotieven voor gewone kunstwegen in te rigten, en onderscheidene wélgeslaagde proeven geven hoop, dat het niet ver van zijne oplossing verwijderd is.
