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Insbesondere wollte ich die Vorteile dieser Bauart nutzen wie die durch die Wärmestrahlung bedingte bessere Effizienz und die leise Verbrennung. Wegen dieser Vorteile sind Keramikbrennern ja inzwischen weit verbreitet. Sie wären es sicher noch mehr, könnte man Flammrohrkessel entsprechend umrüsten. Das Angebot fertiger Brenner ist inzwischen auch gut. Erstaunt war ich allerdings, wie wenig über den Eigenbau und besonders über die Lösung von Problemen zu finden war. Davon hatte ich mehr als genug.
Unter dem Stichwort " Keramikbrenner" war im Netz und in Foren häufig nur zu lesen "dann baue ich mir halt noch einen Keramikbrenner für meinen Kohlekessel" oder " ich kenne einen, der einen kennt der....."
Wegen der Platzverhältnisse in meiner Malletlokomotive war von vornherein klar, daß die übliche Bauart von Keramilbrennern nicht in Frage kam. Da die Lok kurz hinter der Stehkessel endet, war ein lang aus dem Brenner herausragendes Mischrohr, wie es häufig zu beobachten ist, nicht möglich. Außerdem mußte es unter dem Unterrand der Feuerbüchse bzw. des Stehkessels hindurchgeführt werden. Hier war also eine doppelstöckige Lösung angezeigt.
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Bedenken hatte ich besonders wegen des kurzen Mischrohrs. Es konnte nicht in einem Bogen unter die Keramikplatte geführt werde. Das Gasgemisch trifft praktisch zwei mal senkrecht auf eine Wand und wird jeweils um 90 Grad umgelenkt. Für die Verwirbelung des Gasgemischs sicherlich von Vorteil, aber nicht eben strömungsgünstig . Zur Verteilung des Gemischs unter der Keramikplatte sollten nach unten gerichtete Schlitze wie bei einem Schlitzbrenner im Flammrohrkessel dienen. (Siehe links unten im Plan)
Um es gleich vorweg zu sagen, diese Konstruktion hat nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt.
Mit zunehmendem Gasfluss kam es offenbar zu Rückstauerscheinungen. Darüber hinaus hatte ich den Eindruck, dass der geschlitzte obere Teil des Mischrohres der gleichmäßigen Verteilung des Gasgemischs eher im Wege stand. Daher habe ich ihn herausgefräst . Am Boden der oberen Etage des Brenners entstand dadurch ein dem Durchmesser des Mischrohrs entsprechendes Loch durch das das Gasgemisch unter die Keramikplatte gelangt. ( zweite Darstellung von links)
Das hatte zum Teil verheerende Folgen. Wenn die Verbrennung unter die Platte durchschlug wurde aus dem Loch ein Bunsenbrenner, der selbst dickere Messinggitter oder Stahlwolle, die ich zur gleichmäßigeren Verteilung des Gasgemischs eingelegt hatte, zum Schmelzen brachte. Die Keramikplatte glühte dann nur in einem kleinen Bezirk darüber.
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Abhilfe hat erst eine 2 mm dicke Messingplatte gebracht, mit der ich den Raum unter der Keramikplatte noch einmal horizontal unterteilt habe. Durch Bohrungen und ein aufgelegtes feines Gitter verteilt sich das Gasgemisch gleichmäßig und durch die Dicke der Platte war nicht gleich zu befürchten, dass sie weggeschmolzen wird. Über dem "Bunsenbrenner" habe ich die Löcher in der Platte weggelassen. (dritte Darstellung von links)
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Später habe ich im Schienendampfforum einen Bericht über einen Brenner gefunden, der zum Einbau in Riverdale Kessel vorgesehen ist. Bei ihm mündet das Mischrohr schon vor der Vorderwand des Brenners in einer Erweiterung des Raums unter der Keramikplatte nach unten. Statt wie bei meiner Lösung mit nur einer lochförmigen Verbindung kann sich daher das Gasgemisch über die ganze Breite des Brenners verteilen und vermischen. Beim erneuten Bau eines Brenners würde ich diese Variante gegebenfalls in Kombination mit der Lochplatte ausführen.
Auf Bildern von käuflichen Keramikbrennern vermisst man manchmal einen Schieber zur Regulierung der Luftzustroms am Mischrohr. Das heisst nicht, dass auf ihn verzichtet werden kann. Vielmehr wurde zuvor der richtige Luftbedarf ermittelt und die Bohrung gleich in der erforderlichen Größe ausgeführt. Sollte man gezwungen sein, einen Schieber nachzurüsten, könnte man auch die Düse auf das Innenmaß des Mischrohrs abdrehen und den Drüsenträger verschieblich gestalten, um die Größe der Luftlöcher variieren zu können. In meinem Falle eher problematisch, da dadurch der Bereich in dem sich Gas und Luft vermischen noch weiter verkürzt würde.
Da die Leichtgängigkeit des Schiebers im Laufe des Gebrauchs leidet, würde ich ihn bei einer Neukonstruktion mit Löchern versehen, die sich mit den Luftlöchern des Mischrohrs decken und durch Verdrehen um die Mischrohrachse den Luftstrom regeln. Mit einem daran befestigten kleinen Habel wäre er besser zu bedienen und die Verbrennungsgefahr wäre verringert. Als Schraube ausgeführt könnte er gleichzeitig zur Arretierung dienen, was unbedingt zu empfehlen ist.
Irgendwo in Forum habe ich einmal über die verschiedenen Möglichkeiten gelesen, Düsen selbst herzustellen bzw. die Bohrung anzupassen und zu glätten. Das finale Aufreiben einer Bohrung dürfte dabei wegen der glatten Oberfläche zu einem guten Ergebnis führen. Im Netz habe ich einen Reibahlensatz der Firma Augusta von 0,05-0,25 mm für um 25 € gefunden. Sie eignen sich auch zum Reinigen verstopfter Düsen ohne Filter. Seit ich Düsen mit Vorfilter verwende gehört dieses Problem allerdings der Vergangenheit an. Die Umrüstung macht wegen des größeren Gewindes einen neuen Düsenträger erforderlich
Leider kann ich die exakten Maße des Brenners nicht angeben, weil mir meine Unterlagen zur Zeit nicht zugänglich sind. Die angegebenen Maße stimmen daher nur annäherungsweise.
Wandstärke 2,o mm
Länge 51 mm
Breite 31 mm
Höhe 35 mm
Mischrohrdurchmesser 8,0mm
Luftlochdurchmesser 6,0 mm
Düse 2,0 mm die mit einer Reibahle leicht aufgerieben wurde
Keramikplatten für den Brennerbau sind im Fachhandel erhältlich und sehr gut mit Laubsäge und Schleifpapier zu bearbeiten. Vor Platten aus großen Heizbrennern kann ich aus Erfahrung nur warnen. Sie sind der Haltbarkeit geschuldet sehr hart und die Oberfläche ist gatt. Diesbezüglich dürfte in England angebotene Keramik aufgrund der tiefen Strukturierung der Oberfläche die größte Wärmeabstrahlung haben. Leider ist meine Bestellung in den Wirren der Pandemie verloren gegangen.
Unter dem Trauma des häufigen Durchschlagens habe ich die Keramikplatte mit Firefix kleber 1100 eingeklebt ( Baumarktprodukt in viel zu großer Tube), um den Zustrom von Außenluft zu vermeiden. Bei gut eingepasster Platte ist das nicht zwingend erforderlich. Im Betrieb mit lose eingelegter Keramikplatte war sogar zu beobachten, dass zunächst im Randbereich der Platte durch Kontakt mit der Außenluft brennende blaue Flämmchen beim Aufdrehen des Gasreglers immer kleiner wurden und schließlich ganz verschwanden.
Die Maße des zugehörigen Kessels sind der folgenden Zeichnung zu entnehmen.
Bild Plan mit Maßangaben
Bei der Lokomotive laufen alle Zylinder mit Volldruck und haben 10 mm Durchmesser bei einem Hub von 2 x 7,2 mm. Sie wiegt knapp 7 kg.
Mit dem eingestellten Druck von max. 4 bar ist sie allen Anforderungen auf horizontalen Anlagen gewachsen. Auf stärkere Steigungen würde ich schon wegen ihres Gewichts lieber nicht gehen.
Eigentlich sollte man bei der Dimensionierung des gesammten Projektes Berechnungen zur Heizleistung und Dampfverbrauch machen. Diesbezüglich habe ich nur geschätzt und mich an ähnlich dimensionierten Lokomotiven orientiert, die ich bei Veranstaltungen gesehen habe, oder von denen positive Erfahrungsberichte vorlagen. Es ist noch einmal gut gegangen.
Stehkessel bzw. Feuerbüchse hätte ich lieber etwas größer gestaltet. Dem standen aber die hintere Achse und der Fahrwerksrahmen im Wege. Da bei 4 Zylindern und Bläser mit einem hohen Dampfbedarf zu rechnen war, habe ich eine allseits umflossene Feuerbüchse vorgesehen, die nur im unteren Teil, der zwischen die Rahmenwangen reicht einwandig ist. Der Brenner wird bis zu diesem Übergang vorgeschoben.
Im Einzelfall mag es auch möglich sein, in ein Flammrohr eine Keramikplatte einzupassen und so einen Keramikbrenner zu instalieren. In der Regel dürfte aber der Durchmesser des Flammrohrs zu klein sein. Dazu kommt, dass bis auf Quersiederohre, falls vorhanden, die Wärmmestrahlung in ungünstigem Winkel auf die zu beheizenden Flächen trifft, ganz im Gegensatz zur Feuerbüchse im Kohlekessel. Dieses Problematik wurde in einigen Beiträgen zu Keramikbrennern in Stehkesseln angesprochen.
In einem Video, das ich nicht mehr finden konnte, habe ich früher einmal eine Versuchsanordnung mit gläsernem Flammrohr gesehen. Die Keramik war zwar zum Glühen zu bringen, bei maximaler Leistung wirkte die Platte dann aber eher im Sinne eines Lochbrenners mit langen Flammen entlang des Rohres, wodurch die erwünschte Wärmestrahlung nicht zum Tragen kommt und der Aufprallwinkel der Flammen auf die Flammrohrwand nur spitzwinklich erfolgt.
Wenn man einen neuen Kessel plant und kein Platz für einen Stehkessel ist, wäre eine Lösung mit großem Flammrohrdurchmesser hinten denkbar, das dann in ein oder mehrere kleinere Rohre übergeht so dass die Wärmestrahlung senkrecht zumindest auf die Fläche trifft, die sich aus der Durchmesserdifferenz der Rohre ergibt. Auf Quersiederohre würde ich auch dann nicht verzichten. Könnte man Keramik drucken, wäre ein walzenförmiger Brenner mit zentralem Mischrohr und Kanälen nach allen Seiten der Idealzustand.
PS. Da ich schon einmal dran bin werde ich gelegentlich ergänzend über meine Erfahrungen beim Betrieb des Brenners berichten. Insbeondere, welche Auswikungen Veränderungen des Gasdrucks, der Düsengröße oder der Stellung des Schiebers am Mischrohr haben und wie man sinnvollerweise bei der Einstellung des Brenners vorgeht.
