Heilmanns damp-elektriske lokomotiver

I 1894 ble det første damp-elektriske lokomotivet prøvekjørt i Frankrike. Ytterligere to lokomotiver ble bygget i 1897, men det ble med prøvekjøringer.

I 1880- og 90-årene regnet mange fagfolk med at den maksimale kjørehastigheten som det var mulig for konvensjonelle damplokomotiver var nådd. På et konvensjonelt damplokomotiv er sylindrene direkte koblet til hjulene gjennom stempelstenger og gangtøy, som består av stempelstenger og kobbelstenger, hvor de lineære bevegelsene i sylindrene ble overført til hjulene og gjort om til roterende. Ved større hastigheter hadde det lett for å oppstå rystelser i lokomotivenes gangtøy, da det var vanskelig å få alt i tilstrekkelig balanse med datidens teknologi. Dermed ville det oppstå rystelser i lokomotivet dersom det ble kjørt i større hastigheter. Dessuten regnet man ikke med at det ville være mulig å bygge større og raskere lokomotiver med tilstrekkelig lavt tyngdepunkt. Større damplokomotiver ble bygget med tendere med egne hjul. Løpehjul foran og bak var også svært vanlig på store damplokomotiver. Dermed fikk man bare utnyttet den delen av lokomotivets vekt som hvilte på drivhjulene til adhesjon for trekkraft. 

Elektriske tog og sporvogner

Det første elektriske lokomotivet ble kjørt på en utstilling i Berlin i 1879. I årene som fulgte ble elektriske lokomotiver, togsett og sporvogner utviklet. London fikk sin første elektriske undergrunnsbane i 1890. Vår egen hovedstad fikk elektrisk sporvei i 1894. I tiden rundt århundreskiftet ble det utviklet elektriske lokomotiver og motorvogner. I tillegg kom forløperne til trolleybussene på den tiden. 

Elektriske tog og sporvogner krevde store investeringer i infrastruktur for strømforsyning, enten de elektriske togene fikk strøm fra kontaktledninger eller strømskinner. Akkumulatorer ble tatt i bruk på sporvogner og små elektriske lokomotiver. Likevel mente mange i tiden rundt århundreskiftet at elektrisk drift var framtida for både sporvei og jernbane. På den tiden skjedde en rivende utvikling av elektriske tog og sporvogner. Stadig flere sporveisnett ble elektrifisert, og en rekke byer fikk elektriske undergrunns- og forstadstog. 

Jean-Jacques Heilmann

En av dem som interesserte seg for elektriske sporvogner og tog, var Jean-Jacques Heilmann. Han ble født i Mulhouse i 1853, var ingeniør og oppfinner, og grunnla Société Industrielle de Moteurs Electrique et à Vapeur i 1890. Heilmann ønsket å eliminere problemet med rystelser i damplokomotivenes gangtøy. Samtidig ville han benytte elektriske motorer uten at det måtte investeres store summer i strømforsyning langs jernbanelinjene. Heilmann designet derfor et damp-elektrisk lokomotiv. Prinsippet var det samme som dieselelektriske lokomotiver som kom om lag femti år senere. 

Heilmanns lokomotiver hadde en dampmaskin som drev en generator, som igjen leverte strøm til elektriske banemotorer på hver hjulaksel. Dermed kunne hele lokomotivets vekt utnyttes til adhesjonen. Lokomotivtypen hadde heller ikke noe gangtøy med kobbelstenger mellom hjulene, slik konvensjonelle damplokomotiver har. Heilmann arbeidet med konstruksjon av lokomotivtypen i 1880-årene og fikk patent på sin konstruksjon i 1890. I alt fikk Heilmann bygget tre slike damp-elektriske lokomotiver. Alle de tre lokomotivene hadde to boggier med fire aksler, og hver aksel hadde en elektrisk banemotor. Akselrekkefølgen var Do’ Do’. Alle tre lokomotivene ble bygget for det franske jernbaneselskapet Chemins de fer l’Ouest, som hadde et større linjenett fra Paris og vestover mot Normandie og Bretagne. 

La Fusée Electrique, den elektriske raketten

I 1892 startet byggingen av det første lokomotivet etter Heilmanns konstruksjon. Lokomotivet fikk navnet La Fusée Electrique. Det betyr den elektriske raketten, en referanse til George Stephensons Rocket fra 1830. Lokomotivets ramme og boggier ble bygget av Compagnie de Materiel de Chemins de Fer i Ivry-sur-Seine. Dampmaskinen var en tosylindret horisontal compoundmaskin som ytet 600 hestekrefter. Den var designet av Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik, SLM i Winterthur i Sveits, men både dampmaskinen og dampkjelen ble bygget av Forges et Chantiers de la Méditarranée i Le Havre. Kjelen var av type Lentz og hadde 145 m² heteflate. Kjeltrykket var 13 kg/cm². Lokomotivets totalvekt var 118 tonn, inkludert 6 tonn kull og 12 000 liter vann i vanntankene. 

Dampmaskinen var direkte koblet til en sekspolet likestrømsdynamo som ytet 500 kW. Den maksimale spenningen til banemotorene var 450 V. Dynamoen hadde elektromagnet som fikk strøm fra en mindre bipolar dynamo som ble drevet av en egen dampmaskin. Ved hjelp av motstander kunne man styrke eller svekke magnetfeltet i den store dynamoen, og på den måten regulere lokomotivets hastighet. Den mindre dynamoen ytet 10 kW og leverte 100 V likestrøm, og leverte også strøm til vognbelysning i toget. Hver av de 8 banemotorene hadde en nominell ytelse på 45 kW. Alt elektrisk utstyr var levert av Brown Boveri i Baden i Sveits. 

I 1893 var La Fusée Electrique ferdig bygget. Lengden var 16,5 meter, og hjulene hadde 1200 mm diameter. Motorene var parallellkoblet, men ved lavere hastigheter kunne to og to motorer seriekobles. 

De første prøvekjøringene

Den 2. og 3. februar 1894 ble La Fusée Electrique prøvekjørt fra Le Havre til Bréauté-Beuzeville og tilbake på hovedlinjen mellom Paris og Le Havre. Strekningen ble valgt på grunn av stigningen på 8 promille mer enn 10 km. Toget bestod av fire 1. klasses personvogner og en vogn med en rekke måleinstrumenter for lokomotivets trekkraft og toppfart. Dessuten var det to godsvogner med til sammen ett tonn med batterier. Vognenes vekt var estimert til 173-183 tonn, avhengig av hvor mange personer som befant seg i vognene. På strekningen med 8 promille stigning var toget oppe i 55 km/t, mens det var oppe i 70 km/t på vannrett linje. 

Lokomotivet ble prøvekjørt igjen den 9. mai samme år. Denne gangen fra Saint-Lazare stasjon i Paris til Mantes-la-Jolie, en strekning på 53 km. Toget bestod av 8 personvogner, og turen tok 55 minutter. Det ble rapportert at togets fart hadde vært oppe i 107 km/t. Tilbake til Paris trakk lokomotivet et ordinært persontog. La Fusée Electrique tilbakela 2000 km med prøvekjøringer. Lokomotivet hadde 15 prosent lavere kullforbruk enn tilsvarende konvensjonelle damplokomotiver. Likevel var La Fusée Electrique tung og ikke kraftig nok, og det ble påpekt fra flere hold. Lokomotivet ble demontert i 1897, og boggiene gjenbrukt til to elektriske lokomotiver. 

CF,de ‘l’Ouest 8001 og 8002

Ytterligere to damp-elektriske lokomotiver ble bygget i 1897. Denne gangen av Société Industriel de Moteurs Electrique et à Vapeur, med elektrisk utstyr fra Brown Boveri. Disse lokomotivene var 28,35 m lange, og det var blitt foretatt flere forbedringer etter de erfaringene man gjorde under prøvekjøringene av det første lokomotivet. Hjuldiameteren på 8001 og 8002 var 1160 mm, og hvert lokomotiv veide 120 tonn. I tillegg rommet vanntankene på lokomotivene 20 000 liter vann. Hvert lokomotiv hadde en sekssylindret vertikal høyhastighetsdampmaskin som var levert av Willans & Robinson i Rugby i England. Dampkjelens heteflate var 185,5 m². Kjeltrykket var 14,47 kg/cm². Dampmaskinen ytet 1000 kW eller 1360 hk ved 400 rpm. Hvert lokomotiv hadde to dynamoer av samme type som på La Fusée Electrique, og hadtighetsreguleringen foregikk etter samme prinsipp. Hver dynamo ytet 410 kW. Hver av de 8 elektriske banemotorene ytet 92 kW ved 100 km/t. 

En prøvekjøring mellom Saint-Lazare stasjon i Paris og Mantes-la-Jolie og tilbake ble foretatt den 12. november 1897. En annen prøvekjøring med vogner på til sammen 50 tonn ble foretatt den 18. november samme år, og hastigheten var 30 km/t. Under en annen prøvekjøring ble et tog på 250 tonn kjørt med en hastighet på 100 km/t, men under under prøvekjøringene ble den høyeste hastigheten målt til 120 km/t. 

Dampmaskin, dampkjel, dynamo, kull, vann og banemotorer utgjorde til sammen ganske mye vekt. Det var flere som mente at Heilmanns lokomotiver var for tunge, for kompliserte og for dyre i drift. I mellomtiden hadde det skjedd en utvikling og forbedring av de konvensjonelle damplokomotivene. Det ble konstruert større, raskere og kraftigere damplokomotiver med gangtøy som var avbalansert nok til at lokomotivene kunne kjøre raskere, uten at det oppstod rystelser. Flere påpekte at Selv om flere jernbaneselskaper i USA, Tyskland og Russland fattet en viss interesse for damp-elektriske lokomotiver, fikk Heilmanns konsept ikke noe gjennombrudd. Lokomotivene 8001 og 8002 ble demontert etter kort tid med prøvekjøringer. 

Det er blitt bygget damp-elektriske lokomotiver etter samme prinsipp som Heilmanns lokomotiver, bare med dampturbiner i stedet for dampmaskiner med sylindre og stempler. Senere kom lokomotiver med generatorer drevet av både dieselmotorer og gassturbinmotorer. Dieselelektriske lokomotiver er svært vanlige rundt om i verden, også i Norge.