Kesselexplosion

Lok 44 der WEG im Bahnhof Schleusingen (2. November 1890)

Güterzuglokomotive der EL (13. Mai 1909). Der Kessel wurde bei der Explosion 70 m weit weggeschleudert.

Mobile Dampfmaschinen (Dampflokomotive, Dampftriebwagen, Lokomobile, Dampfwagen, Dampfschiff, Dampfboot) haben eine wassergekühlte Feuerbüchse, der sich der Langkessel anschließt. Der Wärmeübergang ist in der Feuerbüchse am größten, da hier die Wärmeübertragung insbesondere durch Strahlung erfolgt. Von der Feuerbüchse gelangen die Rauchgase in die Rauchrohre, und die Wärme wird durch Konvektion an das Wasser abgegeben.

Eine Überhitzung der Heizflächen wird vermieden, wenn ein ausreichender Wasserstand im Kessel vorhanden ist, der auch bei starkem Gefälle die Feuerbüchse und Rauchrohre des Fahrzeugs überdeckt. Das verdampfte Wasser muss mit der Speisepumpe oder dem Injektor in ausreichender Menge nachgespeist werden. Im Falle einer ungenügenden Nachspeisung werden die Heizflächen nicht mehr mit Wasser bedeckt. Die Wärme kann an diesen Bereichen nur noch auf den Dampf übertragen werden. Die Wärmeübergangszahl bei der Wärmeübertragung auf Dampf im Vergleich zur Verdampfung ist um viele Größenordnungen geringer. Die Heizflächen, die im Normalbetrieb maximal 50 °C wärmer als die Sattdampftemperatur sind, nehmen wesentlich höhere Temperaturen an und können zum Glühen gebracht werden. Die Festigkeit des Stahls nimmt mit zunehmender Temperatur stark ab, sodass durch den weiterhin anstehenden Kesseldruck die trockenliegenden Heizflächen, z. B. die Feuerbüchse, plastisch verformt (eingedrückt) werden und schließlich aufreißen.

Wenn durch die Bewegung des Fahrzeuges oder durch nachgespeistes Wasser die überhitzten Bauteile wieder mit Wasser bedeckt werden, besteht die Gefahr, dass schlagartig große Dampfmengen erzeugt werden, für die das Sicherheitsventil nicht ausgelegt ist. Dieser schnelle Druckanstieg und die Schädigung der Flächen durch die hohe Temperatur können zum Aufreißen des Kessels führen. Wenn sich ein Riss bildet, entweicht der Dampf mit hoher Geschwindigkeit und der Riss wächst weiter. Mit dem sinkenden Druck im Kessel verdampft das noch vorhandene Wasser, man spricht von der Nachverdampfung. Mit zunehmender Größe der aufgerissenen Fläche steigt die Rückstoßkraft, sodass der Kessel meistens noch fortgeschleudert wird.

Beim Eisenbahnunfall von Herrlisheim 1909 kam es zu dem Kesselzerknall, weil ein defekter Wasserstandsanzeiger dem Lokomotivpersonal einen hohen Wasserstand anzeigte, der aber gar nicht mehr vorhanden war.[1]

Der letzte Zerknall in Deutschland ereignete sich am 27. November 1977 in Bitterfeld.

Normalerweise kann aufgrund der Sicherheitsventile, deren Wartung und der Anzeige eines Manometers kein zu hoher Kesseldruck auftreten. Es soll jedoch Fälle gegeben haben, wo Ventile manipuliert waren, um z. B. Wettfahrten zu gewinnen oder Rekorde zu brechen. Zum Kesselzerknall in Meiningen soll es dadurch gekommen sein, dass ein zu hoher Kesseldruck wegen defektem Manometer nicht erkannt wurde. Vermutlich waren auch die Sicherheitsventile nicht in korrektem Zustand.

Damit ein Dampfkessel jederzeit sicher betrieben werden kann, sind bestimmte Wartungsintervalle und Prüfungen vorgeschrieben. Bei der Wartung wird der Kessel immer von außen komplett freigelegt. Alle Nähte werden überprüft. Im Bereich der Feuerbüchse, dem kritischsten Bereich eines Dampfkessels, werden sämtliche Stehbolzen auf Anrisse überprüft und im Zweifelsfall durch neue ersetzt. Üblicherweise wird nach Abschluss der Arbeiten eine Kaltwasserdruckprobe mit dem 1,5-fachen Betriebsdruck vorgenommen. Hierbei wird der Kessel vollständig mit Wasser gefüllt und langsam auf Prüfdruck gebracht. Dabei dürfen keine Verformungen und Undichtigkeiten am Kessel auftreten. Da sich bei dieser Prüfung ausschließlich Wasser im Kessel befindet, das sich nicht zusammenpressen lässt, ist kein Zerknall zu befürchten, da zum Beispiel das Aufreißen einer Naht nur zum sofortigen Druckabfall, nicht aber zum Entstehen von Dampf führt, der unkontrolliert nachströmen würde. Anschließend ist eine Warmdruckprobe mit 1,2-fachem Betriebsdruck vorgesehen. Zum Schluss werden die Sicherheitsventile, die den Betriebsdruck des Kessels begrenzen, von einem Kesselprüfer eingestellt und gegen Verstellen verplombt. Bei weitergehenden Prüfungen wird der Kessel auch von innen komplett freigelegt, dazu werden alle Rohre ausgebaut. Dabei werden die Kesselwandungen auf Materialabzehrungen untersucht, um zu geringe Wandstärken zu erkennen. Die abschließenden Prüfungen sind die gleichen wie oben beschrieben. Werden diese Wartungen versäumt, kann das dazu führen, dass Mängel am Kessel unbemerkt bleiben. Er kann beispielsweise dem zugelassenen Druck nicht mehr standhalten, da seine Wandungen mit der Zeit zu dünn geworden oder die versteifenden Stehbolzen im Feuerbüchsbereich gerissen sind.

In Medina (Ohio) (USA) zerknallte am 29. Juli 2001 der Kessel eines Dampftraktors auf einem Jahrmarkt. Bislang ist das der jüngste bekanntgewordene Fall eines Kesselzerknalls. Ursache waren hier schwere Wartungsmängel (Kesselstein und abgezehrtes Material). Das bei der nachfolgenden Unfall-Untersuchung nicht öffnende Sicherheitsventil und ein zu wenig anzeigendes Kesseldruckmanometer waren hingegen nicht die Explosionsursache.[2] Die Unfalluntersuchung ergab, dass der Kessel einen dermaßen schlechten Zustand hatte, dass er wohl bereits unterhalb des Betriebsdruckes barst.

Am 9. Juli 1892 kam es auf dem Genfersee bei Lausanne zu einem Kesselzerknall auf dem Schaufelraddampfer Mont Blanc, der 26 Todesopfer unter Passagieren und Besatzung forderte. Als in Ouchy für die Weiterfahrt der Kesseldruck erhöht wurde, explodierte der horizontale Dampfdom des Schaufelraddampfers. Der Grund war eine Fehlkonstruktion und ungenügende Prüfung des Dampfdomes. Dies war einer der seltenen Fälle von Kesselexplosionen auf Dampfschiffen.

Verschiedene Ursachen wie unzureichendes Material, fehlerhafte Bedienung oder Überbelastung führten im 19. Jahrhundert häufig zu Kesselzerknallen bei stationär aufgestellten und mobilen Dampfkesseln. Durch diese Unfälle waren oft Menschen betroffen, die von weggeschleuderten Bauteilen und austretendem Dampf verletzt oder getötet wurden. Dies löste die Gründung von Dampfkessel-Überwachungsvereinen aus, aus denen sich später die Technischen Überwachungsvereine, heute in Deutschland und Österreich bekannt unter der Abkürzung TÜV, entwickelten. In der Schweiz führt das Kesselinspektorat die vergleichbaren Überprüfungen durch. In Deutschland waren die Staatsbahnen meist selbst für die Überwachung der Kesselsicherheit verantwortlich.

Ein Beispiel für die Verwendung falscher Werkstoffe sei hier genannt: Bei der Deutschen Reichsbahn war man gegen Ende der 1930er Jahre der Annahme, durch Verwendung der Stahlsorte St47 K-Mo für den Kesselbau den Druck erhöhen zu können, ohne dass das Kesselgewicht durch größere Wandstärke deutlich ansteigt. Dieser Werkstoff ist mit Molybdän legiert und besaß einen recht hohen Kohlenstoffanteil. Dies ergab zwar anfangs eine hohe Festigkeit, jedoch war der Stahl nicht alterungsbeständig. Das Molybdän verringert die Wärmeleitfähigkeit des Stahls deutlich. An Verbindungsstellen mit anderen Stahlsorten entstehen Spannungen. Der hohe Kohlenstoffanteil versprödet den Stahl. Es bildeten sich bald Haarrisse, sodass z. B. der Kessel der 50 846 (Bj. 1940) als erster bereits 1941 barst. Als Sofortmaßnahme wurde der zulässige Betriebsdruck dieser Kessel herabgesetzt und eine intensivere Überwachung angeordnet. In besonders dringenden Fällen wurden schon in den frühen 1940er Jahren erste Ersatzkessel aus der bewährten und zuvor verwandten Stahlsorte St34 beschafft.

Auch äußere Gewalteinwirkung kann zu einem Kesselzerknall bzw. einer Kesselexplosion führen. So müssen Rettungsmannschaften damit rechnen, dass nach einem schweren Unfall die Gefahr eines Kesselzerknalls besteht (z. B. nach einem Frontalzusammenstoß unter Beteiligung einer Dampflokomotive).

Länderbahnen

Deutsche Reichsbahn

Westzonen und DB

SBZ und DR

In Großbritannien gab es, vor allem in der Frühzeit der Eisenbahn, zahlreiche Fälle, in denen es zu einem Kesselzerknall kam. Großbritannien war Vorreiter in der Eisenbahntechnik und trug somit auch die entsprechenden Risiken in großem Umfang.[20]

In den USA gab es angesichts der dortigen Betriebsverhältnisse erhebliche Probleme, Kesselexplosionen zu verhindern, zum einen da oft Wasser schlechter Qualität eingesetzt werden musste, das verschlammte oder den Kessel schnell verkalken ließ. Der zweite Grund war, dass Lokomotivpersonal relativ häufig nicht darauf achtete, dass ausreichend Wasser die beheizten Teile bedeckte. In beiden Fällen wurde der Kessel so heiß, dass sein Material instabil wurde und es zur Explosion kam. Die Interstate Commerce Commission stellte für 1917 fest, dass im Durchschnitt in den USA pro Tag mehr als ein Kessel einer Dampflokomotive explodiert sei, dabei 52 Menschen ums Leben kamen und weitere 469 verletzt wurden.[63]

Dampfkesselexplosion 1881. Lithographie des Bayerischen Dampfkessel-Revisionsvereins (1882)

Ein Beispiel in Deutschland:

Explosion eines Dampfkessels auf dem Walzenwerk Eschweiler-Pümpchen bei Aachen am 4. November 1881. (Text auf der Lithographie des Bayerischen Dampfkessel-Revisionsvereins.)

Des Weiteren ist der Zerknall des Kessels der Antriebs-Maschine der Zeitzer Drahtseilbahn am 7. Februar 1889 bekannt, bei dem der Heizer ums Leben kam. [3]

In den USA war das Dampfschiff in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts das Haupttransportmittel im Fernverkehr. Nach einer Einschätzung von 1848 ereigneten sich zwischen 1816 und 1848 dort 233 Kesselexplosionen mit 2563 Toten.[74]