Balken
Englisch: beam
In Dampfmaschinen ein schwerer gusseiserner Hebel mit Schwingbewegung um eine zentrale Achse, an dessen einem Ende die Kolbenstange befestigt ist, die seine Bewegung überträgt, und am anderen Ende die Kurbel der Rädervorgelege.
Balken: der Hebel, der die Kolbenbewegung in Drehung umwandelt
In einer Dampfmaschine ist der Balken ein massiver Eisenhebel, der an seinem Mittelpunkt gelagert ist und die mechanische Verbindung zwischen dem hin- und hergehenden Kolben und der rotierenden Kurbelwelle darstellt. Ein Ende verbindet sich mit der Kolbenstange, das andere mit dem Kurbelzapfen. Wenn der Dampfdruck den Kolben in gerader Linie drückt, wippt der Balken auf seinem zentralen Lager hin und her und wandelt diese Linearbewegung in die Drehbewegung um, die das Rad antreibt.
Der Balken selbst besteht typischerweise aus Gusseisen, in späteren Ausführungen manchmal aus Schmiedeeisen, und hat von oben betrachtet die Form eines verlängerten T oder I. Der Drehpunkt oder das Lager sitzt auf oder nahe der geometrischen Mitte; durch Verschieben dieses Drehpunktes nach vorne oder hinten lässt sich der Übersetzung zwischen Kolben- und Kurbelseite einstellen. Bei großen stationären Maschinen konnten Balken 20 Fuß oder länger sein und mehrere Tonnen wiegen.
Frühe Balkenmaschinen waren stationäre Mühlenmaschinen, Grubenfördermaschinen und Schiffsdampfmaschinen, wobei der Balken oft teilweise im Freien untergebracht war. Die Cornish-Maschine, entwickelt für die Tiefgrubenförderung, nutzte das Balkenprinzip intensiv. Einige Schiffsdampfmaschinen montierten den Balken vertikal im Maschinenhaus, mit dem Kurbelgetriebe unter Deck. Andere Ausführungen platzierten ihn horizontal über den Zylindern, seitlich sichtbar.
Spannungen und Verschleißstellen
Das Lagerbock des Drehpunktes erfährt enorme Biegespannungen, während der Balken wippt, besonders bei voller Leistung. Gusseiserne Balken konnten in der Nähe des Drehpunktes reißen, besonders wenn die Gussteile innere Fehler aufwiesen. Die Verbindung zwischen Balken und Kolbenstange nutzte typischerweise eine U-förmige Lasche, sogenanntes Kreuzkopf- oder Lagerbock-Befestigungssystem, das schnell verschliss und häufiger erneuert werden musste. Die Kurbelzapfenverbindung am anderen Ende erfuhr ebenfalls erhebliche Gleitreibung und benötigte Lagerflächen aus Messing oder Weißmetall.Mit dem Aufkommen von Compound- und Dreifach-Expansionsmaschinen im späten 19. Jahrhundert übertrugen mehrere Balken oder balkenähnliche Hebel die Bewegung von separaten Zylindern. Allerdings fiel der klassische oszillierende Balken für die meisten Anwendungen zunehmend aus der Mode und wurde durch direkte Kurbelantriebe ersetzt, sobald Kolbengeschwindigkeit und Dampfdruck anstiegen. Der Balken blieb am längsten in der Schifffahrt im Einsatz, wo seine massive Trägheit die Kraftabgabe bei Schiffen mit expansiven Dampfprozessen half auszugleichen.