A kkStB 180 sorozatú gőzmozdonyai a világ első, kis sugarú pályaívekben is közlekedni képes egykeretes öt kapcsolt kerékpárú tehervonati mozdonyai voltak.
Kifejlesztése A XIX. század végére jelentősen fellendült az Osztrák–Magyar Monarchia észak-csehországi szénbányáiból Szászország és Közép-Németország felé. A bányákhoz vezető legfontosabb vasútvonal a nem sokkal korábban államosított Prag–Duxer Eisenbahn (PD) Brüx (ma: Most)–Moldau (ma: Moldava) vonal volt, melynek legnehezebb szakasza a Klostergrab (ma: Hrob)–Moldau közötti mintegy 15 km hosszú vonalrész 37‰-es emelkedővel és 250 méter sugarú pályaívekkel. A szénvonatok terhelésének növekedésével az addig itt szolgálatot teljesítő PD-eredetű, négy kapcsolt kerékpárú, D tengelyelrendezésű 77 sorozatú mozdonyok vonóereje kevéssé vált. A tapadási tömeg növelésére mindenképpen szükség volt, mely csak a kapcsolt kerékpárok számának növelésével volt lehetséges. A pályára engedélyezett legnagyobb tengelyterhelés még a kkStB-nél általános 14,5 tonnánál is alacsonyabb, mindössze 13,2 tonna volt.
Az új mozdony tervezésénél a legnagyobb kihívást a megfelelő futómű kialakítása jelentette. A mozdonynak az említett vonalon előfogat vagy tolómozdony nélkül 190 tonna tömegű vonatot 15 km/h tartós sebességgel kellett vontatnia. Emiatt mind öt tengelyt be kellett kapcsolni a gépezetbe. A hegyi pályák szűk ívei azonban már a D tengelyelrendezésű mozdonyok futóműveit is nehezen viselték, így öt kapcsolt kerékpárt semmiképpen nem lehetett mereven, egy keretbe ágyazni. Az addig világszerte alkalmazott megoldások a kerékpárok radiális, ívekbe történő befordítására törekedtek több (pl. Mallet- és Klien–Lindner-rendszerek), vagy kevesebb (Engerth-, Pius Fink- és Hagans-rendszerek) sikerrel. Mindegyik megoldásra jellemző volt azonban hogy bonyolult, drága megoldások voltak. A kkStB kiváló konstruktőre, Karl Gölsdorf ezért más rendszert tervezett. A müncheni Krauss mozdonygyár főkonstruktőre, Richard von Helmholtz kiterjedt elméleti kutatásaira támaszkodva Gölsdorf az új mozdonytípus mind az öt kapcsolt kerékpárját egy merev főkeretbe ágyazta be, azonban az I., a III. és az V. tengelyt a csapágytokok elkeskenyítésével oldalirányban (axiálisan) elmozdíthatóvá képezte ki. A szükséges teljesítményt kompaund gépezet alkalmazásával biztosította.
Az új típus első példányát a Floridsdorfi Mozdonygyár 1900-ban készítette el és az a kkStB-nél a 18001 pályaszámot kapta.
A mozdonyok a Monarchiában ekkor kötelező módon hadijelet is kaptak, mely ennél a típusnál lett.
Szerkezete A 180 sorozatú mozdonyok tehát belső keretes, E tengelyelrendezésű, azaz öt, a keretbe ágyazott kapcsolt kerékpárral, futókerékpárok nélkül készült kéthengeres kompaund, szerkocsis gőzmozdonyok voltak. Keret, futómű, mozdonysátor A 180 sorozatú mozdonyok tervezésénél a legnagyobb nehézséget a futómű megtervezése jelentette. Az ívbeállás lehetővé tétele érdekében csak a II. és IV. kapcsolt tengelyt ágyazták mereven a főkeretbe, míg az I., III. és V. tengely mindkét tengelyirányba 26–26 mm-t eltolódhatott. Így bár a mozdony szélső tengelytávja 5,6 m volt, a merev tengelytávolság mindössze ennek felére adódott. A tengelyek oldalirányú eltolódását az tette lehetővé, hogy a tengelyek csapágynyakai 52 mm-rel szélesebbre készültek, mint a rajtuk lévő csapágytokok és ugyanennyivel készültek hosszabbra ezen tengelyek forgattyúcsapjai is.
A mozdonyok 1300 mm futókör-átmérőjű kapcsolt kerékpárokkal készültek. A hajtott tengely 3%-os nikkelacélból, míg a kapcsolt- és futótengelyek folytacélból készültek. A hajtott- és a kapcsolt kerékpárok tengelyeit a tengelyvonalban teljesen átfúrták. A hajtott tengelyágy-vezetékeket és a csapágyakat egyedi, olajjal átitatott kenőgyapot-, a futótengelyekét kenőpárnás kenéssel látták el. A belső elrendezésű, szegecseléssel készült keret két, egymástól 1,22 m távolságban lévő 34 mm vastag Martin-folytvaslemez hossztartóból állt, melyeket elöl a mellgerenda és gőzhengerek rögzítését merevítő szekrényes tartó, hátul a kapocsszekrény kötött össze. A szekrényes tartón kívül még négy, a kapcsolt tengelyek között elhelyezett, függőleges folytvaslemez-kereszttartót (ún. keretkötőt) is beépítettek. Mindegyik tartót felfelé meghosszabbították, így a kazán alátámasztásaként is szolgáltak. A kereszttartókra a tömegcsökkentés érdekében kivágások kerültek. A tengelytávolság csökkentésére a kapcsolt kerékpárokat a keretbe egymáshoz olyan közel ágyazták, amennyire csak a fékrudazat azt lehetővé tette. A tengelyágytokok keretkivágásait acélöntésű ágyvezetékek merevítették, valamint a keretlemezeknek a kivágásoknál lévő nyúlványait alul összekötő ún. kötővasak fogták össze. Az ágytokok kopásai húzóékekkel után-állíthatóak voltak.
Az első három kapcsolt kerékpár hordrugóit a tengelyek fölött, míg a hátsó kettőét a tengelyvonal alatt helyezték el. Az I. és II., illetve a IV. és V. kerékpárok rugói között himbás kiegyenlítést alkalmaztak.
A mozdonysátor a kkStB akkor általános alkalmazott szerkezete volt, a mellvéd vonala felett valamivel kisebb szélességgel. A sátoron elöl egy-egy ovális forgóablakot alakítottak ki, mely fölé a későbbi példányoknál védőernyőt szereltek. A sátor két oldalára egy-egy szögletes ablak, a sátortetőre szellőző került.
Kazán A 13,2 tonnában korlátozott tengelyterhelés a kazán méreteinek is korlátokat szabott. A mozdonyok kazánjának középvonala, több mint 2,6 méterrel a sínkoronaszint fölött helyezkedett el, így porosz-, más néven Becker-rendszerű állókazánt a keretek fölé emelték ki. Az 1,24 m széles és közel 2,4 m hosszú rostély előrefelé lejtett. Az 1,566 m belső átmérőjű hosszkazánt három, 17 mm-es folytvas lemezek alkotta övből szegecselték össze. A kazánt a szokásos módon a füstszekrény alatt, a füstszekrénytartónál rögzítették a kerethez, így hátrafelé dilatálhatott. A minél nagyobb gőztér és a hengerek vízrántásának elkerülése érdekében az első és harmadik kazánövre is egy-egy magas gőzdómot helyeztek el, melyeket egy 296 mm belső átmérőjű cső kötött össze. A vasutasszleng ezt az elrendezést „gatyaszárítós”-nak nevezte. A hátsó gőzdóm hátuljára két Coale-rendszerű közvetlen rugóterhelésű biztonsági szelepet szereltek. A kazánba 264 darab 46/51 mm átmérőjű, 4,5 m hosszú folytvas tűzcsövet építettek. Az elülső gőzdómban helyezték el a függőleges tolattyútükörrel készült egyszerű síktolattyús gőzszabályzót, melynek szabályozó rudazatát a kazánon kívül vezették el. Ebből a gőzdómból a kazánon kívül elhelyezett csővezetékben áramlott a gőz a nagynyomású henger tolattyúszekrényébe. A hosszkazán elöli részének két oldalsó falára egy-egy Gölsdorf-rendszerű vízelválasztót is felszereltek. Az 1,61 m hosszú füstszekrényre egyszerű Prüssmann-rendszerű kéményt szereltek. A későbbi példányok a kkStB többi tehervonati mozdonyához hasonlóan a szikrafogót is magába foglaló Rihosek-rendszerű úgynevezett „gólyafészkes” kéményt kaptak. A gőzfúvó csappantyús kivitelű volt. A kazánt 2 db Friedmann-rendszerű RST jelű 9 mm-es nyílású ún. „restarting” szívó frissgőz-lövettyű táplálta vízzel.
Gépezet A kazán méreteinek korlátai miatt a mozdony teljesítményét kompaund gépezettel kellett fokozni. A mozdony két gőzhengere közül szokásos módon a jobb oldalon a nagynyomású kis átmérőjű, bal oldalon a kisnyomású nagy átmérőjű hengert helyezték el.
A gépezet kialakítását erősen befolyásolta a futómű elrendezése. Mivel a II. és IV. tengely volt mereven a keretbe ágyazva, ezért a hengerek a IV. kerékpárt hajtották. Emiatt azonban túl hosszú hajtórúdra lett volna szükség, ezért szükségessé vált a dugattyúrúd meghosszabbítására hátrafelé annyira, hogy a keresztfej a II. kerékpár elé került. A hosszú forgattyúcsapok miatt a hajtórudak, illetve a dugattyúrudak, s így a gőzhengerek tengelyvonalának egymáshoz viszonyított távolságát is meg kellett növelni. Ez viszont tovább nehezítette az óriási, 850 mm átmérőjű gőzhenger elhelyezését a szerkesztési szelvényben, melyhez végül a főkereten is kivágást kellett ejteni és a hengereket hátrafelé 1:70 lejtéssel felszerelni.
A kompaund mozdonyoknál megszokott módon a nagynyomású hengert a keret jobb, míg a kisnyomásút a bal oldalára szerelték. A jobb oldali gőzhengert függőleges tengelyű beömlőcső kötötte össze a gőzszabályzóval. A jobb oldali forgattyút a bal oldalihoz képest 90°-kal hátrébb ékelték a kerékpártengelyre. A dugattyúrúd átmenő rendszerű volt. A hengerek dugattyú- és tolattyúrúdjának tömszelencéi azbesztfonatos tömítéssel készültek. A keresztfejek kétvezetékesek voltak. A hajtó- és csatlórudak I alakú keresztmetszettel készültek.
A gőzhengerek üresjárati munkájának (ellenállásának) csökkentésére a gőzdómnál a beömlőcső felső részére és a kisnyomású hengerre légszelepet (ún. Ricour-szelepet) és az átömlőcsőre egy 6 bar nyomásra beállított nyomásredukáló szelepet szereltek. A mozdonyok gépezetét Gölsdorf-rendszerű indítókészülékkel is ellátták. A nagynyomású henger legnagyobb töltése mindkét irányban 86%, a kisnyomásúé 89½% volt.
A gőzhengerek külső beömlésű kagylós síktolattyúkkal készültek, melyeket ellenforgattyús Heusinger–Walschaert-rendszerű vezérművek szabályoztak. A nagynyomású tolattyúja 5 mm-s negatív belső és 40 mm külső, míg kisnyomású tolattyúja 0 értékű belső és 34 mm külső túlfedéssel készült. Az ellenforgattyú előremenetben a forgattyút közel 90°-kal megelőzi, más szóval a forgattyúhoz képest előresietőként ékelték föl. Ennek megfelelően előremenetben a lengőívkő a lengőív (kulissza) alsó részén helyezkedett el. A kormányvonórudat emeltyűvel kombinált kormánycsavarral szabályozták.
Segédberendezések A mozdonyra két Hardy-rendszerű 1902. évi W XVIII-as típusú légűrfékhengert szereltek. A szükséges légritkítást egy, a mozdony bal oldalán elhelyezett vákuumszivattyú termelte. A féktuskók a mozdony három középső kerékpárjait elölről fékezték, míg szélső kerékpárok fékezetlenek voltak. A középső kerékpár oldalirányú elmozdulását a féktuskó csuklós függvas-szerkezettel követte. A féktuskónyomás a tapadási súly 50%-a volt. A sebességet egy Haushälter-rendszerű sebességmérő mérte. A gőzben lévő alkatrészek kenéséről egy Nathan-rendszerű kondenzációs kenőkészülék gondoskodott. Kedvezőtlen tapadási viszonyok esetén Gresham–Rihosek-rendszerű, gőzzel működtethető homokoló juttatott homokot a futóhídon elhelyezett szögletes homoktartályból a második kapcsolt kerékpár elé. A mozdonyokat hagyományos bajor rendszerű nagynyomású gőzfűtési berendezéssel látták el, Foster-rendszerű nyomáscsökkentő szeleppel kiegészítve.
Szerkocsi A 18001 pályaszámú mozdonyhoz a Klostergrab–Moldau vonalszakasz hídjainak korlátozásaira tekintettel egy új, könnyű kéttengelyes szerkocsit készítettettek, melyet a kkStB 9 sorozatként jelölt.
Próbamenetek A mozdonyt a Purkersdorf–Rekawinkel vonalszakaszon terhelési próbáknak vetették alá, ahol a tartós 10‰-es emelkedőn 600 tonnás vonatot 35 km/h, 700 tonnás szerelvényt 20 km/h tartós sebességgel továbbított. A próbák során a mozdony 62 km/h legnagyobb sebességet ért el, így az engedélyezett sebességet a nehéz, szabadon függő gépezetre is tekintettel 50 km/órában állapították meg.
Sorozatgyártás A kedvező tapasztalatok alapján a következő évben elindult a típus sorozatgyártása, melyben a legtöbb osztrák mozdonygyár részt vett. A sorozatban gyártott példányok néhány kisebb módosítással (100 mm-rel elülső rész, a homlokszélvédők fölé védőernyő került) megegyeztek a prototípussal. A kéttengelyes szerkocsi nem biztosított kellő hatótávolságot, így helyette a sorozatot a kkStB egyik szabványos háromtengelyes szerkocsijával, a 76 sorozattal szállították. Öt év alatt összesen 94 db-ot vett át a kkStB az alapváltozatból. Ezek közül a prototípus mozdonnyal együtt 35 db-ot a Floridsdorfi Mozdonygyár, 43 db-ot a Lokomotivfabrik der StEG, 5 db-ot a prágai Első Cseh-Morva Gépgyár (BMMF), 11 db-ot a Bécsújhelyi Mozdonygyár készített.