Antriebssystem von US Diesel Loks

Praktisch gesehen ist eine Diesellok mit elektrischer Kraftübertragung eine Elok mit eigenem Kraftwerk. Der E-Motor hat dabei eigentlich nur Vorteile:

- Geringe Baugröße bei sehr hoher Leistung

- Der Stromliefernde Diesel kann entsprechend übersetzt mit relativ niedriger Drehzahl laufen (der Diesel einer F40PH hat knapp 1000 UPM Maximaldrehzahl)

- Das Maximale Drehmoment eines E-Motors steht schon bei Drehzahl 0 zur Verfügung -> Sehr hohe Anfahrzugkräfte auch bei niedrigen Geschwindigkeiten und aus dem Stand.

- Die elektrische Kraftübertragung ist im Gegensatz zur mechanischen oder hydraulischen fast verschleiss- und wartungsfrei.

- Moderne AC Motoren können praktisch nicht überlasten. Du kannst mit so einer Lok gegen einen Prellbock drücken und Vollgas geben, ohne das die E-Motoren durchbrennen, mit einer Dieselhydraulikübertragung gänge das nicht...

Micha

Zitat

Dann wird wohl nur noch reine E-Technik wirtschaftlicher sein, wie ?

Wenn Du die entsprechende Infrastruktur erst aufbauen musst (Kraftwerke, Umformer, Oberleitung) dann lohnt sie sich eigentlich nicht. Bei bestehenden Anlagen auf jeden Fall...

Wärmekraftmaschinen, darunter gehören neben dem Dieselmotor auch der Benzinmotor (Otto oder 2-Takt), die Gasturbine, ..., bringen ihre maximale Leistung (Drehmoment mal Drehzahl) nur gerade in einem bestimmten Punkt.

Beim Anfahren eines Zuges wird aus dem Stand vorerst einmal mächtig Kraft benötigt, sprich vor allem vom Motor Drehmoment erwartet, aber noch fast keine Drehzahl.

Während einer Geradeausfahrt wird aber nicht mehr sehr viel zusätzliche Kraft benötigt, der Zug hält sich durch seine Massenträgheit fast selber auf trab, der Motor "unterstützt" die Fahrt mit minimaler Leistungsabgabe.

Bei einer Bergfahrt verhält es sich ähnlich wie beim Anfahren, es wird bei niedriger Geschwindigkeit viel Kraft benötigt.

Für diese unterschiedlichen Anforderungen müsste ein mehrstufiges Schaltgetriebe eingebaut werden. Getriebe aber fressen auch Unmengen von Leistung, vor allem durch Reibung. Für den Richtungswechsel muss das Getriebe noch eine zusätzliche Zwischenstufe erhalten, denn ein Motor kann nur in einer Drehrichtung betrieben werden, das würde nun heissen, in einer Fahrtrichtung sinkt der Wirkungsgrad nocheinmal.

Für die Stromerzeugung kann ein Motor aber so ausgelegt werden, dass er immer mit der optimalen Drehzahl läuft und so sein Maximum an Energie an einen Generator weitergibt. Elektromotoren können bei AC-Maschinen über einen Frequenzumrichter mit Strom, Spannung und Frequenz und bei einer DC-Maschine mit Strom und Spannung optimaler geregelt werden als ein direkter mechanischer Antrieb. Ein Fahrtrichtungswechsel geschieht durch Umpolen und ergibt keine zusätzlichen Verluste. Die gesamten Verluste sind kleiner.

Ein elektrisches System ist weniger anfällig auf Schäden (Leckagen, mechanischer Verschleiss, ...) und erfordert auch weniger Wartung (regelmässige Schmierölkontrollen und Nachfüllungen)

Einen Nachteil hat das dieselelektrische System aber: Bremsen! Die Bremsenergie muss über Bremswiderstände vernichtet werden. Bei direktem mechanischem Antrieb könnte mit dem Motor und einem Retarder gebremst werden, ähnlich wie bei den Lastkraftwagen.

Zitat

Einen Nachteil hat das dieselelektrische System aber: Bremsen! Die Bremsenergie muss über Bremswiderstände vernichtet werden. Bei direktem mechanischem Antrieb könnte mit dem Motor und einem Retarder gebremst werden, ähnlich wie bei den Lastkraftwagen.

Dein Vergleich hinkt aber!

Im Retarder wird die Energie durch die Reibung des Bremsmediums (meist Öl) auch in Wärme umgewandelt und geht also genau so verloren wie in Bremswiderständen. Teilweise muss das Öl aus dem Retarder noch gekühlt werden, was den Aufwand erhöht.

Selbst bei einer reinen Motorbremse geht die Bremsenergie verloren, weil man sie ja nicht nutzen kann...

Sinn hätte hier nur die Energie in großen Akkus oder einer Schwungscheibe zu speichern...

Zitat

Moment, evtl können wir meine nächste Frage auch gleich beantworten:
D.h. also wenn ich bremse drehen sich die Antriebsmotoren wie ein Dynamo mit,
man verwendet praktisch den Wiederstand des Getriebes und der Motoren um
zusätzlich Bremskraft aufzubringen, richtig ?

Richtig, bei modernen Eloks wird diese Energie sogar ins Netz zurück gespeist.

Zitat

Heist das unter anderem daß Loks ohne Dyn.Break nicht auf Strecken mit starken
Höhenunterschieden eingesetzt werden, da starkes Gefälle gleich starke Bremsleistung
gleich viel Abwärme ???

So ist es im Prinzip. Eine dynamische Bremse ist nicht zwingend für Gebirgsbahnen, hilft aber Bremsbeläge zu schonen und erleichtert die Arbeit für den Lokführer. Non Dynamic Loks findest Du oft bei östlichen Bahnen. Die Dynamische Bremse eignet sich eh nur für Dauerbremsungen um auf Gefällestrecken die Geschwindigkeit zu halten und nicht für Zielbremsungen, deswegen ist sie im Flachland sinnlos, weil ihre Wirkung mit der Geschwindigkeit abnimmt.

Zitat

Die Dynamische Bremse eignet sich eh nur für Dauerbremsungen um auf Gefällestrecken die Geschwindigkeit zu halten und nicht für Zielbremsungen, deswegen ist sie im Flachland sinnlos, weil ihre Wirkung mit der Geschwindigkeit abnimmt.

Nicht so Ganz richtig . Bei neueren Lokomotiven und Triebwagen arbeitet eine Dynamische Bremse immer mit (bei JEDER Bremsung). Spart vor allem Bremsscheiben/Bremssohlen uns somit auch Werkstattkosten. Bei einigen (deutschen) Triebwagen wird im oberen Geschwindigkeitsbereich NUR mit der Dyn. Bremse gebremst, die pneumatische Brems schaltet dann automatisch nur im unteren Geschwindigkeitebereich (so ca. 25 -30 km/h) zu.
RICHTIG ist = Ziehlbremsung rein mit Dyn. Bremsen ist nicht möglich! Das System einer Dyn. Bremse braucht auf beiden Seiten des Getriebes (Primär + Sekundär) eine Drehbewegung der Getriebewandler! Je langsamer einer von beiden sich dreht, desto weniger (Brems)Energie wird übertragen.

ABER im Grundsatz stimmt es schon, die Dyn. Bremsen dienen vor Allem bei längeren Talfahrten zur Geschwindigkeitsbeibehaltung.

Hallo,
zur dyn. brake. Ich weiß zwar nicht wie es in den USA mit der Zulassung von Loks ohne dyn. brake auf Steilstrecken ist, in Deutschland sind auf manchen Steilstrecken (z.B. Murgtalbahn Freudenstadt - Baiersbronn im Schwarzwald) Dieselloks ohne dyn. brake nicht zugelassen (212, 211, 215 Vorserie, 218 Vorserie).
Hydraurische Kraftübertragung: Die SP war mit der ML 4000 sehr zufrieden (Ausnahme die Kühlluftansaugung), so daß die Maschinen der DRGW gekauft wurden, eine weitere Serie von KM gekauft wurde und ALCO auch Hydraulics baute. Die ML4000 steckte zur damaligen Zeit jede andere US-Maschine zugkraftmässig in den Sack. Jedoch war die Technik für die Jungs zu diffizil, eine dieselelektische Maschine ist halt einfacher in der Wartung. Ein Vorteil der Dieselhydraulik ist auch, daß die Radsätze in einem Drehgestell kraftmäßig miteinander verbunden sind und ein einzelner Radsatz nicht schleudern kann. Desweiteren kann man durch das Wandlergetriebe den Dieselmotor auf einer günstigen Drehzahl laufen lassen und durch eine entsprechende Füllung des Getriebes optimal anfahren.
Meiner Meinung nach brachte erst die Drehstromtechnik mit ihrer Regelelektronik den Sieg über die Dieselhydraulik.
Peter

Ja, Peter da haste Recht.
Daß eine dieselhydraulische Lok weniger Zugkraft entwickelt, als eine dieselelektrische kann ich nicht glauben (bei natürlich gleicher Motorleistung!!!).
Der Vorteil der Hydraulik ist ja gerade der, daß diese Lok (im Gegensatz zu der festen Ãœbersetzung des Traktionsmotors zur Achse) mehrere Wandler, d. h. Fahrstufen oder "Gänge" besitzt, d. h. sie kann von Wandler zu Wandler hoch und runterschalten. Sie ist zwar leichter, aber von den Bauteilen recht komplex und wartungsintensiv. Gerade dies war wohl DAS Hauptproblem der meisten US Bahngesellschaften. Äußerst schlecht ausgebildete Mechaniker und eher zuwenig Wartung, als genug davon.............
Man(n) kann die Entwicklung auf dem Loksektor durchaus mit denen der PKW´s gleichstellen. Vergleicht doch mal eine Maschine von ca. 1960 mit den KM´s. Das ist genauso ein Unterschied, wie eine Mercedes S-Klasse von 1962 (Heckflosse 220SEb) mit einem zeitgenössischen US PKW, wenn man so etwas überhaupt vergleichen kann.......... Welten treffen aufeinander.......
Die KM´s waren einfach ZU kompliziert für den rauhen Einsatz in den USA.
Habe da div. Artikel zu und auch ein paar Stellungnahmen von KM zu den Problemen bei der D&RGW und SP. Einen großen Fehler haben die Ingeneure bei KM aber gemacht, sie habe die klimatischen Bedingungen der Weststaaten außer Acht gelassen. (große Höhen mit heißen Temperaturen).
Grüße aus Hannover,
Matthias.

Zitat

Daß eine dieselhydraulische Lok weniger Zugkraft entwickelt, als eine dieselelektrische kann ich nicht glauben (bei natürlich gleicher Motorleistung!!!).

RICHTIG, wie weiter unten schon geschrieben, sind beide Arten der Leistungsübertragung gleichwertig.
Und auch schon richtig erkannt, die hydraulische Kraftübertragung braucht erheblich MEHR Wartung und Pflege.
Ist bei der elektr. Kraftübertragung erst einmal die Steuerung einjustiert, dann ist eben nur ein minimaler Wartungsaufwand nötig.

Zitat

von Wandler zu Wandler hoch und runterschalten

So etwas ähnliches ist aber auch bei Gleichstrom-Kraftübertragung nötig! Denn bei gleichbleibender Feldwicklung und steigenden Drehzahlen am Fahrmotor nimmt der Wirkungsgrad rapide ab. Die Lösung, man schaltet zu den Feldwicklungen Widerstände hinzu. So wird es zumindest bei den deutschen ex. BR 120 + BR 132 gemacht und ich kann mir nicht vorstellen, daß die dort drüben ohne auskommen.

Hallo Leute

Als Elektomonteur sehe ich aber bei der Dieselelektriktechnik noch weitere Vorteile die sicher nicht ausser acht gelassen werden sollten: die verbindungen von Chasis auf das Drehgestell mit den Motoren. "bei den Kabel gibt es keine Oellecks" somit kann es auch weniger passieren, dass man plötzlich keine Kraft mehr auf dem Motor hat.

Logisch der Umformer (AC oder DC) kann auch defekt gehen, aber bei den heutigen Lok's hat es pro Achse oder mind. pro Drehgestell ein Umformer. Somit kann man notfalls die Lok auch noch irgendwie aus eigener Kraft bewegen. Das wird schon sehr schwierig wenn kein Hydraulikoel mehr vorhanden ist.

Wie auch schon erwähnt wurde dürfte in der aktuelle Preissituation der Treibstoffe auch die optimierte Dieselverbrennug bei der Stromproduktion ins Gewicht fallen.

Ein AKW wird auch nicht umbedingt nach Anzahl angeschlossener TV-Geräte betrieben.

Gruss aus den Bergen
Andi

Zitat

Als Elektomonteur sehe ich aber bei der Dieselelektriktechnik noch weitere Vorteile die sicher nicht ausser acht gelassen werden sollten: die verbindungen von Chasis auf das Drehgestell mit den Motoren. "bei den Kabel gibt es keine Oellecks" somit kann es auch weniger passieren, dass man plötzlich keine Kraft mehr auf dem Motor hat.

Ich glaube Du hast eine falschen Eindruck von der hydraulischen Kraftübertragung. Es gibt keine Hydraulikleitungen vom Chassis zum Drehgestell, die undicht werden könnten, was Du meinst ist ein hydrostatischer Antrieb, der oft bei Gabelstaplern zu finden ist. Hier treibt der Motor eine Hydraulikpumpe an, von der Schläuche zu kleinen Hydraulikmotoren direkt am Rad gehen.

Bei dieselhydraulischem Antrieb treibt der Motor ein Turbinenrad im sogenannte Wandler an. Durch dieses Rad wird Öl, das Ãœbertragungsmedium, in Strömung versetzt, und über ein Leitrad auf das Abtriebsrad gelenkt. Das Leitrad ist verstellbar, dadurch lässt sich das abzugebende Drehmoment/Drehzahl stufenlos regeln. Vorteil ist hier, wie bei der elektrischen Kraftübertragung, dass Du schon bei Drehzahl null maximales Drehmoment am Abtrieb verfügbar hast...

Der Wandler sitzt meistens recht tief etwa in Lokmitte, von ihm gehen dann bewegliche Kardanwellen zu den Drehgestellen und übertragen so die Antriebskraft.

Hallo Acela

Ok, ich gebe mich geschlagen. Das habe ich gemeint.

Aber das würde ja bedeuten man hat nur 1x Wandler pro Lok? Oder haben die grossen Lok's (MAC90, AC44 etc) 2x Motor und Wandler (pro Drehgestell)?

Wie sieht das mit dem Gewicht aus? Ist diese ganze Mechanik nit enorm schwer? Ich weiss die Lok's sind und müsssen ja auch schwer sein. Aber für dies Kraftübertragung braucht es doch relativ grosse Antriebssysteme?

Ich weiss die grossen AC-Drehstromumformer sind auch schwer und gross, aber die brauchen nicht umbedingt eine Kardanwelle zur Achse und können so auch anderst plaziert werden. Wenn ich die aktuellen Europäischen E-Lok's anschaue sieht man das ja ganz gut.

Gruss Andi

Zitat

Original von Andi
Aber das würde ja bedeuten man hat nur 1x Wandler pro Lok? Oder haben die grossen Lok's (MAC90, AC44 etc) 2x Motor und Wandler (pro Drehgestell)?

Heute haben alle Loks nur noch einen Motor und einen Wandler.
Ausnahmen waren 2motorige Maschinen wie die E-Units und die Doppelloks wie DD40AX mit 2 Wandlern

Gruß

Dieselelektrische Loks haben keinen Wandler, am Motor ist der Generator angeflanscht...

Zitat

Original von Acela
Dieselelektrische Loks haben keinen Wandler, am Motor ist der Generator angeflanscht...

Du hast Recht - wenn man "Wandler" klassisch mit einem Öldruck-Getriebe vergleicht. Natürlich meinte ich Generator, obwohl dies auch ein "Wandler" ist (an-den-Haaren-herbeigezogene-Verbesserung )

CU