Wie viel PS sind notwendig?

[Zappaesk]

Diesel-elektrisch und Diesel-hydraulisch sind bei Loks keineswegs extreme Ausnahmen, weil es halt sehr schwer ist, Getriebe für so große Leistungen zu bauen und oftmals die Anfahrleistung, d.h. das Drehmoment bei quasi null, am wichtigsten ist, d.h. ohne Drehmomentwandler käme man eh nicht aus. (gibt es überhaupt größere Locks mit klassischer Kupplung? )

Drehmomentwandler kommen bei Schienenbussen und bei kleineren Loks sicher auch zum Einsatz. Da könnte man sicher auch über eine Kupplung anfahren. Ist aber ne andere Sache

Aber das Getriebe für große Leistungen schwer zu bauen sind ist Unsinn. Getriebe gibts in jedem Kraftwerk bis in den Megawattbereich... Ist ne andere Anwendung mit anderen Anforderungen, ich weiß. Aber generell ist es natürlich möglich Getriebe in praktisch jedem beliebigen Leistungsbereich zu bauen. Dimensionierend für ein Getriebe ist ja in erster Linie auch nicht die Leistung sondern das Drehmoment. Die Leistung ist mehr für die Auslegung der Kühlung interessant.

 

[Icejester]

Um die Frage aus diesem Thread endlich mal abschließend zu beantworten: Viel. Aber noch mehr ist immer besser. Ich hoffe, das hilft.

Die haben zwar höhere Verluste, aber man kann für diese Antriebsleistungen eh kaum ein Getriebe geschweige denn eine Kupplung bauen und ein Drehmomentwandler (von dem es zum diesel-hydraulischen Antrieb kein großer Schritt ist) ist ja auch aufgrund der benötigten Anfahrleistung von großem Vorteil.

Das ist fast ausschließlich eine Frage der Dimension. In einer großen Lok kann man logischerweise auch ein großes Getriebe einbauen.

 

[axel25]

Das Problem sind die Zugkraftsprünge bei nassen Schienen. In dem Moment dürfte so ein Getriebe nicht lange halten.

@Skysnake: Gute Rechnung, zu dem Punkt mit den 6 Achsen: Vor der Einführung von Drehstromasynchronmotoren baute man schwere Elektro- und Dieselloks mit 6 Achsen, um das höhere Motorgewicht aufnehmen und mehr Leistung auf die Schiene bringen zu können.

Drehmomentwandler kommen bei Schienenbussen und bei kleineren Loks sicher auch zum Einsatz. Da könnte man sicher auch über eine Kupplung anfahren. Ist aber ne andere Sache

Aber das Getriebe für große Leistungen schwer zu bauen sind ist Unsinn. Getriebe gibts in jedem Kraftwerk bis in den Megawattbereich... Ist ne andere Anwendung mit anderen Anforderungen, ich weiß. Aber generell ist es natürlich möglich Getriebe in praktisch jedem beliebigen Leistungsbereich zu bauen. Dimensionierend für ein Getriebe ist ja in erster Linie auch nicht die Leistung sondern das Drehmoment. Die Leistung ist mehr für die Auslegung der Kühlung interessant.

Siehe zum Teil oben.

Allerdings ahben mittlerweile selbst kleien Rangierloks oft dieselhydraulische Getriebe.

Für de Luftwiderstand muss man auch sagen, das man da einfach ne ebene Fläche annehmen, die etwas größer ist als die Stirnfläche des Zugs, einfach deswegen, das eben der Großteil des Zugs ja von seinem Vorderteil verdeckt wird. An den Wagons machen also nur kleine Teile mit bei der Luftreibung. (Wir gehen mal von geschlossenen Wagons aus, oder einfach nur Pritschen.

Du musst noch die Luftverwirbelungen hinter jedem Bauteil einrechen und hinter jedem Wagen.
Stell dich mal an einem Durchfahrtsbahnhof wie Gießen an den Bahnsteig (innerhalb der weißen markierung) wenn ein Güterzug mit 80 bis 100km/h durchfährt. Das macht z.T. mehr Wind als ein durchfahrender IC mit etwas höherer Geschwindigkeit.

 

[Zappaesk]

Das Problem sind die Zugkraftsprünge bei nassen Schienen. In dem Moment dürfte so ein Getriebe nicht lange halten.

Warum nicht? Stoßbelastungen sind kalkulierbar und können auch in der Auslegung Berücksichtigung finden. In anderen Anwendungen (klassisch werden ja immer die Brecher genommen) sind ebenfalls wahnsinnige Stoßbelastungen üblich. Die geforderte Lebensdauer ist da vllt. nicht so hoch, die Momente sind es aber auf alle Fälle (ich kenne Auslegungen bis 2Mio. Nm) aber es ist halt eine Auslegungsfrage.

Kritisch könnten die Lager werden, die ja je nach Bauart nicht wirklich stoßresistent sind und nicht beliebig überdimensioniert werden können, weil sie dann ja nicht mehr funktionieren. Es kommt halt auf die Höhe der Drehmomentsprünge an. Hier spielt natürlich der Reibkoeffizient eine Rolle, wobei auch die Frage nach der Ausnutzung der möglichen übertragbaren Leistung eine Rolle spielt. Durchrutschen werden die Räder vermutlich nicht so leicht.

Insgesamt kann man aber auslegungstechnisch dem schon Herr werden. Im PKW und LKW Bereich hat man ja auch massive Drehmomentsprünge bei z.B. Knallstarts, beim Wechsel von trockener aus eisglatter Fahrbahn, Abfahrt von Bordsteinkanten... da gehts ja auch, wenngleich natürlich bei niedrigerer geforderter Gesamtlebensdauer.

Wie der Zufall so will habe ich mir übrigens heute in Utrecht bei SKF einen Prüfstand zum testen von Radlagern von Hochgeschwindigkeitszügen angesehen. Wenn ich schneller geschaltet hätte, hätte ich mal nach Lokgetrieben fragen können (Lebensdauer 800000km). Chance vorerst vertan, ich werde aber am Montag mal anrufen und nachhaken.

Ich bin jedenfalls, bis zum beweis des Gegenteils ohnehin davon überzeugt, das im Antriebsstrang einer handelsüblichen Lok Getriebe zum Einsatz kommen wie praktisch in der gesamten Antriebstechnik.

 

[Gamer090]

800`000km Lebensdauer is nicht mal soviel, wenn mandenkt wie viel km so ein Zug nur schon täglich fährt.

 

[Zappaesk]

Die müssen halt regelmäßig überprüft und ggf. getauscht werden. Ein Güterzug braucht allerdings etwas länger bis er die Laufleistung hat als die Hochgeschwindigkeitszüge.

Ob in allen Bereichen dieselben Anforderungen gelten weis ich aber net. Ich war ja au net deshalb bei SKF, wir sind da nur zufällig vorbei gekommen und dann halt an dem Prüfstand hängen geblieben.

 

[ruyven_macaran]

Ich bin jedenfalls, bis zum beweis des Gegenteils ohnehin davon überzeugt, das im Antriebsstrang einer handelsüblichen Lok Getriebe zum Einsatz kommen wie praktisch in der gesamten Antriebstechnik.

Das lässt sich mit einem einfachen Besuch bei Wikipedia klären und die Antwort ist ziemlich einfach: Die Deutsche Bahn hat nicht eine einzige größere Lokomotive mit mechanischem Antrieb im Einsatz. Selbst wenn es einem gelingt, ein enstprechendes Schaltgetriebe (einschließlich Lager) robust genug und zeitgleich kompakt genug und auch so Widerstandsarm zu konzipieren, dass man es nutzen könnte, bleibt eben immer noch das Problem der Kupplung. Und die Anfahrleistungen bei Zügen liegen halt meilenweit über den von dir genannten Beispielen.

 

[Skysnake]

Also mal noch was interessantes, das gezedere um Kupplung oder nicht ist nämlich nicht wirklich passend zum eigentlichen Thema.

http://www.langweiledich.net/2010/02/der-langste-zug-der-welt/

Längster Zug der Welt: 99.732,1 Tonnen. Also das knapp 100 fache von dem was hier angepeilt war

Und angetrieben wurde das mit gerade mal 6 Loks

Normal sind in Mauretanien Züge mit ca 21.000 Tonnen und 4 Loks. Also noch immer mehr als genug

Wikipedia weiß auch einiges dazu zu erzählen: Bahnstrecke Nouadhibou

Also maximal ca 22k Tonnen mit maximal 4 Loks, welche jeweils 2425kW Macht dann also zusammen 9700kW, oder 13.188 PS.

Um grob ab zu schätzen, wie viel man braucht, um einen 1k Tonnen Zug ins rollen zu bringen, kann man ja mal grob Abschätzen. 13.188PS/22=~600 PS.

Wie ihr seht ist das wirklich nicht viel

Und ja ich weiß, dass der Zug keine 80 fährt, aber glaub so was im Bereich 30-50 km/h waren es schon, wenn ich mich recht erinnere. Lass es von mir aus 1k PS sein, die man real braucht, um einen 1k Tonnen Zug auf 80 km/h zu bringen. Mit meinen knapp 700km/h lag ich auf jeden Fall nicht schlecht

EDIT:
Man sollte einfach auch mal selbst das Video anschauen, das man selbst verlinkt hat

Da heißt es, dass der Zug 10h gebraucht hat, bei einer Spitzengeschwindigkeit von 75km/h. Kann sich eventuell auch auf die 22k Tonnen Züge bezogen haben, aber ist auch wurscht.

Ich hab dann sogar wirklich SEHR gut getroffen mit meiner Schätzung so gut hätte ich die selbst nicht mal erwartet.

 

[Zappaesk]

Das lässt sich mit einem einfachen Besuch bei Wikipedia klären und die Antwort ist ziemlich einfach: Die Deutsche Bahn hat nicht eine einzige größere Lokomotive mit mechanischem Antrieb im Einsatz. Selbst wenn es einem gelingt, ein enstprechendes Schaltgetriebe (einschließlich Lager) robust genug und zeitgleich kompakt genug und auch so Widerstandsarm zu konzipieren, dass man es nutzen könnte, bleibt eben immer noch das Problem der Kupplung. Und die Anfahrleistungen bei Zügen liegen halt meilenweit über den von dir genannten Beispielen.

Wer redet denn von nem Schaltgetriebe? Auch bei den Loks ohne mechanischen Antrieben (was auch immer ein nicht mechanischer Antrieb sein soll - ich glaube aber zu verstehen was du meinst) sind natürlich Getriebe drin. Wie solls denn sonst gehen? Was an der Kupplung das Problem sein sollte weiß ich net, weil ja niemand da eine reinbauen wird. Das macht beispielsweise bei nem E-Motor auch nur ganz wenig Sinn, weil der ja schon bei Drehzahl 0 ordentlich Moment hat und somit kein Anfahrelement braucht.

Wie ich schonmal geschrieben habe kann ich mir nicht vorstellen, dass ein E-Motor direkt ohne Übersetzung an den Antriebsachsen hängt. Das würde im Falle von E-Motoren zu Riesenmotoren und wohl kaum zu überwindbaren Packageproblemen bei der Anordnung der Aggregate (Bodenfreiheit!) führen. Also von daher muss ein Getriebe rein - auch wenns nach deiner Vorstellung nicht geht. Es geht gar nicht ohne!

Die Anfahrleistungen (was auch immer das sein soll) der Züge sind doch eigentlich egal. Beim Anfahren ist die Leistung immer erstmal 0 weil ja die Drehzahl 0 ist. Entscheidend ist aber für ein Getriebe bzw. dessen Auslegung in erster Linie das Moment (hab ich schonmal weiter oben geschrieben und es ist nicht falsch geworden). Jetzt sind aber Getriebe mit mehreren Millionen Nm Drehmoment nicht außergewöhnlich. Ich weiß jetzt nicht wie hoch die Anfahrdrehmomente bei den Loks sind aber ich bin sicher, dass man da nicht in völlig unerreichbare Sphären landet, sondern mit solidem Maschinenbau ein ausreichend dimensioniertes Getriebe auslegen und auch bauen kann. Es gibt schließlich eine ganze Reihe von Anwendungen mit deutlich höheren Leistungen und Momenten als bei ner "simplen" Lok - und auch da gibts Getriebe für.

 

[Skysnake]

Lies doch bitte, was Ruyven geschrieben hat.... Man lese einfach auf Wikipedia kurz nach:

Heutige Diesellokomotiven werden mit hydraulischer- oder elektrischer Kraftübertragung gebaut. Eine mechanische Kraftübertragung ist wegen der verschleißintensiven Synchronisation beim Anfahrvorgang nur bei geringen Motorleistungen bis ca. 400 kW sinnvoll und wird daher nur bei Triebwagen und Kleinlokomotiven verwendet; überdies kommt es zu Zugkraftunterbrechungen während des Schaltvorganges. Die mechanische Kraftübertragung wurde daher nach dem Bau der Uerdinger Schienenbusse (Baureihen 795 und 798) jahrelang nicht mehr verwendet. Die aktuellen Leichtbau-Triebwagen Bombardier Talent, Alstom Coradia LINT und Siemens Desiro werden mit dieselmechanischer Kraftübertragung durch ZF Ecomat-Getriebe geliefert.
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Lobenstein_290_064.jpg&filetimestamp=20041205114220
http://de.wikipedia.org/wiki/DB-Baureihe_290


Hydraulische wie auch elektrische Kraftübertragung ermöglichen eine problemlose Anfahrt sowie eine unterbrechungsfreie Zugkraftentfaltung; beide Arten der Übertragung sind in allen Leistungsklassen möglich. Die hydraulische Kraftübertragung zeichnet sich dabei durch eine kompaktere Bauform aus, weswegen sie bei den meisten der heute in Deutschland eingesetzten Lokomotiven zur Anwendung kommt. Nachteil ist der relativ hohe mechanische Unterhaltungsaufwand. Verwendet werden meist Getriebe mit drei Strömungswandlern bzw. zwei Wandlern und einer Strömungskupplung. Es gibt auch Lösungen mit nur zwei Wandlern; bei diesen ist allerdings die Spreizung so groß, dass das Beschleunigungsverhalten zu wünschen übrig lässt. Zudem fällt der Wirkungsgrad der Getriebe am Ende der Kennlinie stark ab. Bei kleineren Leistungen kommen auch hydrostatische Antriebe zum Einsatz.
Bei dieselelektrischer Kraftübertragung stimmen große Teile des Antriebs mit dem einer E-Lok überein, allein die elektrische Leistung wird direkt an Bord erzeugt und nicht extern zugeführt: Das Ensemble aus Generatoren, Steuerung und Fahrmotoren ersetzt dann Kupplungen, Getriebe und Wandler.
Wesentlicher Vorteil des dieselelektrischen Antriebs im Vergleich zur hydraulischen Kraftübertragung sind die robustere Bauweise (niedrigerer Wartungsaufwand) und eine bessere Leistungsausnutzung insbesondere beim Anfahren. Nachteile sind vor allem das höhere Gewicht und Volumen.
Elektrische Leistungsübertragung gibt es in folgenden Bauformen:

1. Gleichstromgeneratoren mit Gleichstromfahrmotoren
2. Drehstromgeneratoren mit Diodengleichrichtung und Gleichstromfahrmotoren
3. Drehstromgeneratoren mit Drehstromfahrmotoren.

Die Steuerung des Antriebes geschieht dabei durch Regelung der Erregermaschine sowie ggf. durch zusätzliche Regelungselemente vor den Fahrmotoren.
Mischformen in der Bauweise können ihre Antriebsenergie sowohl vom Generator als auch von einer Stromschiene beziehen (z. B. einige Lokomotiven der US-amerikanischen Genesis-Baureihe).

Man kann durchaus große Getriebe bauen, aber keine würde mehr auf die Idee kommen, bei ner großen Lok so was zu machen. Getriebe im klassischen Sinne, so wie du Sie meinst, haben einfach große Nachteile, die oben auch genannt werden.


Elektromotoren sind klein zu bauen, bei großen Leistungen. Da brauchts schlicht kein Getriebe, weil, wie du schon festgestellt hast, das volle Drehmoment direkt anliegt. Zudem ist es einfach hoch drehende Elektromotoren zu bauen, also "hoch" bzgl der nötigen Umdrehungszahlen für nen Güterzug.


Und dann gibts halt die oben auch zu lesen ist halt noch die hydraulischen Getriebe. Das ist aber auch wieder was ganz anderes, als dein mechanisches Getriebe, das du meinst. Das funktioniert schlicht über Wandler und gut ist.

 

[Zappaesk]

Lies doch bitte, was Ruyven geschrieben hat....

Hab ich.
Die Kraftübertragung findet auch bei nem elektrischen oder hydraulischen Antrieben immer mechanisch statt. Letztlich sollen sich die Räder drehen und die kann man halt nur mechanisch antreiben. Einem E-Motor ist im Loks praktisch immer ein Getriebe nachgeschaltet. Anders gehts nicht.

Wenn du den von dir aus wikipedia zitierten Text liest wirst du feststellen, dass sogar ein Getriebe für hydraulische Antriebe beschrieben wird! Das ist natürlich etwas anderes als ein Zahnradgetriebe, aber nichts desto weniger ein Getriebe. Auf Zahnradgetriebe habe ich mich in meinen Aussagen nie eingeengt.

Beim E-Motor wird zwar weiter unten im Text behauptet, das Getriebe entfallen würden. Das stimmt allerdings nicht, weil das dem E-Motor nachgeschaltete Getriebe schlicht unterschlagen wird. Das tatsächlich ein Getriebe zum Einsatz kommt, kann man z.B. im E-Lok Artikel bei wikipedia sehen. dort ist im 7. Bild von oben sogar ein Treibsatz mit Getriebe und Fahrmotor zu sehen. Das Getriebe wird in der Bildunterschrift unterschlagen, doch wer Augen hat, der sehe!

Man kann durchaus große Getriebe bauen, aber keine würde mehr auf die Idee kommen, bei ner großen Lok so was zu machen. Getriebe im klassischen Sinne, so wie du Sie meinst, haben einfach große Nachteile, die oben auch genannt werden.

Getriebe kommen praktisch immer in der Antriebstechnik zum Einsatz, weil sie eben große Vorteile haben. Z.B. machen sie Leistung nutzbar, die ohne sie oft nicht mit der passenden Drehzahl oder dem passenden Moment von der Kraftquelle angeboten werden. Daneben kann man Achsversätze o.ä. überbrücken.

Übrigens sind viele große Loks reine E-Loks mit Oberleitung und da kommen auch Getriebe zum Einsatz. Selbst wenn für dich hydraulische Getriebe keine sind (warum auch immer), dann kommen bei den Oberleitungsloks trotz allem die Entwickler immer noch auf die Idee dort Getriebe einzusetzen.

Elektromotoren sind klein zu bauen, bei großen Leistungen. Da brauchts schlicht kein Getriebe, weil, wie du schon festgestellt hast, das volle Drehmoment direkt anliegt. Zudem ist es einfach hoch drehende Elektromotoren zu bauen, also "hoch" bzgl der nötigen Umdrehungszahlen für nen Güterzug.

Das ist so nicht richtig. Klein bauende Elektromotoren holen die Leistung über die Drehzahl. Um mit so nem kleinen Motor anfahren zu können brauchts ein Getriebe, das die Drehzahl in einen nutzbaren Drehzahlbereich holt und das Drehmoment entsprechen hebt. Alternativ kann man große, langsam drehende E-Motoren bauen, die halt packagemäßig und auch preislich (Kupferpreis) oft nachteilig sind, auch wenn sie das benötigte Anfahrmoment zur Verfügung stellen könnten. Auch mit E-Motoren lässt sich die Physik nicht überlisten.

Übrigens habe ich hier (Lok Technik) eine Formel zur Berechnung der benötigten Zugkraft von Zügen gefunden. Aus der Zugkraft kann man ja leicht anhand der Geschwindigkeit die benötigte Leistung ausrechnen. Das Ganze noch mit dem Kehrwert des Wirkungsgrades des Antriebsstrangs multipliziert und voila, wir haben die Leistung!

Im Abschnitt über Tatzlager wird auch das dazu gehörende Getriebe beschrieben... also ideen haben die...

 

[XE85]

Du hast recht ... man hat immer auch, zumindest eine, Getriebestufe zwischen Motor und Achse. Was ruyven_macaran in Post #67 offensichtlich meint sind Schaltgetriebe wie beim Auto. Die gibt es bei der Bahn im höheren Leistungsbereich nicht.

Zumal ja immer auch beachtet werden muss das das Gewichtslimit pro Ache in Mitteleuropa bei 22,5 Tonnen liegt. Bei einer Lok mit 4 achsen liegt das Gewichtslimit somit bei 90 Tonnen. Ma kann also keine beliebig großen und schweren (Schalt)getriebe verbauen.

@Skysnake: Gute Rechnung, zu dem Punkt mit den 6 Achsen: Vor der Einführung von Drehstromasynchronmotoren baute man schwere Elektro- und Dieselloks mit 6 Achsen, um das höhere Motorgewicht aufnehmen und mehr Leistung auf die Schiene bringen zu können.

Da ging es weniger um die Leistung als um die Zugkraft. Vor allem beim Anfahren wird die Zugkraft nämlich in erster Linie von der Reibung lmitiert. Mit 6 Achsen hat man natürlich mehr. Mit 4 Achsen bekommt man (bei der schon erwähnten Achslast) maximal 300kN Zugkraft, bei 6 Achsen sind es 450kN, da hier auch 135 Tonnen Lokgewicht möglich sind.

mfg