Diesel locomotive
Unlike steam engines, internal combustion engines require a transmission to power the wheels. The engine must be allowed to continue to run when the locomotive is stopped.
Diesel–mechanicalEdit
A diesel–mechanical locomotive uses a mechanical transmission in a fashion similar to that employed in most road vehicles. This type of transmission is generally limited to low-powered, low speed shunting (switching) locomotives, lightweight multiple units and self-propelled railcars.
The mechanical transmissions used for railroad propulsion are generally more complex and much more robust than standard-road versions. Zwischen Motor und Getriebe ist in der Regel eine Flüssigkeitskupplung geschaltet, und das Getriebe ist oft als Planetengetriebe ausgeführt, um das Schalten unter Last zu ermöglichen. Es wurden verschiedene Systeme entwickelt, um die Unterbrechung der Übertragung während des Gangwechsels zu minimieren, z. B. das von Hudswell Clarke verwendete S.S.S.-Getriebe (synchro-self-shifting).
Dieselmechanische Antriebe werden durch die Schwierigkeit begrenzt, ein Getriebe von angemessener Größe zu bauen, das die für die Bewegung eines schweren Zuges erforderliche Leistung und das erforderliche Drehmoment bewältigen kann. Es wurde eine Reihe von Versuchen unternommen, dieselmechanische Antriebe für hohe Leistungen einzusetzen (z.B., die 1.500 kW (2.000 PS) starke Lokomotive British Rail 10100), die sich jedoch nicht durchsetzen konnte.
Diesel-elektrisch
Bei einer dieselelektrischen Lokomotive treibt der Dieselmotor entweder einen elektrischen Gleichstromgenerator (im Allgemeinen weniger als 3.000 PS (2.200 kW) netto für Traktion) oder einen elektrischen Wechselstrom-Gleichrichter (im Allgemeinen 3.000 PS (2.200 kW) netto oder mehr für Traktion) an, dessen Ausgang die Fahrmotoren antreibt, die die Lokomotive antreiben. Es gibt keine mechanische Verbindung zwischen dem Dieselmotor und den Rädern.
Die wichtigsten Komponenten des dieselelektrischen Antriebs sind der Dieselmotor (auch als Antriebsmaschine bezeichnet), der Hauptgenerator/Gleichrichter, die Fahrmotoren (in der Regel mit vier oder sechs Achsen) und ein Steuersystem, das aus dem Motorregler und elektrischen oder elektronischen Komponenten, einschließlich Schaltgeräten, Gleichrichtern und anderen Komponenten, besteht, die die elektrische Versorgung der Fahrmotoren steuern oder verändern. Im einfachsten Fall kann der Generator mit einer sehr einfachen Schaltanlage direkt an die Motoren angeschlossen werden.
Tschechische Lokomotive der Baureihe 742 und 743
Ursprünglich, waren die Fahrmotoren und der Generator Gleichstrommaschinen. Nach der Entwicklung von Hochleistungs-Silizium-Gleichrichtern in den 1960er Jahren wurde der Gleichstromgenerator durch einen Wechselstromgenerator ersetzt, der seine Leistung über eine Diodenbrücke in Gleichstrom umwandelt. Dieser Fortschritt verbesserte die Zuverlässigkeit der Lokomotive erheblich und senkte die Wartungskosten für den Generator, da der Kommutator und die Bürsten im Generator wegfielen. Durch den Wegfall der Bürsten und des Kommutators wurde die Möglichkeit eines besonders zerstörerischen Ereignisses, des so genannten Überschlags, beseitigt, der zu einem sofortigen Ausfall des Generators führen und in einigen Fällen einen Brand im Maschinenraum auslösen konnte.
Die derzeitige nordamerikanische Praxis sieht vier Achsen für den Hochgeschwindigkeits-Personenverkehr oder den Zeitfrachtverkehr bzw. sechs Achsen für den Langsamverkehr oder den Manifestverkehr vor. Die modernsten Einheiten im „Zeitfracht“-Dienst haben in der Regel sechs Achsen unter dem Rahmen. Im Gegensatz zu den Einheiten für den „Manifest“-Dienst sind bei den Einheiten für den „Zeit“-Frachtverkehr nur vier der Achsen mit den Fahrmotoren verbunden, während die beiden anderen als Leerlaufachsen zur Gewichtsverteilung dienen.
In den späten 1980er Jahren ermöglichte die Entwicklung von Hochleistungsantrieben mit variabler Spannung und Frequenz (VVVF) oder „Traktionsumrichtern“ den Einsatz von Mehrphasen-Wechselstrom-Fahrmotoren, wodurch auch der Motorkommutator und die Bürsten entfallen. Das Ergebnis ist ein effizienterer und zuverlässigerer Antrieb, der relativ wenig Wartung erfordert und besser mit Überlastbedingungen zurechtkommt, die die älteren Motortypen oft zerstörten.
Diesel-elektrische SteuerungBearbeiten
Die Leistungsabgabe einer dieselelektrischen Lokomotive ist unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit, solange die Strom- und Spannungsgrenzen des Generators nicht überschritten werden. Daher ist die Fähigkeit der Lokomotive, Zugkraft zu entwickeln (auch als Deichselzug oder Zugkraft bezeichnet, die den Zug tatsächlich antreibt), innerhalb dieser Grenzen in der Regel umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit. (Siehe Leistungskurve unten). Die Aufrechterhaltung akzeptabler Betriebsparameter war eine der wichtigsten konstruktiven Überlegungen bei der Entwicklung früher dieselelektrischer Lokomotiven und führte schließlich zu den komplexen Steuerungssystemen moderner Lokomotiven.
DrosselbetriebBearbeiten
Die Leistung der Antriebsmaschine wird in erster Linie durch die Drehzahl (RPM) und die Kraftstoffmenge bestimmt, die durch einen Regler oder einen ähnlichen Mechanismus geregelt wird. Der Regler ist so ausgelegt, dass er sowohl auf die vom Motorfahrer festgelegte Drosselklappenstellung als auch auf die Drehzahl der Antriebsmaschine reagiert (siehe Regelungstheorie).
Die Leistungsabgabe einer Lokomotive und damit die Drehzahl wird in der Regel vom Motorfahrer mit einer gestuften oder „gekerbten“ Drosselklappe geregelt, die entsprechend der Drosselklappenstellung binärähnliche elektrische Signale erzeugt. Diese Grundkonstruktion eignet sich gut für den Betrieb von Triebzügen (MU), da sie diskrete Bedingungen erzeugt, die sicherstellen, dass alle Triebzüge eines Zuges in gleicher Weise auf die Drosselklappenstellung reagieren. Die binäre Kodierung trägt auch dazu bei, die Anzahl der Zugleitungen (elektrische Verbindungen) zu minimieren, die für die Weiterleitung der Signale von Einheit zu Einheit erforderlich sind. So sind beispielsweise nur vier Zugleitungen erforderlich, um alle möglichen Drosselklappenstellungen zu kodieren, wenn es bis zu 14 Drosselklappenstufen gibt.
Nordamerikanische Lokomotiven, wie die von EMD oder General Electric gebauten, verfügen über acht Drosselklappenstellungen oder „Notches“ sowie einen „Reverser“, damit sie in beide Richtungen fahren können. Viele im Vereinigten Königreich gebaute Lokomotiven haben eine Drosselklappe mit zehn Stellungen. Die Leistungspositionen werden vom Lokpersonal oft je nach Drosselklappenstellung bezeichnet, z. B. „run 3“ oder „notch 3“.
Bei älteren Lokomotiven war der Drosselklappenmechanismus mit einer Rasterung versehen, so dass es nicht möglich war, mehr als eine Leistungsposition auf einmal einzustellen. Der Lokführer konnte beispielsweise den Gashebel nicht von Stufe 2 auf Stufe 4 ziehen, ohne in Stufe 3 stehen zu bleiben. Damit sollte verhindert werden, dass die Züge durch abrupte Leistungserhöhungen aufgrund schneller Gaspedalbewegungen unruhig werden („Gasabziehen“, ein Verstoß gegen die Betriebsvorschriften bei vielen Eisenbahnen). Bei modernen Lokomotiven gibt es diese Einschränkung nicht mehr, da ihre Steuersysteme in der Lage sind, die Leistung sanft zu modulieren und plötzliche Änderungen der Zugbelastung zu vermeiden, unabhängig davon, wie der Lokführer die Bedienelemente betätigt.
Wenn sich der Gashebel in der Leerlaufstellung befindet, erhält die Antriebsmaschine nur wenig Kraftstoff, so dass sie im Leerlauf mit niedriger Drehzahl läuft. Außerdem sind die Fahrmotoren nicht mit dem Hauptgenerator verbunden und die Feldwicklungen des Generators werden nicht erregt – der Generator erzeugt keinen Strom ohne Erregung. Daher befindet sich die Lokomotive im „Leerlauf“.
Um die Lokomotive in Bewegung zu setzen, wird der Wendeschalthebel in die richtige Stellung (vorwärts oder rückwärts) gebracht, die Bremse gelöst und der Gashebel in die Stellung „Fahrt 1“ (die erste Leistungsstufe) gebracht. Ein erfahrener Lokführer kann diese Schritte so koordiniert durchführen, dass ein fast unmerklicher Start erfolgt. Die Positionierung des Reversierers und die Bewegung der Drosselklappe zusammen sind vom Konzept her vergleichbar mit dem Schalten des Automatikgetriebes eines Autos, während der Motor im Leerlauf läuft.
Wenn die Drosselklappe in die erste Leistungsstellung gebracht wird, werden die Fahrmotoren mit dem Hauptgenerator verbunden und dessen Feldspulen erregt. Bei angelegter Erregung liefert der Hauptgenerator Strom an die Fahrmotoren, was zu einer Bewegung führt. Wenn die Lokomotive „leicht“ fährt (d. h. nicht an den Rest des Zuges gekoppelt ist) und sich nicht auf einer Steigung befindet, kann sie leicht beschleunigen. Wird dagegen ein langer Zug angefahren, kann die Lokomotive zum Stillstand kommen, sobald ein Teil des Durchhangs aufgenommen wurde, da der vom Zug auferlegte Widerstand die entstehende Zugkraft übersteigt. Ein erfahrener Lokomotivführer kann einen beginnenden Strömungsabriss erkennen und wird die Drosselklappe schrittweise aufziehen, um die Beschleunigung aufrechtzuerhalten.
Wenn die Drosselklappe in höhere Leistungsstufen geschaltet wird, erhöht sich die Kraftstoffzufuhr zur Antriebsmaschine, was zu einem entsprechenden Anstieg der Drehzahl und der abgegebenen Leistung führt. Gleichzeitig wird die Felderregung des Hauptgenerators proportional erhöht, um die höhere Leistung aufzunehmen. Dies führt zu einer höheren elektrischen Leistung der Fahrmotoren und damit zu einem Anstieg der Zugkraft. Je nach den Erfordernissen des Fahrplans des Zuges wird der Lokführer schließlich die Drosselklappe in die Position der maximalen Leistung bringen und dort halten, bis der Zug auf die gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt hat.
Das Antriebssystem ist so ausgelegt, dass es beim Anfahren ein maximales Drehmoment der Fahrmotoren erzeugt, was erklärt, warum moderne Lokomotiven in der Lage sind, Züge mit einem Gewicht von mehr als 15.000 Tonnen auch bei Steigungen anzufahren. Nach dem heutigen Stand der Technik kann eine Lokomotive bis zu 30 % ihres Fahrergewichts an Zugkraft entwickeln, was einer Zugkraft von 530 kN (120.000 Pfund) für eine große, sechsachsige Gütereinheit entspricht. Ein Zugverband aus solchen Einheiten kann beim Anfahren mehr als genug Zugkraft erzeugen, um Wagen zu beschädigen oder zum Entgleisen zu bringen (wenn sie sich in einer Kurve befinden) oder Kupplungen zu brechen (letzteres wird im nordamerikanischen Eisenbahnjargon als „jerking a lung“ bezeichnet). Daher ist es Aufgabe des Lokführers, die beim Anfahren aufgebrachte Leistung sorgfältig zu überwachen, um Schäden zu vermeiden. Das „Ruckeln einer Lunge“ könnte insbesondere bei einer Steigung zu einer verhängnisvollen Angelegenheit werden, außer dass die Sicherheit, die mit dem korrekten Betrieb von ausfallsicheren automatischen Zugbremsen verbunden ist, die heute in den Waggons installiert sind, ein Durchgehen der Züge verhindert, indem die Bremsen der Waggons automatisch betätigt werden, wenn der Luftdruck im Zugstrang abfällt.
Betrieb des AntriebssystemsBearbeiten
Das Steuersystem einer Lokomotive ist so ausgelegt, dass die elektrische Leistung des Hauptgenerators an die jeweilige Motordrehzahl angepasst wird. In Anbetracht der Eigenschaften der Fahrmotoren und der Art und Weise, wie die Motoren an den Hauptgenerator angeschlossen sind, erzeugt der Generator bei niedrigen Geschwindigkeiten der Lokomotive einen hohen Strom und eine niedrige Spannung, die allmählich zu einem niedrigen Strom und einer hohen Spannung wechseln, wenn die Lokomotive beschleunigt. Daher bleibt die von der Lokomotive erzeugte Nutzleistung bei jeder Drosselklappenstellung konstant (siehe Leistungskurvendiagramm für Kerbe 8).
Bei älteren Konstruktionen spielen der Regler der Antriebsmaschine und ein weiteres Gerät, der Lastregler, eine zentrale Rolle im Steuersystem. Der Regler hat zwei externe Eingänge: die gewünschte Motordrehzahl, die durch die Drosselklappenstellung des Motorfahrers bestimmt wird, und die tatsächliche Motordrehzahl (Rückmeldung). Der Regler hat zwei externe Steuerausgänge: die Einstellung der Kraftstoffeinspritzdüse, die die Kraftstoffmenge des Motors bestimmt, und die Stromreglerposition, die die Erregung des Hauptgenerators beeinflusst. Der Regler verfügt außerdem über einen separaten Überdrehzahl-Schutzmechanismus, der die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzdüsen sofort unterbricht und in der Kabine einen Alarm auslöst, wenn die Antriebsmaschine eine bestimmte Drehzahl überschreitet. Nicht alle diese Ein- und Ausgänge sind notwendigerweise elektrisch.
Russische Diesellok TEP80
Wenn sich die Belastung des Motors ändert, ändert sich auch seine Drehzahl. Dies wird vom Regler durch eine Änderung des Motordrehzahl-Rückmeldesignals erkannt. Der Nettoeffekt ist, dass sowohl die Kraftstoffmenge als auch die Position des Lastreglers so angepasst werden, dass die Motordrehzahl und das Drehmoment (und damit die Leistungsabgabe) bei jeder gegebenen Drosselklappenstellung konstant bleiben, unabhängig von der tatsächlichen Geschwindigkeit auf der Straße.
In neueren Konstruktionen, die von einem „Traktionscomputer“ gesteuert werden, wird jeder Motordrehzahlstufe eine entsprechende Leistungsabgabe oder „kW-Sollwert“ in der Software zugewiesen. Der Computer vergleicht diesen Wert mit der tatsächlichen Leistung des Hauptgenerators, der „kW-Rückführung“, die aus dem Strom des Fahrmotors und den Rückführungswerten der Spannung des Hauptgenerators berechnet wird. Der Computer passt den Rückführungswert an den Sollwert an, indem er die Erregung des Hauptgenerators wie oben beschrieben steuert. Der Regler steuert weiterhin die Motordrehzahl, aber der Lastregler spielt bei dieser Art von Steuerungssystem keine zentrale Rolle mehr. Der Lastregler bleibt jedoch als „Back-up“ für den Fall einer Überlastung des Motors erhalten. Moderne Lokomotiven mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung (EFI) können ohne mechanischen Regler auskommen; ein „virtueller“ Lastregler und ein Regler werden jedoch durch Computermodule beibehalten.
Die Leistung des Fahrmotors wird entweder durch Änderung der Gleichspannung des Hauptgenerators bei Gleichstrommotoren oder durch Änderung der Frequenz und der Ausgangsspannung des VVVF bei Wechselstrommotoren gesteuert. Bei Gleichstrommotoren werden verschiedene Anschlusskombinationen verwendet, um den Antrieb an unterschiedliche Betriebsbedingungen anzupassen.
Im Stillstand ist die Ausgangsspannung des Hauptgenerators zunächst niedrig und der Strom hoch, oft über 1000 Ampere pro Motor bei voller Leistung. Wenn sich die Lokomotive im oder nahe dem Stillstand befindet, wird der Stromfluss nur durch den Gleichstromwiderstand der Motorwicklungen und der Verbindungsschaltung sowie durch die Kapazität des Hauptgenerators selbst begrenzt. Das Drehmoment eines in Reihe geschalteten Motors ist ungefähr proportional zum Quadrat des Stroms. Daher erzeugen die Fahrmotoren ihr höchstes Drehmoment, so dass die Lokomotive eine maximale Zugkraft entwickelt und die Trägheit des Zuges überwinden kann.
Wenn die Lokomotive beschleunigt, beginnen die sich nun drehenden Motoranker eine gegenelektromotorische Kraft zu erzeugen (Gegen-EMK, d. h. die Motoren versuchen auch, als Generatoren zu wirken), die der Leistung des Hauptgenerators entgegenwirkt und den Strom der Fahrmotoren verringert. Die Spannung des Hauptgenerators steigt entsprechend an, um die Motorleistung aufrechtzuerhalten, erreicht aber schließlich ein Plateau. An diesem Punkt hört die Lokomotive im Wesentlichen auf zu beschleunigen, es sei denn, sie befindet sich in einem Gefälle. Da dieses Plateau in der Regel bei einer Geschwindigkeit erreicht wird, die deutlich unter der gewünschten Höchstgeschwindigkeit liegt, muss etwas unternommen werden, um die Antriebscharakteristik so zu ändern, dass eine weitere Beschleunigung möglich ist. Dieser Wechsel wird als „Übergang“ bezeichnet, ein Vorgang, der dem Schalten in einem Auto entspricht.
Zu den Übergangsmethoden gehören:
- Serien-/Parallelschaltung oder „Motorübergang“.
- Zunächst werden Motorenpaare über den Hauptgenerator in Reihe geschaltet. Bei höherer Drehzahl werden die Motoren wieder parallel zum Hauptgenerator geschaltet.
- „Field shunting“, „field diverting“, oder „weak fielding“.
- Ein Widerstand wird parallel zum Motorfeld geschaltet. Dadurch wird der Ankerstrom erhöht, was zu einer entsprechenden Erhöhung des Motordrehmoments und der Drehzahl führt.
Beide Methoden können auch kombiniert werden, um den Betriebsdrehzahlbereich zu vergrößern.
- Generator-Gleichrichter-Übergang
- Umschaltung der beiden getrennten internen Hauptständerwicklungen des Generators von zwei Gleichrichtern von Parallel- auf Reihenschaltung zur Erhöhung der Ausgangsspannung.
Bei älteren Lokomotiven musste der Lokomotivführer die Umschaltung manuell mit Hilfe einer separaten Steuerung vornehmen. Um den Übergang zum richtigen Zeitpunkt durchzuführen, wurde das Lastmessgerät (ein Indikator, der dem Lokführer anzeigt, wie viel Strom von den Fahrmotoren aufgenommen wird) so kalibriert, dass es anzeigt, an welchen Punkten der Übergang vorwärts oder rückwärts erfolgen sollte. Später wurde die automatische Umschaltung entwickelt, um eine bessere Betriebseffizienz zu erzielen und den Hauptgenerator und die Fahrmotoren vor Überlastung durch unsachgemäße Umschaltung zu schützen.
Moderne Lokomotiven sind mit Traktionsumrichtern ausgestattet, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln und 1.200 Volt liefern können (frühere Traktionsgeneratoren, die Gleichstrom in Gleichstrom umwandeln, konnten nur 600 Volt liefern). Diese Verbesserung wurde vor allem durch Verbesserungen in der Siliziumdiodentechnologie erreicht. Mit der Fähigkeit, 1.200 Volt an die Fahrmotoren zu liefern, entfiel die Notwendigkeit der „Umschaltung“.
Dynamisches BremsenBearbeiten
Eine häufige Option bei dieselelektrischen Lokomotiven ist das dynamische (rheostatische) Bremsen.
Das dynamische Bremsen macht sich die Tatsache zunutze, dass sich die Anker der Fahrmotoren immer drehen, wenn die Lokomotive in Bewegung ist, und dass ein Motor durch getrennte Erregung der Erregerwicklung als Generator betrieben werden kann. Beim dynamischen Bremsen sind die Fahrstromkreise wie folgt aufgebaut:
- Die Feldwicklung jedes Fahrmotors ist mit dem Hauptgenerator verbunden.
- Der Anker jedes Fahrmotors ist mit einem zwangsbelüfteten Widerstandsgitter (dem dynamischen Bremsgitter) im Dach der Lokomotivhaube verbunden.
- Die Drehzahl der Antriebsmaschine wird erhöht und das Feld des Hauptgenerators wird erregt, was zu einer entsprechenden Erregung der Felder der Fahrmotoren führt.
Der Gesamteffekt der oben genannten Maßnahmen besteht darin, dass jeder Fahrmotor elektrische Energie erzeugt und diese als Wärme in das dynamische Bremsgitter abgibt. Ein Lüfter, der über das Gitter geschaltet ist, sorgt für eine Zwangsluftkühlung. Folglich wird der Lüfter durch die Leistung der Fahrmotoren angetrieben und läuft tendenziell schneller und erzeugt einen stärkeren Luftstrom, je mehr Energie in das Netz eingespeist wird.
Die Quelle der im dynamischen Bremsnetz abgeleiteten Energie ist letztlich die Bewegung der Lokomotive, die auf die Anker der Fahrmotoren übertragen wird. Die Fahrmotoren erzeugen also einen Widerstand und die Lokomotive wirkt als Bremse. Mit abnehmender Geschwindigkeit nimmt die Bremswirkung ab und wird in der Regel unterhalb von ca. 16 km/h (10 mph) unwirksam, je nach Übersetzungsverhältnis zwischen Fahrmotoren und Achsen.
Dynamisches Bremsen ist besonders vorteilhaft beim Betrieb in bergigen Regionen, wo immer die Gefahr eines Durchgehens durch überhitzte Reibungsbremsen bei der Talfahrt besteht. In solchen Fällen werden die dynamischen Bremsen in der Regel zusammen mit den Druckluftbremsen eingesetzt, die kombinierte Wirkung wird als Mischbremsung bezeichnet. Die Mischbremsung kann auch dazu beitragen, die Zugspannung eines langen Zuges an einer Steigung gestreckt zu halten, um ein „Einfahren“ zu verhindern, d. h. eine abrupte Bündelung der Zugspannung, die eine Entgleisung verursachen kann. Die Mischbremsung wird auch häufig bei Nahverkehrszügen eingesetzt, um den Verschleiß der mechanischen Bremsen zu verringern, der durch die zahlreichen Stopps, die solche Züge während einer Fahrt normalerweise einlegen, verursacht wird.
ElektrodieselEdit
Hauptartikel: Elektro-Diesel-Lokomotive
Diese speziellen Lokomotiven können sowohl als Elektrolokomotive als auch als Diesellokomotive betrieben werden. Die Long Island Rail Road, die Metro-North Railroad und die New Jersey Transit Rail Operations setzen zwischen dem nicht elektrifizierten Gebiet und New York City aufgrund eines lokalen Gesetzes, das dieselbetriebene Lokomotiven in den Tunneln von Manhattan verbietet, Lokomotiven mit zwei Betriebsarten ein: dieselelektrisch und drittschienig (Oberleitung bei NJTransit). Aus demselben Grund betreibt Amtrak im Raum New York eine Flotte von Lokomotiven mit zwei Betriebsarten. Die britische Eisenbahngesellschaft British Rail setzte Lokomotiven mit zwei Betriebsarten ein, die so konzipiert waren, dass sie in erster Linie als Elektrolokomotiven eingesetzt werden konnten, während im Dieselbetrieb eine geringere Leistung zur Verfügung stand. Auf diese Weise konnten die Bahnhöfe nicht elektrifiziert werden, da das Stromsystem der dritten Schiene in einem Bahnhofsbereich äußerst gefährlich ist.
DieselhydraulikEdit
Dieselhydraulische Lokomotiven verwenden einen oder mehrere Drehmomentwandler in Kombination mit Getrieben mit fester Übersetzung. Antriebswellen und Zahnräder bilden den Endantrieb, um die Kraft von den Drehmomentwandlern auf die Räder zu übertragen und den Rückwärtsgang einzulegen. Der Unterschied zwischen hydraulischen und mechanischen Systemen besteht darin, wo die Geschwindigkeit und das Drehmoment eingestellt werden. Bei einem mechanischen Übertragungssystem mit mehreren Gängen, wie z. B. bei einem Getriebe, dient ein hydraulischer Abschnitt nur dazu, den Motor laufen zu lassen, wenn der Zug zu langsam ist oder angehalten wird. Beim hydraulischen System ist die Hydraulik das primäre System zur Anpassung der Motordrehzahl und des Drehmoments an die Situation des Zuges, wobei die Gänge nur in begrenztem Umfang genutzt werden, z. B. für den Rückwärtsgang.
Hydrostatisches GetriebeBearbeiten
Hydraulische Antriebssysteme, die ein hydrostatisches hydraulisches Antriebssystem verwenden, wurden im Schienenverkehr eingesetzt. Moderne Beispiele sind die 350 bis 750 PS (260 bis 560 kW) starken Rangierlokomotiven von Cockerill (Belgien) und die 4 bis 12 Tonnen schweren 35 bis 58 kW (47 bis 78 PS) schweren Schmalspur-Industrielokomotiven der Atlas Copco-Tochter GIA. Hydrostatische Antriebe werden auch in Eisenbahninstandhaltungsmaschinen (Stampfer, Schienenschleifer) eingesetzt.
Die Anwendung hydrostatischer Getriebe ist im Allgemeinen auf kleine Rangierlokomotiven und Schieneninstandhaltungsgeräte beschränkt und wird auch für nichttraktive Anwendungen in Dieselmotoren verwendet, z. B. als Antrieb für Fahrmotorlüfter.
Hydrokinetisches GetriebeBearbeiten
Das hydrokinetische Getriebe (auch hydrodynamisches Getriebe genannt) verwendet einen Drehmomentwandler. Ein Drehmomentwandler besteht aus drei Hauptteilen, von denen zwei rotieren und einer (der Stator) mit einer Sperre versehen ist, die eine Rückwärtsdrehung verhindert und das Ausgangsdrehmoment durch Umlenkung des Ölstroms bei niedriger Ausgangsdrehzahl erhöht. Alle drei Hauptteile sind in einem ölgefüllten Gehäuse abgedichtet. Um die Motordrehzahl über den gesamten Geschwindigkeitsbereich einer Lokomotive an die Lastgeschwindigkeit anzupassen, ist eine zusätzliche Methode erforderlich, die einen ausreichenden Bereich ergibt. Eine Methode besteht darin, dem Drehmomentwandler ein mechanisches Getriebe nachzuschalten, das die Gänge automatisch schaltet, ähnlich wie ein Automatikgetriebe in einem Auto. Eine andere Methode besteht darin, mehrere Drehmomentwandler vorzusehen, von denen jeder über einen Variationsbereich verfügt, der einen Teil des erforderlichen Gesamtbereichs abdeckt; alle Drehmomentwandler sind ständig mechanisch verbunden, und der für den erforderlichen Geschwindigkeitsbereich geeignete wird ausgewählt, indem er mit Öl gefüllt und die anderen abgelassen werden. Das Befüllen und Entleeren erfolgt bei belastetem Getriebe und führt zu sehr sanften Bereichswechseln ohne Unterbrechung der übertragenen Leistung.
LokomotivenBearbeiten
Dieselhydraulische Lokomotiven sind weniger effizient als diesel-elektrische. Die erste Generation der BR-Dieselhydraulik hatte einen deutlich geringeren Wirkungsgrad (ca. 65 %) als die Dieselelektrik (ca. 80 %), zudem erwiesen sich die ersten Versionen in vielen Ländern als mechanisch komplizierter und störungsanfälliger. Die hydraulische Kraftübertragung für Lokomotiven wurde in Deutschland entwickelt. Bis zum 21. Jahrhundert haben die meisten Länder für den Antrieb von Diesellokomotiven weltweit dieselelektrische Konstruktionen verwendet, wobei dieselhydraulische Konstruktionen außerhalb Deutschlands und Japans sowie einiger Nachbarstaaten, wo sie für den Güterverkehr eingesetzt werden, nicht anzutreffen sind.
In Deutschland und Finnland haben dieselhydraulische Systeme eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb erreicht. In Großbritannien hat das dieselhydraulische Prinzip aufgrund der schlechten Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Maybach Mekydro Hydraulikgetriebes einen schlechten Ruf. Die relative Zuverlässigkeit hydraulischer Systeme ist nach wie vor umstritten, und es stellt sich die Frage, ob Daten manipuliert wurden, um einheimische Anbieter gegenüber nichtdeutschen zu begünstigen.
TriebzügeBearbeiten
Dieselhydraulische Antriebe sind in Triebzügen weit verbreitet, wobei verschiedene Getriebekonstruktionen zum Einsatz kommen, darunter Voith-Drehmomentwandler und Flüssigkeitskupplungen in Kombination mit mechanischen Getrieben.
Die Mehrzahl der zweiten Generation der Personentriebzüge von British Rail verwendete hydraulische Getriebe. Im 21. Jahrhundert werden unter anderem die Turbostar-, Talent- und RegioSwinger-Familien von Bombardier mit hydraulischen Antrieben ausgestattet, ebenso wie dieselgetriebene Versionen der Siemens Desiro-Plattform und der Stadler Regio-Shuttle.
BeispieleBearbeiten
Dieselhydraulische Lokomotiven haben einen geringeren Marktanteil als solche mit dieselelektrischem Antrieb – der weltweite Hauptnutzer von hydraulischen Antrieben im Fernverkehr war die Bundesrepublik Deutschland, zu deren Konstruktionen die DB Baureihe V 200 aus den 1950er Jahren sowie die DB Baureihe V 160 aus den 1960er und 1970er Jahren gehörten. Die britische Eisenbahn führte im Rahmen ihres Modernisierungsplans von 1955 eine Reihe dieselhydraulischer Konstruktionen ein, wobei es sich zunächst um in Lizenz gebaute Versionen deutscher Konstruktionen handelte (siehe Kategorie:Dieselhydraulische Lokomotiven Großbritanniens). In Spanien setzte die RENFE von den 1960er bis 1990er Jahren deutsche Zweimotorenlokomotiven mit hohem Leistungsgewicht für den Hochgeschwindigkeitsverkehr ein. (Siehe RENFE Classes 340, 350, 352, 353, 354)
Andere Streckenlokomotiven der Nachkriegszeit waren die GMD GMDH-1-Versuchslokomotiven der 1950er Jahre; die von Henschel & Son gebaute südafrikanische Class 61-000; in den 1960er Jahren kaufte Southern Pacific 18 dieselhydraulische Krauss-Maffei KM ML-4000-Lokomotiven. Die Denver & Rio Grande Western Railroad kaufte ebenfalls drei, die später alle an die SP verkauft wurden.
In Finnland sind seit Anfang der 1960er Jahre über 200 in Finnland gebaute Dieselhydraulikzüge der VR-Klasse Dv12 und Dr14 mit Voith-Getrieben im Dauereinsatz. Alle Einheiten der Dr14-Klasse und die meisten Einheiten der Dv12-Klasse sind noch im Einsatz. Die VR hat einige konditionsschwache Einheiten der Baureihe 2700 Dv12 ausgemustert.
Im 21. Jahrhundert gehören zu den serienmäßigen dieselhydraulischen Normalspurausführungen die von der Deutschen Bahn bestellte Voith Gravita sowie die in Deutschland für den Güterverkehr hergestellten Vossloh-Ausführungen G2000 BB, G1206 und G1700.
Diesel-DampfEdit
Dampf-Diesel-Hybridlokomotiven können Dampf aus einem Kessel oder Diesel zum Antrieb eines Kolbenmotors verwenden. Das Cristiani-Druckdampfsystem nutzte einen Dieselmotor, um einen Kompressor anzutreiben und den von einem Kessel erzeugten Dampf umzuwälzen; dabei diente der Dampf als Kraftübertragungsmedium, während der Dieselmotor die Hauptantriebskraft darstellte
Diesel-Pneumatik
Die Diesel-Pneumatik-Lokomotive war in den 1930er Jahren von Interesse, weil sie die Möglichkeit bot, vorhandene Dampflokomotiven auf Dieselbetrieb umzurüsten. Der Rahmen und die Zylinder der Dampflokomotive würden beibehalten und der Kessel durch einen Dieselmotor ersetzt, der einen Luftkompressor antreibt. Das Problem war der niedrige thermische Wirkungsgrad aufgrund der großen Energiemenge, die im Luftkompressor als Wärme verloren ging. Es wurden Versuche unternommen, dies zu kompensieren, indem die Dieselabgase zur Wiedererwärmung der Druckluft verwendet wurden, doch waren diese Versuche nur begrenzt erfolgreich. Ein deutscher Vorschlag von 1929 führte zu einem Prototyp, aber ein ähnlicher britischer Vorschlag von 1932, eine LNER-Lokomotive der Klasse R1 zu verwenden, kam nie über das Entwurfsstadium hinaus.