4.5 Bahn-Physik – Teil 3
Jul 23rd, 2010 by Stefan Fassbinder
Dies bietet die Gelegenheit zu einer weiteren Wiederholungs-Lektion in Physik: Wie schnell schafft es denn der Triebzug noch bergauf, jetzt einmal angenommen, dass er – also mit einer Masse von nunmehr 2*54 t = 108 t – voll besetzt ist?
Eine Masse von 108 t entspricht einem Gewicht von annähernd 1120 kN. Da dank Verwendung der SI-Einheiten eine Leistung von
ist, reicht eine Leistung von 1120 kW logischerweise gerade haargenau aus, um ein Gewicht von 1120 kN mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s hochzuheben. Da die Höchstgeschwindigkeit 160 km/h ≈ 44,4 m/s beträgt, könnte die BR 612 mit »Vollgas« eine Steigung von 1/44,4 = 22,5‰ gerade noch mit Höchstgeschwindigkeit hinauf fahren. Erst bei steileren Strecken fiele die Geschwindigkeit ab. Das ist zwar Theorie, da sich die Nennleistung auf den Motor bezieht und hiervon die nicht gerade vernachlässigbaren Verluste des Hydraulik-Getriebes noch abzuziehen sind. Außerdem haben wir nun auf einmal die ≈ 30% der Motorleistung doppelt eingesetzt, die zur Überwindung der Reibung, also zum Halten der Geschwindigkeit auf ebener Strecke, doch schon notwendig waren. Wenn der Zug aber in der Lage ist, mit den verbleibenden ≈ 70% der Motorleistung eine Steigung von ≈ 15‰ mit 160 km/h hinauf zu fahren, ist das immer noch üppig – und klingt von innen wie außen, wie gesagt, überhaupt nicht wie »Vollgas«, sondern eher so, als leisteten die Motoren dies eher nebenbei! Wenn sich das Fahrzeug dazu noch sacht in die Kurve legt, verleiht all dies einfach ein gutes Gefühl.
Sicher ist ein modernes Fahrzeug, das ein solch souveränes Fahrgefühl zu vermitteln vermag, auch energetisch effizient – aber durstig ist es schon! Die Tanks fassen jeweils um die 1000 Liter Dieselkraftstoff, und am Ende eines Arbeitstages sind sie weit gehend leer. Etwa 1,3 l/km bis 2,0 l/km muss man rechnen. Wie die Steigungen bei der Bahn in Promille statt Prozent gemessen werden, so bezieht man auch Kraftstoff-Verbräuche aus gutem Grund auf einen statt auf 100 Kilometer, sonst erschrickt man zu sehr, wenn man die Zahlen hört. Rechnen wir also einmal mit 140 Sitzplätzen und bescheidenen 1,4 l/km, dann macht dies einen Liter je Sitzplatz auf 100 km aus. Das 3-Liter-Auto wird also nur knapp verfehlt – allerdings bei Tempo 160 und mit Neigetechnik und allerhand weiterem Komfort. Somit erweist sich die Bahn hier als günstiger, jedoch nicht gerade als haushoch überlegen. Vor allem häufiges Beschleunigen auf hohe Geschwindigkeiten ist schlecht für die Bilanz. Die Gesetze der Bahn-Physik Teil 1 sind schuld: Die Berechnung der kinetischen Energie ergibt sich beim voll besetzten Doppeltriebwagen BR 612 mit 108 t und der Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h plus 15% Aufschlag für rotierende Massen zu nicht weniger als 34 kWh. Bei einem durchschnittlichen Wirkungsgrad des Motors mit Getriebe von 33% während des Beschleunigens bedeutet dies einen Energie-Verbrauch von ≈ 100 kWh für einen Beschleunigungs-Vorgang! Ein Liter Dieselkraftstoff erbringt knapp 10 kWh, also verbraucht das Fahrzeug für einen einzigen Beschleunigungs-Vorgang von 0 auf 160 km/h etwa 10 Liter Kraftstoff! Das hört sich nach Handlungs-Bedarf an. Lässt sich hier wohl noch etwas tun?
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