5 Überlegen: Elektrische Zugförderung
Dez 30th, 2009 by Stefan Fassbinder
Man kann sich also lange den Kopf darüber zerbrechen, ob man die Kraft besser mit höchstem Komfort hydraulisch überträgt, oder ob man besser ein reines Schaltgetriebe mit optimaler Energie-Effizienz wie beim guten alten Schienenbus der Baureihen 795 und 798 einsetzt und dafür »suboptimale« Fahreigenschaften in Kauf nimmt. Man kann sich auch jeden erdenklichen Kompromiss hieraus ausdenken, wie sie z. B. in den Baureihen 643 und 648 im Einsatz sind. Man kann auch das »Kupferbergwerk« einer dieselelektrischen Kraft-Übertragung mit sich herum schleppen.
Oder man streicht den Dieselmotor, zieht einen Fahrdraht über dem Gleis entlang und betreibt die Fahrzeuge mit Strom aus dem Netz! Zum Glück fahren Eisenbahnen auf einer Bahn aus Eisen, wie der Name sagt, so dass ein Rückweg für den Strom von vornherein gegeben ist. Eisen ist nicht der optimale elektrische Leiter, aber der Querschnitt der Schienen ist hinreichend groß, um dem Fahrleitungsdraht aus Kupfer ebenbürtig zu sein, also kein Problem! Dann kann man die ganze Debatte über die Kraft-Übertragung vergessen. Ein einstufiges, fixes Übersetzungsgetriebe genügt, denn der Elektromotor vereint sehr gute Wirkungsgrade von deutlich über 90% mit optimalen Eigenschaften für den Fahrzeug-Antrieb:
- Höchstes Drehmoment im Stillstand: Keine Kupplung, kein Schaltgetriebe, kein Drehmomentwandler erforderlich,
- kurzzeitige Überlastbarkeit: Höheres Beschleunigungs-Vermögen als die Nennleistung erwarten lässt (Stichwort »Stundenleistung« bei Lokomotiven),
- kein Leerlauf-Verbrauch im Stillstand, beim Rollen und Bremsen
- und vor allem die Umkehrbarkeit des Prozesses, Generatorbetrieb beim Bremsen
machen den elektrischen Antrieb unter all den zuvor dargelegten Aspekten zur nahezu idealen Lösung gerade für Bahnfahrzeuge. Schon die alten Reihenschlussmotoren der Schaltwerkloks glänzten durch robuste Bauform, hohe Leistungsdichte und eine dem Bahnbetrieb optimal angepasste Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie. Da diese Motoren aber vom Aufbau her Gleichstrommaschinen sind, die nur deshalb auch mit Wechselstrom laufen, weil derselbe Strom nacheinander – also ohne Phasenverschiebung – sowohl durch die Erregerwicklung als auch durch den Anker fließt und die zweimalige Umpolung der Magnete sich somit aufhebt, erzeugen sie beim Bremsen Gleichstrom. Dieser lässt sich nicht in die Fahrleitung zurück speisen und muss über Bremswiderstände absorbiert werden. Man könnte diese Lokomotiven heute zusätzlich mit einem Umrichter nachrüsten, der den Gleichstrom in Wechselstrom von 16,7 Hz umwandelt, aber das ist nun bei 30 bis 40 Jahre alten Fahrzeugen nicht mehr wirtschaftlich. Dann kauft man lieber nach und nach neue.
Bild 21: Die Motoren haben sich gewandelt, das Konzept ist geblieben, ob beim alten Reihenschlussmotor z. B. der BR 110…
Doch bereits seit etwa 1980 befindet sich die BR 120, die weltweit erste mit »synthetischem« Drehstrom betriebene Lokomotive, bei der DB im praktischen Einsatz: Ein leistungselektronischer Umrichter verwandelt den Wechselstrom aus der Fahrleitung in Gleichstrom und den Gleichstrom sodann in Drehstrom. Dessen Spannung und Frequenz lassen sich unabhängig voneinander in weiten Grenzen stufenlos verstellen. Der Strom lässt sich begrenzen. Dem Drehstrom-Asynchronmotor kann daher nahezu unabhängig von der ihm eigenen Charakteristik praktisch jede andere Charakteristik aufgezwungen werden. Das Wichtigste ist: Er kann auch als Generator betrieben werden. Ein Elektromotor und ein Generator sind im Prinzip dasselbe. Der größte Teil der zum Beschleunigen oder auf Steigungsstrecken aufgewendeten Energie kann so beim Verzögern oder bei Talfahrt wieder zurückgewonnen werden.
Bild 22: …oder mit modernen Drehstrommotoren, z. B. im ICE2: Ein Motor pro Achse, einstufiges Zahnrad-Getriebe, keine Kupplung, keine Gangschaltung!
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