Dieselelektrischer Antrieb

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Dieselelektrische Lokomotiven Class B 60 und Class S der australischen Eisenbahngesellschaft Victorian Railways

Der dieselelektrische Antrieb ist ein Übertragungssystem, mit dem die von großen Dieselmotoren erzeugte mechanische Energie mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie umgewandelt und auf das Antriebssystem einer Maschinerie übertragen wird. Die häufigsten Anwendungsfälle sind dieselelektrische Lokomotiven, U-Boote und Schiffe sowie große Lastkraftwagen für Tagebaue (Großmuldenkipper).

Prinzip[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schematische Darstellung einer dieselelektrischen Lokomotive

Dieselelektrische Antriebe sind streng genommen elektrische Antriebe, die ihr eigenes Kraftwerk in Form eines von einem Dieselmotor angetriebenen Generators mit sich führen. Mit der erzeugten elektrischen Energie werden Elektromotoren versorgt, die Räder oder Propeller unmittelbar oder über ein Übersetzungsgetriebe antreiben.

Dieselmotoren können wie alle Verbrennungsmotoren nur in einem eng begrenzten Lastbereich mit gutem Wirkungsgrad betrieben und nicht unter Last angefahren werden. Diese Schwächen werden bei kleineren Antriebseinheiten (zum Beispiel in Kraftfahrzeugen) mit einem Getriebe und einer mechanischen Kupplung umgangen, dies wird als dieselmechanischer Antrieb bezeichnet. Bei größeren Anforderungen an die Leistung wie bei Lokomotiven oder Schiffen wird entweder der dieselhydraulische oder der dieselelektrische Antrieb verwendet.

Der dieselelektrische Antrieb hat gegenüber dem dieselhydraulischen den Vorteil einer relativ einfachen und wenig störanfälligen Bauweise. Zudem sind aufgrund der sehr geringen Stückzahlen kaum hydraulische Antriebselemente in passenden Baugrößen verfügbar. Die elektronische Steuerung der Kraftübertragung ermöglicht in weitem Bereich gute Leistungsanpassungen und Fahrkomfort.

Der dieselelektrische Antrieb lässt sich zu einem Hybridantrieb kombinieren, der ein Fahren auch ohne laufenden Dieselmotor ermöglicht, indem die elektrischen Fahrmotoren ihre Energie auf bestimmten Strecken entweder aus Akkumulatoren oder – bei Schienenfahrzeugen – aus einer Oberleitung beziehen. (Die Definition der UNO rechnet die Fahrleitungsvariante allerdings nicht zu den Hybridantrieben). Nach der Logik, Hybrid gleich zwei Energiequellen, wird die reine dieselelektrische Variante nicht zu den Hybridantrieben gerechnet, die Kombination mit Akkumulator dagegen schon.

Entwicklungsgeschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Dampf-elektrische Heilmann-Lokomotive Nr. 8001 von 1897

Das erste 1903 mit Dieselmotor gebaute Schiff, der Tanker Vandal, war mit dieselelektrischem Antrieb versehen, weil sein Dieselmotor noch nicht wie eine Dampfmaschine für Rückwärtsfahrt umgesteuert werden konnte.

Als Vorläufer des dieselelektrischen Antriebs bei Lokomotiven gilt der dampfelektrische Antrieb von Jean-Jacques Heilmann. Er stellte 1892 mit der „Fusée Electrique“ (Elektrische Rakete) eine elektrische Lokomotive vor, die ihren Strom über einen Generator bezog, der von einer Dampfmaschine im Fahrzeug angetrieben wurde. Damit hatte er das erste schienengebundene elektrische Triebfahrzeug entwickelt, das ohne Stromzufuhr von außen autark verkehren konnte.[1] Auch waren in der Zeit um den Ersten Weltkrieg einige Feldbahnlokomotiven benzolelektrisch angetrieben.

Die 1936 in Betrieb genommenen M 290 „Slovenská Strela“ (deutsch: Slowakischer Pfeil) (ČSD M 290.001 und 002) der Tschechoslowakischen Staatsbahnen haben einen variabel mechanisch-elektrischen Antrieb. Sie wurden von zwei Ottomotoren angetrieben. Der ursprünglich vorgesehene Dieselantrieb wurde während der Erprobung aufgegeben, weil die Motoren zu laut waren. Jeder Motor ist mit dem „rotierenden Stator“ (Außenläufer) eines Generators verbunden, der Rotor (Innenläufer) wirkt zusammen mit einem Elektromotor über ein Getriebe auf eine Achse. Im Stillstand und bei geringen Geschwindigkeiten ist die Drehzahldifferenz im Generator und damit die erzeugte Leistung hoch und die Leistung wird ganz oder überwiegend elektrisch übertragen. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit nimmt die Drehzahl des Generator-Innenläufers und damit der Anteil der mechanisch übertragenen Leistung zu und der Anteil der über den Elektromotor elektrisch übertragenen Leistung ab. Ab 85 km/h wird der Generator durch eine Kupplung überbrückt und die Leistung nur noch mechanisch übertragen. Steuern lässt sich der Antrieb durch Drosseln des Ottomotors und Verändern des Erregerstroms bei Generator und Elektromotor.[2]

Mit dem Aufkommen brauchbarer Dieselmotoren für Fahrzeuge wurde das ältere Konzept des benzinelektrischen Antriebs mit Ottomotor für die neuen Dieselmotoren adaptiert. Die von Juri Wladimirowitsch Lomonossow konstruierte Ээл2 (Eel2) der Sowjetischen Eisenbahnen (SŽD) war die erste dieselelektrisch angetriebene Streckenlokomotive.

Mit dem Aufkommen neuartiger und größerer Leistungshalbleiter setzte sich um das Jahr 2000 die Verwendung von Drehstromgeneratoren mit Drehstrom-Asynchron-Motoren durch, zusammen mit einer elektronischen Leistungsregelung durch Leistungstransistoren (IGBT) oder GTO-Thyristoren, bei der die Frequenz und Spannung des Stroms durch Frequenzumrichter der jeweiligen Fahrsituation angepasst wird.

Schienenverkehr[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Französische dieselelektrische Lokomotive der Baureihe CC 72000
130 101 der ehemaligen Deutschen Reichsbahn (DR)

Der dieselelektrische Antrieb überwiegt weltweit bei Streckenlokomotiven. Die British Rail(ways) stellten bereits ab 1958 die neuen Mehrzweck-Lokomotiven Type 4 (Bezeichnung ab 1973: Class 40) von English Electric in Dienst. Weit in Europa verbreitet waren die NoHAB AA16 und deren Lizenzbauten NMBS/SNCB-Reihe 202 von Anglo-Franco-Belge (AFB). Auch in Frankreich setzte die SNCF auf diese Antriebsform. Lediglich bei der Deutschen Bundesbahn (DB) und zunächst der Deutschen Reichsbahn (DR) wurden in den 1950er Jahren Entscheidungen zugunsten des dieselhydraulischen Antriebs getroffen. Bei ihrer Gründung übernahm die Deutsche Bahn AG 1994 nur aus dem Bestand der DR dieselelektrische Streckenlokomotiven (Baureihen 232–234 und 241). Mittlerweile schafft auch die Deutsche Bahn dieselelektrische Lokomotiven an. Die 37 Maschinen der Baureihe 245 sind sogar mit vier Diesel-Generator-Einheiten ausgestattet.[3]

Bei dieselelektrischen Triebzügen können sich elektrische Fahrmotoren in anderen Wagen befinden als der Dieselgenerator. In den Intercity-Zügen der britischen Baureihe 220 sind Dieselgeneratoren und Fahrmotoren über den ganzen Zug verteilt.[4] Jeder Wagen besitzt einen 560 kW leistenden Dieselmotor, der mittels eines Generators den Strom für einen elektrischen Fahrmotor liefert. Letzterer treibt jeweils eine der vier Achsen des Wagens an.

Die Rotterdamer Straßenbahn baute für ihre Überlandstrecken 1961–1963 ihren Triebzug M 17 aus zwei gebrauchten elektrischen Straßenbahnwagen mit einem ehemaligen Dieseltriebwagen als Generatorwagen in der Mitte. Bei der Zahnradbahn Diakopto–Kalavryta in Griechenland befand sich nach dem gleichen Bauprinzip ein Generatorwagen zwischen den beiden Zahnradtriebwagen. Die Strecke hatte größere Achslasten nicht erlaubt, weshalb das elektrische „Kraftwerk“ in einem separaten Wagen untergebracht wurde.

Omnibusse[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Tilling-Stevens Petrol-Electric-Bus des Typs B9A
  • Der Londoner Busbetrieb Thomas Tilling nahm von 1911 bis 1925 in mehreren Serien hunderte von Tilling-Stevens Petrol-Electric Busse (Doppeldecker und Eindecker) in Betrieb, die einen Verbrennungsmotor mit einem Elektroantrieb verbanden. Da der Dieselmotor noch nicht ausgereift war, wurde ein Ottomotor verwendet. Die letzten Busse wurden 1933 außer Betrieb genommen.
  • In den 1930er Jahren gab es in zahlreichen Städten der USA hunderte Stadtbusse mit dieselelektrischem Antrieb. Beispielsweise gab es in Newark sowohl über 500 dieselelektrische Busse als auch über 500 Oberleitungsbusse, die ebenfalls über einen Dieselmotor verfügten, um in der Innenstadt unabhängig von der Oberleitung fahren zu können (sog. „All-Service“-Busse). Diese Duo-Busse fuhren bis 1948, die einfachen dieselelektrischen Busse waren bis Ende 1955 in Betrieb.[5]
  • 1946 bis 1950 wurde in der Sowjetunion unter der Bezeichnung ZIS-154 ein dieselelektrischer Stadtbus in einer Auflage von 1165 Exemplaren hergestellt.
  • 1964 wurde in Charleroi (Belgien) der Prototyp eines Linienbusses konstruiert und gebaut, dessen Dieselmotor im Heck direkt mit einem Drehstrom-Generator verbunden war, und der an der Hinterachse mit zwei Gleichstrommotoren als Radnabenantriebe ausgerüstet war. Dadurch konnte die für damalige Verhältnisse niedrige Fußbodenhöhe von 600 mm erreicht werden.[6]
  • Daimler-Benz hatte für einige Jahre den Midibus Cito (O 520) im Angebot, der über einen dieselelektrischen Antrieb verfügte. Dieses Modell wird inzwischen nicht mehr angeboten.
  • New Bus for London

Spezialfahrzeuge[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Muldenkipper Liebherr T282

Bereits 1956 begann das Tscheljabinski Traktorny Sawod mit der Projektierung einer dieselelektrisch angetriebenen Planierraupe. Die etwa 32 Tonnen schwere DET-250 wird seit 1961 in Serie gebaut.

Der Muldenkipper 'Liebherr T 282 B' zum Einsatz in Erz-Minen ist nach Firmenangaben das größte Landfahrzeug mit einem dieselelektrischen Antrieb. Besonderheiten: Das Fahrzeug hat aus Gründen der Zuverlässigkeit und der geringeren Wartungskosten keine herkömmliche Betriebsbremse, sondern bremst hauptsächlich über die zwei elektrischen Antriebsmotoren, von denen jeweils einer direkt hinter jeder Radnabe an der Hinterachse angebracht ist. Bei dieser Anordnung kann auch auf ein Differentialgetriebe verzichtet werden, da die Drehzahl jedes Rades getrennt regelbar ist. Die Leistung der Elektromotoren ist auf die notwendige Bremsleistung bei voller Beladung ausgelegt und ca. doppelt so hoch wie die des antreibenden, 2700 kW starken Dieselmotors. Die beim Bremsvorgang gewonnene elektrische Energie wird über Bremswiderstände in Wärme umgewandelt.

Schiffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Frachtschiff Wuppertal aus dem Jahr 1936
Dieselelektrisch gespeister POD-Antrieb

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wiktionary: dieselelektrisch – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Fonds Jean-Jacques Heilmann, ingénieur-électricien (1853–1922) bei archivesnationales.culture.gouv.fr, abgerufen am 8. März 2019
  2. http://www.parostroj.net/vozidla/M290/M290.htm Artikel über den M 290 (tschechisch)
  3. Mit vier Motoren in: Lok Magazin 7/2014, S. 32 ff.
  4. Howard Johnston, Ken Harris: Train Recognition Guide. Harper Collins, London 2005, ISBN 0-00-718226-0, S. 395.
  5. Louis Clessens: Der „Electrobus“ - eine Renaissance des dieselelektrischen Autobusses? In: Der Stadtverkehr, Heft 4/1965, S. 122, Verlag Werner Stock, Brackwede 1965
  6. Louis Clessens: Der „Electrobus“ - eine Renaissance des dieselelektrischen Autobusses? In: Der Stadtverkehr, Heft 4/1965, S. 122/123, Verlag Werner Stock, Brackwede 1965
  7. Präsentation der Enok auf der Internetseite des Antriebsherstellers (Memento des Originals vom 13. Januar 2013 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.aradex.de