Der Dieselmotor |
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Es wird nun Zeit, dass wir uns dem Herzstück der
Lokomotive zuwenden. Dabei hatte der
Dieselmotor
bei einer
Diesellokomotive
eigentlich die gleiche Aufgabe, wie die elektrische Ausrüstung von
elektrischen Lokomotiven. Das bedeutet auch hier, dass wir zuerst die
Energie für den
Fahrmotor
beziehen müssen. Diese wurde auf der Diesellokomotive jedoch mitgeführt
und stand daher nur beschränkt zur Verfügung. Die Behälter für den benötigten Kraftstoff wurden auch bei dieser Lokomotive möglichst tief montiert. Daher wurden diese Kraftstoffbehälter auf beiden Seiten der Lokomotive zwischen den Drehgestellen am Rahmen aufgehängt.
Beide
Kraftstoffbehälter
wurden mit einem einfachen Rohr verbunden, so dass vom Volumen her nur ein
einziger
Tank
entstand. Dieser Behälter konnte insgesamt 3 500 Liter
Dieselöl
aufnehmen. Dank den kräftigen Blechen wurden diese Behälter nicht leicht aufgerissen und konnten so nur schwer leck geschlagen werden. Besonders beim Boden des Tanks war eine gewisse Gefahr vorhanden, denn dieser lag lediglich 130 mm über den Schienen.
Beim Befahren von engen Halbmessern bei Kuppen von
Ablauf-anlagen
kam der
Kraftstoffbehälter
der festen Anlage daher sehr nahe. Jedoch war es nur so möglich den
gewünschten Vorrat mitzuführen.
Grundsätzlich war die
Lokomotive für den Betrieb mit
Heizöl
extraleicht ausgelegt worden. Da dieses von der Zusammensetzung her dem
geläufigen
Dieselöl
entspricht. In der Schweiz dürfen, im Gegensatz zu anderen Ländern
Fahrzeuge, egal ob auf der Strasse, oder auf der
Schiene,
jedoch nur mit
Diesel
betrieben werden. Der Grund liegt bei den auf Dieselöl erhobenen Steuern,
die auch von den Bahnen zu bezahlen sind.
Daher wurde die
Lokomotive mit dem handelsüblichen
Dieselöl
betankt. So war jedoch auch gesichert, dass die bei kalten Temperaturen
erforderlichen Zusätze immer im Dieselöl enthalten waren. Für Sie einfach
zu veranschaulichen ist es, wenn ich schreibe, dass man mit der
Diesellokomotive
durchaus auch die Tankstelle Ihres Vertrauens besuchen konnte. Einzig die
Anfahrt hätte zu einem Problem geführt, jedoch nicht der
Treibstoff. Der Kraftstoffbehälter konnte entweder mit einer Druckbetankung oder drucklos über einen ge-wöhnlichen Füllstutzen aufgefüllt werden. Um Verschmutzungen des Lokomotivrahmens bei den Betankungsöffnungen zu verhindern und den Zugang zu erleichtern, wurden diese Öffnungen seitlich vom Kraftstoffbehälter angeordnet.
Die
Lokomotive konnte daher von beiden Seiten aus betrankt werden,
wobei das natürlich eine gewisse Zeit benötigte. Der Füllstand der Kraftstoffanlage wurde sowohl mittels eines Flüssigkeitsanzeigers mit Schwimm-kugel am Behälter selber, sowie über Grenz-wertgeber im Display des Führerstandes angezeigt.
So wusste der Lokführer jederzeit, wie viel
Kraft-stoff
er noch in den Behältern hatte und wann es Zeit wurde, sich an die nächste
Tankstelle zu wenden. Beim Betanken der
Lokomotive diente die Anzeige am
Tank
auch für die Befüllung desselben. Die Belüftungen der Kraftstoffbehälter waren zur Vermeidung eines Unter- oder Überdruckes mit Be- und Entlüftungsventilen ausgerüstet worden. So war es nicht möglich, dass der Tank bersten konnte. Diese Ventile waren zudem mit einer Kippsicherung ausgerüstet worden, so dass verhindert wurde, dass der Kraftstoff bei einer umgestürzten Lokomotive aus den Vorratsbehältern auslaufen konnte. Auch hier wurde somit auf den Schutz der Umwelt geachtet.
Der im Vorratsbehälter vorhandene
Kraftstoff
wurde von einer
Förderpumpe angesaugt und über einen Siebmantelfilter und
einem nachgeschalteten Papierfilter von Verunreinigungen befreit dem Motor
zugeführt. Dieser Förderpumpe arbeitete dauernd damit der
Einspritzpumpe
immer genügend
Treibstoff
bereit stand. Der zu viel beförderte Kraftstoff wurde mit Hilfe einer
Rückleitung wieder in die Behälter geführt. So wurde der Kraftstoff durch
den
Dieselmotor
leicht vorgewärmt.
Wir haben nun den
Treibstoff
so weit vorbereitet, dass er dem
Dieselmotor
zugeführt werden konnte. Eine weitere Aufbereitung des
Kraftstoffes
musste nicht mehr erfolgen und wir haben nun die Zufuhr der benötigten
Energie kennen gelernt. Daher können wir nun zur Betrachtung des
Dieselmotors wechseln. Dort wird die gespeicherte Energie des Kraftstoffes
schliesslich umgewandelt und die
Zugkraft
erzeugt. Da der Dieselmotor das Herzstück der Lokomotive war, war klar, dass er das grösste und schwerste Bauteil der Maschine war. Er wurde im langen Vorbau eingebaut und nahm dabei den kompletten Platz unter dem Segment zwei ein.
Der
Dieselmotor
war in Leichtbauweise aufgebaut worden und wog daher lediglich 7 700 kg.
Im Vergleich zu den älteren
Lokomotiven der Baureihe Bm
4/4 war der Motor daher sehr leicht ausgefallen. Dieser Dieselmotor war vom Typ 3512 B DI-TA-SCAC und er wurde von der Firma Caterpillar geliefert. Die Firma war bekannt für leichte kräftige und standfeste Dieselmotoren.
Besonders bei
Baumaschinen
und stationären An-lagen war die Firma Caterpillar ein Begriff. Im Bereich
der Eisenbahn konnten gerade in den USA, aber auch in Europa mehrere
Erfolge ausgewiesen werden. Daher wollen wir uns den Motor 3512 B DI-TA
SCAC genauer ansehen. Beim von der Firma Caterpillar gelieferten Dieselmotor handelte es sich um einen Viertaktmotor mit 12 Zylindern in V-Anordnung. Dabei hatten die beiden Reihen einen Winkel von 60 Grad erhalten. Dank dieser Anordnung konnte der Motor im Vergleich zur Anordnung in Reihe viel kürzer aus-geführt werden.
Zudem hatte sich diese Anordnung der
Zylinder
längstens auch beim Betrieb bewährt, da die Kraftausübung etwas
gleichmässiger erfolgte.
Mit Hilfe von zwei
Abgasturboladern
und der vorhandenen
Ladeluftkühlung
konnte der Motor eine maximale
Leistung
von 1 500 kW abrufen. Da der
Antrieb
der
Lokomotive diese Leistung nicht vollumfänglich übernehmen
konnte, standen 100 kW für die Nebenbetriebe, wie zum Beispiel den
Kompressor,
bereit. Somit war der Motor ausreichend bemessen worden und war nicht zu
umfangreich, was unnötiges Gewicht bedeutet hätte.
Diese
Leistung
konnte der
Dieselmotor
jedoch nur bis zu einer Höhe von 600 Meter über Meer erbringen. In höheren
Gebieten sanken der Anteil des Sauerstoffes und somit auch die Leistung
des Motors. Die maximale Einsatzhöhe der
Lokomotive wurde vom Hersteller mit 1 200 Meter über
Meer angegeben. Diese Werte waren in der Schweiz jedoch bereits wichtig
und mussten beim Einsatz der Lokomotive beachtet werden.
Die maximale Einsatzhöhe lag leicht unter dem
Bahnhof
Goppenstein und somit dem höchsten Punkt des befahrenen Netzes. Jedoch
musste man beachten, dass zum Beispiel im Bahnhof von St. Gallen bereits
nicht mehr die maximale
Leistung
abgerufen werden konnte. So erbrachte die
Lokomotive wunderbar an den Tag, dass man in anderen
Ländern unproblematische Werte in der Schweiz nicht unbedingt übernehmen
konnte. Die maximale Drehzahl des Dieselmotors betrug dabei 1 800 Umdrehungen pro Minute. Im Vergleich zu den LKW und Automobilen auf der Strasse, war er langsam drehend.
Wenn wir jedoch die
zu ersetzenden
Lokomotiven der Schweizerischen Bundesbahnen SBB
ansehen, war der
Dieselmotor schnell. Das war aber eine Folge davon, dass
die alten Lokomotiven der
Staatsbahn
sehr langsam drehende Motoren hatten. Um die Funktion des Motors besser kennen zu lernen, müssen wir diesen starten und so die Verbrennung des Kraftstoffes in Gang setzen. Bevor wir das jedoch tun können, benötigten wir die dazu vorbereitete Luft.
Diese
wurde im Bereich des Segmentes drei durch das Lüftungsgitter mit
Filter in
den Innenraum gezogen und dort durch das vorhandene Volumen beruhigt.
Durch die Wärme im
Vorbau wurde die Luft bereits leicht vorgewärmt. Anschliessend wurde die Luft von den Abgasturboladern angezogen und dadurch verdichtet. Diese Abgasturbolader hatten sich bei Fahrzeugen mit Dieselmotor schon lange durchgesetzt.
Auch die alten
Lokomotiven der
Baureihen Bm 4/4 und
Bm 6/6 waren damit ausgerüstet worden. Moderne
Motoren verwenden
Turbolader jedoch nicht nur zur Steigerung der
Leistung,
sondern auch um die Verbrennung zu optimieren. Damit die durch die Verdichtung erwärmte Luft jedoch für die Verbrennung nicht zu heiss war, wurde sie anschliessend in der Ladeluftkühlung wieder abgekühlt. Danach konnte die Luft in den Verbrennungsraum, der ein Volumen von 4,31 Liter besass, gelassen werden.
Dort wurde sie letztlich durch den
Kolben im Verhältnis
13,5:1 verdichtet und dadurch erneut massiv erwärmt.
Der eingespritzte
Treibstoff entzündete sich daher wegen der heissen Luft
augenblicklich. Die Verbrennung, die aufgrund der grossen Hitze der Luft ohne externe Zündquelle erfolgte, wurde somit aktiviert. Diese Verbrennung hatte jedoch zu Folge, dass der Druck und die Temperatur im Zylinder weiter anstiegen.
Damit dieser Druck wieder abgebaut werden konnte, musste
Platz geschaffen werden. Daher wurde der
Kolben mit grosser Kraft nach
unten gedrückt und so der Raum wieder vergrössert.
So entstand die Kraft, die letztlich für den
Antrieb genutzt wurde. Das
erfolgte, weil die einzelnen
Zylinder sich beim Zeitpunkt der Explosion
abwechselten und so die an den
Kolben angeschlossene
Kurbelwelle gedreht
wurde. Da der Motor im Viertaktmodus betrieben wurde, zündeten immer drei
Zylinder zur gleichen Zeit. Wir haben damit die für den Antrieb erhaltene
Kraft bekommen. Jedoch gab es durch die Verbrennung auch Rückstände und
diese mussten ebenfalls aus dem Zylinder entfernt werden.
Das Gemisch aus den verbrannten Resten des
Treibstoffes und der Luft,
wurde schliesslich in die
Abgasanlage
entlassen. Bis hier gab es von der
Funktion her kaum Unterschiede zu den
Lokomotiven der Baureihen Bm 4/4 und
Bm 6/6. Jedoch besass die hier vorgestellte Lokomotive eine umfassende
Abgasanlage, die näher betrachtet werden muss. Damit kommen wir aber auch
zur grössten Sensation der Lokomotive.
Die bei der Verbrennung im
Dieselmotor entstandenen
Abgase
enthielten auch
Schadstoffe, wie Russ und andere feste Partikel. Sie wurden vom
Zylinder
über die
Abgasturbolader zur
Abgasanlage
geführt und bewirkten so die
Verdichtung der Luft. Jedoch durften diese Abgase in diesem Zustand nicht
mehr in die Umwelt entlassen werden. Ein Problem, das die älteren
Lokomotiven jedoch nicht lösen konnten.
Die
Abgasanlage
der Baureihe Am 843 bestand aus der im Segment drei
eingebauten
Partikelfilter- und
Nachverbrennungsanlage. In dieser
wartungsfrei arbeitenden Anlage wurden schliesslich die
Abgase
von
Feinstaub und Russ befreit. Dabei wurden die Partikel in der Anlage
verbrannt und daher durch Oxydation unschädlich gemacht. Danach konnten
die Abgase über den auf dem
Vorbau montierten
Kamin
in die Umwelt
entlassen werden.
Die
Abgasanlage
entsprach den Anforderungen nach ERRI 2003, welche die
Abgasemission
für
Dieselmotoren bei Eisenbahnen regelte. Die in der
Schweiz vorgeschriebenen Werte für die Luftreinhaltung wurden dank dieser
Anlage von der
Lokomotive eingehalten, so dass sie den aktuellen
Vorschriften entsprach und damit für Dieselmaschinen hoher
Leistungen neue
Massstäbe setzte. Ein Punkt auf den die schweizerischen Bundesbahnen SBB
grossen Wert legten.
Dieselmotoren besitzen schnell drehende Bauteile. Diese müssen, damit sie
nicht vorzeitig verschlissen werden, mit einer ausreichenden
Schmierung
versehen werden. Dazu wurde auch bei diesem Motor unter demselben eine
spezielle Wanne mit dem benötigten
Schmiermittel montiert. Letztlich
sorgte der Motor mit seiner Bewegung selber dafür, dass die Schmierung
optimal arbeitete. Trotzdem müssen wir auch die Schmierung kurz ansehen.
In der Wanne hatten insgesamt 320 Liter synthetisches Schmieröl Platz. Das
Öl
wurde bei der
Schmierung über einen
Filter zum Motor und dabei zu den
zu schmierenden Bauteilen geführt. Im Bereich des Verbrennungsraumes wurde
das
Schmiermittel, das den
Kolben bei seiner Bewegung schmierte, jedoch
erwärmt und danach wieder zurück in die Wanne geleitet. Jedoch war die
Erwärmung für das Schmiermittel nicht gerade gut.
Daher passierte das
Schmiermittel jedoch zuerst die Ölkühler, wo es mit
Hilfe der Motorkühlung und daher mit der Hilfe von Wasser abgekühlt wurde.
Diese
Kühlung
des Schmiermittels ist bei
Dieselmotoren mit hohen
Leistungen sehr wichtig, damit das
Öl
seine Eigenschaften behalten kann.
Der grosse Vorrat von 320 Litern half zusätzlich dazu bei, dass das
Schmiermittel korrekt abgekühlt wurde und so wieder seine volle Leistung
bei der
Schmierung erbringen konnte.
Auch der
Kühlung
muss bei
Dieselmotoren besondere Beachtung geschenkt
werden. Bei den Verbrennungsmotoren hatte sich in den vergangenen Jahren
die Kühlung mit Flüssigkeiten durchgesetzt. Daher wurde auch diese
Lokomotive damit ausgerüstet. Dabei kam jedoch im Gegensatz zu den älteren
Lokomotiven der Schweizerischen Bundesbahnen SBB eine Kühlung mit
speziellem
Kühlwasser
zu Anwendung.
Die 600 Liter
Kühlwasser der
Lokomotive bestanden aus Wasser, das jedoch
nur einen Anteil von 60% stellte. Die restlichen 40% waren dem
Frostschutzmittel auf Basis von Glyzerin vorbehalten. Dadurch konnte die
Lokomotive im Bereich der Temperaturen von – 25°C und + 40°C eingesetzt
werden. Bei geschleppten Überfuhren der Lokomotive konnte das Kühlwasser
daher im System behalten und musste nicht abgelassen werden.
Um bei tiefen Temperaturen ein für den
Dieselmotor schädlicher
Kaltstart
zu verhindern, war die
Lokomotive mit einer
Vorwärmanlage der Firma
Webasto ausgerüstet worden. Diese Vorwärmanlage leistete total 12 kW und
wurde mit
Dieselöl betrieben. Dank einer elektrisch angetriebenen
Umwälzpumpe wurde so das
Kühlwasser des
Fahrmotors erwärmt. Dadurch konnte
der Motor immer bei optimalen Temperaturen gestartet werden.
Dank dieser
Vorwärmanlage, war es möglich, die
Lokomotive bis hinunter zu
einer Temperatur von - 25°C zu starten. Damit das
Kühlmittel
schnell die
Betriebstemperatur erreichte, besass es ein Zweikreissystem, welches aus
einem Hoch- und Niedrigtemperaturkreis bestand. Dieses erlaubte es, dass
der frisch gestartete
Dieselmotor schnell auf die Betriebstemperatur
gebracht werden konnte. Um eine Überhitzung des Kühlmittels zu verhindern, wurde die nachgeschaltete Kühlanlage mittels zwei Ventilatoren mit einem Durchmesser von 1 240 mm zwangsweise mit frischer Luft versorgt.
Dadurch wurde das
Kühlwasser durch die Luft abge-kühlt und gab diese an die Luft ab. Diese
wiederum wurde durch die oben liegenden Lüftungsgitter ins Freie
entlassen. Danach wurde das Kühlwasser wieder dem Motor zugeführt. Diese Ventilatoren der Kühlanlage waren hydrostatisch angetrieben und besassen eine Drehzahlregelung. Die Luft wurde über seitliche Gitter in die Kühler gesaugt und durch diese gezogen. Danach wurde die erwärmte Luft durch die Ventilatoren nach oben ins Freie entlassen.
Dabei konnte die
Luft durchaus sehr hohe Bereiche erreichen. Sie können sich vorstellen,
dass die Luft stark erwärmt wurde, wenn sie im
Kühler
an Blechen vorbei
geführt wurde, die beinahe 100 °C hatten.
Die Lösung mit dem Luftauslass nach oben wählte man nicht zufällig. Die
heisse Luft, die hier ins Freie entlassen wurde führte dazu, dass entlang
der
Lokomotive laufende Personen nicht durch die
Kühlanlage
und deren Abwärme
belästigt wurden und so die heisse Luft nicht im Bereich von Passanten
entwich. Ein Punkt, der durchaus nicht vernachlässigt werden durfte, denn
die heisse Luft hätte durchaus zu Verletzungen führen können.
Eine ausreichende
Kühlung war bei
Dieselmotoren immer wichtig. Diese wurde
aber bei hohen Aussentemperaturen immer schwieriger. Heisse Luft kühlt
schlechter als kalte. Daher wurde festgelegt, dass die
Lokomotive bis zu
einer Temperatur von 40°C funktionsfähig blieb. Danach musste die
Leistung
reduziert werden, da die Kühlung nicht mehr ausreichte um den Dieselmotor
zu schützen. Wobei zu erwähnen ist, dass bereits bei der Bestellung
abzusehen war, dass die Lokomotive in wärmeren
Tunnelstrecken eingesetzt werden
könnte.
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