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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