Mit dem Laufwerk sind wir schon sehr nahe an die mechanischen Antriebe herangekommen. Diese mechanischen Antriebe werden nun genauer angesehen, denn auch sie bieten spannende Einblicke in den Aufbau einer Lokomotive. Nur, was ist denn mit den mechanischen Antrieben genau gemeint? Es sind die Bauteile, die von der eigentlichen Antriebsmaschine abgesehen, für die Bewegung verantwortlich sind. Ich muss dazu wohl einen Bereich wählen, den Sie vermutlich etwas besser kennen, als die Eisenbahn.

Meine Wahl fiel auf ein Fahrrad, das wohl jeder schon einmal benutzt hat. Das Fahrrad verfügt über einen mechanischen Antrieb. Die für die Fahrt benötigte Energie, wird in einer Maschine, die hier Mensch heisst, erzeugt. So lange Sie nicht in die Pedalen treten, bewegt sich das Fahrrad kaum von der Stelle. Trotzdem würde man beim Beschrieb eines Fahrrades den Antrieb erwähnen, denn er gehört zum Fahrrad dazu.

Ähnlich ist das bei den Lokomotiven, denn auch dort gibt es etwas, was die Kraft erzeugt. Das kann zum Beispiel ein Motor oder eine Dampfmaschine sein. Entscheidend ist nun der Aufbau des Antriebstranges ab diesem Motor oder ab der Dampfmaschine. Damit sind wir bei den mechanischen Antrieben einer Lokomotive angelangt. Kurz ausgedrückt, wir sehen und deren Antrieb an. Genauso, wie wenn wir ein Fahrrad beschreiben würden.

Um wieder mit dem Fahrrad weiter zu machen, geht dort die Kraftübertragung von den Pedalen weiter. Sie treten in die Pedale und drehen diese. Von den Pedalen geht es mit einer Kette weiter und das Rad am anderen Ende der Kette dreht sich. Das Fahrrad bewegt sich nun vorwärts. Genau diesen Bereich werden wir auf den folgenden Seiten genauer ansehen. Fachlich spricht man von den mechanischen Antrieben. Daher auch der Titel dieser Seite.

Ich komme bei den Lokomotiven nun zu einem Bereich, der sich in zwei Gruppen unterteilen lässt. Diese mechanischen Antriebe erfolgen entweder auf eine Achse oder eben auf mehrere Triebachsen. Diese zwei Gruppen werden diese Seite dominieren.

Nur ist die Grenze dazwischen nicht immer klar. Es gibt auch Kombinationen von Antrieben. Ein Beispiel sehen Sie auf dem Bild neben diesem Text, denn diese Lokomotive hat, auch wenn man es nicht sieht eine Kombination von Antrieben.

Diese mechanischen Antriebe entwickelten sich im Lauf der Jahre weiter, so dass wir mit der Geschichte dieser Antriebe beginnen können. Angefangen wird dabei im Bereich der Dampflokomotiven, geht über elektrische Lokomotiven zu den Diesellokomotiven.

Die farbige Leiste, die Sie beim Laufwerk kennen lernten, wird daher hier wieder zu sehen sein. Nur, es wird Lücken geben, denn nicht alle Antriebe waren für alle Lokomotiven geeignet.

Bevor es aber direkt zu den einzelnen Antrieben geht, müssen einige grundlegende Punkte geklärt werden, die bei allen Antrieben identisch sind und daher als allgemeine Grundlagen gelten. Diese allgemeinen Grundlagen gehören zu den einleitenden Worten, auch wenn sie bereits schon viele fachliche Informationen enthalten. Aber, wenn wir diese Kenntnisse haben, geht es danach bei den eigentlichen Antrieben leichter von der Hand. Wir müssen nicht jedes Mal nach Fachbegriffen suchen.

Bevor wir uns die unterschiedlichsten Bauformen von Antrieben ansehen, müssen wir einmal die ganze Theorie durchgehen. Jedoch ist die Theorie sehr trocken, so dass wir uns dadurch kämpfen müssen. Dabei ist eigentlich alles recht einfach. Man nimmt den Motor, kuppelt diesen irgendwie an die Triebachse und schon ist alles erledigt. Diese Variante ist doch schon sehr einfach, klappt aber ohne grosse Probleme. Das abgebildete Fahrzeug zeigt dies ganz deutlich.

Ach, Sie sehen bei dem Muster gar keinen Motor? Dann haben Sie sich unter Motor vermutlich ein etwas falsches Bild gemacht. Denn der Motor kann durchaus auch eine Dampfmaschine sein.

Es ist einfach das Teil, das für die Erzeugung der notwendigen Bewegung sorgt. Auf dem Fahrrad sind Sie diese Maschine, die die Kraft erzeugt. Sie werden mit Nahrungsmittel versorgt und können so die notwendige Energie erzeugen.

Genau diesen Teil der Lokomotive blenden wir nun aus. Es geht darum, was mit diesem Motor oder dieser Dampfmaschine angetrieben wird.

Im folgenden Artikel wollen wir das einfach mal als Motor bezeichnen. Ich werde aber den Unterschied, soweit er von Bedeutung ist, erwähnen.

Da ich aber auch von der Dampfmaschine sprechen werde, können Sie sich getrost auf den Text verlassen, denn damit ist immer die Einheit gemeint, die die Bewegung, die man benötigt erzeugt. Somit gehört das eigentlich auch schon zum Antrieb. Es wird aber später erwähnt werden, was eine Dampfmaschine oder ein Motor genau ist.

Nehmen wir nun an Stelle der Dampfmaschine einen mit Dieselöl oder Benzin betriebenen Motor. Die unterschiedlichen Drehzahlen ändern wir durch Regelung des Motors und schon kann unser Fahrzeug fahren. Sicher wird es etwas altertümlich oder gar primitiv, aber unser Fahrzeug funktioniert. Die Regelung der Geschwindigkeit erfolgt durch Veränderung der Drehzahl am Motor. Es ist nur eine theoretische Betrachtungsweise, denn praktisch klappt das nun nicht so einfach. Doch bleiben wir kurz beim Motor.

Mit dem Motor kommen wir nun zu den eigentlichen Antrieben. Sie werden in den folgenden Abschnitten den grundlegenden Antrieb kennen lernen. Die Unterschiede zwischen den einzelnen später vorgestellten Antrieben, werden die Komponenten ebenfalls haben und so dort speziell für diese Antriebsform erwähnt werden. Nun lernen wir die Grundlagen kennen. So muss ein Antrieb grundsätzlich aufgebaut werden.

Der Fahrmotor: Damit wir ein Fahrzeug aus eigener Kraft bewegen können, müssen wir ein Gerät oder eine Einrichtung haben, die eine drehende Bewegung erzeugt. Wir nennen dieses Bauteil einfach einmal Fahrmotor. Wie dieser Fahrmotor letztlich betrieben wird, lassen wir einfach stehen, denn mit dem Fahrmotor wird die Bewegung für den Antrieb erzeugt, die es zum Bewegen eines Fahrzeuges braucht.

Dieser Fahrmotor sorgt mit seinen unterschiedlichen Drehzahlen für die gewünschte Fortbewegung unseres Fahrzeuges. Da wir mit diesem Motor fahren, nennen wir ihn auch so.

Das heisst, unser Motor wird als Fahrmotor bezeichnet, weil wir damit fahren und nicht umgekehrt. Er hat mit diesem Begriff eine klar gesetzte Aufgabe bekommen und führt diese soweit er das kann auch aus. Der Fahrmotor ist das Herz unserer Lokomotive.

Angetrieben wird dieser Fahrmotor nicht nur elektrisch. Die Betriebsweise des Fahrmotors stellt letztlich keinen Unterschied dar. Ein Motor ist ein Motor, ob er nun mit Benzin oder elektrisch betrieben wird.

Er sorgt dafür, dass wir von A nach B kommen. Mehr steckt eigentlich nicht hinter diesem Fahrmotor. Selbst Dampfmaschinen werden immer wieder als Motor bezeichnet. Letztlich ist auch sie nur der Fahrmotor der Lokomotive oder des Triebwagens.

Beim elektrischen Motor haben wir jedoch, gegenüber dem Motor mit Benzin- oder Dieselantrieb, einen wesentlichen Vorteil.

Elektrische Motoren, aber auch Dampfmaschinen, können in einem grossen Regelbereich mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Der Verbrennungsmotor ist hier klar im Nachteil, da er nur in einem eng beschränkten Bereich optimal arbeitet. Sicher ein Vorteil für den elektrischen Motor und die hier unschlagbare Dampfmaschine.

Die ganze Problematik mit Regulierung der Geschwindigkeit und Anpassen der Kraft, gehört nun zum Themenbereich dieser Seite. Auch hier kann man klar davon sprechen, dass ein Fahrmotor kaum einmal optimale Drehzahlen haben wird. Die Dampfmaschine kann das zwar, aber auch sie kommt an ihre Grenzen und passt daher nur bedingt zu den Lokomotiven. Wir müssen daher die Drehzahlen des Fahrmotors anpassen und dazu benutzen wir ein Getriebe.

Das Getriebe: Ein Getriebe ist ein mechanisches Bauteil, dass zur Änderung von Geschwindigkeit und Kraft benötigt wird. Diese Veränderungen erfolgen durch Anpassungen bei der Drehzahl. Das Drehmoment ist ein Wert, der aus der Geschwindigkeit und der Kraft entsteht. Das Drehmoment bleibt daher im Getriebe grundsätzlich gleich und ändert sich nicht. Man ändert daher im Getriebe nur das Verhältnis zwischen Kraft und Geschwindigkeit.

Die Geschwindigkeit in einem Getriebe zeigt sich durch die Drehzahlen. Genau diese Drehzahlen müssen verändert werden, wenn wir den Fahrmotor an die gewünschte Geschwindigkeit anpassen wollen.

Auch hier hilft das Fahrrad wieder weiter, denn das Getriebe besteht dort aus den beiden Zahnrädern, die mit einer Kette verbunden sind. Verändern Sie das Verhältnis dieser beiden Zahnkränze, ändert sich die Geschwindigkeit des Fahrrades.

Es gibt dabei zwei grundsätzlich unterschiedliche Typen von Getrieben. Bekannt von Ihrem Wagen sind sicherlich die schaltbaren Getriebe. Sie wechseln vom ersten in den zweiten und dann in den dritten Gang und so weiter.

Was nun bei jedem Gang passiert, ist einfach. Sie wählen, wie beim Fahrrad eine andere Kombination von Zahnrädern und erhalten dadurch eine andere Geschwindigkeit. Wir verändern diese Geschwindigkeit daher im Getriebe.

Man spricht hier also von Gängen. Jeder Gang für sich entspricht dabei wieder einer festen Drehzahl, die durch den Aufbau vorgegeben wurde. Ein Gang ist es, weil die Kraft einen Weg durch das Bauteil wählt. Genau so, wie wenn Sie in einem grossen Gebäude einen Gang benutzen um an Ihr Ziel zu gelangen. Nicht schaltbare Getriebe können nur eine Drehzahl verändern und sind daher nicht mehr veränderbar.

Ein schaltbares Getriebe ist im Grunde nichts anderes, als fünf oder mehr Getriebe, die in einem einzigen Gehäuse untergebracht wurden und die Sie frei wählen können. Das Getriebe an und für sich ist deshalb nichts anderes, als eine festgelegte Kombination von Zahnrädern mit unterschiedlichen Durchmessern. Bei einigen kleineren Maschinen in einer Werkstatt, werden die Zahnräder wirklich ausgewechselt und so das Getriebe manuell geändert.

Die Veränderungen der Drehzahlen werden als Übersetzung bezeichnet. Wer von einer Übersetzung spricht, meint damit, die Veränderungen, die im Getriebe erfolgen. Die Übersetzung ist daher ein Wert, der klar anzeigt, welche Drehzahlen wir nach dem Getriebe noch haben. Damit können wir die Kraft berechnen, die dabei entsteht. Es ist daher ein Wert, der für die Bestimmung eines Getriebes extrem wichtig ist.

Die Übersetzung wird immer mit Zahlen angegeben. Diese Zahlen sind mit einem Doppelpunkt getrennt worden und stehen daher im Verhältnis. Das kann zum Beispiel so aussehen: 1:3. Kein Sportergebnis, sondern die Übersetzung eines Getriebes. Die Zahl bedeutet, dass unsere Welle am Ausgang des Getriebes dreimal schneller dreht, als die beim Eingang. Statt 1000 Umdrehungen sind es dann 3000 Umdrehungen. Wir erreichen mit dem Getriebe eine Veränderung der Drehzahlen.

Wie? Ach, Sie wollten langsamer werden. Dann muss unser Getriebe leicht umgebaut werden. Die Übersetzung ändert nun zu 3:1. Jetzt hat unsere Welle immer noch 1000 Umdrehungen. Am Ausgang des Getriebes jedoch nur noch rund 333 Umdrehungen. Bevor Sie nun überall die Übersetzungen lesen und sich wundern, dass es immer schneller wird, kann ich Sie beruhigen, es wird oft umgedreht angegeben und Sie erfahren gleich den Grund dafür.

Bestimmt wird dieses Verhältnis bei Getrieben nicht mit den Drehzahlen, sondern man kürzt den Wert aus den Grössen der Zahnräder heraus. Diese Zahnräder haben einen bestimmten Durchmesser. Er ergibt sich aus der Anzahl von Zähnen. Damit etwas langsamer wird, muss der Durchmesser grösser werden. Nun werden die Zähne gekürzt, dass man an einer Stelle eine 1 bekommt. Gekürzt bedeutet das, dass das Getriebe, das langsamer wird eine Übersetzung von 1:3 Zähnen hat.

Zahnräder sind unter anderem ein Bestandteil von Getrieben. Sie heissen Zahnräder, weil sie rund wie ein Rad sind und sich an der Aussenseite diese Zacken, die Zähne genannt werden, befinden.

Soweit der grundsätzliche Aufbau eines Zahnrades, mehr gibt es eigentlich nicht mehr zu sagen. Wir könnten daher bereits wieder zum nächsten Schritt gehen und das Getriebe endlich abschliessen. Nur, die Zahnräder bieten noch viel mehr, das wir wissen sollten.

Die Zahnräder sind präzise Bauteile, die in einem aufwendigen Fertigungsprozess erstellt werden und die diversen geometrischen Gesetzmässigkeiten unterworfen sind.

So muss der Abstand zwischen Zahn und Lücke bei allen Zahnrädern im Getriebe gleich sein. Abweichungen sind dabei nicht zugelassen und würden die Zahnräder beschädigen. Daher ist dieser Abstand ein wichtiger Punkt bei der Bestimmung von Zahnrädern.

Dabei spricht ein Fachmann korrekterweise von einer Teilung. Teilungen kennen Sie, das ist meistens dann der Fall, wenn etwas auf mehrere Leute verteilt werden muss. Nun, die Teilung beim Getriebe macht das auch, denn sie teilt die Lücken und Zähne mit einem Wert einander zu. Diese Teilung muss exakt stimmen, denn sonst funktioniert unser Getriebe nicht mehr. Daher werden Getriebe mit bestimmten Teilungen versehen, die bei allen Zahnrädern gleich sind.

Dabei können die Zähne eines Zahnrades unterschiedlich aussehen. Die einfachste Bauweise sind die rechtwinklig angeordneten Zähne. Dabei stehen die Zähne so, dass wir beim liegenden Rad durch den Zahn blicken können. Genau, so wie beim Bild oben. Bei den schräg verzahnten Zahnrädern sind die Zähne leicht schräg auf dem Rad angeordnet. Es gibt auch pfeilverzahnte Zahnräder, die sehr genau bearbeitet werden müssen. Die Zähne auf dem Zahnrad bilden dabei einen Pfeil. Die Formen sehen Sie auf der Grafik.

Die fertig bearbeiteten Zahnräder werden einer Wärmebehandlung unterzogen. Dadurch werden sie gleichzeitig hart und bleiben doch elastisch. Der Mechaniker oder auch der Techniker spricht hier von härten und anlassen.

Dabei hat das anlassen mit der Tätigkeit, die Sie vor der Fahrt in Ihrem Wagen tun, nichts gemeinsam. Es gibt nur die Art einer Wärmebehandlung bekannt. Das ratternde Geräusch beim Schalten des Wagens, testet übrigens die Härte der Zahnräder im Getriebe.

Zahnräder sind spezielle und auch teure Bauteile, die bei präziser Verarbeitung praktisch ohne Abnützung über Jahre funktionieren. So kann ein Getriebe dank den Zahnrädern lange Zeit einwandfrei und ohne Störung funktionieren. Getriebe benötigen dabei aber etwas Pflege. Zahnräder freuen sich deshalb über Fette oder Öle, die sie dauernd schmieren. So wird die Lebensdauer eines Getriebes massiv verlängert. Getriebeschäden sind dabei selten, jedoch kann man sie meistens früh erkennen.

Nun, wir haben nun die Getriebe kennen gelernt. Wir haben dabei auch die Zahnräder kennen gelernt. Solche Zahnräder halten viele Jahre, es sei denn, man überlastet diese willentlich. Eine Möglichkeit ist, dass man dabei zu viel Kraft mit dem Getriebe überträgt. Die Zähne halten den Belastungen nicht mehr stand und brechen. Das Zahnrad hat nun einen Defekt und das Getriebe funktioniert nicht mehr richtig.

Der lose Zahn kann das Getriebe sogar blockieren. Dieser auf den ersten Blick harmlos erscheinende Schaden hat aber verheerende Auswirkungen. Im Getriebe treten extreme Kräfte auf, so dass das Gehäuse zerrissen werden kann. Noch schlimmer geht es nur bei Bergbahnen, wo ein Zahnrad in eine spezielle Zahnstange greift. Hier kann es dazu führen, dass der Zug nicht mehr zurück gehalten werden kann. Deshalb werden solche Zahnräder sehr genau kontrolliert und regelmässig gewartet.

Die Getriebeleistung: Jedes Getriebe hat nur eine bestimmte Leistung, die es übertragen kann. Das heisst, das Getriebe beeinflusst direkt die übertragbaren Kräfte. Da die Kraft und die Drehzahl aber darüber bestimmen, was wir damit tun können, ist das Getriebe für viele Leistungsbeschränkungen verantwortlich. Wir sprechen dabei von dem maximal erlaubten Drehmoment und der maximalen Drehzahl. Diese Werte geben die Getriebeleistung vor. Doch was ist Leistung eigentlich?

Leistung ist ein Begriff, den man oft verwendet. Sie behaupten von sich, wenn Sie auf dem Hometrainer geradelt sind, dass Sie eine grosse Leistung vollbracht haben. Ich möchte Sie jedoch nicht enttäuschen, denn physikalisch haben Sie gar keine Leistung vollbracht, denn Sie blieben schliesslich an Ort und Stelle. Daher lohnt es sich, wenn wir die Leistung einmal etwas genauer ansehen. Wir nehmen dazu einen Sportler, der rennt.

Sein Gewicht, von zum Beispiel 80 kg, befördert der Sportler in 9.98 Sekunden über eine Distanz von 100 Meter. Wir haben nun alle notwendigen Angaben um die erbrachte Leistung genaustens zu berechnen. Die Formel dazu lautet: 1W = 1 kg m²/s³. Bei unserem Sportler ergibt das 804.8 Watt. Nun zumindest das hat mein Rechner herausgespuckt, denn im Kopf konnte ich das nicht mehr berechnen. Die Formel dazu ist zu kompliziert.

Wir belassen es hier auf der Tatsache, dass die Leistung durch die Faktoren Gewicht oder Kraft, Distanz und Zeit berechnet wird. Bevor nun die Physiker unter Ihnen einen Luftsprung aus entsetzen machen, auch ich weiss, dass die Berechnung korrekt mit der Fallgeschwindigkeit berechnet wird. Warum wohl hatte der Sportler 9.98 Sekunden für 100 Meter? Es reicht aber, dass wir wissen, dass die Leistung aus mehreren Werten berechnet wird.

Angegeben wird die Leistung, die erbracht wird mit dem Zeichen W, was für Watt steht. Die Einheit Watt wurde nach dem schottischen Physiker James Watt benannt. Watt wurde am 30. Januar 1736 in Greenock geboren. James Watt gilt als einer der führenden Physiker der damaligen Zeit und er war massgeblich bei der Entwicklung der Dampfmaschine beteiligt. James Watt verstarb am 25. August 1819 in Staffordshire.

Dank der Leistung wissen wir nun, welche Arbeit ein Motor oder eben auch ein Getriebe erbringen können. Wobei Sie vermutlich diese Angabe bei einem Automobil vermissen werden, denn dort arbeitet man mit einem anderen, jedoch veralteten Wert. Man bedient sich dabei beim Tierreich und orientiert sich an der Stärke eines Pferdes. Geboren war der Wert, der sich bis heute bei Fahrzeugen und Motoren halten konnte.

Mit der Pferdestärke werden auch Leistungen angegeben. Dieser Wert ist jedoch nicht korrekt, er ist aber noch sehr beliebt. Warum das so ist, erfahren Sie sofort. Die Pferdestärke oder kurz PS kann man aus der Leistung in Watt berechnen.

Dazu nimmt man den Faktor 1,36. Aus 1 Kilowatt wird somit 1.36 PS. Bei einer Lokomotive liest sich das dann so: 7‘900 kW / 10'600 PS. Ich nehme auch lieber den Wert in PS, weil er doch etwas mehr hermacht und dem Leser etwas mehr Leistung vorgaukelt.

Wenn wir in Zukunft jedoch korrekt arbeiten wollen, dann arbeiten wir zur Angabe der Leistung immer mit Watt. Die elektrisch berechnete Leistung wird übrigens nicht immer mit Watt angegeben, denn es handelt sich hier um eine elektrische und keine physikalische Leistung.

Daher wird bei vielen elektrischen Bauteilen der Wert Voltampere VA angegeben. Für uns reicht es, wenn wir wissen, dass alles Angaben für Leistungen sind.

Damit beenden wir aber unsere Grundlagen. Die Antriebe, die Sie nun kennen lernen werden, haben diese Grundlagen zum Hintergrund. Sie werden sehen, dass man damit viele Sachen bestimmen kann.

Einzig die Punkte, wie beim Antrieb die Federung des Laufwerks ausgeglichen wird, lernten wir hier nicht kennen, denn genau in diesem Punkt werden sich die einzelnen Antriebe zum Teil massiv unterschieden. Beginnen wir daher mit der ersten Gruppe, den Antrieben für mehrere Triebachsen.