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Neue Einzelachsantriebe

Beim ersten Teil der Einzelachsantrieben lernten wir die ersten Versuche solcher Modelle kennen. Die Entwicklungen all dieser Antriebe hatte zum Zweck, die auf einer Lokomotive installierte Leistung zu erhöhen. Das ging nur, wenn man mehrere Fahrmotoren verwendet. Die Vor- und Nachteile dieser Antriebe wurden dabei aufgezeigt. Die mechanischen Laufwerke machten jedoch nach dem zweiten Weltkrieg einen gewaltigen Sprung, so dass nun Lokomotiven mit kompakten Drehgestellen gebaut wurden.
Die bisher verwendeten Antriebe waren mit einer Ausnahme nicht für den Einbau in Drehgestelle geeignet gewesen. Ausgerechnet der unbeliebte Tatzlagerantrieb hätte hier am Einfachsten verwendet werden können. Diesen Antrieb wollte man nicht verwenden, da nun auch die Geschwindigkeiten erhöht wurden. Man musste sich nach anderen Lösungen umsehen. Dabei hatte man mit dem Westinghouseantrieb einen Antrieb mit geringer ungefederten Masse. Der Erfolg bei den Drehgestellen brachte deshalb für die Lokomotiven neue Antriebe.
Die Lösung fand man schliesslich beim Westinghouseantrieb. Sie haben richtig gelesen, der Westinghouseantrieb fand bei dem hier beschriebenen Antrieb einzug, denn viele Merkmale des Antriebes nach Westinghouse fand man auch hier wieder. Das obwohl eine gänzlich andere Lösung gewählt wurde, aber ich kann es vorweg nehmen, es gab auch hier Federtöpfe und Federn, die auf Druck belastet wurden. Nur war alles kompakter. Doch schauen wir uns den BBC-Federantrieb an.
Aber Halt! Bevor wir beginnen, sei hier erwähnt, dass neben dem BBC-Federantrieb weitere Hersteller ähnliche Antriebe mit eigenen Namen entwickelten. Sie unterschieden sich vom hier beschriebenen BBC-Federantrieb nur in kleinen Details. Die Funktion des Antriebes war aber immer in etwa gleich. Daher soll der Antrieb als Muster für solche Antriebsformen gelten.
Obwohl ich zur Kennzeichnung nur elektrische Lokomotiven aufführe, muss gesagt werden, dass diese Antriebe durchaus auch bei Diesellokomotiven und Triebzügen mit Dieselmotor verwendet wurden oder noch werden. In der Schweiz wurden damit hingegen nur elektrische Lokomotiven ausgerüstet. Daher beginne ich nun mit dem Federantrieb der Firma BBC.

Elektrolokomotive

Mit der Einführung von Lokomotiven mit angetriebenen Drehgestellen kamen kompaktere Antriebe zur Anwendung, denn diese mussten nun im Drehgestell den notwendigen Platz finden. Da wegen den Drehgestellen, die unter dem Kasten montiert wurden, die Triebräder geringere Durchmesser hatten, gab es eine weitere Verkleinerung der Bauteile. Zusätzlich wurden die Leistung und die Geschwindigkeit erhöht. Die Lösungen der BBC führten zum Federantrieb.
Beim BBC-Federantrieb wird die Kraft vom Motor, wie bei anderen Antrieben auf ein grösseres Zahnrad übertragen. Das Getriebe konnte so an die verlangte Höchstgeschwindigkeit der Lokomotive angepasst werden.
Dank der verwendeten schräg verzahnten Zahnräder konnte der Lärm, der sich beim Universalantrieb zeigte, deutlich reduziert werden. Es entstand ein ruhig laufendes Getriebe, das leicht an die Bedürfnisse der Bahnen angepasst werden konnte.
Das grosse Zahnrad ruhte dabei auf einer Hohlwelle, die auch nur als Stummel ausgeführt werden konnte. Daher unterschied man diese beiden Formen bei der Bezeichnung, so wurde korrekterweise vom BBC-Federantrieb mit Hohlwelle oder vom BBC-Federantrieb mit Holwellenstummel gesprochen.
Wichtig war aber, dass diese Hohlwelle bei allen Antrieben um den Triebradsatz geführt wurde. Diese Lösung kannte man zum Beispiel schon beim Antrieb nach Westinghouse.
Soweit ist die Kraftübertragung im Antrieb kraftschlüssig. Das heisst, das Getriebe ist in ständigem Eingriff und somit fest im Drehgestell gelagert. Es gehört zur gefederten Masse. Bis hier gab es keine nennenswerten Unterschiede zwischen den Herstellern, denn alle benutzten eine Hohlwelle um das grosse Zahnrad zu lagern. Die Unterschiede kamen nun bei der Kraftübertragung auf das Triebrad, beziehungsweise auf die Triebachse.
Von der Hohlwelle wird ein mit Federn versehende Ring angetrieben. Zwischen diese Federn greift der auf dem Radsatz befestigte Mitnehmer ein. Hier gab es nun einen Unterschied zur Lösung von Westinghouse, denn dort griff der Mitnehmerstern ins Rad und war nicht am Rad befestigt worden. Durch stieg der ungefederte Teil mit dem Mitnehmerstern an, was aber wegen den kleineren Rädern leicht kompensiert werden konnte.
Der ganze Aufbau war sehr kompakt und konnte so innerhalb eines Drehgestells verbaut werden. Die federnde Achse konnte sich so frei bewegen, da der Mitnehmerstern nicht an der Hohlwelle befestigt wurde. Auch die Federn konnten geschont werden, da sie nicht mehr so stark auf Torsion belastet wurden. Der Grund waren die fehlenden Federtöpfe, die man beim Antrieb nach Westinghouse noch benötigte.
Der BBC-Federantrieb mit Holwellenstummel wurde in grosser Stückzahl hergestellt und kam bei verschiedensten Lokomotiven und Triebwagen der Schweizerischen Bundesbahnen SBB und bei Privatbahnen zur Anwendung.
Dabei gab es beide Versionen des Antriebs, bei den meisten Lokomotiven wurde aber die Variante mit Hohlwellenstummel verbaut. Wenn ich hier eine Auflistung der Lokomotiven aufstellen wollte, gäbe das eine lange Liste.
Trotzdem dürfen die damit ausgerüsteten Lokomotiven nicht fehlen, denn sie sind ein Leistungsausweis für den Antrieb. Das Bild zeigt zwei Lokomotiven, die mit diesem Antrieb ausgerüstet wurden.
Alleine von dieser Lokomotive wurden weit über 200 Exemplare gebaut. Damit wurde der BBC-Federantrieb mit Hohlwellenstummel zum meist verbauten Antrieb der Schweiz. Mit den leistungsstarken Re 6/6 konnte er zudem seine hervorragende Leistungsfähigkeit aufzeigen.
Damit hätten wir den Antrieb kennen gelernt und auch einen Leistungsausweis gesehen. Es bleiben noch die anderen Hersteller.
Diese hatten sich zu ähnlichen Lösungen durchgerungen und sie hatten nur leicht andere Lösungen bei der Anordnung der Federn. Man benötigte im Antrieb noch Federn um die Federung der Triebachse auszugleichen. Trotzdem gab es bei diesem Antrieb auch Vor- und Nachteile, die nun angesehen werden müssen.
VORTEIL: Der Vorteil dieses Antriebs ist in seiner kompakten und leichten Bauweise zu finden. Im Gegensatz zu früheren Antrieben kann er problemlos in Drehgestelle eingebaut werden. Er lässt zudem ohne Schaden zu nehmen auch eine radiale Verschiebung des Radsatzes zu. Die Häufigkeit des Antriebs zeigt zudem seine guten Eigenschaften auf. Der Leistungsausweis für diesen Antrieb ist so gross, dass man nicht von einzelnen Vorteilen sprechen kann.
Besonders gut waren aber die Federn, die dazu benötigt wurden, dass der Ausgleich der Federung ermöglicht wurde. Die gebrochenen Federn, wie es sie bei den Westinghouseantrieben gab, traten hier nicht unbedingt gehäuft auf. Der Mitnehmerstern kann sich jedoch frei bewegen, was die Federn schont und so den Unterhalt der Antriebe deutlich reduziert. Laufleistungen von 600‘000 Kilometer ohne umfangreiche Reparaturen der Antriebe sind mittlerweile möglich geworden.
NACHTEIL: Durch den Mitnehmerstern wird die ungefederte Masse auf der Achse leicht erhöht. Er ist somit nicht ganz frei von zusätzlichen Lasten. Das lässt nur bestimmte Geschwindigkeiten zu, da bei höheren Geschwindigkeiten die ungefederte Masse immer zum grösseren Problem führt. Somit ist er nicht für den Hochgeschwindigkeitsverkehr geeignet. Daher war seine Verwendung beschränkt, so dass er nicht mehr weiter verfolgt werden konnte.
Sein Aufbau in so kompakter Bauweise sorgt auch dafür, dass er nicht ganz billig in den Anschaffungskosten ist. Jedoch sind diese Nachteile nur gering, so dass es ein gut funktionierender Antrieb ist. Gerade der nahezu fehlende Unterhalt sorgt dafür, dass die Kosten für die Anschaffung schnell eingefahren wurden. Doch wie schon erwähnt, man benötigte auch einen Antrieb, der für die hohen Geschwindigkeiten geeignet war und der löste den BBC-Federantrieb ab.

Elektrolokomotive

Nun kommen wir zu den modernen Antrieben. Mittlerweile werden elektrische Lokomotiven nur noch mit Drehgestellen gebaut. Daher unterscheidet man die Antriebe nur noch anhand der zugelassenen Geschwindigkeiten. Bis zu Geschwindigkeiten von 140 km/h verwendet man wieder den veralteten Tatzlagerantrieb. Der Grund ist dabei einfach, denn die nun in den nächsten Zeilen vorgestellten Hohlkardanwellenantriebe sind teuer.
Es ist durchaus möglich, diese Antriebe in Diesellokomotiven zu verwenden. Dazu muss man nur den Dieselmotor mit einem Generator verbinden. Bei den dieselelektrischen Lokomotiven erfolgt der Antrieb schliesslich mit elektrischen Motoren, so dass wir uns auf die Tatsache beschränken können, dass es elektrisch angetriebene Lokomotiven sind.
Wir hatten schon den Begriff Kardanwelle kennen gelernt. Diese Erfahrung verwirrt nun etwas, denn bei den Hohlkardanwellenantrieben werden anders belastete Kardanwellen verwendet. Daher sollten Sie sich nicht vom Titel verwirren lassen. Damit Sie in Zukunft nicht Gefahr laufen, die Antriebe zu verwechseln, beschreibe ich die Hohlkardanwellenantriebe an einem Beispiel, das einen besser zu unterscheidenden Namen hat.
Der Flexringantrieb: Der Flexringantrieb gehört zur grossen Familie der Hohlkardanwellenantriebe. Ich verwende ihn hier als Muster aus dem Hause ABB. Die anderen Hersteller solcher Antriebe verwenden oft ähnliche Lösungen, die sich nur in Details unterscheiden. Dazu gehört jedoch nicht die Hohlkardanwelle, die hiermit hervorgehoben wurde. Doch nun wollen wir uns die modernen auch für hohe Geschwindigkeiten tauglichen Antriebe ansehen.
Bei diesem Antrieb wird die vom Motor abgegebene Kraft wieder über ein Zwischenrad auf das grosse Zahnrad übertragen. Damit wird es möglich, dass ein kleineres und damit leichteres Zahnrad verwendet werden konnte.
Lösungen mit den Zahnrädern, wie sie beim BBC-Federantrieb verwendet wurden, gibt es zwar auch, nur lassen sich mit dem Zwischenrad noch kleinere Räder verwirklichen. Diese Antriebe sind daher auch für kleine Raddurchmesser geeignet.
Die Lokomotiven Re 4/4 II mit BBC-Federantrieb hatten Räder mit einem Durchmesser von 1‘250 mm. Bei Modellen mit dem Flexringantrieb konnte der Durchmesser auf 1‘100 mm reduziert werden. Dadurch sank das Gewicht der ungefederten Masse dank der Räder weiter.
Die Kraft vom Getriebe wird beim Flexringantrieb auf eine über der eigentlichen Achse montierte Hohlwelle übertragen. Diese Hohlwelle wird korrekterweise Hohlkardanwelle genannt. Der Name für die Holkardanwelle kommt daher, dass sich die Hohlwelle verdrehen kann. Dazu wurden beim Flexringantrieb an beiden Enden der Hohlkardanwelle Flexringe montiert. Die Hohlwelle kann sich damit gegenüber der Achse verdrehen.
Der Flexring ist Ausschnittsweise auf der Grafik zu erkennen. Die Hohlwelle dient nur dazu, dass beidseitig Flexringe montiert werden können. In den Flexring greifen nun die Mitnehmer, die am Triebrad befestigt wurden.
Diese Mitnehmer sind gegenüber dem Flexring mit pfeilförmigen Gummielementen abgefedert worden. Es erfolgt deshalb keine kraftschlüssige Übertragen der Kraft. Die Gummielemente verkeilen sich durch die Pfeilwirkung und geben so das Drehmoment von der Hohlwelle auf die Mitnehmer weiter.
Damit haben wir bei dieser Version eines Hohlkardanwellenantriebes Gummifedern zum Ausgleich der Federung. Es könnten aber auch Stahlfedern verwendet werden. Wichtig ist jedoch, dass sich die Hohlkardanwelle oder eben der Flexring, verdrehen können.
Damit kann sich die Triebachse vollständig unabhängig vom Antrieb in alle Richtungen bewegen und drehen. Die an der Achse montieren Mitnehmer besitzen zudem nur ein geringes Gewicht und fallen daher nicht negativ auf.
Daher überraschte es nicht, wenn ich erwähne, dass der Flexringantrieb bei einer Lokomotive verbaut wurde, die eine Höchstgeschwindigkeit von 230 km/h hat. Jedoch zeigen diese Antriebe bei den TGV und ICE täglich, wie gut sie funktionieren. Doch auch hier wollen wir die Vor- und Nachteile der Hohlkardanwellenantriebe ansehen.
VORTEIL: Durch sein geringes ungefedertes Gewicht ist der hier vorgestellte Flexringantrieb für sehr hohe Geschwindigkeiten geeignet. Zwar benötigt auch er noch Anbauteile am Triebrad, die sind jedoch sehr klein und werden durch das mögliche kleinere Triebrad wieder ausgeglichen. Die ungefederte Masse dieses Antriebes verringerte sich auf nahezu auf das Gewicht der Achse, die aber kleinere Räder erhalten konnte und so leichter wurde.
Bei einem Hohlkardanwellenantrieb fallen kaum Kosten beim Unterhalt an. Besonders mit den anfänglich gemachten Erfahrungen, entstanden nun sehr gut funktionierende Antriebe, die kaum mehr Wünsche offen lassen, denn diese Antriebe zeigen weltweit und täglich, dass sie mittlerweile ausgereift sind und es kaum neue Lösungen gibt, denn noch weiter reduzierte werden kann die ungefederte Masse nur mit kleineren Rädern und zu denen passt der Antrieb bestens.
NACHTEIL: Da bei diesen Antrieben auf den Erfahrungen mit dem Federringantrieb der BBC aufgebaut werden konnte, ist er konstruktiv durchdacht. Das lässt erwarten, dass es kaum mehr Mängel zu erwähnen gilt. Einzige Schwachpunkte finden sich in den Gummielementen, die einer starken Belastung ausgesetzt sind und so zu Verschleiss neigen. Man muss die Gummielemente daher regelmässig kontrollieren.
Der grösste Nachteil dieser Hohlkardanwellenantriebe ist jedoch der hohe Preis bei der Anschaffung, denn die vielen sehr präzise gearbeiteten Bauteile sind nicht billig in der Produktion und zeigen sich beim Kaufpreis. Jedoch muss klar erwähnt werden, dass diese Hohlkardanwellenantriebe so leicht und gut sind, dass sie die Kosten der Beschaffung beim Unterhalt der Anlagen einsparen. Nur, solange diese gleisschonenden Antriebe nicht Vorteile bei den Betriebskosten erhalten, werden billige Tatzlagermotoren verwendet.
Mit den Hohlkardanwellenantrieben sind wir am Ende dieser Seite angelangt. Aktuell verbaut man bei geringen Geschwindigkeiten über 100 Jahre alten Tatzlagerantriebe und bei Geschwindigkeiten über 140 km/h liegen, die teuren Hohlkardanwellenantriebe. Die Zeit wird zeigen, welcher dieser beiden Antriebe letztlich besser ist. Jedoch darf man beruhigt auf die Hohlkardanwellenantriebe setzen, denn die sind zu gut.
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