Table Of ContentMotorzugforderung
auf Schienen
Von
Ing. Dr. techno Otto Ju dtmann
Wien
Mit 108 Abbildungen im Text
Wien
Verlag von Julius Springer
1938
AIle Rechte, insbesondere das der Ubersetzung in
fremde Sprachen, vorbehalten
Copyright 1938 by Julius Springer in Vienna
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1938
ISBN-13: 978-3-7091-5657-5 e-ISBN-13: 978-3-7091-5697-1
DOl: 10.1007/978-3-7091-5697-1
Dem Andenken
meines verehrten Lehrers
t
Pro£ lug. Dr. Leopold Orley
Vorwort.
Bei der standig steigenden Bedeutung der Motorfahrzeuge im Eisen
bahnverkehr ist es selbstverstandlich, daB immer weitere Kreise zur
Beschaftigung mit jenen ZugfOrderungsfragen gezwungen werden, die sich
durch die Indienststellung dieser neuartigen Fahrzeuge ergeben. Es
handelt sich dabei einerseits um Ingenieure der Bauanstalten, die Motor
fahrzeuge liefern und Planungen fiir Zugforderungen durcharbeiten
mussen, anderseits aber um Beamte der Bahnverwaltungen, denen
Motorfahrzeuge unterstellt sind, weshalb sie die mit diesen Triebfahr
zeugen zusammenhangenden Zugforderungsaufgaben zu lOsen haben.
Das vorhandene Schrifttum beschrankt sich entweder auf die Be
schreibung ausgefiihrter Fahrzeuge, bei welchen oft gerade die fur die
Zugforderung wichtigsten Fragen nur gestreift oder uberhaupt nicht
erwahnt werden, oder auf die Behandlung einzelner Aufgaben, die in den
verschiedenen Fachzeitschriften zerstreut sind, so daB es dem AuBen
stehenden nicht leicht ist, sich in dieses neue Sondergebiet einzuarbeiten.
Dazu kommt noch, daB dieses Sondergebiet gewisse Kenntnisse aus dem
neueren Motorenbau undo besonders'bei elektrischen Kraftubertragungen
auch aus der Elektrotechnik erfordert, die dem Eisenbahntechniker
fremd sind, der sich in der Schule und seiner bisherigen Praxis nur mit
den Eigenschaften der Dampflokomotive vertraut gemacht hat.
Die vorliegende Arbeit solI nun diese Lucke schlieBen und allen
jenen, die mit Motorfahrzeugen zu arbeiten haben, eine zusammen
fassende Darstellung aller wichtigen Fragen der Eisenbahnzugforderung
geben, dabei durch Erlauterungen uber die Verbrennungsmotoren und
die Kraftubertragungen die notwendigen Grundlagen fiir deren Ver
standnis zu schaffen. Die Darstellung stutzt sich auf eine mehr als ein
Jahrzehnt umfassende Tatigkeit auf diesem Sondergebiet, sie enthalt
daher die gesammelten Erfahrungen zahlreicher Planungen von Zug
forderungen, Erprobungen von Maschinenanlagen und MeBfahrten mit
Motorfahrzeugen verschiedenster Art und GroBe von Kleinlokomotiven
fiir Industriebahnen an bis zu Schnelltriebwagen groBer Leistung.
Nach den einleitenden Abschnitten I bis III bringt der Abschnitt IV
die Grundlagen der Eisenbahnzugforderung bei Verwendung von Motor
fahrzeugen, aus denen sich die Erorterung der einzelnen Bestandteile
VI Vo;rwort.
in den folgenden Abschnitten ergibt. Die Beschreibung der Verbrennungs
motoren und der Kraftubertragungen, bei denen auch die wichtige, aber
bisher recht wenig behandelte Frage der Teillasten eingehend besprochen
wird, erstreckt sich auf die Erlauterung der fiir die Zugforderung wichtigen
Fragen, da der Zugforderungstechniker weder Verbrennungsmotoren
noch Kraftubertragungen konstruieren will. Er muB aber wohl ub~r die
verschiedenen Eigenschaften dieser Teile von Motorfahrzeugen unter
richtet sein, urn deren Zusammenwirken ganz zu durchschauen und
gelegentlich den Konstrukteuren Abanderungs- oder Verbesserungs
vorschlage machen zu konnen, fiir welche Bauanstalten dankbar sein
mussen, wenn sie nicht selbst Gelegenheit haben, ausgedehnte Betriebs
erfahrungen zu sammeln.
Gerade auf diesem Sondergebiet ist die Zusammenarbeit aller be
teiligten Kreise ein Gebot der Notwendigkeit, da aus dem Zusammenbau
guter Maschinen und guter Wagen noch kein vorzugliches Motorfahrzeug
entstehen muB, wenn nicht von Anfang an auf ein harmonisches Zu
sammenpassen aller Einzelteile geachtet wird. Diese bei der Planung
zu leistende Arbeit des gegenseitigen Abstimmens kann aber nur auf
Grund der Kenntnisse der einzelnen Teile befriedigend ge16st werden.
Damit ergibt sich die Nutzlichkeit der vorliegenden Darstellung fiir
den Studierenden, der sich fur das Gebiet der Eisenbahnzugforderung
vorbereiten will, da er sich im Zusammenhang uber die verschiedenen
Aufgaben der Zugforderung 'und deren Losung unterrichten kann.
Bei der erstmaligen Zusammenfassung dieses groBen Gebietes ist es
zu erwarten, daB sich an einigen Stellen Erganzungen als notwendig
herausstellen konnen. FUr aIle dahingehenden Vorschlage danke ich im
voraus bestens, um sie gegebenenfalls beriicksichtigen zu konnen. Dasselbe
gilt auch fiir den geschichtlichen Ruckblick auf die Entwicklung der
Motorfahrzeuge, der auf Grund eines eingehenden Studiums des Schrift
tums zusammengestellt wurde.
Diese Arbeit ist dem Andenken meines verehrten Lehrers, des leider
viel zu friih verstorbenen Prof. lng. Dr. Leopold Orley, gewidmet, der
mir die Anregung gab, meine Kenntnisse und langjahrigen Erfahrungen
~uf dem Gebiete der Motorzugforderung in zusammenhangender Dar
stellung zu veroffentlichen. Auch allen Bauanstalten und Bahnverwal
tungen, die mich bei der Abfassung der Arbeit durch "Oberlassung von
Unterlagen unterstutzten, sei der beste Dank ausgesprochen.
Wien, im Fruhjahr 1938.
lng. Dr. techno Otto Judtmann.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
I. Kurzer geschichtlicher Riickblick auf die Entwicklung der Motor-
fahrzeuge auf Schienen, Hinweis auf das· Schrifttum . . . . . . . . . . . 1
A. Entwicklung der Motorfahrzeuge ......................... 1
B. Hinweis auf das Schrifttum.............................. 7
II. Allgemeines iiber Motorfahrzeuge, ihre Einteilung und Verwendung 8
A. Einschriinkung auf die Schienenfahrzeuge .. . . . . . . . . . . . . . . . 8
B. Einteilung der Motorfahrzeuge ........................... 8
a) Nach der Bauart.................. .. .... ... .......... 8
b) N ach der Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
c) Nach dem Verwendungszwecke .......... ... .. ... ...... 8
d) Nach dem verwendeten Brennstoffe..... ... ... .. ... .... 8
e) N ach der Kraftiibertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
f) Zusammenziehung der Kennzeichnungen in der Praxis. . . 9
C. Verwendung der Motorfahrzeuge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
III. Vbersicht fiber den derzeitigen Stand der Motorisierung des Schienen-
verkehrs in einigen europaischen Landern und in Vbersee ...... 12
A. Motorisierung in Europa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Deutsches· Reich, Osterreich, Tschechoslowakei, Ungarn, Hol
land, Frankreich, England, Diinemark, Belgien, Italien, Polen,
Litauen, Schweden, Rumiinien, Jugoslawien, Ru13land.
B. Motorisierung in Amerika und in den iibrigen Erdteilen . . .. 20
Vereinigte Staaten von N ordamerika, Kanada, Argentinien,
Japan, Mandschurei, Siam, Tunis, Siidafrika, Australien.
C. Schiitzung der Gesamtzahl der Schienenmotorfahrzeuge..... 22
IV. Die Grundlagen der Eisenbahnzugforderung bei Verwendung von
Motorfahrzeugen ........................................... 22
A. Ableitung der Grundformel der Zugfiirderung.. . . . . . . . . . . .. 22
B. Fahrwiderstiinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23
a) Fahrwiderstand in der Waagrechten .... ............ ... 24
1. Verlauf der Widerstandkurven 24. - 2. Widerstands
formeln fUr Wagenziige 25. - 3. Widerstandsformel der
Studiengesellschaft 26. - 4. Widerstandsformeln fUr Trieb
wagen 27. - 5. Einzelheiten liber den Luftwiderstand 29.
b) Steigungswiderstand.................................. 32
c) Krilmmungswiderstand.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33
d) Beschleunigungswiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35
e) Gesamtfahrwiderstand .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36
f) Bremsneigung......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
C. Ermittlung der Leistung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38
a) Leistung am Radumfang, Zugforder. und Motorleistung. 38
b) Beispiel .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40
D. Reibungsgewicht und Haftreibungswerte .................. 42
E. Hochstbefahrbare Steigung............................... 44
F. Theoretische untere Geschwindigkeitsgrenze aus Reibung und
Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
G. Begriindung der folgenden Abschnitte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
V. Die Verbrennungsmotoren ................................... 47
A. Beschrankung auf Kolbenkraftmaschinen, Hinweis auf Otto
und Diesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47
B. Einteilung nach Arbeitsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
a) Viertaktmotoren ..................................... 48
b) Zweitaktmotoren ..................................... 49
c) Allgemeine Angaben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
C. Einteilung nach Gemischbildung und Ziindung ............ 50
a) Allgemeines iiber Otto· und Dieselmotoren ............. 50
b) Gegeniiberstellung der Eigenschaften von Otto· und Diesel·
motoren............................................. 51
1. Bildung des Brennstoff-Luftgemisches; 2. Ziindung des
Brennstoff-Luftgemisches 52. - 3. Brennstoffe; 4. Ver
dichtungsverhiUtnis E; 5. Theoretischer thermischer Wir
kungsgrad des Kreisprozesses 1Jt; 6. Giitegrad des Kreis
prozesses 1Jg 53. - 7. Innerer oder indizierter Wirkungs
grad 1Ji; 8. Mechanischer Wirkungsgrad 1Jm; 9. Wirtschaft·
licher Wirkungsgrad 1Jw 54. - 10. Verdichtungsdruck;
11. Verbrennungsdruck; 12. Verhaltnis des Verbrennungs.
druckes zum Verdichtungsdruck; 13. Erste Annahme fiir
den Verlauf des Kreisprozesses; 14. Tatsachlicher Verlauf
des Kreisprozesses 55. - 15. Zusammenhang zwischen
Leistung und Drehmoment 56. - L6. Zahlentafel der derzeit
gebrauchlichen effektiven Mitteldriicke; 17. Leistung in P S
iiber der Drehzahl; 18. Drehmomente M iiber der Dreh
zahl 57. - 19. Kennzeichnende Schaubilder des Brennstoff
verbrauches 58. - 20. Spezifischer Brennstoffverbrauch 60.
- 21. Theoretischer Luftbedarf fiir die Verbrennung;
22. Praktischer Luftbedarf fiir die Verbrennung; 23. Energie.
schaubilder 61. - 24. Praktische Brennstoffverbrauchs·
zahlen; 25. Brennstoffverbrauch bei wechselnder Dreh
zahl 62. - 26. Einflul3 der Luftdichte 63.
D. Vorverdichtung oder Aufladung .......................... 63
E. Anlassen ............................................... 64
F. Leistungsgewichte ausgefiihrter Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . .. 65
G. Hubraumleistung in PS je Liter......................... 65
H. Bauarten............................................... 65
J. Forderungen an einen Fahrzeugdieselmotor................ 66
K. Ausfiihrungen von Verbrennungsmotoren .................. 68
a) Maybach.Dieselmotor GO 6 ........................... 68
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
b) Simmeringer Dieselmotor R 8 ....................... " 70
c) Hinweis auf VerOffentlichungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73
VI. Allgemeines tiber Krafttibertragungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
A. Unmittelbarer Antrieb.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
B. Die Eigenschaften der Verbrennungsmotoren und die For-
derungen der Zugforderung .............................. 73
C. Seltenere Kraftiibertragungen ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
D. Beurteilung der Kraftiibertragungen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
E. Allgemeingiiltige Beziehungen... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77
a) Zusammenhang zwischen Drehmoment eines Triebmotors
und Zugkraft am Radumfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
b) Zusammenhang zwischen der Fahrgeschwindigkeit und der
Drehzahl des Triebmotors ............................ _ 78
c) Zusammenhang zwischen Drehmoment und Zugkraft .... 78
VII. Die meehanische Kraftiibertragung mit Zahnradstufengetrieben. . 78
A. Grundsatzlicher Aufbau ................................. 78
B. Ausnutzungsziffer und Wahl der Stufen................... 80
C. Wirkungsgrad und Zugforderleistung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82
D. Einflu/3 der Zugkraftunterbrechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 83
E. Ausfiihrung von Stufengetrieben.......................... 84
a) Myliusgetriebe ....................................... 85
b) Ardeltgetriebe........................................ 88
F. Ermittlung der Fahrzeugkennlinien eines diesel-mechanischen
Triebwagens............................................ 91
G. Zusammenfassung .... _.................................. 94
VIII. Die hydraulische Kraftiibertragung .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
A. Allgemeines ............................................ 95
B. Die Kreislaufe und ZubehOr ............................. 96
a) Wandler und Marschwandler .......................... 96
b) Fliissigkeitskupplung.................................. 10 1
c) Kiihlung des Getriebes ............................... 103
d) Fiillung und Entleerung der Kreislaufe ................. 104
C. Beschreibung eines Voith-Maybach-Turbogetriebes mit Marsch-
wandlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 104
D. Ermittlung der Fahrzeugkennlinien eines diesel-hydraulischen
Triebwagens ............................................ 107
E. Zusammenfassung ....................................... 112
IX. Die elektrische Kraftiibertragung ............................. 112
A. Grundsatzliche Anordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 112
B. Allgemeines iiber Gleichstrommaschinen und deren Zubehor 114
a) Aufbau, Grundformeln, Schaltungen ................... 114
b) Wirkungsgrade und Verluste .......................... 11 7
c) Erwarmung und Temperaturbestimmung ............... 118
d) Zubehorteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 120
1. Fahrtrichtungsschalter; 2. Anla/3wicklungen; 3. Hills-
x Inhaltsverzeichnis.
Selte
einrichtungen; 4. Vielfachsteuerung 120. - 5. Sicherheits
fahrschaltwerk 121.
C. Die Hauptstromfahrmotoren ............................. 121
a) Grundformeln ........................................ 121
b) Kennlinien .......................................... 122
c) Achsantriebe ......................................... 124
d) Zahl der Fahrmotoren ................................ 125
e) Reihenschaltung und Feldschwachung .................. 125
D. Die Fahrzeuggeneratoren ................................ 126
a) Grundformeln und Kennlinien ......................... 126
b) Schaltungen fiir Motorfahrzeuge ....................... 128
RZM 128. - Gebus, Lemp 129. - Leistungswachter von
BBC, Ward Leonard; Hyperbelsteuerungen von Westing
house und Siemens-Schuckert 131. - AEG-Vollastschal
tung 132. - "Torque"-System, Oldruckfeldreglersteuerung
von BBC 133.
E. Das Zusammenarbeiten von Generatoren und Fahrmotoren .. 135
a) Kennlinien eines Generators unter Beriicksichtigung der
Antriebsleistung eines Verbrennungsmotors ............. 136
1. Vollastkennlinien 136. - 2. Teillastkennlinien 138.
b) Zusammenhang von Generator- und Fahrmotorkennlinien 140
c) Ermittlung der Zugkraft-Geschwindigkeitskurve aus den
Schaublattern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 144
F. Rechnerische Ermittlung der Zugkraft-Geschwindigkeits-
kurven ................................................ : 145
G. Ermittlung der Fahrzeugkennlinien eines diesel-elektrischen
Triebwagens ............................................ 148
H. Elektromechanische Kraftiibertragungen... . . . . . . . . . . . . . . .. 149
a) Vorlaufer wie Entz, Porsche u. a ...................... 149
b) Das System Sousedik ................................ 151
1. Grundsatzlicher Aufbau 151. - 2. Leistungsaufteilung,
Wirkungsgrade und Kennlinien 152.
J. Zusammenfassung....................................... 153
X. Anfabrt, Streckenfahrt, Bremsung ............................ 154
A. tTberschu.f3zugkraft ......................................" 154
B. Steigfahigkeit........................................... 155
a) Erlauterung und Formeln ............................. 155
b) Steigfahigkeit eines 425 PS diesel-hydraulischen Triebwagens 155
c) s-V-Kurven .......................................... 157
d) Steigungs-Geschwindigkeitstafeln ....................... 158
C. Beschleunigung ......................................... 159
D. Anfahrschaulinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 159
a) Anfahrzeit und Anfahrweg ............................ 159
b) Abschnittsweise Berechnung ........................... 159
1. Erlliuterung des Verfahrens 159. - 2. Anfahrt eines
425PS diesel-elektrischen Triebwagens 160. - 3. Verzoge
rung bei Einfahrt in eine Steigung 162. - 4. Verwendung
von Fluchtlinientafeln 163.
Inhaltsverzeichnis. XI
Seite
c) Verfahren von Kothen, Ehrensberger und Klein ........ 166
d) Vereinfachtes analytisches Verfahren von Kinkeldei ..... 168
e) Naherungsformel des Verfassers fUr mittlere Beschleunigung 170
1. Ableitung 171. - 2. Beispiel; 3. Schaublatter 172.
f) Rechnerisch·zeichnerisches Verfahren von E. Meyer. . . . .. 174
g) Zeichnerische Verfahren............... . . . . . . . . . . . . . . .. 175
1. Allgemeines 175. - 2. Verfahren von Lipetz-Strahl mit
Beispiel 176. - 3. Verfahren von Nu13baum 181.
E. Einflu13 der Zuglange .................................... 181
F. Bremsung .............................................. 182
a) Verzi:igerung ......................................... 182
b) Reibung zwischen Rad und Bremsklotz ................. 182
1. Allgemeine Erlauterung 182. - 2. Zahlenwerte 183. -
3. Bestimmung mittlerer Gleitzahlen aus Bremsversuchen
184.
c) Zusammenhang zwischen Raddruck, Bremskraft und den
Gleitzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 185
d) Veranderung der Bremskraft in Abhangigkeit von der
Geschwindigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 186
e) Mittlere Bremsverzi:igerung, Vorbereitungszeit, Bremsweg 188
f) Bremszeiten und Bremswege in Abhangigkeit von Geschwin-
digkeit und Verzi:igenmg .............................. 189
g) Bremstafeln ......................................... 189
h) Bauarten der Reibungsbremsen ........................ 190
i) Elektromagnetische Schienenbremse .................... 190
1. Allgemeines 190. - 2. Beschreibung einer Schienen
bremse nach Jores-Muller 191. - 3. Anpre13druck und
Gleitzahlen 192. - 4. Beispiel einer Bremsung 193.
G. Die Wucht eines in Bewegung befindlichen Fahrzeuges ..... 194
XI. Der Brennstoffverbrauch von Motorfahrzeugen. . . . . . . . . . . . . . . .. 195
A. Zusammenhange und Ermittlungsverfahren ................ 195
B. Verbrauch wahrend der Anfahrt .. : ...................... 197
a) Bei Flussigkeitsgetrieben mit Wandlern ................ 197
b) Bei Flussigkeitskupplungen mit Kupplungen und Stufen-
getrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 197
c) Bei elektrischer Kraftubertragung... . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 198
C. Mehrverbrauch fUr die Fahrt mit Haltestellen ............. 201
D. Erganzung des 8-V-Schaubildes durch die Brennstoffver-
brauchskurven fJ ...... '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 204
a) eines diesel-hydraulischen Triebwagens ................. 204
b) eines diesel-elektrischen Triebwagens ................... 206
c) eines diesel-mechanischen Triebwagens .... , ............ 206
E. Verfahren von Eberan-Eberhorst ......................... 211
F. Arbeiten von Richter, Kamm und Berndorfer ............. 212
G. Naherungsformel des Verfassers fUr den Brennstoffverbrauch
ill Gramm je Tonnenkilometer ........................... 213
a) Ableitung fUr die Vollaststufe der elektrischen Kraftuber-
tragung ............................................. 213
