Mechanischer Teil elektrischer Triebfahrzeuge

Mit freundlicher Genehmigung von Hofrat Dipl. lng. Richard Rotter

Die Übertragung der Antriebskraft des Fahrzeuges zur Schiene und dessen Führung wird durch das Laufwerk bewirkt. Wir unterscheiden zwischen Trieb- und Laufachsen. Triebachsen übertragen auch die Zugkraft auf die  Schienen, Laufachsen dienen lediglich dazu, das Mehrgewicht des Fahrzeuges abzustützen (damit der zulässige Achsdruck nicht überschritten wird), wobei auch ein günstiger Einfluß auf die Führungseigenschaften entsteht. Der heutigen Tendenz entsprechend, das gesamte Fahrzeuggewicht der Zugkraftübertragung aus Reibungsgründen zugänglich zu machen, werden nur mehr Triebachsen eingebaut. Die schlechtere Führung wird dadurch ausgeglichen, daß man Drehgestelle und entsprechende Feder- und Dampfsysteme einbaut. Bei Fahrzeugen mit Laufachsen sind die Triebachsen meist im durchgehenden Hauptrahmen (z. T. seitenverschieblich oder mit schwächeren Radreifen) gelagert und zusätzlich schwenkbare Laufachsen eingebaut. Man hat auch z. B. Laufachse und 1. Triebachse in ein gemeinsames Lenkgestell vereinigt, während nur die mittleren Triebachsen im Hauptrahmen gelagert sind. Zur Definition des Laufwerkes und damit auch Verteilung der Antriebsleistung auf die Achsen dient die Achsfolgekennzeichnung. Sie erfolgt durch Großbuchstaben und Ziffern. Buchstaben entsprechen Triebachsen, Ziffern- Laufachsen. Dabei bedeuten:
    A    1 Triebachse
    B    2 Triebachsen
    C    3 Triebachsen usw.
    1    1 Laufachse
    2    2 Laufachsen usw.
Ist eine Achse nicht im Hauptrahmen gelagert, dann wird dies durch einen hochgestellten Strich nach dem Zeichen ausgedrückt. Handelt es sich um einzeln angetriebene Achsen, dann deutet man dies durch eine kleine nachgestellte Null an.
Einige Beispiele:
1'C1'     Lokomotive mit je 1 Laufachse vorne und hinten, die nicht im Hauptrahmen gelagert ist, 3 miteinander verbundene Triebachsen (Stangenantrieb).
1'Do1'     Triebfahrzeug mit Laufachsen wie vor, 4 im Hauptrahmen gelagerte einzeln angetriebene Achsen.
Bo'Bo'     Triebfahrzeug mit 2 x 2 einzeln angetriebenen, nicht im Hauptrahmen gelagerten Achsen.
Es handelt sich also hier um eine Drehgestellokomotive mit 2 zweiachsigen Gestellen.
Die Antriebskraft des Motors wird über ein Getriebe mit zugehörigen Übertragungselementen auf die Räder übertragen. Diese Teile werden kurz als "Antrieb'` bezeichnet. Wir wissen bereits, daß wir zwischen Stangen- (Gruppen-) Antrieb und Einzelachsantrieb zu unterscheiden haben.
Beim Stangenantrieb älterer Art ist ein hochgelegener, großer langsamlaufender Motor vorhanden, dessen Welle über ein Gestänge mit einer im Rahmen gelagerten Blindwelle verbunden ist, die ihrerseits wieder mittels Stangen die Verbindung zu den Rädern herstellt. Später ging man dazu über, kleinere raschlaufende Motoren zu bauen und über ein Zahnradgetriebe ihre Drehzahl auf die der Räder zu übersetzen. Das große Getriebezahnrad ist mit einer Vorgelegewelle verbunden, die nun wieder mittels Trieb- und Kuppelstangen an den Rädern angreift. Die relativ großen Motoren, die zweimalige Umwandlung der Antriebskraft (Rotation - hin- und hergehende Bewegung - Rotation), der große Wartungsaufwand, die Anfälligkeit usw. ließen es jedoch geboten erscheinen, den an die Dampflokomotive erinnernden Antrieb durch Einzelachsantrieb zu ersetzen.
Beim Einzelachsantrieb wird die Fahrzeugleistung auf eine bestimmte Anzahl kleinerer, schnellaufender Motoren aufgeteilt. Die Antriebe laufen ruhig, hin- und hergehende Massen fallen weg, die neueren Bauarten sind wartungsfrei und außerdem kann bei Ausfall eines Motors das Fahrzeug noch immer verwendet werden.
Der älteste Einzelachsenantrieb wird seit fast 100 Jahren in Straßenbahntriebwagen verwendet. Es ist dies der sogenannte Tatzlagerantrieb. Über Tatzen stützt sich der Motor auf der Achse ab, auf der anderen Seite ist er im Rahmen gelagert. Hier muß noch folgende wichtige Tatsache erläutert werden: Damit die Stoßkräfte, welche auf die Räder einwirken und bis zu 100 kN und mehr betragen, nicht ungefedert auf das übrige Fahrzeug gelangen können, sind zwischen Achse und Rahmen Federn zwischengeschaltet. Dies gilt sowohl für Drehgestell- als auch für Rahmenbauarten. Da der Motor nun im gefederten Teil gelagert ist, muß der Antrieb das Federspiel zwischen Motor und Achse aufnehmen können. Beim Tatzantrieb erfolgt dies nur teilweise, weil der halbe Gewichtsteil des Motors ungefedert auf der Achse abgestützt wird. Deshalb ist dieser einfache Antrieb, da die Stoßkräfte direkt mit der Fahrgeschwindigkeit zunehmen, höchstens bis 100 km/h brauchbar.
Aus diesem Grunde mußten andere Antriebsarten gefunden werden, welche das gesamte Federspiel aufnehmen konnten. Sehr verbreitet bei den ÖBB ist der Secheron-Federantrieb. Hier greift um die Achse eine Hohlwelle, an deren Enden die großen Zahnräder befestigt sind. Mitnehmer am Zahnradkörper greifen durch die Radspeichen hindurch, beide sind durch Schraubenfedern verbunden. Der Motor ist fest mit dem Rahmen verschraubt, an seinem Gehäuse sind zwei Lagerstellen zur Führung der Hohlwelle. Am gleichen Prinzip beruht der Gummipufferantrieb, wo Gummipuffer die Verbindung Hohlwelle-Rad herstellen.
Eine Fortsetzung dieser Entwicklung stellt der Gummiringfederantrieb dar. Hier sind sowohl an der Hohlwelle als auch am Rad Ringsegmente befestigt, zwischen denen Gummipakete einvulkanisiert sind. Die Abstützung erfolgt dabei wie beim Tatzlagermotor, nur tritt an Stelle des Tatzlagers das Hohlwellenlager, somit ist der Motor auch voll abgefeuert.
Auf einem anderen Prinzip beruht der einseitige BBC-Federantrieb. An einem Rad sind eine Anzahl Mitnehmerzapfen angebracht, welche in Kammern in den Körper des großen Zahnrades hineinragen. In diesem sind Schraubenfedern untergebracht, welche mit den Mitnehmerzapfen eine kraftschlüssige Verbindung herstellen. Ein weiterer einseitiger Antrieb ist der Secheron-Lamellenantrieb, wo das Drehmoment der Motorhohlwelle über zwei Lamellenkupplungen und Torsionswelle auf die Getriebezahnräder geleitet wird. Ähnlich arbeitet der ASEA Ankerhohlwellenantrieb.
Ein Kuriosum auf dem Antriebssektor sei noch abschließend erwähnt: Es ist dies der Siemens-Gelenkantrieb für vertikale Fahrmotoren, wobei der Kraftfluß über Motorhohlwelle - Federwelle - Kupplung - Rikelwelle - Kegelradgetriebe-Hohlwelle-Segmentkupplung an die Achse geleitet wird. Obwohl genial durchdacht, haften diesem System naturgemäß durch seine Kompliziertheit gewisse Nachteile an.
Bei Stangenantrieben ist die Federung üblicherweise im Rigel untergebracht.
Der Fahrzeugkasten ruht am Rahmen auf. Bei Rahmenfahrzeugen sind auch die Achsen im Rahmen, zumindest teilweise, gelagert. Bei Drehgestellfahrzeugen stakt sich der Kastenrahmen federnd auf den Drehgestellen, seit ca. 1950 wie bei Reisezugwagen auch über Wiegenkonstruktionen ab. In jüngster Zeit liegt der Kasten schwimmend über ein sogenanntes Flexicoilfedernsystem auf den Drehgestellen auf, wobei auch gleichzeitig die Rückstellkräfte beim Ausschwenken des Lokkastens von hier aus wirksam werden.
An den Fahrzeugstirnseiten sind die Zug- und Stoßvorrichtungen angebracht. Im Kasten selbst befinden sich alle Ausrüstungsteile, welche geschützt sein müssen, vor allem elektrische Apparate. Bei Triebwagen sind die Personenabteile und evtl. Gepäckräume untergebracht. Es leuchtet wohl ein, daß die Leistung eines Triebwagens, bei welchem praktisch die gesamte elektrische Ausrüstung unter den Wagenboden verlegt ist, nicht solche Werte wie die einer Lokomotive annehmen kann. Schnell- und Hochgeschwindigkeitstriebzüge besitzen in den Zugverband optisch integrierte "Triebköpfe«, die aber praktisch Lokomotiven sind. Bei den ÖBB stellt die Reihe 4010 einen derartigen Fall dar. Für Hochgeschwindigkeitszüge (TGV in Frankreich, ICE in der Bundesrepublik) sind an beiden Enden Triebköpfe erforderlich.
Zur mechanischen Ausrüstung gehört noch die Bremse. Alle elektrischen Triebfahrzeuge sind mit einer Druckluftbremsanlage ausgerüstet. Erzeugung und Speicherung der Druckluft erfolgt im Triebfahrzeug. Hierzu dient ein Kompressor, mehrere Druckluftbehälter und die nötigen Armaturen. Neben der Druckluftbremse muß jedes Triebfahrzeug mit einer Handbremse zum Festhalten versehen sein. Viele Triebfahrzeuge besitzen noch zusätzlich eine elektrische Bremse. Indirekt zu den Bremsanlagen sind noch Gleit- und Schleuderschutzeinrichtungen hinzuzuzählen.
Vervollständigt wird die mechanische Ausrüstung noch durch Schmiereinrichtungen, Sandstreuanlage, Signalpfeifen- oder Hörner und Geschwindigkeitsmesser.