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Lokomotive

 

[von englisch locomotive (engine) »sich von der Stelle bewegende (Maschine)«] die, -/-n, Kurzbezeichnung Lok, fahrbare Kraftmaschine schienengebundener Bahnen; je nach Antriebsart gibt es Dampf-, Brennkraft- und elektrische Lokomotiven. Zur Kennzeichnung benutzen die europäischen Bahnen ein siebenstelliges Ziffernsystem. Bei der Deutschen Bahn AG bezeichnet die erste Ziffer die Fahrzeugart: 0 Dampflokomotiven, 1 elektrische Lokomotiven (früher E), 2 Diesellokomotiven (früher V für Verbrennungsmaschine), 4 elektrischer Triebwagen (früher ET), 6 und 7 Dieseltriebwagen (früher VT); die 2. und 3. Ziffer geben die Baureihe, die 4. bis 6. Ziffer die fortlaufende Ordnungsnummer an; die 7. Ziffer dient als Kontrollziffer zur Erkennung von Fehlern.

 

Allen Lokomotiven gemeinsam sind das Fahrgestell mit Rahmen und Laufwerk sowie der Aufbau (Fahrzeugkasten) mit der technischen Ausrüstung und den Führerräumen. Am Rahmen sind die Zug- und Stoßeinrichtungen (Kupplung, Puffer) befestigt. Das Laufwerk umfasst die meist in zwei- oder dreiachsigen Drehgestellen zusammengefassten Radsätze mit integriertem Antrieb. Zahl und Reihenfolge der Radsätze werden besonders gekennzeichnet (Achsanordnung). Zur Bedienung sind bei Dampflokomotiven in der Regel Lokomotivführer und Heizer nötig, bei Brennkraft- und elektrischen Lokomotiven genügt der Lokomotivführer. Zahnradlokomotiven werden auf Bergbahnen benutzt, um größere Neigungen zu bewältigen.

 

 Dampflokomotiven

 

Hauptbauteile sind der Kessel als Dampferzeuger, die Dampfmaschine mit Triebwerk und Steuerung sowie das Fahrgestell mit Rahmen und Laufwerk. Das Antriebsmittel, der Dampf, wird durch Verbrennung von Steinkohle, Öl oder Kohlenstaub erzeugt, anfangs wurden auch Holz und Torf benutzt. Die Druckenergie des Dampfes wird i. d. R. in einer Kolbendampfmaschine in mechanische Arbeit umgewandelt, wobei Treib- und Kuppelstangen die Kraft auf die Antriebsachsen übertragen. Zum Ausgleich der umlaufenden Massen sind an den Rädern des Treibradsatzes und der Kuppelradsätze Gegengewichte angebracht.

 

Die drei Hauptteile des Lokomotivkessels sind der Hinterkessel mit Stehkessel und Feuerbüchse, der Langkessel und die Rauchkammer mit Schornstein. In der vom Führerstand aus beschickten Feuerbüchse wird der Brennstoff verfeuert und ein großer Teil der Wärme durch Strahlung an den Kessel abgegeben. Die heißen Verbrennungsgase durchströmen danach die zahlreichen Rohre des Langkessels, bevor sie in die Rauchkammer eintreten und von dort ins Freie ausgestoßen werden. Dies geschieht zusammen mit dem Abdampf aus den Zylindern, der zunächst ein düsenförmiges Blasrohr durchströmt; es mündet unter dem Schornstein, sodass die Feuerung umso stärkeren Saugzug erhält, je stärker die Dampfmaschine arbeitet. Im Kessel durchströmt das Speisewasser die Heizrohre, der entstehende Dampf sammelt sich in einem auf dem Langkessel aufgesetzten Behälter (Dampfdom), aus dem er für die Maschine entnommen wird. Windleitbleche beiderseits der Rauchkammer sollen das Rauch-Dampf-Gemisch von den Führerhausfenstern fernhalten. Auf der Führerseite des Führerstands (in Ländern mit Rechtsverkehr rechts) sind angeordnet: Dampfreglerhebel und Steuerrad für die Einstellung des Zylinderfüllungsgrades (zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit), Führerbremsventil, Dampfpfeifenzug und Sandstreuventil; auf der anderen, der Heizerseite: Handräder für Speisepumpe, Dampfheizung u. a.

 

Schlepptenderlokomotiven führen den Brennstoff, v. a. jedoch Wasser zur Dampferzeugung, im Tender mit, Tenderlokomotiven dagegen in Behältern auf der Lokomotive selbst.

 

Mit der Entwicklung wirtschaftlicherer Antriebsarten (Brennkraftmaschinen, Elektromotoren) hat die Dampflokomotive ihre Bedeutung verloren. Bei der Deutschen Bundesbahn fuhr die letzte Dampflokomotive planmäßig 1977; seither werden Dampflokomotiven nur noch für nostalg. Sonderfahrten eingesetzt.

 

 Elektrische Lokomotiven

 

Bei älteren elektrischen Lokomotiven bestand das Laufwerk aus Laufachsen und den Treibachsen, die ursprünglich von einem Zentralmotor über Blindwelle und Stangen, später einzeln angetrieben wurden. Heute laufen elektrische Lokomotiven durchweg auf zwei- oder dreiachsigen Drehgestellen mit integrierten elektrischen Fahrmotoren und Einzelachsantrieb (jeder Radsatz wird von einem Motor angetrieben). Durch Zwischenschalten von Hohlwellen, Gelenken, Federn, Gummisegmenten, Lenkern oder Dämpfern wird eine stabile und elastische Lagerung von Radsatz und Motor im Drehgestell erreicht.

 

Die elektrische Energie für Wechselstromlokomotiven wird von Bahnstrommaschinen erzeugt, über bahneigene Fernleitungen (in Deutschland mit 110 kV) zu Unterwerken übertragen, dort auf 15 kV umgespannt und in die Oberleitung eingespeist. Über Stromabnehmer, Hauptschalter und Transformator der Lokomotive fließt der Strom zum Unterwerk zurück. Bei Gleichstrombahnen werden die elektrischen Fahrmotoren direkt aus der Fahrleitung gespeist.

 

Die Fahrmotoren sind bei Gleich- und Wechselstromlokomotiven meist als Reihenschlussmotoren ausgeführt, in Lokomotiven mit Drehstromantriebstechnik i. der Regel als Asynchronmotoren mit dem Vorteil berührungsfreier Drehmomentübertragung auf die Radsätze; bei größerer Leistung sind diese wartungs- und verschleißfreien Motoren kleiner und leichter als Reihenschlussmotoren. Der für die Asynchronmotoren nötige Drehstrom wird aus der einphasigen Wechselspannung der Oberleitung (15 kV, 16²/₃ Hz) mit Umrichtern über einen Gleichspannungszwischenkreis erzeugt. Diese Technologie hat sich allgemein durchgesetzt. - Zur Regelung von Zugkraft und Geschwindigkeit wird in Wechselstromlokomotiven mit Schaltwerk die Motorspannung in Stufen (0-600 V) vom Transformator abgenommen. Bei Gleichstromlokomotiven werden Widerstände und das Magnetfeld (Feldschwächung) benutzt. In Lokomotiven mit Drehstromantriebstechnik wird aus dem Gleichspannungszwischenkreis stufenlos Drehstrom variabler Spannung (0-2 200 V) und Frequenz (0-200 Hz) erzeugt.

 

Die Deutsche Bundesbahn setzte als erste Bahn der Welt eine elektrische Universallokomotiven mit Drehstromantriebstechnik ein (Baureihe 120 für Schnell- und Güterzüge, Leistung 5,6 MW, Höchstgeschwindigkeit 200 km/h). Von der Universallokomotive ist die Deutsche Bahn AG wieder abgegangen und benutzt nun elektrische Lokomotiven für Schnellzüge (Baureihe 101, 220 km/h), Regionalzüge (Baureihe 145, 140 km/h) und Güterzüge (Baureihe 152, 140 km/h).

 

Akkumulatorlokomotiven, die den Strom aus Akkumulatoren beziehen, werden im Bau- und Rangierdienst sowie in Bergwerken verwendet. Zweikraftlokomotiven (Hybridlokomotiven) fahren überwiegend mit Strom aus der Fahrleitung, können jedoch (auf Gleisen ohne Fahrleitung oder bei abgeschaltetem Strom) auch aus Akkumulatoren gespeist oder alternativ von einem Dieselmotor angetrieben werden.

 

Die meisten elektrischen Lokomotiven haben vorn und hinten einen Führerraum. Auch die Triebköpfe des ICE 1 und ICE 2 sind Lokomotiven, jedoch mit nur einem Führerraum und einem Wagenübergang am anderen Ende.

 

 Brennkraftlokomotiven

 

Die weltweit meisten Lokomotiven werden heute als Brennkraftlokomotiven von Dieselmotoren angetrieben, Gasturbinen oder Vergasermotoren haben demgegenüber kaum noch Bedeutung. In Bergwerken sind Druckluftantriebe verbreitet, weil sie funkenfrei arbeiten.

 

Da Dieselmotoren unter Last nicht gestartet werden können, muss zwischen Motor und Radsätzen ein Getriebe zwischengeschaltet werden. Üblich sind Zahnradstufengetriebe (dieselmechanischer Antrieb), hydrodynamische Getriebe (dieselhydraulischer Antrieb) und elektrische Leistungsübertragung (dieselelektrischer Antrieb), wobei der Dieselmotor einen Generator antreibt, der den Strom für die elektrischen Fahrmotoren erzeugt.

 

Weltweit überwiegt die elektrische Leistungsübertragung. Dabei ist die Aufteilung der Leistung auf je einen Elektromotor je Radsatz am einfachsten. Bei der Deutschen Bundesbahn wurden v. a. Dieseltriebfahrzeuge mit hydraulischer Leistungsübertragung und schnell laufenden Motoren (1 350 min^-1) eingesetzt. Zur Kraftübertragung zwischen Getriebe und Radsatz wurden Gelenkwellen eingeführt. - Kleinlokomotiven mit geringer Motorleistung (bis zu 170 kW), vornehmlich für Rangierarbeiten und Übergabefahrten eingesetzt, haben häufig dieselmechanischen Antrieb.

 

Gasturbinenlokomotiven wurden mit elektrischen oder hydraulischen Leistungsübertragung ausgeführt. Die Gasturbine kann als Hauptantrieb (besonders in den USA, bis zu 6 250 kW) oder Zusatzantrieb (Booster) neben dem Dieselmotor arbeiten.

 

Druckluftlokomotiven (v. a. in explosionsgefährdeten Bereichen wie Bergwerken) haben ein Triebwerk wie Dampflokomotiven; starkwandige Kessel oder Stahlflaschen werden aus ortsfesten Anlagen mit Druckluft gefüllt, die über Druckminderventile den Zylindern zugeführt wird. Mit Dampf statt Druckluft fahren die feuerlosen Dampflokomotiven.

 

 Geschichte

 

Die erste Dampflokomotive wurde 1804 in Großbritannien von R. Trevithick erbaut. Die 1813 von W. Hedley gebaute »Puffing Billy« war die erste brauchbare Lokomotive. Die Urform aller Dampflokomotiven schufen G. und R. Stephenson mit der 1829 für den Wettbewerb der Liverpool-Manchester-Bahn gelieferten »Rocket« (Sieger mit über 30 Meilen/h, rd. 50 km/h); die Rocket hatte unmittelbar auf die Treibräder wirkende Zylinder, einen von Heizrohren durchzogenen Langkessel und Saugzug der Feuerung durch den Abdampf. Die Firma Stephenson in Newcastle lieferte 1835 auch die Lokomotive »Adler« für die erste deutsche Eisenbahn von Nürnberg nach Fürth. Die erste deutsche Lokomotive »Saxonia« für die Leipzig-Dresdner Eisenbahn baute Johann Andreas Schubert 1838 in der Maschinenbaugesellschaft Übigau bei Dresden. Die erste Lokomotive in den USA 1826 stammte von John Stevens. Bei Probefahrten wurden um 1850 bereits 120 km/h erreicht, 1883 in den USA 180 km/h; in Deutschland fuhr 1907 die bayerische S 2/6 zwischen München und Augsburg 154,5 km/h (Eisenbahn).

 

Die erste Verbundlokomotive (doppelte Dampfdehnung) baute A. Mallet 1876 in Frankreich, die erste brauchbare Dampfturbinenlokomotive F. Ljungström 1921 in Schweden; eine Dampfmotorlokomotive für 175 km/h 1942 Henschel & Sohn in Kassel. Heißdampf wurde in Lokomotiven ab 1897 erprobt, Kohlenstaub als Brennstoff ab 1904. Versuche mit Hochdruck begannen 1924 in den USA.

 

Die erste brauchbare elektrische Lokomotive führte W. von Siemens 1879 auf der Berliner Gewerbeausstellung vor (2,2 kW, 13 km/h, 150 V Gleichspannung, Stromzuführung durch Schiene in Gleismitte (elektrische Bahnen).

 

R. Diesel entwarf 1908 die erste Diesellokomotive (1 000 PS) mit direktem Stangenantrieb für die Preußischen Staatseisenbahnen; sie wurde von Borsig und der Gebrüder Sulzer AG in Winterthur 1912 fertig gestellt und anschließend erfolglos erprobt. Die erste Diesellokomotive mit günstigeren Leistungs- und Verbrauchswerten als eine Dampflokomotive baute 1924 die Maschinenfabrik Eßlingen für Russland (mit elektrischer Leistungsübertragung). In Deutschland setzte sich nach 1950 die hydraulische Leistungsübertragung durch, die elektrische gewinnt heute mit der Drehstromantriebstechnik an Bedeutung.

 

Literatur:

 

M. Igel: Hb. des Dampflokomotivbaues (1923, Nachdr. 1991);

 F. Meineke u. a.: Die Dampf-L. (1949);

 

Dampflokomotivkunde, hg. im Auftrag der Dt. Bundesbahn (²1959, Nachdr. 1983);

 F. J. G. Haut: Die Gesch. der elektr. Triebfahrzeuge (1972);

 K. Sachs: Elektr. Triebfahrzeuge, 3 Bde. (²1973);

 

Hb. der Dieseltriebfahrzeuge der Dt. Bundesbahn, bearb. v. E. Ebner u. a. (³1975);

 A. Joachimsthaler: Die elektr. Einheitslokomotiven der Dt. Bundesbahn (⁴1976);

 H. J. Obermayer: Tb. dt. Schmalspur-Dampf-L. (³1977);

 H. J. Obermayer: Tb. der Dampf-L. Regelspur (⁹1985);

 H. J. Obermayer: Tb. dt. Diesel-L. mit Klein-L. (⁷1986);

 H. J. Obermayer: Tb. der Elektro-L. (⁷1986);

 W. Reuter: Rekord-L., die Schnellsten der Schiene 1848-1950 (1978);

 M. Weisbrod u. a.: Dampflok-Archiv. Dampf-L. dt. Eisenbahnen, 5 Bde. (^1-41982-91);

 P. Willen: L. u. Triebwagen der Schweizer Bahnen, 4 Bde. (^1-31983-88);

 

Dt. Dampf-L., bearb. v. W. Fiegenbaum (1985);

 K. Hierl u. A. Ritz: Die Elektro-L. bei der Dt. Bundesbahn (1985);

 G. Tiffe: Gesch. des dt. L.-Baus (1985);

 D. Bäzold: Elektr. L. dt. Eisenbahnen (1986);

 F. Borchert u. H.-J. Kirsche: L. der Dt. Reichsbahn: E-Lok, Diesellok u. Triebwagen 1945 bis heute ((1986);

 R. Beier: Die L. der Österr. Bundesbahn (1987);

 R. Beier: Kleine Typenkunde österr. Triebfahrzeuge (1996);

 

Dt. Eisenbahnfahrzeuge von 1838 bis heute, hg. v. R. R. Rossberg (1988);

 H. Dreher: Tb. Triebfahrzeuge der Dt. Bundesbahn (1990);

 W. Glatte: Diesel-L. dt. Eisenbahnen (⁴1993);

 K.-E. Maedel u. A. B. Gottwaldt: Dt. Dampf-L. (1994).

 

Weitere Literatur: Eisenbahn.