In Stuttgart fährt eine Zahnradbahn von der Stadt nach Degerloch (Bilder gibts leider nicht)
Die Triebwagen hatten um 1970 einen elektrischen Antrieb mit selbstsperrendem Schneckengetriebe.
Da das Getriebe bauartbedingt sperrt, wenn die Antriebswelle nicht gedreht wird hatten die Triebwagen sowohl einen „Bergmotor“ (mit hoher Leistung, ~ 100 kW) zur Bergfahrt als auch einen „Talmotor“ (mit geringer Leistung, nur zum Drehen der Antriebswelle, ~3 kW) zur Talfahrt.
Zur Bergfahrt wird also Energie in den Triebwagen hineingesteckt, die dieser am oberen Ende der Strecke als kinetische Energie gespeichert hat.
Bei der Talfahrt wird bei gewöhnlichen (nicht selbstsperrenden) Zahnrad-Antrieben diese kinetische Energie in Bremswiderständen vernichtet, um den Zug nicht zu schnell werden zu lassen.
Bei der Konstruktion mit Schneckenantrieb muß jedoch sogar Energie zugeführt werden („Talmotor), um den Zug talwärts in Bewegung zu setzen.
Frage: wo bleibt die kinetische Energie des Zuges?
Frage: wo bleibt die kinetische Energie des Zuges?
die wird im Getriebe in Wärme umgewandelt (Reibung). Würde der Talmotor so schnell drehen, dass auf den Zahnrädern kein Druck wirkt, würde der Zug immer schnneller werden da nicht gebremst wird.
Das Schneckengetriebe würde nach spätestens 5 Minuten abrauchen und ziemlich „zahnlos“ werden wenn 100 kW Leistung als Reibung verbraten würden! Das ist ja der Trick an der Sache, daß die Leistung _nicht_ in Wärme umgewandelt wird.
Deshalb laufen die Schneckengetriebe auch meist im Ölbad, da ist bauartbedingt die Reibung sehr klein.
Peter
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Der Zug hat am oberen Ende der Strecke (Berg) keine kinetische Energie gespeichert, sondern potentielle, nur der Richtigkeit halber. Diese würde dann im theoretischen Fall ohne Bremsung bei Talfahrt am unteren Ende der Strecke (Tal) vollständig in kinetische Energie umgewandelt worden sein, d.h. die potentielle Energie (Höhe, Stillstand) wäre dann in kinetische Energie (keine Höhe, Geschwindigkeit) überführt worden.
Zur Bremsung: man bräuchte da noch einige Daten. Das einzige was ich mir (bis jetzt) vorstellen könnte, wäre ein elektrischer Bremsbetrieb wie er jetzt bei Asynchronmotoren funktionier, d.h. bei der Talfahrt würde der Motor dann zum Generator werden und den Zug bremsen und die kinetische Energie des Zuges so in Strom umwandeln. Vielleicht gibst du noch ein par Details.
Hoffe geholfen zu haben,
lg Gerhard
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d.h. bei der Talfahrt würde der Motor dann zum
Generator werden und den Zug bremsen und die kinetische
Energie des Zuges so in Strom umwandeln.
er sagt ja, dass das Teil einen selbstsperrenden Schneckenantrieb hat. Meinem Verständnis nach (bin kein Maschbauer!) lässt sich dann dort in Richtung Motor keine oder nur äußerst wenig Energie übertragen. Zumal der Motor ja auch noch Energie aufnehmen soll…
Nein, nein, ich kenne die Lösung natürlich nicht! So gemein bin ich nun auch wieder nicht, alle zu fragen um dann - ätsch, ätsch - als der große Guru zu protzen.
Das Ding geht mir eigentlich schon seit Jahren im Kopf um (was anderes nebenbei auch! ) und ich habe noch keine schlüssige Lösung gehört.
Die Leistungen zum Berg- und Talfahren hab ich (Gott sei Dank!) in Zeile 8 und 10 des ersten Beitrags erwähnt (ohne Leerzeilen )
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Der Zug hat am oberen Ende der Strecke (Berg) keine
kinetische Energie gespeichert, sondern potentielle, nur der
Richtigkeit halber. Diese würde dann im theoretischen Fall
ohne Bremsung bei Talfahrt am unteren Ende der Strecke (Tal)
vollständig in kinetische Energie umgewandelt worden sein,
d.h. die potentielle Energie (Höhe, Stillstand) wäre dann in
kinetische Energie (keine Höhe, Geschwindigkeit) überführt
worden.
Zur Bremsung: man bräuchte da noch einige Daten. Das
einzige was ich mir (bis jetzt) vorstellen könnte, wäre ein
elektrischer Bremsbetrieb wie er jetzt bei Asynchronmotoren
funktionier, d.h. bei der Talfahrt würde der Motor dann zum
Generator werden und den Zug bremsen und die kinetische
Energie des Zuges so in Strom umwandeln. Vielleicht gibst du
noch ein par Details.
Hoffe geholfen zu haben,
lg Gerhard
Elektrisch bremsen ist nicht nötig, in Gegenteil: wenn der Fahrer bei der Talfahrt bei einer Station halten mußte und die letzte Stufe des Talmotorreglers abgeschaltet hat blieb der Zug mit einem beträchtlichen Ruck schlagartig stehen. Das war die selbstsperrende Schnecke.
IMHO geht die Energie wirklich in Reibung und damit Wärme über.
Ein vergleichbares Beispiel: Eine Stiege hinuntergehen - dabei muß man auch Energie aufwenden, obwohl eigentlich die potentielle Energie geringer wird.
die Energie wird ganz offenbar in Wärme umgewandelt.
Du sprichst zwar davon, daß sich das Getriebe in Rauch auflösen müsste, aber daß kann man ja auch mal genau ausrechnen.
Die 100kW für die Bergauffahrt werden ja auch nicht komplett in Bewegungsenbergie umgewandelt. So ein Motor hat pi mal Daumen einen Wirkungsgrad von 30%. 70kW gehen also auch beim Bergaufahren in Wärme.
Um das ganze mal genau zu überschlagen, müsstest Du die Masse des Zuges, den Höhenunterschied der Strecke sowie die Länge und Dauer der Fahrt angeben. Außerdem noch die ungefähre Größe des Getriebes, so daß man aus Bremsleistung und Wärmekapazität des Getriebes die Erwärmung ausrechnen kann.
Hallo,
die Energie wird da vernichtet, wo sie übertragen wird: an den Berührungsstellen zwischen Schnecke und Zahnstange. Und wenn man den Motor bergab einfach abschaltet, wird die Energie ziemlich heftig in einer kurzzeitigen Verformung (hoffentlich elastisch) ebenso wie vorher bei der kontinuierlichen Reibung während der Fahrt in Wärme umgesetzt. Weil die Zahnstange ziemlich gut die Wärme ableitet, wird sie nicht so heiß, daß sie schmilzt, aber direkt hinter der Bahn dürfte man wohl eine Erwärmung feststellen können.
Gruß
Axel
Ich glaube ich muss dem auch zustimmen, dass die Energie in Wärme umgewandelt wird, was man sich aber nicht im klassischen Sinne vorstellen darf:
D.h. vergleiche PkW der mit dem ersten Gnag eine leichte Steigung hinabfährt - Es kann sein, dass der PkW langsamer wird, obwohl man nicht bremst!! Warum ist das so? Naja, das funktioniert nur bei niedrigen Gängen weil man über das Getriebe die Kurbelwelle sehr schnell mitdreht und die Massenträgheit der bewegten Teile ein schnelles Beschleunigen verhindert und die schnell drehenden Teile hohe Reibungswiderstände erzeugen (Reibung ist prop. zur Geschwindigkeit - wird bei der übliche Betrachtung der Coulombschen Reibung vernachlässigt, darf man aber nicht unterschätzen.) Außerdem hat man Strömungsverluste im Öl usw.
Wenn es kein elektrischer Bremsbetrieb ist kann es meiner Meinung nur das sein.
lg Gerry
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) und ich habe noch keine schlüssige Lösung gehört.
)