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[[Datei:TMW 40812 Wechselstrom-Bahnmotor.jpg|mini|Historischer Bahnmotor aus 1904]]

Als '''Bahnmotor''' oder ''Eisenbahnmotor'' bezeichnet man das Antriebsaggregat für schienengeführte [[Triebfahrzeug]]e.<ref name="Quelle 3" /> Je nach Motortyp erfolgt die Energieversorgung des Motors auf unterschiedliche Art bzw. mit unterschiedlicher Energie.<ref name="Quelle 4" />

== Geschichte ==
{{Hauptartikel|Geschichte der Eisenbahn}}
Die bereits zur Zeit des Römischen Reiches verwendeten [[Geschichte der Eisenbahn#Pferdebahnen|Pferdewagen]] kamen ohne Motor aus, ihr Antrieb erfolgte durch Pferde, die die Wagen durch im Gestein angebrachte Spurrillen zwangsgeführt zogen.<ref name="Quelle 1" /> Diese Form des Antriebes dominierte bis in das 19. Jahrhundert, als die Zwangsführung bereits durch Schienen erfolgte.<ref name="Quelle 6" /> Im Jahr 1804 wurde das erste Mal ein Schienenfahrzeug mittels eines dampfgetriebenen Antriebsaggregats, der [[Dampfmaschine#Hochdruckdampfmaschine|Watt’schen Hochdruckdampfmaschine]] angetrieben.<ref name="Quelle 1" /> Im Laufe des 19. Jahrhunderts wurden das Pferd als Antrieb der Bahnen nach und nach durch die mit dampfgetriebenem Motor ausgestatteten [[Dampflokomotive]]n verdrängt.<ref name="Quelle 7" /> Im Jahr 1879 wurde die erste Lokomotive, die durch einen [[Elektromotor]] angetrieben wurde, auf der Berliner Gewerbeausstellung eingesetzt.<ref name="Quelle 1" /> Nur wenige Jahre später wurde im Jahr 1881 der erste mittels Elektromotor angetriebene Triebwagen in der Berliner Straßenbahn in Betrieb genommen.<ref name="Quelle 6" />

== Motortypen ==
Je nach Antriebsform, Energieversorgung und -erzeugung ist der das [[Triebfahrzeug]] antreibende Bahnmotor entweder eine [[Dampfmaschine]], eine [[Verbrennungsmotor|Brennkraftmaschine]] oder ein Elektromotor.<ref name="Quelle 4" /> Das Drehmoment der Antriebsmaschine wird je nach Motor entweder mittels [[Einzelachsantrieb|Einzelachs-]] oder [[Gruppenantrieb]] auf die Triebradsätze des Triebfahrzeugs übertragen.<ref name="Quelle 5" />

=== Dampfantrieb ===
Die mittels Dampfmaschine angetriebene [[Dampflokomotive]] war während der Industrialisierung das wichtigste Verkehrsmittel.<ref name="Quelle 8" /> Um den Antriebsmotor in Form der Dampfmaschine mit der erforderlichen Energie (Dampf) zu versorgen, musste mittels eines geeigneten [[Brennstoff]]s Wasser in der Regel in einem [[Dampfkessel]] erhitzt werden und der dabei entstehende Dampf an die Dampfmaschine weitergeleitet werden.<ref name="Quelle 4" /> Im Laufe der Jahre wurden hier die unterschiedlichsten Dampfmaschinentypen entwickelt und als Antriebsaggregat eingesetzt.<ref name="Quelle 9" /> Bevorzugt als Antriebsaggregat wurden Kolbendampfmaschinen, es gab aber auch Triebfahrzeuge, bei denen als Antriebsmotor eine [[Dampfturbine]] zur Bereitstellung des Antriebsdrehmoments genutzt wurde.<ref name="Quelle 4" /> Es gab auch Kombinationen von Dampfturbinen, die mit einem Generator gekuppelt waren, welcher wiederum einen Elektromotor als Fahrmotor mit Strom versorgte.<ref name="Quelle 14" />

=== Brennkraftantrieb ===
Diese Antriebsaggregate sind in der Regel [[Dieselmotor]]en, in denen die chemische Energie des Kraftstoffes in Wärmeenergie und diese wiederum in mechanische Arbeit umgewandelt wird.<ref name="Quelle 4" />

Hier kommen drei verschiedene Formen der Leistungsübertragung zum Einsatz, [[Dieselmechanischer Antrieb|dieselmechanische Antriebe]], [[Dieselelektrischer Antrieb|dieselelektrische Antriebe]] und [[Dieselhydraulischer Antrieb|dieselhydraulische Antriebe]].<ref name="Quelle 24" /> Beim dieselmechanischen Antrieb wird die Kraft eines Dieselmotors direkt, meist über ein Getriebe, als Traktionselement für das Triebfahrzeug genutzt.<ref name="Quelle 25" /> Diese Form der Leistungsübertragung hat im Schnellfahrbereich sehr hohe [[Wirkungsgrad]]e von bis zu 97 Prozent.<ref name="Quelle 24" /> Dieselelektrische Antriebe sind eine Kombination aus Brennkraftantrieb und Elektroantrieb.<ref name="Quelle 12" /> Ein Dieselmotor treibt einen an ihn angeflanschten Generator an, der wiederum den Bahnmotor mit elektrischem Strom versorgt.<ref name="Quelle 13" /> Als Motor kommt heute in der Regel ein [[Drehstromasynchronmotor]] zum Einsatz, der mittels [[Pulswechselrichter]] in der [[Drehzahl]] geregelt wird.<ref name="Quelle 12" /> Die Motorsteuerung des Dieselmotors ist so eingestellt, dass sie gut auf Wechsellasten reagieren kann.<ref name="Quelle 13" /> Sie hat von allen Dieselantrieben den schlechtesten Wirkungsgrad.<ref name="Quelle 24" /> Beim dieselhydraulischen Antrieb wird die Antriebsenergie des Motors entweder hydrodynamisch mittels eines [[Strömungsgetriebe]]s oder mittels eines hydrostatischen Antriebs auf die Treibradsätze des Triebfahrzeugs übertragen.<ref name="Quelle 25" /> Diese Antriebe haben hohe Wandlerverluste und dadurch bedingt einen Wirkungsgrad von maximal 85 Prozent.<ref name="Quelle 24" />

=== Elektroantrieb ===
Für den Elektroantrieb kommen, je nach Motortyp, [[Gleichstrom]], [[Wechselstrom|Einphasen-Wechselstrom]], [[Mischstrom]] und Drehstrom als Antriebsenergie zum Einsatz.<ref name="Quelle 20" /> Entsprechend der Stromart kommen unterschiedliche Motoren zum Einsatz.<ref name="Quelle 1" />

==== Gleichstrommotoren ====
Als Bahnmotoren eignen sich hier besonders [[Gleichstrommaschine#Reihenschlussmaschine|Reihenschlussmotoren]].<ref name="Quelle 2" /> Diese Motoren haben ein hohes Anzugsmoment, einen besseren Wirkungsgrad als einphasige Induktionsmotoren und sind gut in der [[Drehzahl]] regelbar.<ref name="Quelle 14" /> Die Regelung der Drehzahl erfolgte häufig über einfache [[Anlasswiderstand|Vorwiderstände]] und [[Feldschwächung]].<ref name="Quelle 16" /> Nachteilig sind beim Einsatz von Gleichstrommotoren die hohen Verluste in den Hin- und Rückleitungen und in den Vorwiderständen.<ref name="Quelle 6" /> Dies versucht man durch verschiedene Methoden zu umgehen.<ref name="Quelle 14" /> Eine Möglichkeit ist es, den Motor über einen mitgeführten [[Akkumulator]] mit Gleichstrom zu versorgen, was jedoch die Reichweite des Triebfahrzeuges stark einschränkt und die Masse des Triebfahrzeugs stark erhöht.<ref name="Quelle 16" /> Eine weitere Methode ist es, den Gleichstrommotor über einen am Bord des Triebfahrzeugs mitgeführten [[Umformer]]satz mit Gleichstrom zu versorgen.<ref name="Quelle 14" /> Die Nutzung von Gleichstrommotoren als Bahnmotor hat sich im Laufe der Jahre weitestgehend auf den Innerstädtischen Bahnverkehr und einzelne Länder mit einem Gleichspannungsnetz beschränkt.<ref name="Quelle 6" /> Heute werden Gleichstrommotoren in Neufahrzeugen auch nicht mehr bei Gleichspannungsnetzen eingesetzt, stattdessen werden auch dort Drehstrommotoren mit vorgeschalteten Umrichter eingesetzt.

==== Einphasenbahnmotoren ====
[[Datei:BahnmotorImSchnitt.svg|mini|Einphasenbahnmotor im Schnitt]]
Als Einphasenbahnmotoren wurden im Laufe der Jahre drei verschiedene Motorentypen verwendet, der [[Repulsionsmotor]], der [[Winter-Eichberg-Motor]] und der [[Einphasen-Reihenschlussmotor]], auch Serienmotor genannt.<ref name="Quelle 14" /> Insbesondere in den Anfangsjahren des elektrischen Bahnbetriebs war der Repulsionsmotor der einzige Einphasen-Wechselstrommotor, der als Hochleistungsantrieb für Triebfahrzeuge geeignet war.<ref name="Quelle 17" /> Später konnte der Winter-Eichberg-Motor aufgrund seines ruhigen Laufverhaltens lange Zeit dominieren.<ref name="Quelle 18" /> Im 20. Jahrhundert wurden die Einphasen-Reihenschlussmotoren technisch verbessert und dadurch der dominierende Bahnmotor in Einphasen-Wechselstrom-Systemen.<ref name="Quelle 17" />

Einphasen-Reihenschlussmotoren werden mit [[Wendepolwicklung|Wendepol]]- und [[Kompensationswicklung]] eingesetzt.<ref name="Quelle 1" /> Diese Motoren haben Leistungen bis zu 1000 [[Kilowatt]]<ref name="Quelle 15" /> und lassen im Gegensatz zum Repulsionsmotor den Betrieb mit [[Gleichstrom]], [[Wechselstrom]] und [[Mischstrom]] zu.<ref name="Quelle 5" /> Da sie direkt mit einer Sinuswechselspannung gespeist werden können, werden sie auch als Direktmotor<ref group="ANM" name="Anm. JMA." /> bezeichnet.<ref name="Quelle 2" /> Diese Elektromotoren haben ein [[Reihenschlussverhalten]].<ref name="Quelle 19" /> Die Ansteuerung, d. h. die Spannungssteuerung zur Drehzahlstellung, erfolgt in Abhängigkeit vom jeweiligen [[Bahnstromsystem]].<ref name="Quelle 1" /> Problematisch ist der Betrieb dieser großen Motoren an Stromnetzen mit der üblichen Netzfrequenz von 50 [[Hertz (Einheit)|Hertz]].<ref name="Quelle 15" /> Insbesondere die [[Kommutator (Elektrotechnik)|Kommutierung]] gestaltet sich bei diesen großen Motoren schwierig.<ref name="Quelle 21" /> Durch den Betrieb an [[Bahnstrom]] mit einer Frequenz von 16,7 Hertz, können bei diesem Bahnmotortyp neben der besseren Beherrschung der Kommutierung auch der [[Leistungsfaktor]] verbessert werden und die Ummagnetisierungsverluste vermindert werden.<ref name="Quelle 15" /> Allerdings ist hierfür in der Regel ein eigenes Bahnstromnetz erforderlich, was wiederum dazu führt, dass diese Motoren nur in den Ländern verwendet werden, die ein eigenes Bahnstromnetz haben und nicht aus dem öffentlichen Netz gespeist werden.<ref name="Quelle 26" />

==== Mischstrommotoren ====
Unter Mischstrom wird ein mit Wechselstromanteilen überlagerter Gleichstrom bezeichnet. Dieser entsteht durch [[Gleichrichtung]] von Einphasenwechselstrom. Motoren die speziell für den Betrieb mit Mischstrom konzipiert sind, werden Mischstrommotoren oder Wellenstrommotoren genannt. Diese sind prinzipiell ähnlich zu einem Gleichstrommotor aufgebaut, können jedoch aufgrund konstruktiver Maßnahmen, wie beispielsweise ein massives Ständerjoch, die Parallelschaltung eines Widerstandes zum Hauptfeld, ein geblechter Wendepoleisenkreis und Spreizkohlen mit einer bestimmten [[Restwelligkeit]] betrieben werden.<ref>{{Literatur |Titel=Wellenstrommotor |Hrsg=Gerhard Adler et al. |Sammelwerk=Lexikon Eisenbahn |Auflage=6., bearbeitete und ergänzte |Verlag=transpress |Ort=Berlin |Datum=1981 |Seiten=900}}</ref>

==== Drehstrommotoren ====
Von den Drehstrommotoren nutzte man in den Anfangsjahren [[Schleifringläufermotor]]en als Bahnmotoren, die über Anfahrwiderstände beim Anfahren hochgeregelt wurden.<ref name="Quelle 23" /> Aber auch [[Drehstrom-Kollektormotor|Drehstromkollektormotoren]] kamen wegen ihrer verlustlosen Regelbarkeit als Bahnmotor zum Einsatz.<ref name="Quelle 14" /> Ab dem Jahr 1952 wurden Triebfahrzeuge mit Phasen- und [[Frequenzumformer]]n verwendet, hierbei dienten einfache [[Kurzschlussläufer|Drehstrom-Kurzschlussläufermotoren]] als Antriebsmaschine.<ref name="Quelle 23" /> Mit dem Aufkommen der verbesserten Leistungselektronik wurden als Bahnmotor verstärkt [[Drehstrommotor]]en in Kombination mit [[Frequenzumrichter]]n verwendet, die nach und nach die Einphasen-Reihenschlussmotoren verdrängten.<ref name="Quelle 15" />

== Einzelnachweise ==
<references responsive="">
<ref name="Quelle 1">Andreas Steimel: ''Elektrische Triebfahrzeuge und ihre Energieversorgung.'' Grundlagen und Praxis. 2. überarbeitete Auflage, Oldenbourg Industrieverlag, München 2006, ISBN 978-3-8356-3090-1, S. 2–11.</ref>
<ref name="Quelle 2">Jean-Marc Allenbach, Roger Kaller: ''Eisenbahntechnik.'' 2. Auflage. Laboratoire de Machines Electriques, 2014, S. 2.1-1, 4.1-1–4.1-4, 4.2-1, 4.3.-1–4.3-9, 4.4.-1, 4.5-1.</ref>
<ref name="Quelle 3">Wilhelm Kübler: ''Der Drehstrommotor als Eisenbahnmotor.'' Mit zahlreichen Abbildungen. Verlag von Arthur Felix, Leipzig 1903, S. 2, 4, 5, 7, 8, 13, 16, 103.</ref>
<ref name="Quelle 4">Jürgen Janicki, Horst Reinhard, Michael Rüffer: ''Schienenfahrzeugtechnik.'' DB Fachbuch. 4. überarbeitete Auflage, Bahn Fachverlag, Berlin 2019, ISBN 978-3-943214-26-0, S. 26.</ref>
<ref name="Quelle 5">{{Literatur |Autor=Werner Deinert |Hrsg=Ministerium für Verkehrswesen – Lehrmittelstelle – |Titel=Elektrische Lokomotiven für Vollbahnen |Sammelwerk=Triebfahrzeugkunde |Nummer=Heft 1 |Verlag=Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen |Ort=Berlin |Datum=1960 |Seiten=142, 143, 175–187 |Online=http://www.lokmalanders.de/media/41aa67d46e453e1ffff8035ffffffef.pdf}}</ref>
<ref name="Quelle 6">Hans-Peter Bauer, Michael Rüffer: ''Elektrische Bahnfahrzeuge.'' Lehrbrief Masterstudiengang. Hochschule Darmstadt, Darmstadt 2016, S. 4, 5.</ref>
<ref name="Quelle 7">Lioubov Zoreva: ''Die Eisenbahn im russischen kulturellem Raum.'' Inaugural - Dissertation an der Ludwig-Maximilians-Universität München. München 2012, S. 12, 38.</ref>
<ref name="Quelle 8">Philipp Lechner: ''Die Dampfmaschine von James Watt – physikalische Prinzipien, technische Umsetzungen, gesellschaftliche Auswirkungen.'' Diplomarbeit am Institut für Theoretische Physik der Johannes Keppler Universität Linz, Linz 2015, S. 88.</ref>
<ref name="Quelle 9">Conrad Matschoss: ''Geschichte der Dampfmaschine.'' Ihre kulturelle Bedeutung, technische Entwicklung und ihre großen Männer. Mit 188 Abbildungen im Text, 2 Tafeln und 5 Bildnissen, Verlag von Julius Springer, Berlin 1901, S. 191–213.</ref>
<ref name="Quelle 12">Robert Schimke: ''Optimierung des Betriebsverhaltens und der Konfiguration von dieselelektrischen Lokomotiven.'' Genehmigte Dissertation an der Fakultät Verkehrswissenschaften "Friedrich List" der Technischen Universität Dresden. Dresden 2012, S. 12, 13.</ref>
<ref name="Quelle 13">Günter Gmelch, Kai Otto, Roland Schmitt: ''Dacheinbau von Bahnmotoren.'' Firmendruckschrift der MAN Truck & Bus AG. Nürnberg 2013, S. 1–4.</ref>
<ref name="Quelle 14">F. Niethammer: ''Die elektrischen Bahnsysteme der Gegenwart''. Mit 202 Abbildungen. Verlag von Albert Raustein (vormals Meyer & Zeller’s Verlag), Zürich 1905, S. 6, 39–41, 56, 60. [https://archive.org/embed/dieelektrischen00nietgoog Digitalisat]</ref>
<ref name="Quelle 15">Detlev Roseburg: ''Elektrische Maschinen und Antriebe.'' Eine Einführung für Ingenieure und Wirtschaftsingenieure. Mit 366 Bildern, 35 Tabellen und 117 Beispielen, Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, Leipzig 1999, ISBN 3-446-21004-0, S. 40.</ref>
<ref name="Quelle 16">Fernand Christen: ''Der Aktionsradius der Akkumulatoren-Eisenbahnfahrzeuge.'' Promotionsarbeit an der eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. Dissertationsdruckerei Gebrüder Leemann, Zürich 1922, S. 29–32.</ref>
<ref name="Quelle 17">Christoph Cramer: ''Projekt Lok 205.''</ref>
<ref name="Quelle 18">Friedrich Eichberg: ''Wechselstrommotoren für Bahnen.'' In: Wilhelm Kübler (Hrsg.). ''Elektrische Bahnen.'' Eine Zeitschrift für das gesamte elektrische Beförderungswesen. II. Jahrgang, Heft 2, Januar 1904, S. 22, 23.</ref>
<ref name="Quelle 19">Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher: ''Elektrotechnik Fachbildung Industrieelektronik.'' 1 Auflage. Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 1998, ISBN 3-14-221730-4, S. 161.</ref>
<ref name="Quelle 20">Horst Weigelt: ''Aus der Geschichte des Hochgeschwindigkeitsverkehrs.'' In: Verband der Bahnindustrie in Deutschland (Hrsg.). ''20 Jahre Hochgeschwindigkeitsverkehr - nationale und internationale Perspektiven.'' Mit Unterstützung Förderkreises des Verbandes Deutscher Verkehrsunternehmen. Jahrbuch des Bahnwesens Nah und Fernverkehr, Edition 2011/12, S. 16.</ref>
<ref name="Quelle 21">Jürgen Hönig: ''[https://nextcloud.hs-furtwangen.de/s/GTKyMTB4yKCsHxQ Umrichter zur Speisung des 16 2/3-Bahn-Netzes].'' Dissertation am Fachbereich der Technischen Hochschule Darmstadt. Darmstadt 1978, S. 1.</ref>
<ref name="Quelle 23">Andreas Steimel: ''Elektrische Triebfahrzeuge und ihre Energieversorgung.'' Grundlagen der Praxis. 4. Auflage, ITM InnoTech Medien, München 2019, ISBN 978-3-96143-070-3, S. 92–99.</ref>
<ref name="Quelle 24">Hendrik Hoffmann, Georg Jacobs, Achim Kramer, Christian Pelger, Markus Niessen, Rik W. De Doncker: ''Entwicklung eines elektrisch-mechanisch leistungsverzweigten Hybridantriebs für dieselbetriebene Nahverkehrszüge.'' RWTH Aachen University. S. 1, 2.</ref>
<ref name="Quelle 25">Benedikt Scheier, Holger Dittus, Mathias Böhm, Christian Meirich: ''Stand der Technik von Antriebskonzepten für Rangier- und Streckenlokomotiven.'' In: ETR. Nr. 12, Dezember 2018, S. 51, 52, 56.</ref>
<ref name="Quelle 26">Eugen Wiedemann, Walter Kellenberger: ''Konstruktion elektrischer Maschinen.'' Allgemeine Angaben und Unterlagen für die Konstruktion. Mechanischer Gesamtaufbau, Bauelemente, Springer Verlag, Berlin 1967, S. 244–248.</ref>
</references>

== Anmerkungen ==
<references group="ANM">
<ref group="ANM" name="Anm. JMA.">Bei tiefen Frequenzen des Bahnstromsystems kann der Motor direkt über einen [[Stelltransformator]] oder eine [[Phasenanschnittsteuerung]] angesteuert werden. Diese Variante wurde bei den in [[D-A-CH]]-Ländern, sowie Norwegen und Schweden gebräuchlichen 16,7 Hz-Systemen und den in Nordamerika üblichen 25 Hz-Systemen verwendet, sie kann aber auch im 50 Hz-System verwendet werden. Bei der Verwendung als Direktmotor muss der Motor immer mit einer [[Kompensationswicklung]] ausgerüstet sein, zusätzlich muss parallel zur [[Wendepolwicklung]] ein ohmscher Widerstand, auch [[Wendepol-Shuntwiderstand|Wendepolshunt]] genannt, verwendet werden. Bei höherer Netzfrequenzen, wie zum Beispiel beim 50 Hz-Betrieb, müssen die Elemente abhängig von der Drehzahl des Motors angepasst werden, wenn nicht sehr hohe Leistungsreduktionen in Kauf genommen werden sollen. (Quelle: Jean-Marc Allenbach, Roger Kaller: ''Eisenbahntechnik.'')</ref>
</references>

[[Kategorie:Elektrolokomotivtechnik]]
[[Kategorie:Elektromotor]]

Bahnmotor - Versionsgeschichte

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