Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

lokomotiv

Oprindelig forfatter BCV Seneste forfatter Redaktionen

lokomotiv, jernbanekøretøj beregnet til at trække tog bestående af jernbanevogne. De fleste lokomotiver er i tidens løb bygget som damplokomotiver (der ikke vil blive omtalt her), elektriske lokomotiver eller diesellokomotiver.

Et lokomotiv har et eller to førerrum og et maskinrum, som kan være delt i to. I førerrummet har lokomotivføreren frit udsyn til strækningen og dens signaler, og herfra kan lokomotivets trækkraft og bremser betjenes, og dets tekniske installationer overvåges. Her er endvidere installeret dødmandsanlæg, kommunikationsudstyr og evt. ATC-anlæg.

Ordet lokomotiv kommer af engelsk locomotive, af latin locus 'sted' og motivus 'bevægende', af movere 'bevæge, flytte'.

I lokomotivets maskinrum er traktionsanlægget (det system, som omsætter den primære energi til trækkraft i hjulene) og hjælpeudrustningen placeret. Hjælpeudrustningen består i hovedtrækkene af en kompressor, som leverer trykluft til bremsesystemet, varmeforsyning til toget, batterier og køleudrustning til traktionsanlægget. Lokomotiver kan grupperes på to måder, dels efter anvendelsen, dels efter typen af anvendt energiforsyning.

Annonce

Anvendelse

Her skelnes mellem ranger- og strækningslokomotiver, hvor sidstnævnte type igen kan inddeles i godstogs- og persontogslokomotiver. Et rangerlokomotiv er et mindre lokomotiv med stor trækkraft og lav maksimalhastighed (60-70 km/h) beregnet til rangering af fx godsvogne på rangerbanegårde.

Meget små rangerlokomotiver med en maksimalhastighed på 30 km/h benævnes rangertraktorer. Store rangerlokomotiver med en maksimalhastighed på op til 100 km/h vil oftest regnes til mellemkategorien sidebanelokomotiver. Rangerlokomotiver har kun ét førerrum, oftest placeret omkring midten af lokomotivet, hvorimod strækningslokomotiver som regel har førerrum i begge ender.

Godstogslokomotiver er tunge og kraftige lokomotiver med stor trækkraft og en maksimalhastighed på op til 140 km/h. Store godstogslokomotiver med førerrum kun i den ene ende findes bl.a. i Sydafrika, Australien og USA, hvor der også findes lokomotiver uden førerrum, beregnet til forstærkning i meget store godstog.

Persontogslokomotiver er lokomotiver med mindre trækkraft, men med en maksimalhastighed på op til 220 km/h. En særlig type er de lokomotiver, som indgår i de fast sammenkoblede højhastighedstog, hvis hastighed i normal drift er op til 350 km/h.

Betegnelsen universallokomotiv anvendes for et strækningslokomotiv, som inden for visse grænser er velegnet til såvel langsomtkørende godstog som hurtigtkørende persontog.

Energiforsyning

Inddeles lokomotiver efter typen af anvendt energiforsyning, findes foruden damplokomotiver hovedtyperne elektriske lokomotiver (ellokomotiver) og diesellokomotiver. Diesellokomotiver kan igen inddeles i undertyper efter arten af transmissionen mellem dieselmotor og drivhjul: dieselelektriske, dieselhydrauliske og dieselmekaniske.

Elektriske lokomotiver

Det første elektriske lokomotiv byggedes 1842 i Skotland. Det var batteridrevet, og fremdriften var baseret på elektromagneters tiltrækning af jernstænger anbragt på trætromler fastgjort til lokomotivets aksler.

Det første brugbare elektriske lokomotiv med en effekt på over 2 kW blev præsenteret af Werner von Siemens 1879 i Berlin. Det blev drevet af jævnstrøm fra en strømskinne ved en efter vor tids opfattelse lav spænding, 150 V.

I de næste årtier blev jævnstrømsbaner meget udbredt, primært fordi jævnstrøm via en enkel modstandsregulering kan benyttes direkte i banemotorerne (elektromotorer, som via en udveksling driver hjulene rundt).

Den mest benyttede banemotortype er seriemotoren, som pga. sit høje startmoment er meget velegnet til banedrift. Da det af hensyn til motorerne ikke er muligt at benytte jævnstrøm ved højere spændinger end 3 kV, har dette system den ulempe, at det ved banesystemer med større udstrækning vil være nødvendigt med et stort antal dyre forsyningsstationer for at undgå store spændingstab i kørestrømssystemet.

Dette har dog mindre betydning for højtbelastede systemer af mindre udstrækning og med behov for mindre effekt i køretøjerne. Derfor er stort set alle metro- og S-bane-systemer i dag jævnstrømssystemer.

For at løse problemet med den øvre begrænsning af spændingen af jævnstrømsforsyningen blev der omkring 1900 foretaget forsøg med trefaset vekselstrømsforsyning til køretøjer med trefasede vekselstrømsbanemotorer. Denne motortype er pga. sin enkelhed og robusthed også velegnet til banedrift ligesom seriemotoren.

Forsøgene var vellykkede, men desværre var det kun med betydelige vanskeligheder muligt at forsyne køretøjerne med trefaset vekselstrøm. Derfor blev der kort tid efter indledt forsøg med enfaset vekselstrømsforsyning med benyttelse af en modificeret seriemotor som banemotor. Da det pga. fysiske forhold ikke er muligt at fremstille seriemotorer til det offentlige forsyningsnets 50 Hz, var det nødvendigt at benytte lavere frekvenser.

Således opstod den nu i Europa meget udbredte køretrådsspænding på 15 kV med frekvensen 162/3 Hz (i 1996 ændret til 16,7 Hz), mens man i USA benytter frekvensen 25 Hz. Som følge af de forholdsvis høje omkostninger ved at have et forsyningsnet med en anden frekvens end 50 Hz blev tanken om at benytte denne frekvens ikke opgivet.

I begyndelsen af 1920'erne blev de første forsøg indledt, og omkring 1950 kunne forsøgene afsluttes med succes. Elektrificering med 25 kV, 50 Hz, blev herefter almindelig i lande, som ikke tidligere var elektrificeret, eller som var elektrificeret med jævnstrøm; systemet indførtes 1986 i Danmark ved elektrificering af Kystbanen og ved den efterfølgende landsdækkende elektrificering. Se også elektriske jernbaner og jernbane (Danmarks jernbaner).

Ellokomotivets opbygning

Et elektrisk lokomotiv består ud over vognkasse, undervogn og bogier mv. af hovedkomponenter som strømaftager, hovedafbryder, transformator, reguleringskreds samt banemotorer. Strømaftageren har en kul- eller metalskinne, som presses mod køretråden. Hovedafbryderen skal bl.a. sikre såvel fødestationer som lokomotiv mod ødelæggelse i tilfælde af kortslutning.

Lokomotiver til vekselstrømsdrift har en transformator, som nedtransformerer højspændingen, så den kan benyttes i banemotorerne. Transformatoren har ofte hjælpeviklinger til elektrisk togvarme og lavspændingsforsyning på lokomotivet.

Mens det på lokomotiver til 16,7 Hz er muligt at regulere banemotorerne ved at koble disse direkte til transformatorens sekundærside i 20-40 trin, må der på lokomotiver til 50 Hz-net benyttes andre principper, fx ensretning til jævnstrøm, anvendelse af roterende omformning eller fasekonvertering. På lokomotiver til jævnstrøm reguleres banemotorerne som regel vha. en kombination af modstande, serie-/parallelkobling og feltsvækkelse.

I de elektriske lokomotivers barndom var det ikke muligt at fremstille kraftige motorer af en størrelse, der tillod, at motorerne kunne placeres i bogierne, som det kendes på moderne lokomotiver. Derfor har ældre elektriske lokomotiver de store langsomtkørende motorer placeret på undervognen, og trækkraften overføres fx via en blindaksel og trækstænger til drivhjulene.

Senere fik banemotorerne en størrelse, så de kunne forbindes med drivakslerne vha. et gear, selvom de stadig var placeret fast i undervognen. Først omkring 1930 blev elektriske bogielokomotiver almindelige. På alle nyere lokomotiver sidder banemotorerne i bogierne, oftest med én motor pr. aksel.

I Frankrig er typer med en større banemotor pr. bogie endnu udbredt. Som følge af de elektriske tab i banemotorerne sker der en kraftig opvarmning af disse, hvorfor det er nødvendigt med en særlig banemotorventilation.

For at kunne opfylde det gamle ønske om at anvende den robuste trefasede kortslutningsmotor (asynkronmotor) som banemotor er det nødvendigt at kunne regulere både spænding og frekvens på banemotoren. Et af de første lokomotiver med sådanne motorer blev bygget i 1953 i Frankrig. Udviklingen tog dog først rigtig fart med udviklingen af tyristorer (styrede halvlederensrettere) og computerteknologien.

I slutningen af 1970'erne kunne lokomotiver med tyristorregulering og asynkronmotorer tages i brug i Tyskland. Reguleringen efter transformatoren består af en ensretter, en jævnspændingsmellemkreds og en vekselretter, som forsyner banemotorerne med trefaset vekselstrøm med variabel spænding og frekvens.

Tyristorerne styres af computere og kan i vekselretteren ved meget hurtige ind- og udkoblinger frembringe den ønskede størrelse af spænding og frekvens (pulsvekselretter). Det gør det også muligt at bremse køretøjet elektrisk med den samme store effekt, som benyttes til trækkraft.

Tyristorregulering har som bivirkning uønskede støjstrømme, som til en vis grad kan undertrykkes vha. filtre indbygget i transformatoren eller reguleringskredsen. Pulsvekselrettere og asynkronmotorer er nu de mest anvendte ved bygning af nye elektriske køretøjer, ikke bare lokomotiver, men også togsæt, motorvogne og sporvogne.

DSB's elektriske køretøjer til 25 kV-nettet (lokomotiv litra EA, 1984, og togsæt litra ER, 1995) er begge af typen med asynkronmotorer og pulsvekselrettere. Det gælder ligeledes de nye tosystemskøretøjer til 25 kV/15 kV, 50 Hz/16,7 Hz (lokomotiv litra EG, 1999, og togsæt litra ET, 1999), som skal benyttes i trafikken til og fra Sverige, og de nye S-tog (litra SA, 1995) til den københavnske S-bane.

Diesellokomotiver

Forbrændingsmotorens opfindelse i slutningen af 1800-t. blev af afgørende betydning også for jernbanetrækkraften. Da en forbrændingsmotors største drejningsmoment ligger inden for forholdsvis snævre grænser af omdrejningstallet, er det nødvendigt med en udveksling mellem motor og drivhjul.

Dette problem kan i teorien løses på mange måder, men ud over den nærliggende mekaniske transmission er det kun den elektriske og hydrauliske (hydrodynamiske) transmission, der har vundet udbredelse. Forbrændingsmotorerne kunne i begyndelsen kun fremstilles med mindre effekter, ligesom det kun var muligt at benytte mekanisk transmission. De første skinnekøretøjer med forbrændingsmotorer var derfor lette motorvogne og små lokomotiver med begrænset anvendelse.

Efter 1. Verdenskrig udførtes de første forsøg med lokomotiver med større effekt og med elektrisk eller hydraulisk transmission. Det var på det tidspunkt klart, at benzinmotoren ikke var egnet til det stadig stigende effektbehov, og det blev derfor dieselmotoren, som blev enerådende til lokomotivanvendelse. Fælles for diesellokomotiver er dieselmotoren og dens tilbehør (brændoliebeholdere, udstødningssystem samt køle-, smøre- og reguleringssystem).

Dieselelektriske lokomotiver

har dieselmotoren koblet til en dynamo eller generator, som via reguleringssystemer forsyner banemotorerne med energi. Den elektriske del af transmissionen svarer i princippet til elektriske lokomotiver. Energiforsyningen til opvarmning af vogne kan enten ske vha. hoveddieselmotoren eller fra en særlig hjælpedieselmotor.

Som følge af forskellene mellem karakteristikkerne for dieselmotoren og for generatoren er det nødvendigt at regulere disse i forhold til hinanden. Den mest almindelige metode er at lade dieselmotoren køre med flere forskellige konstante hastigheder og modificere generatorkarakteristikken herefter. Herudover anvendes ofte feltsvækning af banemotorerne, hvorved disses moment kan øges ved højere hastigheder. Parallelt med indførelsen af de trefasede banemotorer på elektriske lokomotiver blev det også muligt at anvende denne motortype på diesellokomotiver.

I Danmark blev det første dieselelektriske lokomotiv til DSB bygget i 1927 (litra MT), og i begyndelsen af 1930'erne byggede Frichs i Århus en række succesfulde store lokomotiver, heriblandt to til DSB (litra MX). Bortset fra en række mindre lokomotiver af samme type til de danske privatbaner blev der ikke før 2. Verdenskrig bygget flere dieselelektriske lokomotiver til danske jernbaneselskaber.

Til gengæld modtog DSB i samme periode og i første halvdel af 1950'erne et større antal motorvogne og lyntog forsynet med samme motor- og transmissionstype. I 1954 blev det første dieselelektriske lokomotiv af en ny generation leveret til DSB (litra MY). Denne type blev grundlaget for de senere litra MX (1961) og MZ (1967).

Alle disse typer er forsynet med en langsomtkørende totaktsdieselmotor (General Motors) og med jævnstrømsbanemotorer. I 1958 byggedes de hidtil eneste dieselelektriske rangerlokomotiver til DSB (litra MT). Som et af de første jernbaneselskaber fik DSB i 1981 leveret et dieselelektrisk lokomotiv med trefasede vekselstrømsbanemotorer (litra ME).

Dieselhydrauliske lokomotiver

Det elektriske transmissionssystem har visse ulemper dels i form af høj vægt og pris, dels i det umiddelbart ulogiske i at transformere mekanisk energi til elektrisk og derefter tilbage igen med heraf forøgede tab. Derfor har der været arbejdet på at kunne anvende en mekanisk transmission uden de ulemper, den simple version af denne besidder.

Lige efter 1. Verdenskrig udførtes eksperimenter med hydrostatiske transmissioner. Disse havde og har stadig en række svagheder, som nødvendiggør en anden løsning. Den hydrauliske momentforstærker, som blev udviklet i 1920'erne, blev løsningen på problemet. Anbragt mellem motoren og indgangen til en gearkasse fungerer den både som kobling og momentforstærker, og den gør det muligt at udjævne forholdet mellem dieselmotorens og drivhjulenes omdrejningstal i hele motorens omdrejningsområde.

Mellem gearkassen og drivhjulene er der ligesom på den mekaniske transmission anbragt kardanaksler og akselgear. Antallet af momentforstærkere og trin i gearkassen kan være forskelligt afhængigt af lokomotivtype. Såvel motorregulering som gearskift foregår automatisk. Den hydrauliske transmission har en lav vægt, men også et ret stort tab, som dog i dag er blevet mindre.

Det er især i Tyskland på de store lokomotivtyper, at den hydrauliske transmission har slået igennem. I Danmark findes dieselhydrauliske lokomotiver kun som rangerlokomotiver, litra MH (1960) og litra MK (1996), rangertraktorer og som sidebanelokomotiver på privatbanerne. Endvidere findes den dieselhydrauliske transmission på forskellige lette togsæt (litra MR og privatbanernes Y-tog).

Dieselmekaniske lokomotiver

Dieselmekanisk transmission svarer til en bils, dvs. i sin simpleste form til en manuelt betjent gearkasse indskudt mellem motor og drivhjul, men suppleret med et særligt vendegear, da det på et jernbanekøretøj skal være muligt at køre med samme hastighed i begge retninger.

Udviklingen har vist, at dieselmekanisk transmission kun er egnet til overførsel af mindre effekter, hvorfor dieselmekaniske lokomotiver er en sjældenhed. Derimod er og har transmissionsprincippet været meget benyttet herhjemme på mindre enheder som fx rangertraktorer, skinnebusser og togsæt.

Et af de seneste eksempel herpå er DSB's IC3-tog, hvor transmissionen sker via en femtrins mekanisk gearkasse med hydrodynamisk starttrin af samme type, som anvendes på busser.

Andre lokomotivtyper

Der er især i første halvdel af 1900-t. blevet bygget en række lokomotivtyper, der må betegnes som mere eller mindre konventionelle. Sådanne lokomotivtyper, fx dampturbinelokomotiver med mekanisk eller elektrisk transmission, er alle opstået i forsøg på at forbedre de eksisterende principper, men de har af forskellige årsager ikke kunnet gøre sig gældende.

I årene før og efter 2. Verdenskrig forsøgte man at benytte en gasturbine i stedet for en dieselmotor i et lokomotiv med elektrisk transmission. Gasturbinen har en række indlysende fordele til brug i et lokomotiv, fx stor trækkraft i hele omdrejningsområdet, gunstigt forhold mellem effekt og vægt samt kun få roterende dele, men også en række ulemper som fx generelt dårlig virkningsgrad, højt støjniveau og højt omdrejningstal.

Disse ulemper har, selvom gasturbinelokomotiver på et tidspunkt blev seriefremstillet i USA, medført, at gasturbinen ikke har slået igennem som et brugbart alternativ til dieselmotoren. Se også jernbane (jernbanemateriel).

Referér til denne tekst ved at skrive:
Bent C. Van: lokomotiv i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 20. april 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=118072