THEMA: Angabe Zugkraft BR 118 NBM 1/2014

Hallo Georg,

- Die Zugkraft wird in Newton (N) angegeben, nicht in g.
- Die Loks dürften ca 0,3N Zugkraft erbringen.
- Die obige Angabe von 300g entspräche  einer Zugkraft von 3N - das ist für die leichten Loks vollkommen unmöglich.
- Wahrscheinlich ist die Masse des Wagenzuges gemeint. D.h. du musst die Wagen nur wiegen und weißt, wieviel Wagen du anhängen kannst.
- Unklar bleibt, auf welche Steigung sich die Angaben beziehen - "3,6% mindestens" ist jedenfalls nicht sehr aussagekräftig.

Gruß
Burkhard

Hallo Burkard,

in der Tabelle auf Seite 25 steht "Zugkraft Steigung 3,6% mindestens" und bei Piko 118 "306 g"

Wenn es sich auf die Masse der gezogenen Wagen bezieht, werde ich einfach mal einen Reisezugwagen wiegen, 306 durch das gewogene Ergebnis teilen und dann müßte ich auf die Anzahl Wagen kommen.Oder?

Gruß
Georg

Hallo Georg,


Wie gesagt, Zugkraft kann nicht gemeint sein, höchstens Anhängelast.


Ja, so interpretiere ich die Tabelle.

PS:
Werden hier nicht Äpfel mit Birnen verglichen? Die Piko 118 ist eine Diesellok gemäß DR-Bezeichnung. Die Arnold 118 dagegen eine E-Lok gemäß DB-Bezeichnung.

Hallo Georg und Burkhard,
ich habe mal ein Video über eine Zugkraftmessung der NBW gesehen.
Und die messen auf einer ebenen geraden Schiene. Am Ende der Schiene läuft über eine Rolle ein Seil. Dieses Seil ist auf der einen Seite in die Hakenkupplung der Lok eingehängt und an dem anderen Ende hängt ein Gewicht. Um die Zugkräfte der Lok untereinander zu vergleichen, werden Testfahrten durchgeführt und jedes mal das Gewicht erhöht, solange bis die Lok anfängt zu schlingern.
Daher die Angaben in Gramm.
Die Angaben bezüglich der Wagen, ist nicht so leicht umzurechnen, da hier ja der Rollwiderstand eine große Rolle spielt und nicht das Gewicht des Wagens. Arnold hatte laut Prospektangaben in ihrem Werk eine eigene Teststrecke mit   Gleisen der Radien 3+4 und ermittelte die Zugkraft mit Zügen aus 2 achsigen Wagen der Länge 60mm und 4 achsigen Wagen der Länge 165mm.  Die Anzahl der Wagen reduzierte sich bei Steigungen von 2% auf die Hälfte und bei 4% auf ein Viertel.

Gruß Gerd

@3
die Piko BR 118 ist KEINE Diesel-Lok sondern eine Neuheit und die Altbau E-Lok BR 118.

Gruß
Georg

@5
Hallo Georg,
danke für die Klarstellung, ich hatte nach Bildern gegoogelt und nur die DR BR118 gefunden.

@4
Hallo Gerd,
richtig, so kann man die Zugkraft messen bzw. aus der Masse des gehobenen Gewichtes berechnen.
Das kann im vorliegenden Fall aber nicht gemeint sein. Eine Lok von 85g kann unmöglich 300g heben, da ansonsten der Haftreibungskoeffizient ungefähr 4 wäre. Werte über 1 werden höchstens in der Formel 1 mit heiß gefahrenen Reifen und zusätzlichem Abtrieb durch den Heckspoiler erreicht. Selbst mit Haftreifen kommen Modellbahnloks lediglich auf ein Zehntel des Wertes ca. 0,4. Loks im Maßstab 1:1 erreichen übrigens auch bestenfalls 0,4 (moderne Loks wie die Blue Tiger mit Schleuderregelung, Floating Axis, etc.) bzw. 0,3 (Loks der Epoche III/IV, BR218, BR140, etc).

Gruß
Burkhard

Ich hab die Tabelle auch gelesen und damals einfach den Kopf geschüttelt. Aus den angegebenen Gewichten kann man so nur relative Aussagen machen. Also die Piko zieht in der Steigung etwas mehr als Arnold (alt) und dreimal soviel wie Hornby.

Da der Versuchsaufbau nicht beschrieben wird , kann man viel spekulieren.

Ich behaupte mal die Reibung von Rad auf Schiene ist ungefähr 0,15 und von Haftreifen maximal 0,45. Daraus schätze ich für die Piko 119 eine Zugkraft von ungefähr 0,127N, also umgangssprachlich 12,7g. Wenn die Laufachsen weniger als 1/6 des Gewichts tragen, sogar noch etwas besser. Wenn ich die 306g auf 3,6% rein geometrisch mit Tangens und Sinus umrechne und mal die Rollreibung ignoriere, komm ich auf 0.11N umgangssprachlich 11g.

Ich würde der NBM Redaktion empfehlen die Zugkraft am Zughaken anzugeben, am besten in Newton und wenns sein muss in Gramm, damit es auch Leser, die in der Physik der Jahrgangsstufe 10 lieber was anderes gemacht haben, mitkommen. Das Angeben des Gewichts der angehängten Wagen sagt dagegen reichlich wenig über die Zugkraft aus.

Ein intressantes Bastelprojekt wäre ein Federwaagenwagen, also ein Wagen, der sich wie eine Federwaage in der Länge ändert und an dem man dann die Zugkraft direkt ablesen kann. Die Kür wär dann natürlich Fernablesung mit RailCom

Gruß,
Harald.

@7
Hallo Harald,

ich habe ähnlich gerechnet und bin dabei von einem Haftreibungskoeffizienten von 0,17 ohne und von 0,4 mit Haftreifen ausgegangen. Die Vorläufer kommen auf 0,0, da sie nicht angetrieben sind und somit keine Kräfte übertragen können. Ich habe davon das Mittel gebildet und komme somit auf einen durchschnittlichen Haftreibungskoeffizienten von 0,19-wahrscheinlich höher, da die Vorläufer gegenüber den Treibachsen entlastet sein dürften.

Die Zugkraft Lok errechnet sich somit zu F=0,19*0,085kg*9,8m/s^2=0,158N oder 16g wie die Fachzeitschriften die Zugkraft auszudrücken bevorzugen...

Das ist doch mehr als in deiner Rechnung. Ich denke aber, das der Wagenzug auch mehr Zugkraft erfordert, da nach meinen Messungen der Rollreibungskoeffizient bei gut laufenden Wagen und großen Radien schon 1-2% der Gewichtskraft beträgt. D.h. zu den 0,11N/11g Hangabtriebskraft kommen noch 0,03-0,06N/3-6g Rollreibungskraft dazu.

Gruß
Burkhard

PS: Versuche mit Federwagen waren nicht erfolgreich, die Methode mit Umlenkrolle und Gewichten ist besser.

Man nehme einen einfachen Dehnmeßstreifen und baue eine entsprechend "elastische" Kupplung oder man mißt die Biegung der Aufnahme oder sonst was. Das ist nix tolles und wird an vielen Stellen auch beim Vorbild gemacht. Hier wird ein kalibrierter Zughaken verwendet, so daß die Dehnung des Hakens einen direkten Wert in Kraft zugeordnet werden kann.

Ansonsten sind die Aussagen ja hier lustig. Was hat die Zugkraft mit der Neigung der Ebene zu tun? Was hat das Wagengewicht mit der Zugkraft zu tun? Beides mal fast nix! Glückwunsch!

Wenn ich mir 'nen Arnold Henschel-Wegmann-Zug anschaue, der quasi mit stehenden Rädern über die Anlage geschleppt wird oder den beleuchteten GFN 3-Achsern, dann ist die Masse des Wagens quasi total egal.

Man kann, wenn es keinen Rollwiderstand geben würde, natürlich die Masse auf der Wagen auf der schiefen Ebene in eine Kraft umrechnen. Aber für eine praktische Beurteilung ist das völlig daneben.

Von daher würde ich bei Zugkraftmessungen in der Ebene über die benannte Rolle die Kraft messen, indirekt halt über die nach oben gezogene Masse.

Und für die Wagen müßte man den Rollwiderstand ermitteln. Das wäre zum Beispiel über eine schiefe Ebene möglich, die man einstellen kann. Hier könnte man messen, bei welcher Neigung ein Wagen anfängt zu laufen und bei welcher Neigung er mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit "in Beharrung" läuft. Dann hätte man auch Haft- bzw Gleitreibung der Lager mit gemessen. Aus der Masse der Wagen und den oben gemessenen Winkeln würden sich dann die entsprechenden Kräfte ausrechnen lassen, die zum Bewegen  (Anfahren bzw. Weiterfahren ) nötig sind.

Aus der Zughakenkraft und den obigen Werten für die Wagen könnte man dann recht exakt die maximalen Zuglängen berechnen.

ABER: Wie beim Vorbild ist die Dauerbelastbarkeit ja auch noch nicht berücksichtigt. Wie lange kann eine Spur N Lok die maximale Kraft am Zughaken erbringen, bevor sie, vielleicht thermisch oder gar mechanisch zerstört wird?

Hier müßte man dann die enstprechenden Leistungsdaten der Motoren (Strom/Spannung) gegen Zugkraft aufnehmen und dann die Oberflächentemperaturen am Lokgehäuse messen ( IR-Kamera ). Dann hätte man eine Idee davon, wie wenig da auf Dauer erlaubt wäre.

Die im @0 genannten Daten sind jedenfalls so erst einmal ziemlich bedeutungslos

Gruß
Klaus

Hallo alle Mitschreiber,
die Anzahl der Wagen läßt sich mit der Rolle und Gewicht- Methode genau so ermitteln. Sogar in der Neigung. Also man hängt z.B. 6 Wagen zusammen aus das Gleis, hängt das ganze ans Seil, hebt das Ende mit der Rolle entsprechend an und ermittelt das Gewicht das nötig ist um den Zug in Bewegung zu setzen. Dann weiß man ungefähr was an Zugkraft benötigt wird.

Gruß Gerd

@9
Hallo Klaus,

ich stimme mit die überein,m dass gilt:


Allerdings sehe ich folgende Aussagen etwas differenzierter:

Die Zugkraft einer Lok sinkt mit steigender Neigung, da die Anpresskraft auf die Schienen sinkt. Zudem muss eine zusätzliche Komponente der Hangabtriebskraft aufgrund des Lokgewichtes auf die Schiene gebracht werden. Bei eisenbahnmäßigen Neigungen von 2-3% ist der Effekt allerdings zu vernachlässigen, ab 6% sieht die Sache jedoch wieder anders aus...


Eigentlich sehr viel, jedenfalls mit der erforderlichen Zugkraft. Der Rollwiderstand ist proportional zum Wagengewicht, im Vorbild rechnet man mit 0,35% der Gewichtskraft, im Modell gehe ich aufgrund meiner Messungen von bestenfalls 1-2% aus.


Auch in diesem Fall spielt das Wagengewicht eine große Rolle. Da sich die Räder aber nicht mehr drehen, kommt der Haftreibungskoeffizient ins Spiel. Dieser beträgt für Modellbahnräder ca. 17%.
D.h. jetzt benötigt ein Wagen nicht nur 1-2% sondern 17% seiner Gewichtskraft zum Vorwärtskommen.


Eine gute Frage, aber auch diese lässt sich beantworten bzw. abschätzen: Im angeführten Beispiel zieht die Lok mit 0,16N am Haken. Nehmen wir an, sie fährt - mehr oder weniger vorbildgerecht - umgerechnet 120km/h, dann entspricht dies einer Geschwindikeit von 120/3,6=33,33m/s im Vorbild und 0,2m in 1:160. Die Leistung beträgt P=F*v =0,16N*0,2m/s=0,032W. Wer weiß, dass die Loks schon in Leerfahrt ca 1W aufnehmen (z.B. 0,2A bei 5V) und vielleicht 0,6W abgeben, nimmt die zusätzlichen 0,03W für den Wagenzug gelassen zur Kenntnis...

Gruß
Burkhard

Was ich so nicht glaube, denn der Wirkungsgrad ist nicht linear. Allein das Schneckengetriebe macht da lustig eigene Dinge. Nach meinen Messungen kommen da für längere Züge durchaus 0,1 Watt an Lokleistung zusammen. Im Vergleich zur Leerlaufverlustleistung sind das dann immerhin mal 20%-30%. Bei sehr leicht laufenden Loks mit wenig Getriebehemmung ist der Zuglastanteil natürlich noch größer. Bei Loks wie einer BR92.5 Arnold, merkt man eh keinen Zug, da die Lok mit ihrem eigenen Verschleiß beschäftigt ist

Bei Grenzlast habe ich gut und gerne schon den doppelten Motorstrom gesehen. Und da habe ich Zweifel, ob das auf Dauer der Lok gut tut.



Was bei 6% schon mal 0,55% ausmacht. Da bin ich mal der Meinung, daß dies doch glatt im Meßfehler untergeht Oder hab ich mich verrechnet?



Ja eben nicht. Bei dem selben Lager mag das ja sein, die Modellbahnfahrzeuge unterscheiden sich aber gewaltig. Während die einen bei 1% Neigung bereits loslaufen, fangen die anderen bei 15% noch nicht an. Und die Masse der Wagen ist nahezu identisch.

Was ich aber eigentlich sagen will: Wie viele Wagen eine Lok befördern kann hängt mal nicht nur von der Lok ab, sondern viel mehr von den Laufeigenschaften der Wagen, die sich, unabhängig von deren Masse, erheblich unterscheiden.

Ohnehin wäre es für einen Loktest sinnvoll einmal die Stromaufnahme im Verhältnis zur Spannung anzugeben. Wenn die Lok wenig Getriebehemmung hat, sollte der Strom nahezu konstant über einen weiten Spannungsbereich gehen. Steigt der Strom mit der Spannung an, hängt das irgendwo im Getriebe! Natürlich müßte man die Beleuchtung dafür abklemmen. Die Beurteilung der Strom/Spannungskurve ist ein schöner Indikator für gute und schlechte Mechanik und auch für verharztes Öl. Wenn man die Daten seiner Loks kennt, kann man gut den nächsten Wartungszeitpunkt abschätzen

Gruß
Klaus

Hallo Klaus,

D'accord.

Auf gar keinen Fall liegt das an der Belastung durch den Wagenzug. Die Haftreibungsgrenze der Lokräder ist hier der begrenzende Faktor.

Wahrscheinlich, die Hangabtriebskraft ist proportional zum Sinus, die Zugkraft der Lok zum Cosinus, insgesamt also proportional zum Tangens. 6% Steigung entsprechen 3,44°, der Tangens davon beträgt 0,06, also bereits 6% - sicherlich noch nicht dominierend, aber im Grenzbereich schon bemerkbar.

Eben doch, genauer gesagt die erforderliche Zugkraft beträgt Haftreibungskoeffizient multipliziert mit der Gewichtskraft. Bei gut laufenden Wagen beträgt dieser Koeffizient nach meinen Messungen 1-2%, d.h. der Wagen rollt - einmal angeschoben - ohne stehen zu bleiben eine 2%ige Rampe herunter.

Sicherlich gibt es auch schlecht laufende Wagen, z.B. aufgrund eines Stromschleifers. Ansonsten solltest du bei 15% dir den Wagen einmal vornehmen, ein solcher Schlechtläufer mit 33g Wagengewicht erfordert ja alleine schon eine Zugkraft von 0,05N/5g und damit ein Drittel der o.a. Beispiellok.

Die Aussage kann ich nicht bestätigen. Aufgrund der immer auftretenden Wirbelstromverluste steigt die Stromaufnahme naturgemäß mit der Geschwindigkeit d.h. mit der Spannung an. Daraus auf ein verharztes Getriebe zu schließen würde ich mir nicht zutrauen...

Gruß
Burkhard

Hallo,

ich fühle mich ins Grundstudium ins Fach techn. Mechanik zurückversetzt.
Ich weiß warum ich das Fach gewechselt habe.

Ich frage mich nur, warum im NBM solche Angaben stehen, wenn die so bedeutungslos sind. Die machen das doch hoffentlich nicht zum ersten Mal.

Gruß
Georg

Hallo Burkhard, Klaus,

alles schön und gut was ihr schreibt, aber das bringt hier nun wirklich nichts, da es zu tief in die Mechanik geht.

Mir sind die Begriffe Masse (Gramm oder Kilogramm) und Kraft (Newton) schon bekannt, auch wenn es lange zurück liegt, aber ein Großteil der Menschheit ist es nicht klar und so dürfte es auch vielen Modellbahnern gehen.
Dazu kommt noch die Vorstellungsgabe des Menschen. Unter Gramm und Kilogramm kann es sich was vorstellen und Newton weit weniger.
Von daher ist eine Angabe wie viel Gramm ein Lok ziehen kann nicht wirklich falsch, wenn für alle Modell auch die gleiche Meßanordnung gegeben ist.

An das was Gerd in @4 zu dem Messaufbau schreibt kann ich mich auch erinnern mal gesehen zu haben.
Was aber eine Lok letztendlich an Anhängern wegziehen kann kommt auf die Anhänger und deren Rolleigenschaften an. Natürlich wird ein Lok die schwerer ist mehr wegziehen als ein Lok die leichter ist. Und das Haftreifen die Traktion auch erhöhen dürfte auch unbestritten sein.
Hierzu auch mein Erfahrung das Anhänger mit Plastikrädern schlechter rollen als selbige auf Metallräder umgerüstet obwohl die dann auch wieder schwerer sind.
beleuchtete Anhänger laufen auch schwerer als unbeleuchtete, und da gibt es dann auch noch immer unterschiede in welcher Art und weise der Strom über die Räder und Achsen ins Fahrzeuginnere geleitet wird. Die Varianten von Rad- und Achsschleifer sind nun mal sehr groß.

Ich wage aber kein Prognosen über welche Reibungskoeffizienten es sich da immer handelt.

Gruß Detlef

Hallo Georg,


sind sie nicht.
es sind einfach zu verstehende Vergleichszahlen,
und je höher der Wert ist den die Lok wegziehen kann, desto größer ist die Anzahl der Anhänger die sie ziehen kann. Aber daraus läßt sich nicht auf eine genaue Anzahl von Anhängern folgern, da es halt auch dann immer auf die Anhänger ankommt.

Gruß Detlef

Hallo alle zusammen,


ich habe mir grade noch mal das betreffende NBM rausgezogen. Also die Zahlenangaben stehen so drin, jedoch, daß mind. xxx Gramm auf einer Steigung von 3,6 % (wo jetzt dieser "krumme" Wert wieder herrührt) angefahren werden und nicht bei mind. 3,6 %. Was das NBM schuldig bleibt ist, wie diese Gramm-Werte ermittelt wurden. Wäre es ein Gewicht über eine Seilrolle gezogen sind diese Angaben jedenfalls jenseits von Gut und Böse.

Alles physikalische, was hier schon geschrieben steht ist auch für mich im großen und ganzen nachvollziehbar. Auch die Bedeutung von Gramm und Newton, mittlere Erdanziehungskraft und so sind mir nicht fremd. Allerdings stellt sich mir da dann die Praxisnähe von solchen physikalischen Größenangaben.

Fragt sich halt, wie sieht denn jetzt eine praxisnahe Zugkraftangabe aus?
Sympatisch ist mir eine Angabe der Achsenanzahl (wie seinerzeit bei Arnold, wobei es sich wohl sicher nicht um Fleischmann-Achsen handelte ). Oder vielleicht eine Angabe ala N-BAHNER "Auf einer 2,5 %-Steigung werden 12 Lange von Minitrix sicher angefahren."
Wäre so eine Angabe wie z. B. "xxx 2- (oder 4-) achsige [Fabrikat]-Waggon werden in der Ebene über 15-Grad-Weichen sicher gezogen." nicht gut? So können sich doch wohl die meisten Modellbahner mit Erfahrung (diesmal sogar im Wortsinn) wirklich was vorstellen. Wichtig dabei ist halt, das da dann die Wagen in einem guten Zustand, ohne Beleuchtung und unrepariert sind.


Grüße
Christian Strecker

PS: @ Detlef:
Wenn es beim NBM Vergleichszahlen sind, dann dürfte da eigentlich nicht Gramm (denn das ist ja eine allgemein genormte Größe) sondern "Zugkraftpunkte" stehen - und kein Mensch kann sich dann darunter immer noch nichts vorstellen...

Hallo Christian,

Du schreibst."Sympatisch ist mir eine Angabe der Achsenanzahl (wie seinerzeit bei Arnold, wobei es sich wohl sicher nicht um Fleischmann-Achsen handelte). Oder vielleicht eine Angabe ala N-BAHNER "Auf einer 2,5 %-Steigung werden 12 Lange von Minitrix sicher angefahren .... Wichtig dabei ist halt, das da dann die Wagen in einem guten Zustand, ohne Beleuchtung und unrepariert sind."

Ich kann dazu sagen, dass wir beim N-BAHNER immer die selben, unbeleuchteten Wagen nehmen und dass vor jedem Zugkraft-Test immer geprüft wird, ob jeder einzelne Wagen die 2,5 %-Rampe ganz leicht hinunter rollt.

Viele Loks würden noch mehr ziehen, wir hören aber bei 12 Wagen auf, weil mehr auf den meisten Anlagen unrealistisch sein dürfte.

Zugkraftangaben in Gramm oder Newton etc. halten wir für zu akademisch und praxisfremd.

Beste Grüße

Jürgen