Anfahrzugkraft

Als Anfahrzugkraft wird für Triebfahrzeuge und Zugfahrzeuge die höchstmögliche Zugkraft bei Fahrbeginn aus dem Stillstand heraus bezeichnet. Im Stillstand von Radfahrzeugen ist eine Reibungskraft („Losbrechzugkraft“) wirksam, die höher ist als der Rollwiderstand im Moment der Rad-Drehung und daher die „Anfahrzugkraft“ von besonderem Interesse sein lässt.

Für die Anfahrzugkraft ist oft nicht der Antrieb (Motor und Getriebe) ausschlaggebend, sondern das auf den Antriebsrädern lastende Gewicht („Reibungsgewicht“) und der Reibungskoeffizient zwischen Rad und Schiene bzw. Fahrbahn.

Bei Dampflokomotiven und Elektrolokomotiven ist die Anfahrzugkraft günstigerweise bereits technisch bedingt höher als die Zugkraft bei zunehmender Geschwindigkeit. Bei Verbrennungskraftfahrzeugen ist die Anfahrzugkraft von der Getriebe-Auslegung abhängig.

Lokomotiven

Solange die Zugkraft bei Eisenbahn-Lokomotiven die durch die maximale Schienenbelastung und die Material-Reibungskoeffizienten vorgegebenen Reibungskräfte nicht überschreitet, ist die Anfahrzugkraft als „nach oben offene“ Größe stets von besonderem Interesse.

Moderne Hochleistungs-Lokomotiven haben inzwischen Motordrehmomente, die eigentlich sehr hohe Anfahrzugkräfte zuließen. Tatsächlich ist aber für diese Lokomotiven die Anfahrzugkraft durch die Rad- und Schiene-Haftreibung begrenzt. Bei einer Steigerung des Drehmoments an diesem Punkt drehen die Räder durch, die Leistung kann nicht „auf die Schiene“ gebracht werden. In diesem Fall muss das Drehmoment so weit gesenkt werden, dass die Gleitreibung wieder in Haftreibung übergeht und dadurch die höchstmögliche Kraft wieder übertragen werden kann. Mit elektronischen Steuerungen kann ohne Reserve bis an die Grenze der Haftreibung herangegangen werden, indem im Grenzbereich der Mikroschlupf geregelt wird.

Zahl der Antriebsachsen

Für vierachsige Lokomotiven mit allachsigem Antrieb bei einer bei der Deutschen Bahn zulässigen Achslast von 21 Tonnen werden als höchste Anfahrzugkraft 300 kN (entspricht dem früher gebräuchlichen Wert von 30 Tonnen) angegeben. Dieser Wert ist jedoch eine reine Richtgröße, die in der Praxis erheblichen Abweichungen je nach Rad- und Schienenzustand und auch den Witterungsbedingungen (Trockenheit, Feuchte, Schnee, Eis) unterliegt.

Eine Erhöhung der Anfahrzugkraft bei ausreichendem Motordrehmoment ist möglich, wenn die Gesamtlast auf den angetriebenen Rädern und damit meist das Gewicht der Zugmaschine sowie die Anzahl der Räder erhöht werden. Dies wurde beispielsweise bei der dänischen EG 3100 durchgeführt. Die mit der vierachsigen deutschen Elektrolokomotiv-Baureihe 152 in der Leistung gleiche EG 3100 kann mit ihren sechs Antriebsachsen eine Zugkraft von 400 kN aufbringen. Diese hohe Zugkraft wird für die bis zu 2000 Tonnen schweren Güterzüge an den 15,6-Promille-Steigungen auf der Öresundverbindung zwischen Dänemark und Schweden gebraucht.

Reibungskoeffizient

Da die Reibung zwischen Rad und Schiene auch vom Oberflächenzustand der Schienen abhängt und speziell bei Regen oder durch Laub der Reibungskoeffizient stark reduziert sein kann, ist es bei Lokomotiven üblich, die Reibung mittels Sand zu verbessern. Dieser kann beim Anfahren mittels eines Sandstreuers vor die Räder gestreut werden, um das Durchdrehen bei schlechten Witterungsbedingungen zu verhindern.

Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass bei typischen Werten der Anfahrzugkraft einer Lokomotive der Haftreibungskoeffizient zwischen Rad und Schiene (Stahl – Stahl) einen Wert annehmen muss, der größer ist als üblicherweise in Tabellenwerken angegebene Werte. Zum Beispiel erfordert eine 4-achsige Lok mit Achslast 21,7 t, Anfahrzugkraft 300 kN (z. B. DBAG-Baureihe 152), einen Reibungskoeffizienten von 0,35. Die scheinbaren Grenzen der Physik werden dadurch überwunden, dass der Tabellenwert für plane Oberflächen gilt, bei Lokomotiven jedoch, wie zuvor erwähnt, die Möglichkeit zum Sanden besteht und damit eine rauhere Oberfläche mit mehr Grip geschaffen wird.