Elektrische Ausrüstung

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Die Lokomotiven erhielten zwei Stromabnehmer auf dem Dach montiert. Dabei kam eine neue Konstruktion zur Anwendung, die gegenüber den vorher montierten Modellen um 250 kg leichter geworden waren. Sie erkennen jetzt schon, dass man bei den elektrischen Bauteilen Gewicht einsparen musste, wo das nur ging. Dies war alles nötig, damit man auf eine dritte Laufachse verzichten konnte. Die einzelnen Bauteile waren einfach noch zu schwer.

Neu eingeführte doppelte Schleifleisten erlaubten es der Lokomotive seit der Ablieferung nur noch mit einem gehobenen Stromabnehmer zu fahren. Es wurden bei den Stromabnehmern unterschiedliche Schleifstücke nach Vorgabe der SBB montiert. Heute eine selbstverständliche Sache, muss man klar sagen, dass diese Stromabnehmer auf den Ae 4/6 erstmals bei einer SBB-Lokomotive verbaut wurden und diese somit auch hier eine Neuerung darstellten.

Die Spannung der Fahrleitung wurde mit dem gehobenen Stromabnehmer auf das Dach der Lokomotive übertragen. Die beiden Stromabnehmer waren mit einer kupfernen Dachleitung verbunden. So gelangte die Energie der Fahrleitung unabhängig vom gehobenen Stromabnehmer zum Hauptschalter der Lokomotive. Die Dachleitung konnte an mehreren Stellen getrennt werden, so dass defekte Bauteile von der elektrischen Ausrüstung getrennt werden konnten.

Neu war auch der verwendete Hauptschalter. Besassen die bisher abgelieferten Lokomotiven noch Modelle mit einer Ölfüllung, kam bei den Ae 4/6 erstmals ein mit Druckluft betriebenes Modell zum Einbau. Dieser Drucklufthauptschalter hatte gegenüber den Ölhauptschaltern Vorteile. Bei den Ae 4/6 war klar das geringere Gewicht ausschlaggebend. Dieser neuartige Schalter war jedoch nicht ohne Tücken. So musste oft um die Lokomotive einzuschalten, als letzte Rettung die verbotene weil gefährliche, Besenstielmethode angewendet werden.

Vom Hauptschalter wurde die Spannung mit einer weiteren Dachleitung zum mitten in der Lokomotive montierten Transformator geführt. Das schwerste und grösste Bauteil war der Transformator, daher war er in der Mitte der Lokomotive zu platzieren. Nur so war es möglich eine ausgewogen abgefederte Lokomotive zu erhalten. Durch die Grösse des Transformators musste das Dach hier gegenüber der restlichen Lokomotive angehoben werden.

Einersets schaffte man den Platz, in dem man den Dachbogen gerundet geschaltet hatte und das Dach in der Längsachse schräg angezogen wurde. Nur so konnte das flache Dach der Ae 4/6 verwirklicht werden. Auch hier war die Ae 4/6 die letzte Lokomotive, die das Dach dem Transformator anpassen musste. Neuere Transformatoren waren noch einmal kleiner geworden und fanden unter dem Dach platz.

Auch beim Transformator sparte man Gewicht ein. Deshalb kamen an Stelle des durch den Krieg fehlenden Kupfers Aluminium für die Wicklungen zum Einbau. Da man aber immer versuchte das vorhandene und bessere Kupfer zu verwendet, hatten die Lokomotiven unterschiedliche Gewichte. Aluminium bei den Wicklungen war nicht beliebt und so suchte man nach anderen Lösungen. Nur, wenn es an Kupfer mangelte, war Aluminium ein guter Ersatz.

Der Transformator hatte mehrere unabhängige Spulen. Die Primärspule hatte neben den Stufenanzapfungen noch zwei Anzapfungen für die Zugsheizung, die an beide Seiten der Lokomotive geführt wurde und dort in einem Heizkabel und einer Heizsteckdose endete. Die Heizleitung der Ae 4/6 konnte noch von 800 auf 1000 Volt umgeschaltet werden. Ein- oder ausgeschaltet wurde die Heizleitung mit einem Heizhüpfer.

Die Erdung dieser Primärspule und somit des Transformators erfolgte über spezielle Erdungsbürsten auf alle Achsen und von dort über die Radsätze auf die Schienen. Diese Erdungsbürsten hatten unterschiedliche Längen und mussten regelmässig durch das Wartungspersonal kontrolliert werden. Da sie abgenutzt keinen Kontakt mehr hatten und die Lokomotiven unter Hochspannung hätte stehen können. Die Abnützung wurde zudem überwacht.

Die Anzapfungen für die Fahrstufen wurden über den Stufenschalter mit der zweiten Spule des Transformators verbunden. Erst jetzt erfolgten die galvanische Trennung der Spulen und die Reduktion der Spannung. Zwar wurde durch den Aufbau mehr Kupfer im Transformator benötigt. Diese konnte aber bei der Konstruktion des Stufenschalters eingespart werden, da dünnere Leitungen verwendet werden konnten.

Die Versorgung der Hilfsbetriebe erfolgte aber eine eigene Spule. Diese hier beschriebene Beschaltung des Transformators benötigt zwar etwas mehr Kupfer, ist jedoch insgesamt leichter, als eine Steuerung mit Stufenschalter am niederspannungsseitigen Ende des Transformators. Es zeigt sich deutlich, wie schwer es ist, in einem Transformator und in der elektrischen Ausrüstung Gewicht zu sparen. Denn weniger Spulen waren fast nicht möglich oder wurden schwerer.

Gewicht einsparen konnte man nur durch knapp bemessene Leitungen. Damit diese, die eigentlich überlastet wurden, nicht zerstört wurden, kühlte man sie mit Öl. Zudem verbesserte das Öl die Isolation, die dadurch ebenfalls leichter und kompakter gebaut werden konnte. Eine Bauweise, die in den Jahren immer verbessert wurde und immer kleinere Transformatoren ergab. Zusätzlich konnten auch die Verfügbaren Leistungen erhöht werden.

Das im Transformator erwärmte Transformatoröl musste künstlich gekühlt werden. Es wurde daher mit einer Ölpumpe in Bewegung versetzt und so von den warmen Spulen abgeführt und der Kühlung zugeführt. Klar hatte das Transformatoröl auch ein nicht zu unterschätzendes Gewicht, aber die Einsparungen beim Material wogen dieses Gewicht bei weitem auf.

Durch die Ölpumpe gelangte das Öl zum ausserhalb des Transformators montierten Ölkühler. Dort wurde das Transformatoröl durch die Ventilation der Lokomotive gekühlt. Diese Bauweise war bei den Ae 4/6 noch nötig um Gewicht zu sparen, gehörte aber anschliessend zum üblichen Aufbau von Lokomotiven. Letztlich war alles nur nötig, um den Transformator so leicht wie nur möglich zu gestalten. Trotzdem blieb der Transformator immer das schwerste Bauteil einer Lokomotive.

Der Stufenschalter war im Gehäuse des Transformators untergebracht worden. Der Grund dafür lag im Aufbau des Stufenschalters, der nicht wie bisher üblich an der sekundären Spule angeschlossen wurde, sondern von der primären Spule versorgt wurde. Deshalb wurden hier die gefährlichen Hochspannungen geschaltet. Die Reduktion der Spannung auf für die Fahrmotoren erträgliche Werte, erfolgte erst nach dem Stufenschalter. Es handelt sich um einen Hochspannungsstufenschalter. Eine Bauweise, die bei nachfolgenden Modellen auch angewendet wurde.

Die Ae 4/6 wurden mit einem Hochspannungsstufenschalter aus dem Hause BBC mit runden Kontaktbahnen ausgerüstet. Die Spannungen der einzelnen Anzapfungen wurden so geschaltet, dass letztlich den Fahrmotoren eine Spannung zwischen 55 und 950 Volt zugeführt wurde. Ingesamt standen 26 Fahrstufen zur Verfügung, was eine sehr feine Abstufung ergab und die Lokomotive so fast rucklos schalten lies.

Die Ae 4/6 hatten nicht weniger als acht Fahrmotoren eingebaut bekommen. Jeder Triebachse waren somit zwei Motoren zugeordnet worden. Es kamen kompensierte Seriemotoren mit separatem Wendepolfeld zum Einbau. Diese hatten sich in den Jahren vorher bestens bewährt und gehörten zum Standard von elektrischen Lokomotiven für Wechselstrom. Im Lauf der Jahre wurden diese Motoren jedoch so klein, dass man diese Lösung wählen konnte.

Ein Vergleich soll das verdeutlichen. Hatten die ersten Lokomotiven für die BLS noch Motoren, die zu zweit nahezu den gesamten Maschinenraum ausfüllten, waren die Motoren, die eine vergleichbare Leistung hatten, nun so klein geworden, dass diese gleich zu acht in den Maschinenraum passten. Nachfolgende Motoren sollten bereits in einem Drehgestell eingebaut werden und dabei noch einmal höhere Leistungen aufweisen.

Speziell bei den Motoren der Ae 4/6 waren jedoch die Gehäuse. Diese waren entweder aus Guss oder wurden elektrisch geschweisst. Das war jedoch eine direkte Folge des akuten Rohstoffmangels. Stand Gusseisen zur Verfügung erstellte man gegossene Fahrmotorgehäuse, sonst musste man diese halt aus Blechen zusammenschweissen. Die Leistung jedes Motors betrug während der Dauer einer Stunde 525 kW. Was für die Lokomotive eine Stundenleistung von 4'077 kW ergab. Die Anfahrzugkraft lag bei den Ae 4/6 bei rund 218 kN. Im Vergleich dazu soll die rund 10 Jahre ältere Ae 4/7 erwähnt werden, denn diese hatte eine Anfahrzugkraft von 196 kN benötigte aber eine Laufachse mehr.

Die Welle des Rotors war ebenfalls in Gleitlagern gelagert worden. Noch war man nicht in der Lage hier Rollenlager zu verwenden. Die Rotorwelle wurde dem Getriebe zugeführt, wo auch der zweite einer Achse zugeordnete Fahrmotor auf das Getriebe wirkte. So war auf jeder Seite ein Motor vorhanden. Daraus ergab sich in diesem Bereich ein mittig angeordneter Durchgang für das Personal. Dieser Mittelgang musste nur im Bereich des Transformators zur Seite verlegt werden.

Die ohmschen Wendepolshunts der Fahrmotoren wurden bei den ersten vier Maschinen noch aussen unter der Längswand montiert. Sie wurden durch ein Gitter vor mechanischen Beschädigungen geschützt und durch den Fahrtwind gekühlt. Diese Anordnung hatte den Nachteil, dass die Widerstände stark verschmutzt wurden. Hauptsächlich war es das Öl aus den vielen Gleitlagern. Trat dieses aus, verspritzten die Räder es in die Widerstände.

Bremste man mit der pneumatischen Bremse kräftig, gelangten Funken in den Bereich der Widerstände. Dieser Funkenwurf entzündete in mehr als einem Fall den öligen Schmutz und rief nach dem Eingreifen der Feuerwehr. Um diese doch sehr häufigen Störungen in den Griff zu bekommen, wurden die Wendepolshunts bei den weiteren Maschinen im Maschinenraum montiert. Die notwendige Kühlung erfolgte dann mit einem speziellen Ventilator.

Jeder Fahrmotorgruppe war ein Wendeschalter zugeordnet worden. Dieser Wendeschalter war elektropneumatisch angetrieben und stellte die notwendigen Schaltungen bereit. Der Wendeschalter bewerkstelligte die Umgruppierung der Fahrmotoren, wenn die elektrische Bremse aktiviert wurde. Blockierte man den Wendeschalter in der 0-Stellung konnte die Fahrmotorgruppe bei einem Defekt abgetrennt werden.

Die bewährte Schaltung der elektrischen Bremse nach Behn-Eschenburg wurde bei den Ae 4/6 nicht mehr verwendet. Man wählte hier eine neuartige  Erregermotor-Schaltung. Bei dieser Schaltung funktionierte der linke Fahrmotor 1 als Erreger für die drei übrigen Fahrmotorgruppen. Der rechte Fahrmotor 1 drehte im Bremsbetrieb leer mit. Vereinfacht kann man sagen, dass die Achse 1 der Erregergenerator für die restlichen Achsen war.

Die Feldwicklung des Erregermotors wurde für dessen Erregung aus einem besonderen Transformator gespeist. Diese Bremsschaltung funktionierte aber nur, wenn alle Fahrmotorgruppen betriebsbereit waren. Fiel einer der acht Fahrmotoren aus, war auch keine elektrische Bremse vorhanden. Die Ausnahme bildete hier natürlich der Fahrmotor 1 rechts, der bei der elektrischen Bremse nicht benötigt wurde. Diese Schaltung brachte einen wesentlich verbesserten Leistungsfaktor, bot aber weiterhin die Stabilität der Schaltung nach Behn-Eschenburg.

Da die elektrisch erzeugte Bremskraft der Ae 4/6 beträchtlich höher war, als bei früheren Schaltungen, musste dafür gesorgt werden, dass sich elektrische und automatische Bremse nicht überlagern konnten. Das hätte zum blockieren und gleiten von Radsätzen geführt. Deshalb wurde sobald der Druck in den Bremszylindern der Triebachsen den Wert von 1.2 bar überstieg, die elektrische Bremse ausgeschaltet. Die pneumatische Bremse hatte im Notfall immer Priorität.

Diese Art der elektrischen Bremse wurde in der Folge auf allen Lokomotiven der SBB verwendet und erst bei den Re 6/6 leicht verändert. Die Rekuperationsbremse der Ae 4/6 war somit wegweisend und wurde erst mit den modernsten Lokomotiven mit Drehstrommotoren aufgegeben, da dort andere Steuerungen zum Einbau kamen. Erneut war die Ae 4/6 elektrisch gesehen ein Versuchsträger.

Die Fahrmotoren mussten künstlich belüftet werden. Diese Ventilation bezog die benötigte Luft durch das zweite gegen die Lokomotivmitte angeordnete Lüftungsgitter. Somit waren die mittleren beiden Lüftungsgitter für die Fahrmotorkühlung zuständig. Die Ventilatoren pressten die Luft nun in die Fahrmotoren und durch den Ölkühler des Transformators. Danach gelang die Luft wieder ins Freie. Je ein Ventilator kühlte somit zwei Fahrmotoren, aber immer nur einen Fahrmotor einer Achse. Ingesamt gab es bei den Ae 4/6 vier Ventilatoren für die Fahrmotoren.

Die Hilfsbetriebe stellten keine Besonderheit dar. Mit einer Spannung von 220 Volt versorgte die Hilfsbetriebewicklung die diversen Verbraucher der Lokomotive. So konnten hier die Ersatzteile auch von anderen Lokomotiven bezogen werden. Das verringerte den Aufwand bei der Vorhaltung von Ersatzteilen. Wir betrachten nun die einzelnen Bauteile der Hilfsbetriebe etwas genauer.

Für den Betrieb der Lokomotiven waren die Motoren der diversen Ventilatoren angeschlossen. Diese waren zusammen mit der Ölpumpe separat abgesichert. Sprach somit eine Sicherung an, konnte nicht zwischen Ventilation und Ölpumpe unterschieden werden. Daher musste die Lokomotive bei Ausfall dieses Stranges abgeschleppt werden. Da sonst schwere Schäden an den Fahrmotoren und am Transformator entstanden wären. Gerade der Transformator war sehr kritisch.

Die Hilfsbetriebe versorgen auch den Kompressor mit der nötigen Energie. Speziell hier war, dass der Kompressor mit einem Schütz geschaltet wurde. Dieser konnte auch ohne Druckluft geschaltet werden, was gerade beim Kompressor wichtig war, da dieser auch ohne Druckluft geschaltet werden musste. Es kam ein Rotationskompressor zum Einbau. Auf den Einbau eines Hilfsluftkompressors verzichtete man.

Letztlich wurden die Batterieladung, die Heizung für die beiden Führerräume und die Anzeige der Fahrleitungsspannung von den Hilfsbetrieben abgenommen. Auch das war eine Standardschaltung, die auf vielen Lokomotiven verwendet wurde. Die spezielle Detektion der Fahrleitungsspannung, wie sie bei den Ae 8/14 noch verwendet wurde, baute man auch hier ein. Es kamen aber runde Dachantennen zur Anwendung.

 

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