Traktionsstromkreis

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Die Lokomotive wurde für eine Fahrleitungsspannung von 15 000 Volt und 16 2/3 Hertz gebaut. Die im Pflichtenheft der Schweizerischen Bundesbahnen SBB vorhandene Option für Gleichstrom mit 3 000 Volt wurde nicht umgesetzt. Somit war die Lok 2000 eine klassische Lokomotive für einphasigen Wechselstrom. Das ist ein Punkt, der bei Vorstellungen von Fahrzeugen immer wieder vergessen wird, denn wer kümmert es schon, was in der Fahrleitung ist?

Übertragen wurde die Spannung aus der Fahrleitung mit zwei auf dem Dach montierten Stromabnehmern. Dabei kamen Einholm-stromabnehmer der Bauart WBL 85-SBB zur Anwendung.

Der Zusatz SBB kennzeichnet die Tatsache, dass dieser Strom-abnehmer mit einer doppelten Schleifleiste von 1 450 mm ausgerüstet worden ist. Aufgebaut waren die Schleifleisten zu-dem aus Kohle, da sich diese in den Jahren durchsetzen konnten.

Die einzeln gefederten Schleifstücke, die auch bei hohen Ge-schwindigkeiten einen guten Kontakt mit der Fahrleitung erlaubten, waren eine Neuerung. Die Kohleneinlagen der ein-zelnen Schleifstücke wurden mit Druckluft überwacht.

Dank dieser Massnahme konnte der Stromabnehmer bei einer de-fekten Schleifleiste automatisch notgesenkt werden. Ergänzt wurde diese Schleifleistenüberwachung noch mit einer Schlag-sicherung, die ebenfalls ein automatisches senken des Strom-abnehmers zur Folge hatte.

Mit diesen bei Wechselstrom üblichen Schleifleisten aus Kohle konnte jedoch nur eine beschränkte Leistung übertragen werden. Bei einer Spannung von 15 000 Volt ergab das einen Strom von 600 Ampère. Gerechnet entsprach das einer Leistung von 9 000 kVA. Für die Lokomotive reichte das jedoch aus, so dass auf der Fahrt nur ein Stromabnehmer an die Fahrleitung angelegt werden musste. Wurde die Leistung überschritten, gerieten die Schleifleisten in Brand.

Der Vorteil dieser Stromabnehmer war, dass sie gegenüber den älteren Modellen leichter waren. Zudem waren sie auch für höhere Geschwindigkeiten zugelassen. Daher mussten der schnellen Lokomotive auch die neuen Stromabnehmer montiert werden. Speziell war nur, dass die Stromabnehmer gegenüber der in der Schweiz üblichen Anordnung verkehrt montiert wurden. Daher stand die Öffnung der Stromabnehmer bei der Lok 2000 nach aussen.

Man erhoffte sich so eine bessere Kontaktaufnahme beim normalerweise gehobenen hinteren Stromabnehmer, da dieser so gezogen und nicht geschoben wurde.

Gerade die aerodynamischen Effekte bei hohen Ge-schwindigkeiten waren den Konstrukteuren in der Schweiz damals noch nicht bekannt.

Waren bisher die Steigerungen nur gering, gab es mit der Lok 2000 nahezu eine Verdoppelung. Daher konnten die Stromabnehmer andere Eigenschaften entwickeln.

Durch die Montage der Stromabnehmer in den auf dem Dach vorhandenen Nischen war das gesenkte Exemplar nicht dem Fahrtwind ausgesetzt. Dadurch wurden störende Luftgeräusche und ein allfälliges ungewolltes anheben des gesenkten Stromabnehmers verhindert.

Da sich diese Nischen im Winter jedoch leicht mit Schnee füllen konnten, rüstete man die Stromabnehmer mit einer Heizung aus. Dadurch konnte der Stromabnehmer auch bei Kälte und Nässe gehoben werden.

Gehoben wurden diese Stromabnehmer, wie die früheren Modelle. An der Lösung mit der Senk- und Hubfeder hatte sich nichts geändert. So wurde auch hier mit Hilfe von Druckluft die Kraft der Senkfeder aufgehoben.

Dadurch konnte die Hubfeder den Stromabnehmer heben. Dieser hob sich nun, bis er auf einen Widerstand traf, oder die Höhenbegrenzung ein weiteres Heben verhinderte. Der Widerstand war die Fahrleitung. Der eingestellte Anpressdruck lag bei rund sechs Kilogramm.

Die von den Einholmstromabnehmern auf die Lokomotive übertragene Spannung der Fahrleitung wurde einer gemeinsamen Dachleitung zugeführt. Diese Dachleitung verlief innerhalb der Verschalungen auf dem Dach. So war diese optisch nicht zu erkennen. Damit das Dach abgenommen werden konnte, waren Trennlitzen vorhanden. Diese Trennlitzen mussten auch geöffnet werden, wenn ein defekter Stromabnehmer elektrisch abgetrennt werden musste.

Bei jedem Stromabnehmer war ein Überspannungsableiter angebracht worden. Diese Einrichtung sollte verhindern, dass bei einem Blitzschlag in die Fahrleitung die hohe Spannung in die Lokomotive geraten konnte. In diesem Fall wurde die hohe Spannung auf das Dach der Maschine und somit auf die Erde geschaltet. Es kam zu einem Kurzschluss auf dem Dach der Lokomotiven in nicht im Maschinenraum.

Ebenfalls an der Dachleitung angeschlossen war der Hauptschalter der Lokomotive. Hier kam ein Vakuum-hauptschalter vom Typ BVAC 15.08.25 zum Einbau. Dieser löschte den beim Schalten entstehende Funken in einem Vakuum.

Beziehungsweise, es konnte gar kein Funkte ent-stehen. Obwohl bisher mit Druckluft betriebene Mo-delle verwendet wurden, kam hier ein Modell mit Va-kuum zur Anwendung. Der Grund dafür war simpel, denn der Hauptschalter war schlicht leichter.

Nach dem Hauptschalter wurde die Spannung aus der Fahrleitung einem Hochspannungskabel zugeführt. Dieses Kabel verlief dann durch den Maschinenraum zum unter der Lokomotive montierten Transfor-mator.

Sowohl die Dachleitung, als auch dieses Hochspann-ungskabel konnten daher für den Unterhalt mit einem Erdungsschalter auf Erde geschaltet werden. Einge-baut wurde der Erdungsschalter im Bereich des Hauptschalter.

Bisher galt für die Lok 2000, dass die Re 465 der Lötschbergbahn in den erwähnten Punkten der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB entsprach. Das wird sich beim Aufbau der weiteren elektrischen Ausrüstung jedoch nicht mehr ergeben. Grundsätzlich war der elektrische Aufbau der Lokomotive bis auf kleinere Ausnahmen gleich. In den folgenden Abschnitten werden die Unterschiede, sofern sie vorhanden waren, jeweils aufgeführt werden.

Der bei der Lokomotive unterflur montierte Transformator hatte direkte Auswirkungen auf die Gestaltung des Maschinenraumes. So konnte der Durchgang durch den Maschinenraum in der Mitte desselben und gerade ausgeführt werden. Bisher verhinderte der Transformator diese Lösung, so dass man darum herum gehen musste. Daher befanden sich auch die beiden Türen, die den Maschinenraum abschlossen, in der Mitte der Rückwand des Führerstandes.

Die Spannung der Fahrleitung wurde der Primär-wicklung des Transformators zugeführt. Diese Spule verfügte jedoch über keine zusätzlichen Anzapfung-en.

Sie wurde über vier unterschiedlich lange an den Triebachsen angebrachte Erdungsbürsten mit der Er-de und somit mit dem Kraftwerk verbunden. Damit entstand nun ein geschlossener Stromkreis und es konnte Leistung übertragen werden.

Soweit waren sich die Transformatoren noch einig. Bei der Anzahl der sekundären Spulen gab es jedoch Unterschiede zwischen den beiden Maschinen. So hatte die Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB insgesamt vier Sekundärwicklungen mit einer Spannung von je 1 783 Volt erhalten.

Bei der Re 465 der Lötschbergbahn wurden jedoch sechs Spulen mit einer Spannung von jeweils 1 321 Volt vorgesehen. Die Werte der Spannung waren je-doch bewusst so gewählt worden.

Auch bei der Leistung waren die Transformatoren unterschiedlich. So konnte das Modell, das bei der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB eine dauerhafte Leistung von 5 400 kVA übertragen.

Bei der Lokomotive für die Lötschbergbahn wurde jedoch nur eine Leistung von 5 213 kVA vorgesehen. Trotzdem sollte die Lokomotive eine höhere Leist-ung haben.

Warum das so war, erfahren wir später, der Trans-formator der Re 465 war auf jeden Fall leicht schwächer.

Die Kupferwicklungen waren wegen dem Gewicht sehr knapp berechnet worden. Das führte dazu, dass sie eigentlich zu heiss wurden. Damit diese Wärme jedoch abgeführt werden konnte, wurde dem Transformator spezielles Öl eingefüllt. Dieses Transformatoröl besass kein PCB und sorgte neben der Kühlung auch für eine Verbesserung der Isolation. Die zugelassene Wärme im Transformator wurde elektronisch überwacht und durfte maximal 97°C betragen.

Im weiteren Verlauf des Traktionsstromkreises beschränke ich mich auf ein Drehgestell. Sie können sich merken, dass die Ansteuerung des anderen Drehgestelles identisch ausgeführt wurde.

Doch nun kommen wir mit der Spannung von Transformator und müssen diese den Fahrmotoren zuführen. Bei der klassischen Lokomotive hiess das, es folgte der Wendeschalter. Bei der Lok 2000 war das jedoch anders gelöst worden.

Von den sekundären Spulen wurde die Spannung den Umrichtern zugeführt. Diese Traktionsstromrichter waren bei beiden Baureihen in drei Bereiche aufgeteilt worden.

Das war zuerst der Netzstromrichter, dann folgte der Zwischenkreis und letztlich der Antriebsstromrichter. Bei den Stromrichtern wurden die neu entwickelten Thyristoren in der Bauart GTO verwendet. Der Vorteil dieser Thyristoren war, dass sie sowohl gezündet, als auch gelöscht werden konnten.

Beginnen werden wir die Betrachtung des Umrichters mit dem Netzstromrichter. Dieser war mit den sekundären Spulen verbunden worden. Dabei kamen bei der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB vier einzelne Stromrichter zur Anwendung. Diese erzeugten eine Gleichspannung, die im Zwischenkreis zu einem Wert von 3 500 Volt führte. Damit war es theoretisch möglich die Gleichspannung der FS direkt dem Zwischenkreis zuzuführen.

Das war eine klare Forderung der Schweizerischen Bundesbahnen SBB, die hier eine Option vorsahen. Dank dem Zwischenkreis mit 3 500 Volt Gleichstrom, war die Lokomotive bereits soweit vorbereitet, dass auf Wunsch der Staatsbahn eine spezielle Zweisystemlokomotive der Baureihe Re 462 gebauten werden konnte. Verwirklicht wurde diese im Pflichtenheft vorgesehene Variante jedoch nie und die Re 460 wurde nie unter 3 000 Volt Gleichstrom eingesetzt.

Bei der Re 465 der Lötschbergbahn kamen jedoch sechs einzelne Stromrichter zur Anwendung. Diese funktionierten jedoch nach dem gleichen Prinzip, so dass auch hier eine Gleichspannung für den Zwischenkreis entstand. Diese Spannung betrug jedoch nur noch 2 800 Volt. Damit war die Re 465 nicht für eine Ausrüstung mit Gleichstrom vorbereitet. Eine Schutzeinrichtung verhinderte, dass die Lokomotive unter 3 000 Volt Gleichstrom eingeschaltet werden konnte.

Die Spannung im Zwischenkreis wurde nun den An-triebsstromrichtern zugeführt. Ab hier erfolgten eig-entlich die grössten Unterschiede der beiden Loko-motiven.

So hatte die Re 460 der Schweizerischen Bundes-bahnen SBB eine auf das Drehgestell bezogene An-steuerung erhalten. Bei der Re 465 der Lötsch-bergbahn wurde jedoch eine Ansteuerung auf jede einzelne Achse vorgesehen. Das veränderte daher auch die Antriebsstromrichter.

Die als Wechselrichter geschalteten Antriebsstrom-richter bestanden ebenfalls aus GTO-Thyristoren. Dank diesen löschbaren Thyristoren konnten für die Fahrmotoren Drehstromnetze mit unterschiedlicher Spannung und Frequenz erzeugt werden. Gerade die GTO-Thyristoren waren damals neu und ermöglichten erst eine solche Lokomotive, die im Unterhalt wesentlich billiger sein sollte, als das bei klassischen Lokomotiven der Fall war.

Während bei der Lokomotive Re 460 drei Wechselrichter verwendet wurden, gab es bei der Lokomotive Re 465 deren sechs Stück. Das hatte daher einen direkten Einfluss auf die Anzahl der verwendeten GTO-Thyristoren. So wurden bei der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB insgesamt 52 GTO eingebaut. Bei der Re 465 der BLS stieg dieser Wert jedoch auf 60 Exemplare an. Wenn wir auf die Gewichte der Lokomotiven blicken, hatte das einen Einfluss.

Die GTO-Thyristoren der Lokomotive Baureihe Re 460 mussten wegen der höheren Zwischenkreisspannung von 3 500 Volt besser isoliert und kräftiger ausgeführt werden, als jene der Re 465, die nur 2 800 Volt ertragen mussten. Insgesamt wurde die Lokomotive Re 465 der Lötschbergbahn daher trotz der grösseren Anzahl GTO-Thyristoren zwei Tonnen leichter, als die Lokomotive der Schweizerischen Bundesbahnen SBB.

Die Kühlung und Isolation der Bauteile in den Umrichtern erfolgte ebenfalls mit Transformatoröl. Dessen Eigenschaften wurden daher auch in diesem Bereich genutzt. Jedoch gab es bei der zugelassenen Temperatur Unterschiede. Die Stromrichter der beiden Lokomotiven durften nicht wärmer als 60°C werden. Damit lagen sie deutlich unter dem Wert des Transformators. Welche Auswirkungen das auf die Steuerung hatte, erfahren wir in diesem Abschnitt.

Durch die unterschiedlichen Spannungen bei den Zwischenkreisen und der Aufbau als Dreipunktschaltung bei der Lokomotive Re 460 und als Zweipunktschaltung bei der Re 465 der Lötschbergbahn mussten auch unterschiedliche Fahrmotoren eingebaut werden. Jede Achse hatte ihren eigenen Fahrmotor erhalten, einzig die Ansteuerung derselben erfolgte entweder auf ein Drehgestell (Re 460) oder auf eine Achse (Re 465). Dieser Unterschied machte sich jedoch nicht nur bei Störungen bemerkt.

Die Fahrmotoren der Re 460 waren als Asynchronmotoren vom Typ 4-FXA 7065 ausgeführt worden. Diese Drehstrommotoren hatten eine maximale Drehzahl von 4 180 U/min erhalten. Die variable Frequenz der Ansteuerung konnte zwischen 0 und 147 Hertz geregelt werden.

Die maximale an der Klemme zugelassene Spannung betrug 2 640 Volt. Jeder Motor konnte eine Anfahrzugkraft von 75 kN erzeugen. Daher betrug die maximale Anfahrzugkraft der Lokomotive 300 kN.

Bei der Re 465 kamen jedoch Drehstrommotoren von Typ 6 FHA 7067 zum Einbau. Hier betrug die maximale Klemmenspannung lediglich 2 180 Volt bei einer maximalen Frequenz von 213 Hertz.

Auch für diese Asynchronmotoren wurde eine Anfahrzugkraft von 75 kN angegeben. Dadurch galt auch für die Re 465 eine Zugkraft von 300 kN. Trotzdem sollte es dadurch Unterschiede zwischen den beiden Lokomotiven geben.

Da bei der Re 465 der Lötschbergbahn jede Achse mit unterschiedlichen Parametern angesteuert werden konnte, wurden so innerhalb der Lokomotive aber auch innerhalb des Drehgestells unterschiedlich Zugkräfte ermöglicht. Gerade hier sah man gegenüber der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB wesentliche Vorteile bei der Ausnützung der Zugkraft. Dies insbesondere bei einem schlechten Zustand der Schienen.

Bei beiden Lokomotiven wurde die Leistungsgrenze bei 80 km/h erreicht. Jetzt stand eine Zugkraft von 275 kN zur Verfügung und die Leistung betrug bei der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB 6 100 kW. Obwohl die Werte für die Leistungsgrenze bei der Re 465 der Lötschbergbahn identisch waren, wurde für die Lokomotive eine Leistung von 7 000 kW angegeben. Der Unterschied zwischen den Lokomotiven verschwand daher in den Unterlagen. Praktisch musste sie den Beweis noch erbringen.

Bei Höchstgeschwindigkeit von 230 km/h stand noch eine Restzugkraft von 83 kN zur Verfügung. Hier muss jedoch erwähnt werden, dass diese Zugkraft von den Lokomotiven nicht erreicht werden sollte. Daher wurde oft der Wert für 200 km/h angegeben und dieser lag bei beiden Lokomotiven bei 110 kN. Damit war die Lok 2000 für den schweren Güterverkehr, als auch für den schnellen Reiseverkehr geeignet. Wir haben eine universelle Lokomotive erhalten.

Beide Maschinen besassen eine elektrische Nutzstrombremse, die theoretisch die volle Leistung der Lokomotive über den Transformator an die Fahrleitung abgeben konnte. Rein physikalisch war das jedoch nicht möglich, jedoch theoretisch so machbar. Letztlich beschränkten die Vorschriften die Leistung der elektrischen Bremse in den meisten Fällen zusätzlich. Hier konnte die Lokomotive Re 465 trotzdem etwas höhere elektrische Bremskräfte erzeugen, was bei Gebirgsbahnen sicherlich ein Vorteil sein konnte.

Für die Nutzstrombremse mussten keine speziellen Schaltungen vorgenommen werden. Die Fahrmotoren wechselten automatisch in den Bremsmodus, wenn die Drehzahl jene des Drehfeldes übersteigt. Danach war es nur noch eine Änderung des Stromflusses in den Umrichtern. Einfach gesagt, hier ergab nun der Gleichrichter den Wechselrichter. Hätte man hier Dioden anstelle der GTO-Thyristoren verwendet, müsste nun ein neuer Strompfad erstellt werden, so konnte man einfach nur den Stromfluss umdrehen.

 

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