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Spannungsregulierung AC klassisch |
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Bei
Lokomotiven und
Triebwagen,
die mit
Wechselstrom
betrieben werden, können wir mit einem Transformator die
Spannung
anpassen. Hinzu kommt, dass in den Wicklungen auch Anzapfungen vorgesehen
werden können. Damit ergeben sich bei diesen Maschinen Lösungen mit
mehreren Spannungen. Letztlich führte das dazu, dass sich der Wechselstrom
bei den Bahnen durchsetzen konnte. Sollten Sie andere Systeme vorziehen,
können Sie nun dazu wechseln.
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Regulierung DC und
Drehstrom |
Regulierung modern |
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Schön, dass Sie sich für die klassische Regulierung des
Wechselstromes
entschieden haben. Dank dem Transformator können
Spannungen
erzeugt werden, die einen geringeren Wert hatten. Damit stieg jedoch der
Strom
an und das sorgte für ein weiteres Problem, das von den Herstellern im
Laufe der Jahre auf unterschiedliche Art gelöst wurde. Hier alle
erdenklichen Ideen aufzulisten wäre schlicht zu umfangreich.
Diese Anpassung erfolgte indem die Spannung auf einen unterschiedlichen Wert gelegt wurde. Damit konnte die Leistung einfach reguliert werden. Je-doch ergibt sich damit ein Problem, das gelöst werden muss, denn um die Spannung zu verändern, mussten andere Anzapfungen benutzt werden.
Diese nur zu trennen und neu zu verbinden, reichte schlicht nicht aus.
Beim Wechsel ergab es einen Unterbruch und der war für die Motoren
schädlich, da der Schwung verloren ging und die neue Kraft kam. So einfach
war es also nicht und das erlaubte auch verschiedene Lösungen. Wenn man nun gleichzeitig zwei Anzapfungen benutzt, entsteht im Trans-formator ein Kurzschluss. Daher ging das auch nicht und daher besteht die klassische Lösung immer aus zwei Bereichen.
Einer sorgt für die erforderliche Schaltung und der zweite Teil
beschränkte den
Strom
beim
Kurzschluss.
Das musste zudem noch auf zuverlässige Weise funktionieren, denn hier gab
es oft nur eine Lösung, die verbaut wurde.
Grundsätzlich ist diese Regelung der
Spannung
bei
Wechselstrom
auf zwei Arten ausgeführt worden. So wird bei der direkten Lösung der
Transformator über das Schaltteil mit den Motoren verbunden. Bei der
zweiten Lösung wandelte man die Spannung um, damit andere Motoren genutzt
werden können. Dabei erfolgte das aber in
Gleichstrom
und die Anpassung der Spannung wurde klassisch ausgeführt. Wir beginnen
mit einer einfachen Lösungen.
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Der
Gleittransformator |
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Die
Betrachtung beginne ich mit der einfachsten Lösung, die es gibt. In dem
Fall wird ein
Gleitschuh
über die blanken Windungen geführt und so unterschiedliche
Spannungen
abgenommen. Es ergab keinen Unterbruch und die
Kurzschlüsse
bei den Windungen konnten damit begrenzt werden, dass kein zu grosser
Unterschied bei der Spannung vorhanden war. Mehr wurde eigentlich nicht
mehr benötigt, denn es ist so simpel.
Ein
Regler können sie dabei drehen und so beginnt die Lo-komotive zu fahren.
Mit dem Regler verändern sie die
Spannung,
die dem Motor zugeführt wird. Dabei haben Sie vermutlich schon
festgestellt, dass dies nicht so leicht sein kann. Durch drehen des Reglers wird ein Gleitschuh von einer Windung zur nächsten verschoben. In jeder ist eine andere Spannung vorhanden und so fährt die Lokomotive. Sofern Sie den Regler unglücklich zwischen zwei Wind-ungen belassen, kommt es zwischen diesen zu einem Kurzschluss.
Dieser ist aber wegen der eher bescheidenen
Leistung
be-schränkt und stellt keine Gefahr dar. Einzig der Wandler ist zu gross
dimensioniert. Es ist so, die meisten Modellbahntransformatoren könnten eine deutlich höhere Leistung abgeben. Wegen den Kurz-schlüssen muss aber deren Strom verringert werden. So kann die Lokomotive mit etwas Geschick ohne merkliche Stufen in der Geschwindigkeit reguliert werden. An diesem Prinzip änderte sich bis heute nichts und das auch, wenn sie mit modernen Steuerungen arbeiten, denn der Regler verschob man in die Lokomotive.
Wenn
Sie nun aber die Datenblätter ansehen, dann werden Sie erkennen, dass die
Spannung
mit bis zu 128 Schritten angepasst wird. Das erlaubt es sehr fein zu
regulieren und damit stellt sich die Frage, ob das, was im kleinen geht
nicht auch auf die grosse Eisenbahn übertragen werden kann. Eine durchaus
gute Frage, die eigentlich mit Ja beantwortet werden kann. Nur warum
machte man das denn nicht auch so?
Daher
sollte der
Gleitschuh
diesen Bereich meiden. Das geht aber nicht so leicht und daher sind mit
der Lösung kaum hohe
Leistungen möglich.
Das schlicht, weil der Transformator zu schwer würde. Nennen wir diesen Wandler nun Gleittransformator, denn kaum ein vorbildliches Triebfahrzeug wird mit einem Modellbahntransformator arbeiten. Mit einer etwas besseren Ausführung, würde sich die Möglichkeit ergeben, dass man die Werte in sehr kleinen Schritten verändern könnte. Das würde es erlauben mit kaum merklichen Sprüngen bei der Zuschaltung zu arbeiten. All das klingt eigentlich ganz gut. Bauen wir das in einem Fahrzeug ein und schon haben wir die Baureihen Re 4/8 und Re 8/12. Zwei Züge, die mit einem Gleittransformator bestückt wurden.
Sie
sehen, so abwegig ist also untere Idee gar nicht, aber warum können wir
nur zwei Modelle auflisten? Der Grund ist, dass die nachfolgenden Lösungen
einfacher sind, als diese mit vielen
Kurzschlüssen
im Transformator behaftete Regelung der Motoren und der
Zugkraft. Wenn wir diese Fahrzeuge nehmen, dann erkennen wir, dass diese viele Stör-ungen mit dem Gleittransformator hatten. Diese waren so schlimm, dass man sogar einen Umbau in Erwägung zog.
Sie
sehen, Gleittransformatoren sind im grossen Massstab nicht so zuverlässig,
als bei der Modellbahn, wo oft viele Jahre mit den gleichen Gerät
gearbeitet wurde. Wir sollten andere Lösungen finden und diese kommen
alphabetisch. |
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Die
Hüpfersteuerung |
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Bei
der nun vorgestellten
Hüpfersteuerung
handelt es sich um eine sehr schnelle Regelung der
Spannung
an den Motoren. Oft kann in diesem Zusammenhang auch von der
Schützensteuerung
gesprochen werden. Die Bezeichnungen stammen aber in beiden Fällen von den
verbauten Schaltelementen. Wie schon erwähnt wird ein solches benötigt um
die einzelnen Anzapfungen zum richtigen Zeitpunkt mit dem Motor zu
verbinden.
Diese Regulierung der
Spannung
kam schon sehr früh und sie konnte sich recht lange halten. Dabei müssen
wir uns zuerst das Schaltelement ansehen, denn dieses war so wichtig, dass
es ja für den Namen verantwortlich war. Der Hüpfer ist das zentrale Bauteil dieser Art der Regelung der Zugkraft. Die elektrischen Kontakte werden bei einem Hüpfer durch Druckluft geschaltet. Der Begriff des Hüpfers wurde früher allgemein für solche elektropneumatischen Schalter verwendet.
Gehalten hat sich der Begriff eigentlich nur noch bei den Eisen-bahnen und
auch dort wird die Bezeichnung nicht mehr überall verwendet. Deshalb komme
ich hier zur üblichen Bezeichnung. In elektrotechnischen Fachkreisen werden die Hüpfer heute als Schütze bezeichnet. Ein Schütz ist ein Bauteil, das mit einer fremden Energie, oder mit einem fremden Signal die Hauptkontakte schliesst. Man könnte eigentlich auch von einem Fernschalter sprechen, jedoch würde das den Eigenschaften eines Schützes nicht gerecht werden. Daher lohnt es sich sicher, wenn wir uns diese Schütze oder Hüpfer anhand der Schütze genauer ansehen.
Meistens kommen elektromagnetische Schütze zur Anwendung. Hier wird durch
eine Spule elektrisch ein Magnetfeld erzeugt, dass dann die Hauptkontakte
schliesst. Wir versorgen daher die Spule mit
Spannung
und der Schütz schliesst seinen Kontakt. Daher können wir den Schütz von
einer entfernten Stelle aus fernbedienen. Diese Lösung kann das
Bedienelement im
Führerstand
sein, oder aber eine Schutzfunktion der
Lokomotive.
Die
Bahnen sind da etwas eigen und hüpfen vor Freude, wenn Sie er-klären, dass
ein Schütz einem Hüpfer entspricht. Vermutlich hat die Person dann
irgendwo einen Luftanschluss.
Für
eine Hüpfer- oder Schützensteuerung benötigt man mehrere solche Schalter.
Jeder Hüpfer wird dabei mit einer Anzapfung am Transformator verbunden.
Das heisst, wenn sich der Hüpfer schloss, war eine
Verbindung
zu dieser Anzapfung vorhanden und es konnte ein
Strom
fliessen. Jedoch war damit zwar eine Regelung der
Spannung
möglich, aber die unterbruchsfreie Versorgung des Motors fehlte immer
noch.
Diese wiederum kann je nach Aufbau mit einer weiteren Spule verbunden werden. Letztlich ist damit eine unterbruchsfreie Versorgung entstan-den.
Wir
müssen daher dieses Bauteil etwas genauer ansehen und so kommen wir zur
Drosselspule. Drosselspulen wurden ähnlich aufge-baut, wie ein Transformator mit mit-tiger Anzapfung. Sie besitzen jedoch einen Kern, der nicht für eine andere Spule genutzt wurde. Durch den in der Drosselspule entsteh-ende induktiven Widerstand wird der Kurzschluss zwischen den Anzapf-ungen beschränkt. Bei
der Abgabe erfolgt eine
Spannung,
die dem Mittelwert der beiden Anzapf-ungen entsprach und daher geteilt
wurde. Drosselspulen werden oft auch als Stromteilerspule bezeichnet. Der Be-griff umschreibt eigentlich genauer, was passiert, denn der Strom am Mit-telwert wird dem Motor abgegeben. Dabei kann es durchaus sein, dass es nur eine einseitige Belastung der An-schlüsse gab.
Dann
floss der ganze
Strom
nur über einen Teil. Das war insofern nur ein Problem, da die Drosselspule
dafür oft nicht ausgelegt wurde. Dank der Überschaltdrosselspule konn-te mit der Hüpfersteuerung die Spann-ung an den Fahrmotoren ohne Unter-brechung erhöht, oder verringert wer-den.
Je
nach Aufbau war eine recht hohe Zahl der Schaltelemente erforderlich.
Diese mussten zudem hohe
Ströme
schalten können. Öffnete sich ein Hüpfer, entstand zwischen den Kontakten
ein
Lichtbogen.
Wie wir wissen, müssen diese gelöscht werden und das benötigte Platz.
Bei
den Hüpfern nutzt man einfach die vorhandene
Druckluft.
So wurde auch hier mit einem kräftigen Luftstoss der
Lichtbogen
ausgeblasen. Wobei ausgeblasen auch falsch verstanden werden kann, denn er
wurde nicht gelöst, sondern von den Kontakten weggeblasen. Bei den
Schützen, wo die Druckluft fehlt, wird der Bogen mit Hilfe von
Magnetfeldern aus dem Bauteil getrieben. Ohne Massnahme knallte es und es
konnten Brände entstehen.
Dabei kamen je nach Bauort zwei Lösungen vor, die wir uns ansehen müssen,
denn wir werden immer wieder auf diese beiden Einrichtungen stossen, denn
sie konnten auch bei einfachen Schaltern verwendet werden. Beim Funkenhorn wird der Lichtbogen einfach zwischen zwei Leiter ge-trieben. Er wanderte nun diesem Hörnern entlang. Da die Hörner nach aussen gebogen wurden, wurde die Distanz zwischen diesen immer grösser.
Irgendwann war diese so gross, das der Funke gelöscht wurde. Durch den
Aufbau funktionieren sie nur optimal, wenn der
Lichtbogen
senkrecht nach oben aufsteigen kann. Man sieht diese Funkenhörner oft bei
Fahrleitungen. Bei begrenzten Orten, wird ein Löschkamin verbaut. Der Lichtbogen wird in diese getrieben und dann gelöscht. Dabei nutze man ein einfaches Prinzip. Mit Schikanen versehen wird die Distanz grösser, als sie wirklich ist.
Zudem machen
Lichtbögen
sehr ungern
Kurven.
Einfach ausgedrückt der Funke verlor sich in diesem Kamin und wurde
dadurch gelöscht. Der Vorteil liegt dabei bei der geringen Baugrösse. Bei den Löschkaminen kamen spezielle Kunststoffe zur Anwendung. Diese mussten der hohen Belastung standhalten und sie sollten auch mechanisch belastbar sein.
Daher wurden früher bei diesen Löschkaminen Stoffe, die aus Asbest
be-standen verwendet. Mit dem Verbot dieses Stoffes kamen Kunststoffe zum
Einbau, die auch hohen Temperaturen wiederstehen konnten. Wichtig ist
jedoch, dass weder der Löschkamin noch das Funkenhorn beschädigt wurden. Sowohl die Schaltelemente, als auch die Löschkamine sollten Sie sich merken, denn wir werden diese später noch einmal antreffen. Im Gegensatz zur Hüpfersteuerung werden die Schütze und Hüpfer aber als reine Schaltelemente benutzt.
Nur
bei der hier vorgestellten Lösung schaltet man die Fahrstufen. Hier ein
Liste zu erstellen, würde sehr lange. Als Muster zur Betrachtung einer
Lokomotive mit dieser
Regelung empfehle ich die
Baureihe
Re
4/4 I, oder den
Triebwagen
BDe 4/4.
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Der Stufenschalter |
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Mit dem Stufenschalter kommen wir zur zweiten Lösung, die weit verbreitet
war. Wie es der Name schon vermuten lässt, bei dieser Lösung wurden Stufen
geschaltet. Was für eine tiefgreifende Erkenntnis, denn das ist ja das,
was wir wollen. So gesehen, kann auch die vorher behandelte
Hüpfersteuerung
dazu gezählt
werden. Trotzdem habe ich diese separat genommen und das hat durchaus
einen Grund.
Dieser Auswahlschalter konnte die
Spannung aber nicht ohne
Unterbruch er-höhen. Daher musste auch hier eine Begrenzung der
Kurzschlüsse vorgesehen werden. Die dafür erforderlichen Schaltungen
erfolgten dann mit dem be-kannten Hüpfer oder Schütz. Hier lange das Prinzip zu erklären ist müssig. Jedoch müssen wir uns noch das Bauteil ansehen, das den Kurzschluss beschränkte. Das konnte durchaus die von vorher bekannte Drosselspule sein.
Jedoch war hier eine wesentlich kürzere
Zeit die Belastung vorhanden. Das war eine Folge davon, dass immer nur
eine Anzapfung genutzt wurde. Man musste Sie nur um den Schaltvorgang zu
überbrücken und das war deutlich einfacher. Man verwendet bei Stufenschalter einen Widerstand zur Begrenzung des Stro-mes. Da er nur während dem Schaltvorgang und nur für kurze Zeit benötigt wurde, nannte man ihn Überschaltwiderstand. Seit der Vorstellung der Elektrizität wissen wir, dass Widerstände Kurz-schlüsse verhindern, dabei aber die Leistung in Wärme umwandeln. Das ändert sich auch nicht, wenn man einen anderen Namen benutzt.
Überschaltwiderstände sind kurz belastet und sie werden wirklich nur bei
jeder Schaltung benötigt. Daher sind sie so ausgelegt worden, dass Sie
überlastet waren. Das ging, weil wirklich nur wenige Sekunden der
Strom
über diesen
Widerstand floss. Der Vorteil des Widerstandes gegenüber der
Drosselspule war, dass er deutlich leichter ist. Auch jetzt ging es wie so
oft nur um das Gewicht des Bauteils, das ähnlich funktionierte.
Ich wählte auch den geschichtlichen Weg, denn wie so oft wurde die
vorgängige Lösung einfach durch die nächste Möglichkeit abgelöst. Es ist
also ein Weg durch die Ent-wicklung. Der Walzenschalter: Der Walzenschalter war das Wunder-ding, dass in den Lokomotiven Ce 6/8 II eingebaut wurde. Er kam aber auch bei anderen sehr frühen Baureihen vor. Es handelte sich
hier eigentlich um den ersten richtig funk-tionierenden Stufenschalter.
Daher lohnt es sich, wenn wir mit diesem Walzenschalter beginnen. Sie
werden ahnen, was das zentrale Bauteile bei dieser Bauweise ist. Durch die Steuerung wurde bei diesem Stufenschalter eine Walze in Bewegung gebracht. Dabei schaltet diese immer nur um eine Position weiter.
Damit diese
Positionen immer stimmen, wird die Walze bei jeder Stufen mit einem
Nocken an der Drehung gehindert. Nur wenn dieser pneumatisch gelöst wurde,
verschob sich die Walze um eine Stellung und verband andere Anzapfungen
mit den Fahrmotoren der Loko-motive.
Wegen dem Nocken, der den Walzenschalter in der Position hält, wird hier
oft auch von einem Nockenschaltwerk gesprochen. Jedoch kann so nicht ohne
Unterbruch geschaltet werden, denn dazu war die Walze schlicht zu langsam
unterwegs. Daher wurden auch hier mehrere Anzapfungen mit den Motoren
verbunden. Der dabei entstehende
Kurzschluss wurde mit einer einfachen
Überschaltdrosselspule beschränkt.
Eigentlich hätte man auf diese mit einer
grösseren Anzahl der Kontakte verzichten können. Diese gab es bei der
nächsten Lösung, die nahezu zur gleichen Zeit entstand und die sich
letztlich durchsetzen konnte, da sie einfach im Aufbau war. Der Flachbahnstufenschalter: Nein, diese Bauart ist nicht nur für Flachbahnen ge-eignet. Bei diesen Stufenschaltern wird ein Schlitten über flache Bahnen geführt. Daher wird von einem Flachbahnstufenschalter gesprochen.
Im Gegensatz zum Walzenschalter sind
hier Vereinfachungen vorhanden. Beim vor-herigen Modell waren die Nocken
stark beansprucht und auch die Spulen waren nicht optimal.
Bei diesem
Flachbahnstufenschalter werden die Anzapfungen des Transformator einer
Schaltbahn zugeschaltet. Diese Kontaktbahn bot auch die Anschlüsse für die
Fahrmotoren. Jetzt mussten diese nur noch so verbunden werden, dass die
Spannung ohne Unterbruch verändert werden konnte. Dazu wurden auf dieser
Bahn ein Schlitten bewegt. Je nach der Stellung war eine andere Anzapfung
mit den Motoren verbunden.
Das Herzstück des Flachbahnstufenschalters war eigentlich der
Kontaktschlitten. Dieser verschob sich durch die Steuerung geregelt immer
um eine Kontaktbreite. Dabei wurde eine andere Anzapfung zu den Motoren
geschaltet und damit eine Stufe eingestellt. Das ist auch der Grund, warum
man hier von einem Stufenschalter sprach, denn die einzelnen Positionen
waren als Stufen bezeichnet worden.
Nehmen die
Lokomotive der
Baureihe
Ae 8/14, so hatte diese Maschine 58 Fahrstufen. Die wurden in
Schritten von einer Sekunde geschaltet. So dauerte ein Durchlauf nahezu
eine Minute. Das war deutlich langsamer als bei der Hüpfersteu-erung. Angetrieben werden Stufenschalter durch einen Antrieb, der mit Druckluft oder elektrisch betrieben wird. Auch eine mechanische Betätigung ist möglich. Wichtig dabei ist eigent-lich nur, dass mit den gesendeten Signalen nur der Gleitschuh verschoben wurde.
Die Schaltung der einzelnen Anzapfungen zum
Fahrmotor war daher ohne Probleme möglich. Jedoch ging das auch jetzt
nicht ohne einen
Kurzschluss bei den Wicklungen. Diesen Kurzschluss wurde, wie der Unterbruch beim Schalten der einzelnen Fahrstufen, mit dem Überschaltwiderstand be-schränkt.
Dieser wurde mit
einem einfachen Hüpfer oder Schütz zu- beziehungsweise abgeschaltet. Da er
nur während dem Schaltvorgang verbunden wurde, konnte der
Widerstand sehr
stark belastet werden. Das und der einfachere Aufbau machte in gegenüber
der Drosselspule besser.
Diese
Stufenschalter arbeiten daher eher träge und konnten hier nicht mit den
Hüpfern mithalten. Das heisst, es dauert eine gewisse Zeit, bis die
einzelnen Stufen geschaltet sind. Durch diese Trägheit kann eine
Lokomotive jedoch feinfühliger gefahren werden. Der Nachteil ist, dass es
ewig dauert, bis der Stufenschalter abgelaufen ist. In der Regel geht man
bei Stufenschaltern von ein bis zwei Stufen pro Sekunde aus.
So einfach ist es
jedoch auch wieder nicht und wir müs-sen etwas genauer hinsehen, denn der
Stufenwähler war komplett anders aufgebaut worden. Die flache Bahn wur-de
nicht mehr genutzt, da sie viel Platz benötigte. Er wurde nicht mehr gerade aufgebaut, sondern bestand aus einem runden Kontaktgehäuse. Die Funktionsweise, die wir nachher noch genauer anschauen werden, ist jedoch mit dem Flachbahnstufenschalter identisch.
Der
Stufenwähler ist durch seine kompaktere Bauweise in der Lage bis zu drei
Stufen pro Sekunde zu schalten. Je-doch haperte es auch hier bei der
unterbruchsfreien Versorgung der Fahrstufen. Die Arbeitsweise eines Flachbahnstufenschalters, oder eines Stufenwählers, erfolgt in mehreren Schritten. Aus-gehend von einer eingestellten Stufe werden beim Hoch- aber auch beim Abschalten diverse einzelne Schritte getätigt.
Diese Schritte sind zeitaufwändig, so dass der Stufenschalter
gegenüber einer Steuerung mit Hüpfer träge wirkt. Doch schauen wir uns die
einzelnen Zwischenschritte bei einem Stufenschalter genauer an.
Gehen wir
davon aus, dass wir eine Stufe zuschalten wollen. Der in der bisherigen
Stufe ruhende Kontaktfinger wird durch unseren Befehl in Bewegung gesetzt.
Dabei wird zuerst ein Hilfskontakt auf die neue Stufe geschaltet und
dadurch diese mit der bisherigen Stufe verbunden. Wir haben somit zwei
Anzapfungen an den Fahrmotoren angeschlossen. Das ergäbe einen
Kurzschluss
zwischen den beiden Anzapfungen, was aber nicht passieren darf.
Damit haben wir nun die neue Stufe mit der bisherigen Stufe verbunden. Beim nächsten Schaltschritt ist der Fahrmotor nur über den Überschaltwiderstand an der neuen Stufe angeschlossen. Deshalb wird der Hauptkontakt nun auch auf die neue Stufe geschlossen.
Jetzt ist der
Hauptkontakt mit dem Hilfskontakt über den
Widerstand verbunden. Der
Strom
fliesst nun über den Hauptkontakt und der Hilfskontakt mit dem Widerstand
kann wieder geöffnet werden. Wir haben die neue Stufe ohne Unterbruch der
Versorgung geschaltet. Der Widerstand wurde daher nur für eine sehr kurze
Zeit belastet und das war wichtig.
Stufenschalter haben einen gewaltigen Nachteil. Sie benötigen eine gewisse
Zeit, bis sie abgeschaltet sind. Gehen wir von einem voll aufgeschalteten
Stufenschalter mit 30 Fahrstufen aus. Es dauert nun bei einer
Schaltgeschwindigkeit von zwei Fahrstufen pro Sekunde ganze 15 Sekunden
bis der Flachbahnstufenschalter auf die Neutralstellung zurück gelaufen
ist. Der Stufenwähler ist zwar schneller, aber auch er benötigt Zeit.
In einer
Notsituation, wo es um Bruchteile von Sekunden geht, sicherlich ein
Problem. Hier hatte die Regelung mit Hüpfer einen Vorteil, denn bei dieser
konnte die Versorgung auf einen Schlag ausgeschaltet werden. So griff man
auch beim Stufenschalter zu einem Hüpfer. Spannend ist das nur, weil die
Hüpfer für die Schaltung bei diesem Bauteilen als
Lastschalter bezeichnet
wurden. Im Aufbau gab es keinen Unterschied.
Der Stufenschalter konnte stromlos ablaufen. Jetzt wird es
jedoch spannend, denn auch bei der sehr schnellen Hüpfersteuerung können
Trennhüpfer ver-baut werden, das obwohl sie nicht benötigt wer-den. Trennhüpfer werden auch dazu genutzt einen de-fekten Fahrmotor von der Versorgung zu trennen. Dazu wurde einfach mit einem Schalter verhindert, dass der Motor mit der Regulierung der Fahrstufen verwenden konnte.
Er wurde in der
offenen Stellung blockiert. Damit man das kontrollieren konnte, war es
möglich die Löschkamine zu entfernen. Im dem Fall waren die Kontakte
sichtbar und können auch manuell ge-öffnet werden. Damit sind wir bei den Stufenschaltern auch schon am Ende angelangt. Wenn Sie sich für die Baureihen interessieren, die damit ausgerüstet wurden, einige Beispiele.
Die Reihe
Ce 6/8 II besass einen Walzenschalter, die
Baureihe
Ae 3/6 I hatte den Flachbahnstufenschalter und mit dem Stufenwähler wurden
die zahlreichen Modelle der Baureihe
Re 4/4 II versehen. Sie sehen so auch
den geschichtlichen Ablauf.
Wir
haben die Stufenschalter und die Hüpfersteuerung bei den Modellen für den
Betrieb mit
Wechselstrom
angesehen. Was ist aber, wenn man nicht zu diesem System passende Motoren
benutzen will. Dabei müssen wir wissen, dass bei der ersten
Lokomotive für dieses
Stromsystem der dazu passende Motor noch
nicht gab. Aber es kann auch sein, dass die Lokomotive mit mehreren
Stromsystemen betrieben werden soll.
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Regelung mit
Veränderung der Stromart |
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Bisher
lernten wir die Schaltungen kennen, die den
Wechselstrom
direkt zu den
Motoren leitet. Nun treten wir in die Welt der
Lokomotiven ein, welche die
Spannung aus der
Fahrleitung
in ein anderes
Stromsystem umwandeln. Aber
Achtung wir sind nicht in die Welt der modernen Lösungen abgerutscht. Wenn
Sie diese ansehen wollen, dann können Sie dem Link zur modernen
Regulierung der Spannung folgen.
Bei der klassischen Regelung vermutet man
kaum eine Umformung der
Spannung. Ich werfe aber nun in die Run-de, dass
die erste elektrische
Lokomotive die mit Wech-selstrom aus der
Fahrleitung
versorgt wurde, hierher gehört und daher die Spannung umformte. Der Umformer: Man kann die Spannung aus der Fahr-leitung mit Hilfe eines Umformers an die Spannung der Fahrmotoren anpassen. Der Umformer ist deshalb eigentlich nicht anderes als ein Bauteil das aus einer Spannung eine andere macht. Dabei funktioniert jeder Umformer auf die gleiche Art und Weise. Er hat mit den modernen Lösungen
nicht viel gemeinsam, da er einen anderen Aufbau besitzt. Daher sollten wir einen genaueren Blick darauf
werfen.
Ein
Umformer, wie wir ihn hier behandeln, besteht nämlich aus einem Motor und
einem daran fest angeschlossenen Generator. Die oft auch genannten
statischen Umformer gehören bereits zur modernen Regelung der Fahrmotoren
und haben eine etwas andere Bezeichnung. Damit Sie diese direkt
vergleichen können, erwähne ich deren korrekte Bezeichnung schnell, denn
dort spricht man von einem Umrichter und nicht von einem Umformer.
Diese Einrichtung aus Motor und Generator, nennt man korrekterweise
Umformergruppe. Diese besteht, wie schon gesagt, aus einem Motor für die
Spannung aus der
Fahrleitung
und einem Generator, der durch diesen Motor
angetrieben wird und der eine andere Spannung erzeugt. Grundsätzlich war
das
Wechselstrom, der so zu
Gleichstrom umgewandelt wurde. Theoretisch
wäre auch der Wechsel in
Drehstrom kein Problem.
Denn
um 1900 herum wusste man noch nicht genau, wie man die Drehzahl eines
Motors für
Wechselstrom regelte. Durch den Umformer konnte man einen Motor
mit fester Drehzahl wählen und diesen so optimal nutzen.
Der Generator, also das Teil der Umformergruppe, das die neue
Spannung
erzeugt, konnte so eine Spannung liefern, die man für den Fahrmotor
regulieren konnte. Generatoren gibt es heute hauptsächlich in
Kraftwerken.
Sie funktionieren grundsätzlich umgekehrt zu den Motoren. Das heisst, beim
Generator wird eine Welle angetrieben und so eine Spannung erzeugt. Welche
Spannung dabei entsteht, hängt vom Aufbau des Generators ab.
Durch das
drehen der Welle entsteht dank dem Elektromagnetismus eine
Spannung in den
Spulen des Generators. Die Informationen dazu haben Sie schon bei den
Kraftwerken bekommen. Der Generator hier unterschied sich im Aufbau nur
durch seine Grösse und damit durch die mögliche
Leistung. Der Generator
könnte theoretisch auch als Motor eingesetzt werden.
Lokomotiven nutzen
diesen umgekehrten Effekt für den Aufbau einer
elektrischen
Bremse.
Sie
verstehen vielleicht, wenn ich sage, dass dieser ersten
Lokomotive keine
grosse Zukunft beschieden war. Es blieb schlicht bei dieser einzigartigen
Lokomotive, die so aufgebaut wurde. Letztlich wurde auch diese umgebaut
und die Umformer verschwanden gänzlich aus der Antriebstechnik einer
Lokomotive. Kleinere Umformer wurden aber noch viele Jahre lang zur Ladung
der auf dem Fahrzeug montierten
Batterien genutzt.
Statt einer Umformergruppe wählte man hier aber einen Gleichrichter.
Gleichrichter sind speziell auf-gebaute Schaltungen mit Dioden oder
Elektronenröhren. Dabei benennt der Gleichrichter eigentlich nur die
Beschaltung dieser Dioden, die häufig auch als Gleichrichter bezeichnet
werden. Diese Bezeichnung stimmt aber nicht ganz. Diesen Fehler sollten
Sie in Zukunft jedoch nicht mehr begehen, daher sehen wir uns das genauer
an.
Um das etwas
besser zu verstehen betrachten wir die Elektronenröhre und die Diode etwas
genauer. Sie erkennen so schnell, das beides eigentlich nur halbe
Gleichrichter sind. Dabei funktionieren sie wie ein Rückschlagventil. Das
heisst, sie lassen den
Strom nur in einer Richtung fliessen. Dreht sich
die Fluss-richtung, sperrt die Diode oder die Elektronenröhre den Fluss des
Stromes. Doch kommen wir nun zu den beiden Bauteilen.
Die Elektronenröhre ist einer der ersten Halbleiter den es gab. In der
Elektronenröhre treten die Elek-tronen aus der Kathode und werden durch die
Anode wieder aufgefangen. Damit das klappt, ist die Röhre mit
entsprechendem Material, dem Quecksilberdampf, gefüllt worden. Sie hatten
ihren Erfolg in der Radiotechnik, wo dank diesen Röhren erste
Empfangs-geräte gebaut werden konnten. Das Röhrenradio ist Ihnen vielleicht
noch ein Begriff.
Sie verschwanden aber wie die Elektronenröhren mit der Einführung von
Siliziumdioden. Diese waren im Aufbau viel einfacher und besser zu
handhaben. Daher lohnt es sich, wenn wir auch diese Siliziumdiode genauer
ansehen. Die Siliziumdiode ist heute nicht mehr aus der modernen Elek-tronik wegzudenken. Dazu nutzt man Silizium, das in Sand enthalten ist, und nutzt dessen Eigenschaften.
Dadurch erhält man ein Bauteil, das den
Strom nur in
einer Richtung leitet und diesen in der Gegenrichtung sperrt. Es handelt
sich deshalb auch hier um einen Halbleiter. Wie ver-breitet Siliziumdioden
sind, zeigt nur schon die Tatsache, dass man sie schlicht als Diode
bezeichnet. Dioden sind der Begriff für Halbleiter, die den elektrischen Strom nur in einer Richtung fliessen lassen. Der Aufbau mit Silizium machte sie gegenüber den Quecksilberdampfgleich-richtern deutlich einfacher im Aufbau.
Für einen echten Gleichrichter benötigt man mindestens vier Dioden, die
speziell geschaltet werden müssen. Es spielt jedoch keine Rolle, ob Sie
von einer Diode oder einer Siliziumdiode sprechen, es ist das gleiche
Bauteil.
Die genaue
Ansteuerung der Fahrmotoren erfolgt dann wieder, wie bei einer
Lokomotive
für
Fahrleitungen, die mit
Gleichstrom versorgt wurden. Diese Lösung dient
uns nun aber als elegante Überleitung auf die Ansteuerung der Fahrmotoren
unter
Gleichspannung. Wir können daher die Regelung der
Spannung an den
Fahrmotoren bei Bahnen mit
Wechselstrom abschliessen und nun zu den
Bahngesellschaften
wechseln, die sich für Fahrleitungen mit Gleichstrom entschieden haben.
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