Traktionsstromkreis |
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Wenn wir zur elektrischen Ausrüstung wechseln, dann ist klar, dass
auch hier Gewicht eingespart werden musste. Die hohe
Leistung,
die übertragen werden musste, benötigte jedoch dicke und schwere Leiter.
Das stellte schon immer ein Problem dar. Besonders beim
Transformator
versuchte man immer wieder Gewicht einzusparen. Apparate für 16 2/3
Hertz
benötigten nun einfach mehr Eisen im Kern. Dazu kam noch das schwere
Kupfer.
Beginnen wir jedoch auch hier mit der Betrachtung auf dem Dach der
Lokomotive.
Die elektrische Ausrüstung der Maschine wurde für eine
Spannung
von 15 000
Volt
und 16 2/3
Hertz
Wechselstrom
ausgelegt. Weitere davon abweichende Spannungen oder
Frequenzen
waren jedoch nicht vorgesehen. Damit handelte es sich um eine damals
übliche für ein System ausgelegte Lokomotive. Ein Punkt, der bei der BLS
eigentlich nicht oft zur Diskussion stand.
Die
Spannung
der
Fahrleitung
wurde mit der Hilfe von
Scherenstromabnehmern
auf die
Lokomotive
übertragen. Diese
Stromabnehmer
waren gegenüber den vorher verwendeten Modellen noch einmal leichter
aufgebaut worden. Sie wurden seit Jahren auf den
roten
Pfeilen
der Schweizerischen Bundesbahnen SBB erfolgreich verwendet. Das führte
bereits hier zu der erhofften Verminderung des Gewichtes. Bei einem
Gewicht von rund 800 Kilogramm wirkt sich jedes Gramm aus. Bei den ersten sechs Lokomotiven wurden zwei identische Stromabnehmer auf dem Dach montiert. Bei den letzten beiden Lokomotiven wurde jedoch auf den Stromabnehmer zwei verzichtet, so dass dort nur noch ein Exemplar montiert wurde.
Der Grund für diese Massnahme war nicht unbedingt die Reduktion
des Gewichtes. Vielmehr wurde auf diesen Maschinen die
elektrische
Bremse verstärkt ausgeführt. Ausgerüstet wurden die Stromabnehmer dieser Bau-reihe mit neuartigen doppelten Schleifleisten. Diese wurden zusammen mit dem Stromabnehmer schon bei den Roten Pfeilen der Schweizerischen Bundes-bahnen SBB verwendet.
Damit konnte die Kontaktsicherheit der
Stromab-nehmer
deutlich verbessert werden. Bei den ersten
Lokomotive
wurden noch
Schleifleisten aus Alu-minium verwendet. Erst die später
abgelieferten Modelle hatten Leisten aus
Kohle
erhalten.
Die doppelten
Schleifleisten verhinderten bei den ersten beiden
Lokomotiven
jedoch nicht, dass beide
Stromabnehmer
zur sicheren Übertragung der
Spannung
gehoben werden mussten. Erst mit zunehmender Erfahrung konnte man sich
schliesslich ab der dritten Lokomotive darauf festlegen, dass nur noch mit
einem gehobenen
Scherenstromabnehmer
gefahren wurde. Die sichere Übertragung der Spannung war auch so möglich.
Gehoben wurde der
Scherenstromabnehmer
mit der Hilfe von
Druckluft.
Dabei bewirkte diese Druckluft nur, dass die Kraft der
Senkfeder,
die den
Stromabnehmer
in die Tieflage zog und dort behielt, aufgehoben wurde. Dadurch konnte die
Hubfeder
ihre Kraft entfalten und der Stromabnehmer hob sich, bis er den
Fahrdraht
berührte. Der Stromabnehmer wurde daher alleine durch die Kraft der
Feder
gehoben. Damit war es möglich den Anpressdruck simpel einfach
einzustellen.
Beim Senken des
Stromabnehmers
wurde die
Druckluft
wieder abgelassen. Dadurch entstand durch den schlagartigen Druckabfall im
Zylinder
ein Unterdruck. Das führte dazu, dass das
Schleifstück
von der
Fahrleitung
weggezogen wurde. Anschliessend sorgte die
Senkfeder
dafür, dass der Stromabnehmer sich senkte. Da die
Hubfeder
jedoch weiterhin ihre Kraft ausübte, war ein sanftes Senken des Bügels
sichergestellt.
Bei den ersten sechs
Lokomotiven
wurden die beiden
Stromabnehmer
mit einer
Dachleitung
verbunden. Spezielle in der Dachleitung eingebaute
Trennmesser
ermöglichten im Notfall die Abtrennung eines Stromabnehmers. So konnten
die Maschinen mit einem funktionierenden Stromabnehmer noch die Fahrt in
eigener Kraft fortsetzen. Die beiden letzten Maschinen hatten jedoch nur
noch eine einfache Leitung ohne Trennmesser erhalten.
Ebenfalls an der
Dachleitung,
beziehungsweise an der Zuleitung, angeschlossen waren der
Hauptschalter
und der
Erdungsschalter.
Dabei hatte der Erdungsschalter die Aufgabe, die elektrische Ausrüstung
der
Lokomotive
mit der Erde zu verbinden. Dadurch konnte gefahrlos an den Anlagen der
Hochspannung gearbeitet werden. Obwohl sich der Schalter auf dem Dach
befand, konnte er aus dem
Maschinenraum
aus bedient werden.
Um
die
Lokomotive
sicher von der
Fahrleitung
zu trennen, wurde ein
Hauptschalter
eingebaut. Bei der Baureihe Ae 4/4 kam ein neu entwickeltes Modell der
Firma BBC zum Einbau. Diese Modelle wurden schon bei den Lokomotiven
Ae 4/6
der Schweizerischen Bundesbahnen SBB verwendet und funktionierten dort
sehr gut. Ihr wichtigster Unterschied zu den älteren Modellen lag in der
Tatsache, dass der
Abreissfunke
hier mit Hilfe von
Druckluft
ausgeblasen wurde.
Diese
Drucklufthauptschalter
konnten im Gegensatz zu den bisher verwendeten
Ölhauptschaltern
auch
Kurzschlüsse
mit hohen
Strömen sicher abschalten. Durch den
Verzicht auf die Ölfüllung waren diese
Hauptschalter
zudem viel leichter als die bisherigen Modelle. Gerade dieser Punkt sprach
bei dieser
Lokomotive
für die Verwendung dieser ausgesprochen zuverlässig funktionierenden
Hauptschalter aus dem Hause BBC.
Nach dem
Hauptschalter
wurde die
Spannung
aus der
Fahrleitung
der
Dachdurchführung
zugeführt und damit erstmals in das Innere der
Lokomotive
geleitet. Dort wurde sie umgehend den Anschlüssen des
Transformators
zugeführt. Schliesslich folge die weitere „Aufbereitung“ der Spannung im
Transformator. Wobei auch hier auf das Gewicht geachtet werden musste,
denn nun folgten die schwersten Baugruppen der elektrischen Ausrüstung.
Im
Transformator
wurde die
Spannung
der Regulierwicklung zugeführt. Diese
Wicklung
war auf der anderen Seite über die an den
Triebachsen
angebrachten
Erdungsbürsten
mit den
Schienen
verbunden. Dadurch entstand ein geschlossener Stromkreis und es konnte
Leistung
übertragen werden. Damit haben wir aber nur den ersten Teil des
Transformtors kennen gelernt, denn die Regulierwicklung hatte diverse
Anzapfungen.
Die
Spannungen
der einzelnen
Anzapfungen
wurden dem
Stufenschalter
zugeführt. Damit haben wir auf dieser
Lokomotive
einen mit Hochspannung betriebenen Stufenschalter erhalten. Diese Lösung
war bereits 1931 mit der Baureihe
Ae 8/14 bei den
Schweizerischen Bundesbahnen SBB umgesetzt worden. Der Vorteil war, dass
man damit Gewicht sparen konnte. Ein Punkt, der insbesondere in diesem
Bereich umgesetzt wurde.
Der
Stufenschalter
war als Flachbahnstufenschalter ausgeführt worden. Wegen den hohen
Spannungen
war er direkt am
Transformator
angebaut. Bei der Schaltung einer Stufe, wurde zuerst ein Hilfskontakt mit
Widerstand
zugeschaltet, erst anschliessend erfolgte der Wechsel der
Anzapfung.
Die dabei notwenigen Schaltungen wurden durch die vier
Lastschalter
sichergestellt. Damit war eine unterbruchsfreie Regelung der Spannung
möglich geworden. Nach dem Stufenschalter wurde die Spannung der Primärwicklung des eigentlichen Transformators zugeführt. Dort erfolgte schliesslich die galvanisch getrennte Übersetzung auf die Spannung der Fahrmotoren.
Diese wurden letztlich an der
Sekundärwicklung,
die maximal eine
Spannung
von 450
Volt
abgeben konnte, angeschlossen. Damit haben wir die Funktion des
Transformators
und des
Stufenschalters
kennen gelernt.
Viel Gewicht konnte nur schon durch den
Stufenschalter
mit Hochspannung eingespart werden. Das reichte jedoch nicht aus um die
Vorgaben einzuhalten. Daher verwendete man für die
Wicklungen
an der Stelle von Kupfer, das wesentlich leichtere Aluminium. Dieses
Metall war zwar nicht ganz so gut wie Kupfer, es stand jedoch in
ausreichender Menge zur Verfügung. Zudem konnte so das Gewicht des
Transformators
deutlich verringert werden.
An der sekundären
Spule
des
Transformators
wurden schliesslich die
Trennhüpfer
zu den
Fahrmotoren
angeschlossen. Diese Trennhüpfer hatten die Aufgabe die
Spannung,
die zu den Fahrmotoren führte, schlagartig abzuschalten und so einen
augenblicklichen Ausfall der
Zugkraft
zu bewirken. Diese Lösung war nötig, weil bei hohen Geschwindigkeiten die
Bremsung möglichst schnell optimal einsetzen musste. Daher mussten die
Motoren spannungslos sein.
Erst jetzt folgten die Wendeschalter, die so aufgebaut wurden,
dass ein
Drehgestell
an einem Wendeschalter angeschlossen wurde. Die Aufgabe der Wendeschalter
war die Bestimmung der Fahrrichtung, aber auch die Umgruppierung beim
elektrischen Bremsbetrieb der
Lokomotive.
Fiel jedoch einer der Wendeschalter aus, war nur noch die halbe
Leistung
der Maschine abrufbar. Diese Lösung war zur damaligen Zeit üblich.
Da die
Trennhüpfer
vor dem Wendeschalter montiert wurden, mussten die Kontakte am
Wendeschalter für jeden
Fahrmotor
separat ausgeführt werden. Obwohl damit ein etwas grösseres Gewicht die
Folge war, konnte man die Fahrmotoren einzeln abtrennen, was bei Ausfall
eines Fahrmotors nur die Reduktion um einen Motor zur Folge hatte. Damit
war eine möglichst optimale Situation bei Störungen erreicht worden.
Die veränderliche
Spannung
wurde nach den Wendeschaltern den
Fahrmotoren
zugeführt. Bei dieser Baureihe kamen 14polige
Seriemotoren
mit separatem Wendepolshunt und speziellen Kompensationswicklungen zum
Einbau. Dieser Motortyp bewährte sich seit Jahren und wurde immer mehr
verbessert und dabei verkleinert. Das führte dazu, dass bei
vergleichsweise geringer Baugrösse viel mehr
Leistung
ermöglicht wurde.
Die
Fahrmotoren
fanden bei diesen
Lokomotiven
erstmals im
Drehgestell den notwenigen Platz. Erst das
war der Vorteil, den man nutzen konnte. Durch die geringe Baugrösse gab es
nun im
Maschinenraum
genug Platz für die Geräte. Dadurch konnte wiederum der Kasten kompakter
gebaut werden. Letztlich erlaubte erst diese Lösungen die gewünschte
Reduktion beim Gewicht der fertigen Lokomotive.
Beeindruckend wirkten die technischen Daten dieser
Fahrmotoren.
Sie konnten mit einer maximalen
Spannung
von 395
Volt
betrieben werden und bezogen dabei einen
Strom
von 2 100
Ampère.
Daraus resultierte letztlich eine
Leistung
von 1 000 PS pro Motor. Auf die
Lokomotive
hochgerechnet ergab das eine Leistung von 4 000 PS. Damit erbrachten die
Triebmotoren
die von der BLS gewünschte Leistung. Ein Punkt, der damals für eine
vierachsige Maschine gross war.
Die
Anfahrzugkraft
der
Lokomotive
wurde mit 216 kN angegeben. Diese konnte von den
Fahrmotoren
und vom
Transformator
jedoch nur kurze Zeit gehalten werden. Bei einer Drehzahl von 720
Umdrehungen und damit einer Geschwindigkeit von 76 km/h wurde die
Leistungsgrenze
erreicht. Die maximal zugelassene
Zugkraft
betrug jetzt noch 135 kN, was ein recht hoher Wert darstellte und für die
geforderte
Anhängelast
ausreichte.
Als Folge der langen Bauzeit, wurden die Motoren für die letzten
beiden
Lokomotiven
verändert. Sie konnten eine um 10% höhere
Leistung
abrufen. Dadurch stieg die
Stundenleistung
auf 139 kN an. Das wirkte sich direkt in den Daten ab, so dass hier die
Leistungsgrenze
etwas höher angesetzt werden konnte. Dadurch hatten diese Lokomotiven
gegenüber den anderen Maschinen eine leicht höhere
Normallast
erhalten. Bei der Lokomotive wurde eine elektrische Bremse eingebaut. Obwohl die Schweizerischen Bundes-bahnen SBB mit leistungsfähigen Nutzstrombremsen bei der Baureihe Ae 4/6 gute Erfahrungen gemacht hatten, verzichtete man hier auf eine solche Bremse.
Vielmehr wurde bei den Maschinen der Baureihe Ae 4/4 die bei der
BLS schon immer verwendete
Widerstandsbremse
eingebaut. Wobei hier die BLS grundsätzlich keine andere Wahl hatte. Um die elektrische Bremse der Lokomotive zu aktivieren, wurden die Fahrmotoren durch die Wendeschalter umgruppiert und mit Gleichstrom ab einem eigens dazu eingebauten Generator erregt.
Dieser
Generator
für die
elektrische
Bremse war Bestandteil einer
Umformergruppe,
die ab den
Hilfsbetrieben
der
Lokomotive
versorgt wurde. Da-her war die
Bremse
nur bei vorhandener
Spannung
in der
Fahrleitung
funktionsfähig.
Die so erregten
Triebmotoren
arbeiten nun als
Generatoren
und verzögerten so die
Lokomotive.
Durch die
Gleichspannung
bei der Erregung, lieferten die
Fahrmotoren
nun
Gleichstrom,
der nicht in die
Fahrleitung
zurückgeführt werden konnte. Daher wurden auf dem Dach montierte
Bremswiderstände
angeschlossen und so die erzeugte Energie in Wärme umgewandelt. Die
Bremswiderstände wiederum wurden durch den Fahrtwind gekühlt.
Bei den ersten sechs
Lokomotiven
stand nur der Platz zwischen den beiden
Stromabnehmern
zur Verfügung. Das hatte zur Folge, dass nur eine geringe
Bremsleistung
möglich war. Daher wurde die
elektrische
Bremse bei den letzten Lokomotiven verbessert. Bei
den Maschinen mit den Nummern 257 und 258 belegte man daher das ganze
freie Dach mit
Bremswiderständen,
so dass diese beiden Lokomotiven eine höhere
Bremskraft zur Verfügung
hatten.
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