Der Traktionsstromkreis |
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Wer damals eine
elektrische
Lokomotive
bestellte, machte sich, wie der Hersteller, keine zu grossen Gedanken über
die Wahl des Systems. Dieses wurde immer wieder in einer gemeinsamen
Aktion bestimmt. Hier lag die Sache nicht gross anders. Trotzdem müssen
wir einen genauen Blick auf die
Spannung
der
Fahrleitung
werfen, denn hier gab es eine ganz besondere Situation, die jedoch nicht
mehr alle Maschinen dieser Baureihe betraf.
Ausgelegt wurden die
Lokomotiven
für eine
Fahrleitungsspannung
von 15 000
Volt.
Die dabei massgebende
Frequenz
wurde mit 16 2/3
Hertz
angegeben. Das waren exakt die Werte, wie sie schon auf der Strecke der
BLS verwendet wurden. Jedoch hatte sich dort ein Problem bei der
Kombination mit Dampflokomotiven gezeigt. Es kam immer wieder zu
Kurzschlüssen,
weil die
Isolatoren
durch den Russ verschmutzt wurden und leiteten.
Da die
Schweizerischen Bundesbahnen SBB wussten, dass es am Anfang zu einem
gemischten Betrieb kommen würde. Daher wurde bei den
Lokomotiven
bis zur Nummer 12 328 eine Umschaltung gefordert. Diese Maschinen sollten
auch mit einer
Spannung
von lediglich 7 500
Volt
betrieben werden können. Damit wollte man das Problem mit den
Kurzschlüssen
in den Griff bekommen. Jedoch sollte dabei eine Einbusse bei der
Leistung
in Kauf genommen werden. Die Fahrleitungsspannung wurde mit Hilfe von zwei auf dem Dach der Loko-motive montierten Stromabnehmer auf das selbige übertragen. Es wurden dabei zwei Scherenstromabnehmer aus der Produktion der BBC verwendet.
Diese hatten sich
schon bei den
Lokomotiven
der BLS bewährt und sollten daher auch hier verwendet werden. Wegen dem
Aufbau dieser Pantografen mussten immer beide Exemplare gehoben werden. Um den Stromabnehmer zu heben wurde Druckluft benötigt. Diese wurde in einen Zylinder geleitet. Dort bewirkte der Druck, dass die Kraft der Senkfeder aufgehoben wurde.
Dadurch konnte nun
die
Hubfeder
den
Stromabnehmer
heben und so den Kontakt mit dem
Fahrdraht
herstellen. Fehlte dieser, streckte sich der Bügel durch, bis die unteren
Holme senkrecht standen. Von selber konnte er danach nicht mehr gesenkt
werden.
Der
Fahrdraht
wurde von einer einzigen
Schleifleiste aus Aluminium berührt. Diese war jedoch
nicht ausreichend, dass der Kontakt immer sichergestellt wurde. Daher
mussten auf der
Lokomotive
beide
Stromabnehmer
gehoben werden. Von der Breite her entsprach dieses
Schleifstück
den Modellen, wie sie bei der BLS verwendet wurden. Mit 1 320 mm Breite
war es auch am Gotthard möglich, ohne Anpassungen bei den
Tunneln,
die
Fahrleitung
zu montieren.
Bis hier waren die
Stromabnehmer
bei allen
Lokomotiven
dieser Baureihe identisch. Jedoch gab es bei der Position Unterschiede. So
wurden bis zur Maschine mit der Nummer 12 328 die Stromabnehmer gegen die
Mitte der Lokomotive montiert. Dadurch kamen sie sehr nahe beim Drehpunkt
der
Drehgestelle zur Montage. Jedoch waren die Bügel so
nahe, dass es bei höheren Geschwindigkeiten zu Problemen mit dem Kontakt
kam. Aus diesen Grund änderte man ab der Nummer 12 329 die Po-sition. Die Stromabnehmer rückten nun an das Ende des Daches. Damit stieg die Distanz, was einen besseren Kontakt bei hohen Geschwindigkeiten er-gab.
Jedoch waren die
Bügel jetzt nicht mehr über dem Drehpunkt und somit verschobenen sie sich
in den
Kurven
zur Seite hin. Wegen den geltenden Toler-anzen sah man in diesem Punkt
jedoch kein Problem.
Die beiden
Stromabnehmer
wurden mit einer
Dachleitung
miteinander verbunden. Jeder davon konnte mit Hilfe von in der Leitung
eingebauten
Trennmessern
abgetrennt werden. Diese Trennmesser konnten vom
Maschinenraum
aus bedient werden. Daher musste man dazu nicht auf das Dach der
Lokomotive
klettern. Ein Unterfangen, das wegen den hohen
Spannung
gefährlich war und nur gemacht werden durfte, wenn die
Fahrleitung
mit der Erde verbunden war.
Weiter waren an der
Dachleitung
die beiden
Blitzschutzspulen
vorhanden. Diese wurden benötigt um die
Lokomotive
vor den hohen
Spannungen
eines Blitzes zu schützen. Schlug dieser in die
Fahrleitung
stieg die Spannung in der
Spule
an und sie leitete die Spannung gegen das Dach ab. Es kam zum
Kurzschluss.
In der Folge wurde sowohl Lokomotive, als auch die Fahrleitung
ausgeschaltet. Der Blitz konnte so keinen Schaden anrichten.
Schliesslich wurde die
Fahrleitungsspannung
von der
Dachleitung durch das Dach in die
Lokomotive
geführt und endete dort beim
Hauptschalter. Da die hohe
Spannung jedoch im
Maschinenraum
gefährlich war, wurde der Hauptschalter
unmittelbar beim
Transformator
montiert. So konnte man die Leitungen mit
der Hohen Spannung sehr kurz halten und sie mit speziellen Gittern vor der
Berührung schützen. Es kam ein fernbedienter Ölhauptschalter zum Einbau. Dieser konnte ohne Druckluft geschlossen werden. Damit war die Verbindung zum Transformator hergestellt. Wollte man jedoch den Hauptschalter ausschalten, entstand bei den Kontakten ein Lichtbogen.
Damit dieser ohne Schaden gelöscht werden konnte, wur-den die
Kontakte in einem Ölbad eingebaut. Dieses spe-zielle
Öl
löschte den Funken
und verhinderte so ein Brand. Einen Nachteil hatte dieser Hauptschalter jedoch. War die zu schaltende Leistung sehr hoch, entstand beim Löschen des Funkens grosse Wärme. Dadurch erhitzte das Öl im Hauptschalter sehr stark und begann zu verdampfen.
Diese Öldämpfe waren
jedoch leicht brennbar. Damit es kein Problem gab, wurden die Dämpfe aus
der
Lokomotive
geleitet und gelangten so ins Freie, wo es kein Problem
mehr geben sollte. Ein Erdungsschalter, wurde parallel zum Hauptschalter montiert. Dadurch konnten sowohl die Leitung vor, als auch jene nach dem Hauptschalter mit der Erde verbunden werden. Damit war nun möglich, an den Leitungen für die Hoch-spannung der Lokomotive gefahrlos arbeiten zu können. Das galt selbst für die Stromabnehmer, da diese nun unabhängig vom Hauptschalter ebenfalls mit der Erde ver-bunden waren. Daher mussten diese beim Erden gesenkt sein.
Nach dem
Hauptschalter wurde
die
Spannung der
Fahrleitung dem
Transformator
zugeführt. Dabei handelte
es sich nur um eine sehr kurze Leitung. Trotzdem wurde darin noch die
Messung des
Stromes eingebaut. Dieser
Primärstrom wurde mit einem
Stromwandler gemessen. Stieg der Wert an, sorgte die Steuerung dafür, dass
der Hauptschalter ausgeschaltet wurde. Bis zur Nummer 12 328 konnten die
Werte jedoch verändert werden. Geendet hatte die Leitung im Transformator bei der primären Anzapfung der Wicklung. Die andere Seite der Spule war schliesslich mit dem Gehäuse und mit den Erdungsbürsten mit der Schiene verbunden.
Dadurch entstand ein geschlossener
Stromkreis und
es konnte
Leistung übertragen werden. Je-doch müssen wir uns diese
Spule
genauer ansehen, denn hier wurde die Reduktion der
Spannung schliesslich
zu einem wichtigen Punkt.
Aus diesem Grund wurde der
erste Teil der
Wicklung bei den
Lokomotiven
bis zur Nummer 12 328 in zwei
identische Teile aufgeteilt. Diese wurden bei 15 000
Volt in Reihe
geschaltet. Wurde die
Spannung in der
Fahrleitung jedoch reduziert, wurden
die beiden
Spulen parallel versorgt. Dadurch stieg der
Strom auf den
doppelten Wert an. Für die Lokomotive bedeutete das jedoch nur, dass sie
auch jetzt die volle
Leistung erbringen konnte.
Diese Umschaltung erfolgte
jedoch ausschliesslich in einer Werkstatt und war nicht für den Betrieb
vorgesehen. Die
Lokomotiven ab der Nummer 12 329 hatten einen etwas
einfacheren Aufbau erhalten, da hier die Umschaltung nicht vorgenommen
werden musste. Jedoch gab es nun keinen Unterschied mehr, denn der zweite
Teil der
Wicklung war bei allen Maschinen dieser Baureihe wieder identisch
aufgebaut worden.
Die zweite Hälfte der
Wicklung war mit 18
Anzapfungen versehen worden. Diese hatten gegen-über
der Erde eine
Spannung zwischen 225 und 1 260
Volt erhalten. Sie haben
richtig gelesen, diese Spannungen standen gegenüber der Erde zur
Verfügung. Der
Transformator dieser Baureihe war daher in der
Sparschaltung aufgebaut worden. Eine Massnahme, die dafür sorgte, dass
beim Gewicht eingespart werden konnte.
Die
Anzapfungen vom
Transformator wurden anschliessend dem von der Firma BBC entwickelten
Stufenschalter zugeführt. Dieser Flachbahnstufenschalter war so ausgelegt
worden, dass die
Spannung ohne Unterbruch geregelt werden konnte. Dazu war
jedoch eine spezielle Schaltfolge einzuhalten. Diese Schaltung benötigte
spezielle
Überschalt-widerstände. Es lohnt sich, wenn wir die Schaltung
genauer ansehen.
Die Schaltung erfolgte in
vier Schritten. In der ersten Phase wurde die neue
Anzapfung mit dem
Überschaltwiderstand und so mit der bisherigen Anzapfung verbunden. Diese
konnte nun spannungslos getrennt werden. In der Folge wurde die neue
Anzapfung zugeschaltet und anschliessend der
Widerstand wieder getrennt.
Die Schaltfolge erlaubte so eine Stufe pro Sekunde zu schalten, was zur
Lokomotive
für
Schnellzüge passte.
Wegen den benötigten
Schaltungen und der spannungslosen Schaltung, waren vier zusätzliche
Schalter erforderlich. Dabei handelte es sich um spezielle für hohe
Belastungen ausgelegte
Lastschalter. Es entstand so eine Regelung, die in
76 Schritten ohne Unterbruch die
Spannung zwischen 225
Volt und 1 260 Volt
regulierte. Wie gut diese Lösung war, zeigt nur schon die Tatsache, dass
die Nachfolger davon bis zur Einführung der Umrichter verwendet wurden.
Die im
Stufenschalter
unterbruchsfrei regulierte
Spannung wurde über die beiden
Wendeschalter
den vier
Fahrmotoren
zugeführt. Jedem
Drehgestell
war ein eigener
Wendeschalter zuteilt worden. Er stellte die notwenigen Schaltungen für
die Wahl der Fahrrichtung ebenso her, wie er die Motoren bei den
Lokomotiven ab der Nummer 12 313 umgruppierte um elektrisch bremsen zu
können. Diese
Bremse
werden wir später noch genauer betrachten.
Da ein
Wendeschalter immer
zwei
Fahrmotoren
beeinflusste, konnte bei Ausfall des Wendeschalters nur
noch mit halber Kraft gefahren werden. Das galt jedoch auch bei einem
Fahrmotor, denn diese waren im
Drehgestell in Reihe geschaltet worden.
Somit wurde jeder Fahrmotor mit der halben
Spannung vom
Stufenschalter
betrieben. Eine Lösung, die einen etwas leichtere Bauweise erlaubte und so
half Gewicht einzusparen. Es wurden zwölfpoligen Seriemotoren mit separatem Wendepol eingebaut und sie waren für den Betrieb mit Wechselstrom ausgelegt worden. Damit hatten sich jedoch die Gemeinsamkeiten der Lokomotiven, denn die Entwick-lung von Motoren für Wechselstrom flossen immer wieder in die Baureihe.
Daher waren für die
Fahrmotoren
unterschiedliche Eck-werte vorhanden. Wir kommen deshalb nicht
darum her-um, diese genauer anzusehen. Bei der Lokomotive mit der Nummer 12 302, also dem Prototyp dieser Baureihe wurde die Leistung eines Fahrmotors während der Dauer einer Stunde mit 390 kW angegeben. Für die Lokomotive galt daher ein Wert von 1 920 PS.
Die massgebende
Geschwindigkeit lag dabei bei 51 km/h. Die
Lokomotive erzeugte in diesem
Moment mit den vier
Fahrmotoren
eine
Zugkraft von 102 kN. Die angegebene
Anfahrzugkraft betrug 200 kN. Für die Lokomotiven mit den Nummern 12 303 bis 12 312 wurden andere Motoren verwendet. Die Leistung lag bei jedem Fahrmotor bei 370 kW und dabei galt eine Geschwindigkeit von 52 km/h.
Dadurch sank die die
Zugkraft auf 91.5 kN. Maximal erreicht
wurden hier 180 kN. Damit lag auch die
Leistung mit 1 760 PS bei diesen
Maschinen unter den Werten des
Prototyps. Das war jedoch eine Folge der
kurzen Lieferzeit.
Ab der Nummer 12 313 kamen
wiederum andere und verbesserte
Fahrmotoren zum Einbau. Diese Motoren
besassen eine
Leistung von 425 kW und konnten bei 52 km/h eine
Zugkraft
erzeugen, die für die komplette
Lokomotive den Wert von 106 kN ergab. Bei
der
Anfahrzugkraft gab es hier jedoch keine Änderungen mehr. Die Leistung
der Lokomotive, die für die Dauer einer Stunde angegeben wurde, betrug nun
2 040 PS. Wenn wir uns nun auf die Lokomotiven mit den Nummern 12 302 bis 12 312 beschränken würden, könnten wir diesen Bereich der elektrischen Ausrüstung abschliessen. Jedoch waren auch diese Maschinen für den Einbau einer elektrischen Bremse vorbereitet worden.
Diese wurde hier jedoch noch nicht eingebaut, weil we-gen der
kurzen Lieferzeit für diese Maschinen deren Ent-wicklung noch nicht
abgeschlossen werden konnte. Während die Maschinenfabrik Oerlikon MFO dank fähigen Ingenieuren bereits eine elektrische Nutzstrombremse entwickeln konnte, musste die BBC erst eine Lösung ausarbeiten.
Daher konnte diese nicht umgehend eingebaut werden. Ab der
Maschine mit der Nummer 12 313 war jedoch auch die
elektrische
Bremse
der
BBC bereit. Es muss jedoch erwähnt werden, dass die Lösung der
Fc 2x 3/4
so kompliziert war, dass sie nicht mehr weiterverfolgt wurde.
Die
Fahrmotoren wurden bei
der Lösung der BBC beim
elektrischen
Bremsen ab dem
Transformator erregt.
Die nun in den vier
Fahrmotoren erzeugte
Spannung wurde schliesslich zu
den auf dem Dach montierten
Bremswiderständen geführt. Dort wurde die
Energie in Wärme umgewandelt und diese an die Umwelt abgegeben. Unter der
Geschwindigkeit von 30 km/h war diese
Widerstandsbremse jedoch praktisch
ohne Funktion.
Die
Widerstände wurden bei
den
Lokomotiven bis zur Nummer 12 328 über den
Führerständen montiert. Ab
der Nummer 12 329 tauschten sie die Position mit den
Stromabnehmern. Die
Abdeckungen waren jedoch bei allen Lokomotiven vorhanden, nur die
Schaltungen waren bis zur Maschine mit der Nummer 12 312 noch nicht
verwirklicht worden. Diese unter den Schutzhauben montierten
Bremswiderstände prägten das Erscheinungsbild der Baureihe Be 4/6.
Die Wirkung der
elektrischen
Bremse konnte nicht mit der Lösung der MFO verglichen werden. Beide
Schaltungen reichten jedoch aus, dass die
Lokomotiven die Fahrt zu Tal mit
Hilfe der elektrischen Bremse bewältigen konnte. Die Baureihe Be 4/6
erzeugte dabei mit den
Widerständen Wärme. Die
Ce 6/8 II der MFO gab die
erzeugte Energie an die
Fahrleitung ab. Wichtig wurde diese
Bremse erst
nach der Bestellung, denn bei Auslieferung war sie vorgeschrieben.
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