Elektrische Ausrüstung

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Hatten wir bisher zwischen den beiden Lokomotiven noch viele Gemeinsamkeiten, kommen nun die grossen Unterschiede. Die beiden Lokomotiven waren nach der Fertigstellung grundsätzlich unterschiedlich. Diese Unterschiede führten zum besonderen Sonderfall, den ich hier kurz vorstellen will.

Die Lokomotive Nummer 1 wurde als Umformerlokomotive gebaut, da es noch keinen brauchbaren Motor für einphasigen Wechselstrom gab. Dadurch gilt sie als erste Umformerlokomotive und kann daher sicherlich als Urahn der vielen Gleichrichterlokomotiven bezeichnet werden, denn statt einem Gleichrichter wurde ein Umformer eingebaut.

Die Lokomotive Nummer 2 hatte dann bereits Wechselstrommotoren erhalten und so waren beide in ihrer Art die ersten Lokomotiven weltweit, die so aufgebaut wurden. Jedoch war es erst die Nummer 2, die dann dem einphasigen Wechselstrom hoher Spannung den Durchbruch brachte. Daher waren alle in der Schweiz danach gebauten Lokomotiven Nachkommen dieser Lok.

Es gibt also genug Gründe, warum wir uns diese beiden Lokomotiven nun etwas genauer ansehen müssen. Dabei mache ich den Anfang mit der MFO 1, da sie ja auch ein Jahr eher in Verkehr gesetzt wurde. Schliesslich war sie die erste Lokomotive für einphasigen Wechselstrom, auch wenn dann ein anderes System gewählt wurde.

 

Ausrüstung MFO 1

Die elektrische Ausrüstung der Lokomotive Nummer 1 war ziemlich kompliziert gestaltet worden. Das Kernstück bildete der „Motor-Generator“ im Innern der Lokomotive. Es handelte sich dabei um einen rotierenden Umformer, der als Hauptumformer bezeichnet wurde. Doch beginnen wir auf dem Dach des Korpus, denn dieser war zu diesem Zweck erstellt worden.

Die der Fahrleitung entnommene Spannung von 15'000 Volt und einer Frequenz von 50 Hertz wurde mit einer seitlichen Rute auf die Lokomotive übertragen. Daher gilt die Lokomotive Nummer 1 als erste Lokomotive für 50 Hertz, denn damit begann der Versuchsbetrieb und nicht mit den, bei der Ansprache erwähnten 16 Hertz. Die seitliche Rute sah man bei der MFO als brauchbare Lösung an. Diese auf die Lokomotive übertragene Spannung wurde direkt oder indirekt auf den Motor der Umformergruppe übertragen.

Der wichtigste Teil der elektrischen Ausrüstung war die in der Längsachse zwischen den Drehgestellen gelagerte Umformergruppe. Sie bestand aus einem Einphasenwechselstrom-Asynchronmotor für 50 Hertz mit Kurzschlussläufer und dem direkt gekuppelten Gleichstromgenerator. Das Gewicht dieser Gruppe betrug 10 Tonnen. Die Wicklungen dieses Motors wurden entweder direkt ab der Fahrleitung, also mit der vollen Spannung, als auch über zwei luftgekühlte Transformatoren mit 700 Volt erregt.

Zumindest bis Mitte 1904 wurde der Motor der Umformergruppe direkt mit der Fahrleitungsspannung gespeist. Behn-Eschenburg schrieb darüber am 20. August 1904: „Bis jetzt wurde nur mit der Hochspannungswicklung gefahren und es ist bis heute noch nicht die geringste Störung an dem Motor aufgetreten.“  Hingegen erwähnt Studer später diese Direktspeisung nicht mehr, sondern nennt die zwei luftgekühlten Transformatoren von je 250 VA Leistung.

Der Generator hatte die zwischen 0 und 600 Volt regulierbare Spannung für die beiden in den Drehgestellen montierten Triebmotoren zu liefern. Grundsätzlich konnte dieser also stufenlos geregelt werden, was der Lokomotive ein sehr elegantes Fahrverhalten verleiht haben dürfte, denn Fahrzeuge ohne Fahrstufen kenn man heute mit der Umrichtertechnik auch wieder. Wobei die heutigen Umrichter nicht mit einem rotierenden Umformer verglichen werden dürfen.

Die Umformergruppe wurde von der Gleichstromseite her angelassen. Zu diesem Zweck musste zuerst ein kleiner Umformer, welcher im Betrieb die Erregung des grossen Gleichstromgenerators und der Triebmotoren zu liefern hatte, angelassen werden. Sie haben richtig gelesen, die Lokomotive musste wie ein Auto angelassen werden.

Das Anlassen geschah, indem der Gleichstromgenerator dieser Erregergruppe als Einphasen-Hauptschlussmotor an eine Anzapfung der Sekundärwicklung eines kleinen Transformators angeschlossen wurde. Nach Erreichen der synchronen Geschwindigkeit wurde der Asynchronmotor der Erregergruppe an eine andere Anzapfung desselben Transformators angeschlossen, worauf der Gleichstromgenerator nun bereit war, Strom zum Anlassen des Hauptumformers zu liefern.

Die Triebmotoren waren Gleichstrom-Nebenschlussmotoren mit separater Erregung und einer Leistung von je 150 kW. Zum Zeitpunkt des Baubeschlusses für diese Lokomotive war das Hauptanliegen, die Betriebstüchtigkeit von einphasigem Wechselstrom hoher Spannung in einer Fahrleitung nachzuweisen. Die Lokomotive entsprach den an sie gestellten Anforderungen vollständig.

Nachteilig waren nur die Leerlaufverluste des Umformers, weil dieser natürlich bei den häufigen Stillständen der Lokomotive nicht jedes Mal abgestellt wurde, was auf eine Wirtschaftlichkeit von negativem Einfluss war. Diesen Nachteil nahm man aber in Kauf, da man noch keine direkte Versorgung des Fahrmotors hatte. Grund war der fehlende Triebmotor für Wechselstrom.

Der Aufbau der Maschine erlaubte sogar eine elektrische Nutzbremsung, wobei ein Wirkungsgrad von 50% genannt wurde. Dabei wurden die Fahrmotoren zu elektrischen Generatoren, die dann den Generator der Umformergruppe mit Gleichstrom versorgten. Dieser wiederum trieb dann über die Welle den Wechselstromteil an, der die Energie in die Fahrleitung speiste.

Die Fahrrichtung der Lokomotive wurde geändert indem man einfach die Erregung der Triebmotoren umpolte. Diese drehten in der Folge in die andere Richtung, was automatisch eine Änderung der Fahrrichtung zu Folge hatte. Für die Umpolung verendete man einen einfach Umschalter, der nicht mit später verwendeten Wendeschaltern verwechselt werden darf. Diese Lösung stammte von den mit Gleichstrom betriebenen Bahnen.

Die Hilfsbetriebe der Lokomotive, sofern man diese als solche bezeichnen konnte, bestanden nur aus dem Kompressor. Auf der Lokomotive gab es daher weder Ventilatoren noch eine Heizung. So einfache Hilfsbetriebe waren später nicht mehr möglich und waren durchaus eine Eigenart dieser ersten Lokomotive. Daher können wir hier die elektrische Ausrüstung dieser Lokomotive bereits beenden und zur zweiten Lokomotive übergehen.

 

Ausrüstung MFO 2

Da mittlerweile die Versorgung der Fahrleitung geändert wurde, übertrugen hier die seitlichen Ruten und ein Stromabnehmer für die Bügelfahrleitung eine Spannung von 15'000 Volt und einer Frequenz 15 Hertz auf die Lokomotive. Daher war die Lokomotive nicht mehr für 50 Hertz gebaut worden. Das führte letztlich dazu, dass auch diese Lokomotive weltweit zur ersten Lokomotive ihrer Art wurde.

Die so auf das Dach der Lokomotive übertragene Spannung wurde durch eine Induktionsspule und an einem Blitzableiter vorbei zur Dachdurchführung geleitet. Die so ins Innere der Lokomotive gelangte Spannung wurde sogleich zu den Primärwicklungen der beiden Transformatoren geführt. Einen Hauptschalter oder eine Dachsicherung gab es auf der Lokomotive somit noch nicht. 

Die beiden Transformatoren waren mit Luft gekühlt worden und besassen sekundär eine Wicklung mit 20 Anzapfungen. Diese lieferten unterschiedliche Spannungen zwischen 0 und 700 Volt. Somit war der Transformator sehr einfach aufgebaut. Es muss aber erwähnt werden, dass sich daran grundsätzlich bis in die heutige Zeit nur die Art der Kühlung veränderte.

Die Regelung der den Fahrmotoren zugeführte Spannung wurde mit zwei unterschiedlichen Systemen ausgeführt. Man wollte dadurch Erfahrungen mit der Regulierbarkeit von Wechselstrom sammeln. Dabei kamen jedoch weder Hüpfer noch die später verwendeten Stufenschalter zum Einbau. Es lohnt sich daher, diese Systeme etwas genauer zu betrachten.

Ein System arbeitete mit einem Zellenschalter. Dieser wurde von Führerstand aus mit einer Kurbel gesteuert. Er schalte so die einzelnen Spannungen mit dem Zuschalten einer anderen Anzapfung. Die eingebaute Funkenlöschung lieferte dabei den Grundstein zu späteren Stufenschaltern, die dann auch grössere Leistungen schalten konnten. Deshalb kann man hier von einer Urform der Stufenschalter sprechen.

Das zweite System arbeite anfänglich mit einem Induktionsregler, der sich nicht bewährte und somit so schnell umgebaut wurde, dass wir hier mit der Umbauvariante arbeiten. Diese bestand aus einem direkten Steuerkontroller im Führerstand und einem Hilfstransformator. Diese Regelung war nur für die geringe Leistung der Lokomotive ausgelegt worden und konnte später nicht mehr verwendet werden.

Nach den beiden unabhängigen Regelungen folgte dann ein pneumatisch betriebener Aus- und Umschalter. Dieser konnte die beiden Steuerungssysteme schalten und diese gleichzeitig gegeneinander verriegeln. Die Änderung der Fahrrichtung wurde ebenfalls in diesem Schalter durchgeführt, so dass er auch als Wendeschalter bezeichnet werden kann.

Eine elektrische Nutzbremsung, wie es sie auf der Lokomotive Nummer 1 gab, war hier jedoch nicht mehr vorhanden. Dazu trugen letztlich jedoch die bei der Lokomotive verwendeten Fahrmotoren bei, womit wir dort angelangt sind, wo die Sensation dieser Lokomotive lag. Elektrische Bremsen wurden erst später von Behn-Eschenburg und somit ebenfalls durch die MFO entwickelt. Behn-Eschenburg war bereits bei dieser Lokomotive massgeblich beteiligt.

Die weltbewegende Neuheit dieser Lokomotive folgte jedoch nach den Wendeschaltern. Es waren die Fahrmotoren, denn bei der Lokomotive Nummer 2 kamen erstmals Seriemotoren zum Einbau. Diese hatten ein phasenverschobenes Wendefeld und waren sehr einfach.  Sie bildeten die Grundlage für die weiteren Lokomotiven, so dass die Lokomotive Nummer 2 zur ersten Lokomotiven für einphasigen Wechselstrom hoher Spannung mit Direktmotoren wurde. Die Motoren waren so gut, dass diese später in sehr vielen Lokomotiven verwendet wurden.

Hilfsbetriebe gab es auch auf dieser Lokomotive nicht. Diese bestanden auch hier nur aus dem Kompressor, der mit 140 Volt ab einer Anzapfung des Transformators betrieben wurde und über eine automatische vom Druck der gespeicherten Druckluft geregelte Schaltung hatte. Blicken wir deshalb auf die Steuerung der beiden Lokomotiven, wobei hier sicherlich Unterschiede vorhanden waren.

 

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