Umbauten und Änderungen

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Die Tatsache, dass es sich bei der Lokomotive um eine recht komplizierte elektrische Ausrüstung eingebaut wurde, lässt eigentlich erwarten, dass sehr schnell grösserer Probleme bestanden, die behoben werden mussten. Man hatte aber sowohl bei der SLM als auch bei der SAAS sehr gute Arbeit geleistet, denn die Lokomotive funktionierte und es gab keine grösseren Mängel, die behoben hätten werden müssen. Profitiert hatte man hier sicherlich von den Erfahrungen mit den Em 3/3.

Erste Veränderungen betrafen die Bremsklötze. Der Bremsstaub der Bremssohlen aus Grauguss, liess die Lokomotive schon sehr schnell rostig erscheinen. Zudem verursachten diese bei jeder Bremsung unüberhörbaren Lärm, was die Arbeit in Bahnhöfen mit Perronanlagen und Hallen behinderte. Man rüstete die Lokomotive daher mit Bremssohlen aus Kunststoff aus. Dadurch wurde die Lokomotive leiser und die Maschine verschmutzte nicht so schnell.

Als man bei den SBB den Rangierfunk auf dem ganzen Netz einführte, mussten auch diese Lokomotiven damit ausgerüstet werden. Im Führerstand wurden daher die Mikrophone und Lautsprecher montiert. Eine spezielle Halterung an der vorderen Stirnwand nahm dann das eigentliche Funkgerät auf. Die Signale wurden mit Hilfe der auf dem Dach montierten Antennen gesendet oder empfangen.

Im Lauf der Jahre wurden auch die Ee 3/3 IV mit zusätzlichen Speiseleitungen versehen. Diese Änderung betraf aber auch die restlichen Rangierlokomotiven und soll hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt werden. Die Speiseleitung war aber nur bei Reisezugwagen notwendig. Zudem wurde die Leitung nur einfach ausgeführt, was an jedem Stossbalken jeweils nur ein zusätzlicher Luftschlauch bedeutete.

Damit wären eigentlich schon alle wichtigen Veränderungen aufgeführt worden. Gerade die fehlenden Umbauten oder Verbesserungen an der Ausrüstung zeigen auf, dass die Lokomotiven grundsätzlich gut aufgebaut wurden. Trotzdem bekam man im Lauf der Jahre immer grössere Probleme bei der Besorgung von Ersatzteilen. Diese Probleme führten letztlich zur Überlegungen über die Zukunft der Lokomotiven.

Die noch gut erhaltenen Maschinen waren noch lange nicht am Ende ihrer Karriere angelangt. Gerade bei den Ee 3/3 war anfangs der 90er Jahre eine grosse Zahl Lokomotiven mit älteren Baujahren im täglichen Einsatz. Zudem waren die Ee 3/3 IV in Genève und Chiasso recht nützlich und niemand wollte auf diese nützlichen und zugkräftigen Maschinen verzichten. Vergleichbare Diesellokomotiven waren zwar im Anzug kräftiger, verloren dann aber schnell an Leistung.

Man beschloss deshalb bei den SBB, die Lokomotiven der Reihe Ee 3/3 IV elektrisch grundlegend umzubauen und zugleich zu modernisieren. Dazu sollten jedoch die üblichen Hauptrevisionen genutzt werden. Bis zum Umbau konnten die so gewonnen und noch brauchbaren Teile bei defekten Lokomotiven eingebaut werden.

Im Rahmen der anstehenden Revision R3 wurden die Lokomotiven ab 1994 grundsätzlich umgebaut. Ausgeführt wurde der Umbau zum Teil durch die Hauptwerkstätte Yverdon. Dabei arbeitete man eng mit der ABB Verkehrssysteme AG zusammen. Diese Firma entstand aus der ehemaligen BBC, welche wiederum die Unterlagen der SAAS übernommen hatte. So lag die Ingenieursarbeit also bei der Industrie und die SBB-Leute führten die Arbeiten aus.

Der Umbau betraf den mechanischen Teil der Lokomotive nur am Rande. Die tragende Struktur war noch gut erhalten und musste nur im normalen Rahmen aufgearbeitet werden. Im Rahmen solcher Hauptrevisionen wurden immer wieder Anpassungen an den Fahrzeugen vorgenommen. Das betraf hier die neu montierten Rückspiegel und Sonnenrollos hinter den Front- und Seitenfenstern. Wenn man also von den Anpassungen an die modernisierte Elektrik absieht, waren das schon alle mechanischen Veränderungen.

Der Umbau erfolgte wie schon erwähnt im Rahmen der anstehenden ordentlichen Revision R3, welche auch einen kompletten Neuanstrich vorsah. Daher erhielten die umgebauten Maschinen einen neuen Farbanstrich nach Vorgaben der SBB. Die bisher rotbraunen Teile wurden in einem feuerroten (RAL 3000) Farbton gespritzt. Das Fahrwerk wurde in einem dunkleren grau gestrichen und grenzte sich deutlich von der roten Lokomotive ab.

Zudem wurde die Lokomotive erstmals mit Bahnanschriften versehen. Dazu wurde das SBB-Logo mit den Bahnanschriften SBB CFF FFS ergänzt. In diesem Zusammenhang erhielten die Lokomotiven auch gleich neue sechsstellige Nummern und eine neue Bezeichnung. Im neuen Nummernschema mit sechsstelligen Nummern wurde den Rangierlokomotiven die 9 zugeordnet. Daher führte das für diese Lokomotive zur neuen Typenbezeichnung Ee 934.

Die elektrische Ausrüstung der Lokomotive wurde grundlegend erneuert. Dabei konnten Bauteile, die einfach nicht mehr erhältlich waren, durch andere modernere Elemente ersetzt waren. Dabei beschränkte man sich jedoch wirklich nur auf jene Teile, die die grössten Probleme verursachten. Dazu gehörten sicher die veralteten Quecksilberdampf-Gleichrichter, die mittlerweile durch die viel besseren Dioden aus Silizium abgelöst wurden und daher nicht mehr erhältlich waren.

Bereits nach dem auf dem Dach montierten Stromabnehmer gab es die erste grössere Änderung. Wurde nun der Stromabnehmer, der weiterhin verwendet wurde, gehoben und berührte er die Fahrleitung, wurde zuerst die automatische Systemwahleinrichtung gespeist. Dadurch erkannte die Lokomotive nun das befahrene Fahrleitungsnetz automatisch. Dadurch konnten Fehler in der Bedienung, die immer wieder schwere Schäden verursachten, eliminiert werden.

Nach erkennen des anliegenden Stromsystems wurde der Stromartumschalter und der Frequenzumschalter angesteuert. Nun war das vorhandene System bekannt. Die Lokomotive konnte nun eingeschaltet werden. Die Schaltung verhinderte dabei, dass der falsche Hauptschalter eingeschaltet werden konnte. Man kann also sagen, dass vieles, was bisher beim Personal lag nun durch die Automatik übernommen wurde.

Im Betrieb unter Wechselstrom wurde nun nach dem Transformator der neu eingebaute Stromrichter vom Typ NM A1 1805 angesteuert. Man verwendete also nun an Stelle der veralteten Quecksilberdampf-Gleichrichter moderne Thyristoren zur Regelung der Spannung für die Fahrmotoren. Die Ausgangsspannung des Stromrichters betrug nun zwischen 0 und 1'800 Volt. Das war für ein Halbleiterbauteil eine sehr hohe Ausgangsspannung.

Der neue Stromrichter erlaubte im Betrieb unter Wechselstrom nahezu ein stufenloses beschleunigen. Daher kann man eigentlich nur feststellen, dass die Lokomotive an Stelle der Gleichrichter moderne Stromrichter erhalten hatte. Die Phasenanschnittsteuerung blieb identisch und wurde nicht geändert. Nur konnte nun auf die Feldschwächung verzichtet werden, da der Stromrichter die volle Spannung lieferte.

Diese stabilisierte Spannung versorgte anschliessend die Fahrmotoren mit der notwenigen Energie. Durch die immer noch vorhandene Zuschaltung der Fremderregung konnte die Zugkraft ab der zweiten Stufe zusätzlich erhöht werden. Diese zusätzliche Zugkraft auch im tiefen Bereich der Geschwindigkeit war bei einer Rangierlokomotive nützlich und wurde dankbar angenommen.

Bei Fahrten unter Gleichstrom, wurde das Stromsystem vom System automatisch erkannt und die Umschaltungen für die Steuerung vorgenommen. Dabei konnte das System jedoch nur erkennen, das Gleichstrom anliegt. Die Systemwahl 3'000 Volt oder 1'500 Volt musste nun mit einem Schlüsselschalter manuell erfolgen. So war auch hier der Schutz da, dass nicht das falsche System verwendet wurde.

Da aber diese Umstellung nur sehr selten und auch nur bei einer Versetzung der Lokomotive vorgenommen werden musste, war das kein grosses Problem. Die Lokomotive wurde einfach eingestellt und fertig. Probleme im Betrieb gab diese Einrichtung auch nicht, da die Lokomotive nie direkt von 1'500 Volt Gleichstrom auf 3'000 Volt Gleichstrom wechseln konnte.

Die Regelung der Zugkraft erfolgte bei Fahrten unter Gleichstrom weiterhin mit den Anfahrwiderständen und den einzelnen Fahrstufen. Daher kann also einfach gesagt werden, dass bei den Traktionsstromkreisen die Umbauten einzig und allein beim Stromrichter zu finden waren. Der Betrieb der Lokomotive unter Gleichstrom änderte sich jedoch nur bei der Wahl des Systems bei Gleichstrom, blieb aber sonst gleich.

Die Schaltung der Fahrmotoren wurde auch nicht geändert, so dass diese bei Gleichstrom immer noch parallel oder seriell geschaltet wurden. Es kamen auch weiterhin die bewährten Motoren der Lokomotive zur Anwendung. Diese erwiesen sich als sehr robust und für den Rangierdienst bestens geeignet. Daher blieben diese erhalten und wurden nur im Rahmen der Hauptrevision revidiert.

Bei den Hilfsbetrieben wurden die störungsanfälligen Umformer durch einen statischen Stromrichter ersetzt. Es kam im ersten Teil nun ein normaler Bordnetzumrichter zum Einsatz, der eine Gleichspannung von 1'500 Volt lieferte. Mit dem immer noch direkt ab Gleichstromnetz gespeisten Motor zum Kompressor konnten nun die Schaltungen ermöglicht werden. Denn nur waren bei 1'500 Volt Stromrichter und Kompressor parallel geschaltet. Bei 3'000 Volt kam die Reihenschaltung der beiden Bauteile zur Anwendung.

Speziell gelöst wurde der Weg für die 220 Volt Verbraucher, denn hier wurde zuerst der Gleichstrom in einem Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt, der dann im Transformator auf einen niederen Wert transformiert werden konnte. Danach wurde die Spannung wieder in Gleichstrom umgewandelt. Dieser Umweg musste beschritten werden, um die Umwandlung mit wenig Verlust zu ermöglich. Somit bestand der Bordnetzumrichter aus zwei getrennten Stromrichtern.

Der zweite Bordnetzumrichter hatte drei Ausgänge. Diese wurden unterschiedlich genutzt. Während die Ventilatoren und Heizungen weiterhin mit einer festen Spannung von 220 Volt Gleichstrom versorgt wurden, stand am zweiten Ausgang eine veränderliche Spannung zwischen 80 und 220 Volt zur Verfügung. Diese zweite Gleichspannung wurde zur Fremderregung der Fahrmotoren genutzt. Bleibt nur noch der dritte Ausgang, der mit 36 Volt das Steuerstromnetz und die Batterieladung versorgte.

Neu musste für den Stromrichter des Traktionsstromkreises eine Ölpumpe eingebaut werden. Der Motor dieser Pumpe wurde direkt vom Transformator gespeist und daher mit Wechselstrom unterschiedlicher Frequenz betrieben. Es handelte sich bei diesem Motor um den einzigen Wechselstrommotor der Hilfsbetriebe.

Da der Motor bei einem Einsatz unter Gleichstrom nicht mehr mit Spannung versorgt werden konnte, fiel die Ölpumpe aus. Dadurch war die Kühlung des Traktionsstromrichters nicht mehr möglich. Die Lösung konnte aber gewählt werden, weil die Pumpe nur beim fahren unter Wechselstrom betrieben werden musste. Bei Gleichstrom war der Stromrichter gar nicht aktiviert und musste daher auch nicht gekühlt werden.

Veränderungen gab es auch bei der Steuerung der Lokomotive. Dabei mussten die Regelung der Fahrmotorströme an den neuen Stromrichter angepasst werden. Mit dem Fahrschalter wurde nun mit einem Winkeltransmitter die Leitelektronik beeinflusst, welche dann die notwendigen Aufgaben ausführte. Daher kam an Stelle des Servokontroller ein neues Fahrzeugleitgerät zur Anwendung. Im Betrieb unter Gleichstrom übernahm dieses Fahrzeugleitgerät die Schaltung der Schütze zu den Anfahrwiderständen. Dieser Änderung wurde nötig, damit der Stromrichter angesteuert werden konnte.

Neu wurde bei der Lokomotive eine Vielfachsteuerung eingebaut. Diese erlaubte die Fernsteuerung einer weiteren Lokomotive vom gleichen Typ. Kombinationen mit anderen Loktypen waren auch nicht vorgesehen und hätten auch nicht sinnvoll verwirklicht werden können. Die Befehle der ersten Lokomotive wurden über zwei 19polige Steuerkabel auf die zweite Lokomotive übertragen. Wobei das Signal des Winkeltransmitters in modulierter Form vom Rechner der führenden Lokomotive über die Vielfachsteuerleitung übermittelt wurde.

Nicht erwähnen möchte ich kleinere Anpassungen an anderen Bauteilen. Diese waren meistens nur auf Grund der neuen Stromrichter notwendig geworden. Da beim Umbau keine deutliche Steigerung der Leistung verlangt wurde, ermöglichten die modernen Stromrichter, dass sich das Gewicht der Lokomotive um 2 Tonnen reduzieren lies. Die modernisierten Lokomotiven hatten nur noch ein Gesamtgewicht von 46 Tonnen.

Ende 2010 wurde die Ee 934'560 für einen grösseren Versuch der Industrie herangezogen. Die für den Versuch vorgesehene Maschine wurde in der Hauptwerkstätte Biel entsprechend vorbereitet und dabei neu gespritzt. Die geänderte Farbgebung diente einerseits der Erneuerung des Anstrichs, kennzeichnete jedoch die spezielle Lokomotive deutlich. Auch die neue Typenbezeichnung Ee 933 wurde dabei bereits angebracht.

Danach ging es geschleppt nach Genève, wo die Lokomotive in den Werken der Industrie komplettiert wurde. Doch sehen wir uns diesen Umbau kurz an.

Bisherige Lokomotiven und Triebwagen für Wechselstrom hatten immer einen schweren Transformator bekommen. Dieses grosse Bauteil bestimmte neben der Bauform des Fahrzeuges auch dessen Gewichtsverteilung und beschränkte früher sogar die Leistung des Triebfahrzeuges. Wir wollen uns dabei an die ersten elektrischen Lokomotiven erinnern, die meist um den Transformator herum aufgebaut wurden.

Hinzu kommt, dass wegen der niederen Frequenz von 16.7 Hertz sehr viel Eisen im eigentlichen Kern verwendet werden musste. Dieses Eisen wurde benötigt um die magnetischen Felder zur Induktion zu bekommen. Dadurch wurden galvanisch getrennte Transformatoren möglich. Jedoch blieb das Bauteil sehr schwer. Hier soll an die Re 6/6 erinnert werden, die zwei Transformatoren bekommen hatte um das Gewicht besser über die Lokomotive zu verteilen.

Mit höherer Frequenz könnte man diesen Anteil Metall zusätzlich reduzieren und so Gewicht sparen. Dadurch wäre es bei Triebzügen möglich, viel höhere Leistungen einzubauen und dabei erst noch leichtere Züge zu bauen. Bei Lokomotiven wäre der Nutzen geringer, da man dort bereits an der Grenzleistung angekommen war. Aber grosse Vorteile mit höheren Frequenzen im Transformator sah man bei Triebzügen.

Die ABB führte daher auf der so vorbereiteten Maschine einen Versuch mit einem neuartigen "Power elektronic traction transformator" durch. Dieser als PETT bezeichnete Transformator arbeitete mit viel höherer Frequenz und erlaubte so die massive Reduktion des Gewichtes. Durch den elektronischen Aufbau dieses Transformators wandelte er, neben der Reduktion der Spannung, auch den Wechselstrom in Gleichstrom um.

Dieser Gleichstrom wurde bei der Ee 933 direkt den Fahrmotoren zugeführt. Bei moderneren Lokomotiven oder Triebwagen speist der PETT direkt den Wechselrichter und reduziert so das Gewicht zusätzlich, da die Vierquadratensteller und der Zwischenkreis ersetzt würden. Die Folgen wären klar, denn das Fahrzeug könnte so viel leichter gebaut werden, was die Erhöhung der Leistung bei gleichbleibendem Gewicht erlauben würde.

Beim Versuchsträger, also der ehemaligen Ee 934'560 verzichtete man aus Kostengründen auf die Herrichtung des PETT für 25'000 Volt. Technisch wäre das jedoch möglich gewesen. Daher verlor diese Lokomotive das französische Stromsystem 25'000 Volt 50 Hertz. Die Bezeichnung wurde in Ee 933 geändert und die Lokomotive erheilt die neue Nummer nach neustem Schema. Diese lautete nun 97 85 1 933 001-0.

 

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