Traktionsausrüstung |
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Eigentlich hatte der
Triebzug
eine einfache elektrische Ausrüstung, die nach den neusten Erkenntnissen
aufgebaut wurde. Ausgelegt wurde das Fahrzeug für eine
Spannung
in der
Fahrleitung
von 15 000
Volt
und eine
Frequenz
von 16,7
Hertz.
Andere Spannungen waren weder als
Option,
noch technisch vorbereitet worden und daher entstand wirklich eine
einfache Sache.
Wenn wir jedoch auf das Fahrzeug wechseln, wird es komplizierter.
Beim
Triebzug
handelte es sich um einen
Neigezug,
der auch mit den optimalsten
Drehgestellen
eine maximale
Achslast
von 15 Tonnen nicht überschreiten durfte. Eigentlich einfach, wären da
nicht die schweren Bauteile der elektrischen Ausrüstung und dort gab es
grosse Probleme.
So musste darauf geachtet werden, dass eine möglichst hohe
Leistung
bei möglichst wenig Gewicht abgerufen werden konnte. Dabei musste schon
auf dem Dach damit begonnen werden. Daher machen wir uns daran, die
Fahrleitungsspannung
auf das Fahrzeug zu übertragen, denn dort gab es schon das erste Problem,
das behoben werden musste. Um die Spannung zu übertragen, wurden auf den Dächern der Wagen drei und fünf je ein Stromabnehmer montiert. Diese wa-ren identisch und wurden von der Lokomotive Re 460 übernom-men.
Damit wurde auch hier
der neue leichte WBL 85 eingebaut. Wich-tig war dies, weil dieses neue
Modell extra für Geschwindig-keiten von über 200 km/h ausgelegt worden
war. Die aerodynamischen Probleme der Lokomotive Re 460 gab es hier jedoch nicht. Der Grund lag in der Tatsache, dass die Bügel auf den Wagen drei und fünf montiert wurden.
Dadurch waren sie weit von der gefürchteten Bugwelle entfernt.
Diese Luftströmung verursachte Turbulenzen und sorgte so da-für, dass der
Bügel bei hohen Geschwindigkeiten nicht optimal funktionierte. Der Stromabnehmer wurde, wie bei modernen Fahrzeugen üb-lich, mit doppelten Schleifleisten versehen. Diese Bauteile be-standen aus Kohle waren mit isolierten Notlaufhörnern versehen und zu einem Schleifstück verbunden worden.
So konnten diese auf eine Breite von 1 450 mm ausgelegt wer-den.
Zugelassen war dieser Wert auf dem ganzen normalspurigen Netz der
Schweizerischen Bundesbahnen SBB.
Es konnte deshalb, wie bei allen anderen
Triebfahrzeugen
der Schweiz mit nur einem gehobenen
Stromabnehmer
gefahren werden. Zudem wurden die einzelnen
Schleifleisten eines Bügels gegenüber dem Träger
gefedert ausgeführt und sie wurden mit einer
Schleifleistenüberwachung
versehen. Damit war gesichert, dass der Bügel bei einem Bruch dieser
Leisten automatisch gesenkt wurde.
Ergänzt wurde der Bügel noch mit dem Schlagschutz. Dieser löste
aus, wenn das
Schleifstück
einen Schlag bekommen sollte. Auch jetzt wurde der Bügel durch die
Einrichtung automatisch gesenkt. Es war so ein
Stromabnehmer
entstanden, der ideal für hohe Geschwindigkeiten war und der die meisten
Störungen beim Kontakt der
Fahrleitung
eliminierte. Gehoben wurde der Stromabnehmer, wie die älteren Mo-delle, mit Hilfe von Druckluft. Diese hob lediglich die Kraft der Senkfeder auf und erlaubte es so der Hubfeder den Bügel zu heben.
Dabei wurde der
Einholmstromabnehmer
gehoben, bis er auf ein Hindernis traf. Danach drückte er mit einer
ein-stellbaren Kraft gegen den
Fahrdraht
und stellt so den Kon-takt sicher. Eine Höhenbegrenzung verhinderte, dass sich der Bügel jedoch durchstrecken konnte. So konnte dieser auch ge-hoben werden, wenn keine Fahrleitung vorhanden war.
Es war ein herkömmliches Modell, das ebenfalls mit den bekannten
Methoden gesenkt wurde. Wobei jetzt auch die Überwachungen der
Schleifleiste in diesen Vorgang ein-greifen konnten. Diese einfach aufgebauten Sicherungen des Schleifstückes funktionierten sehr zuverlässig und verhinderten zudem auch, dass ein Stromabnehmer mit defektem Schleifstück gehoben werden konnte.
Jedoch begannen die Probleme bei diesen
Stromabnehmer
erst jetzt, denn sie mussten, wie bei anderen Fahrzeugen auf dem Dach
montiert werden und das ging hier schlicht nicht so direkt.
Durch die im
Triebzug
eingebaute
Neigetechnik
bewegte sich der Kasten sehr stark seitlich. Dieser Bewegung durfte der
Stromabnehmer
nicht folgen, denn sonst hätte er den Kontakt mit der
Fahrleitung
verloren. Was bei einem solchen Vorgang passiert, können wir uns ausmalen
und die Schäden an der Leitung und am Fahrzeug werden auch durch die
Schutzeinrichtungen nicht verhindert. Deshalb wurde auf dem Dach des Wagens für den Stromabnehmer ein separates elektromechanisches Neigesystem montiert, wel-ches diese spezielle Funktion ohne Einschränkung des Passagier-raumes mit einer Neigung von bis zu sechs Grad wahrnehmen konnte.
Die Neigung des
Stromabnehmers
wurde direkt mit der Neigung des Wagenkastens gekoppelt und arbeitet
entgegen der Neigung des Kastens. Das bei den Pendolini der Baureihe ETR 470 der Cisalpino AG benötigte Portal entfiel daher und im Kasten stand mehr Platz zur Verfügung. Speziell dabei war, dass sich der Stromabnehmer trotz der Einrichtung mit bis zu zwei Grad zur inneren Seite neigte.
Damit wurde die auf den Bügel wirkende Fliehkraft kompensiert,
denn die war etwas höher, als bei den Reisenden, die ein paar Meter tiefer
sassen. Die von einem der beiden Stromabnehmer auf das Dach übertra-gene Spannung der Fahrleitung wurde über eine flexible Ver-bindung mit der auf dem Dach des Wagens montierten Dach-leitung verbunden. Diese flexible Verbindung zur Dachleitung war nötig, weil sich die Stromabnehmer ja seitlich bewegen konnten und so eine Stromschiene hinderlich gewesen wäre. Dabei musste man je-doch darauf achten, dass diese den Kasten nicht berühren konn-te.
Die
Dachleitung
bestand aus einem einfachen
Hochspannungskabel,
das über den Wagen vier geführt wurde. So wurden die beiden
Stromabnehmer
des
Triebzuges
einfach miteinander verbunden. Dank dem flach auf dem Dach liegenden Kabel
war dieses nicht zu erkennen und auch die aerodynamischen Effekte waren
geringer. Was aber deutlich gesenkt werden konnte, war das Gewicht.
Die
Verbindung
war nötig, um mit nur einem gehobenen
Stromabnehmer
zu fahren und die Redundanz beim
Triebzug
zu ermöglichen. Gerade jetzt begannen die ersten Unterschiede zu anderen
vorhandenen Fahrzeugen, denn nun wurde jede Hälfte mit einer kompletten
elektrischen Ausrüstung versehen. Es waren daher zwei Halbzüge vorhanden,
die autonom betrieben werden konnten.
Gerade die Redundanz war neu, denn mit der Lösung von zwei
identischen, aber komplett getrennten
Stromkreisen
wurde das Gewicht der elektrischen Ausrüstung etwas erhöht. Das passte
jedoch nicht zu einem Zug, bei dem jedes Gramm eingespart werden musste.
Jedoch konnte dieses höhere Gewicht besser verteilt werden. Das sorgte
dafür, dass die einzelnen Fahrzeuge leichter gebaut werden konnten.
Ein
Beispiel soll das verdeutlichen. Der
Transformator
musste beispielsweise für eine
Lei-stung
von 6 MVA ausgelegt werden. Durch die Teilung musste jeder noch für 3 MVA
gebaut werden. Das zusätzliche Gewicht verteilte sich nun aber auf zwei
Fahrzeuge, denn ich muss diese beiden Transformatoren bekanntlich nicht an
der gleichen Stelle einbauen.
Was nun einfach klingt, macht es für uns nicht einfach. Wir
beschränken uns nämlich auf lediglich einen Teil. Diesen werden wir genau
ansehen. Sie müssen einfach wissen, dass sich die erwähnten Wagen auch bei
der anderen Seite wiederfanden. Es wurden für die elektrische Ausrüstung
jeweils drei Wagen benötigt und nur Wagen vier hatte ausser der
Dachleitung
nichts mit der Traktionsausrüstung zu tun.
Beim RABDe 500 begann
die Redundanz eigentlich bereits bei den
Stromabnehmern
und erlaubte auch so bei einem Defekt den weiteren Betrieb des Zuges. Da
diese jedoch mit der
Dachleitung
verbunden wurden, trennen wir die beiden Stränge jetzt, denn die nächste
Verbindung
der beiden Halbzüge, waren die
Schienen,
auf denen der
Triebzug
abgestellt wurde. So einfach war die Idee bei der Redundanz und man ging
hier noch weiter.
Bei der Beschreibung
des
Neigezuges
können wir uns mit einem halben
Triebzug
zufriedengeben. Die andere, nicht betrachtete Hälfte unterschied sich
jedoch nicht. Das ging sogar bis weit in Bereiche, wo bisher keine
Redundanz vorhanden war und die auch nicht gefordert wurde. Einfach
gesagt, beim
ICN
war immer alles doppelt verbaut worden. Eine einzige Baugruppe war nicht
vorhanden und es gab immer einen Ersatz.
An
die
Dachleitung
wurden die einzelnen Verbraucher und Messgeräte angeschlossen. Dazu
gehörten, neben dem
Hauptschalter
der vorgestellten Hälfte auch ein parallel dazu montierter
Erdungsschalter
und ein
Über-spannungsableiter.
Diese dienten der
Erdung
beim Unterhalt und verhinderten, dass Blitze, die das Fahrzeug trafen in
die elektrischen Leitungen gelangen konnten.
Für die Anzeige der
Fahrleitungsspannung
war auch ein neuartiger
Spannungswandler
angeschlossen worden. In jedem Strompfad waren bei beiden Antriebssträngen
diese Baugruppen vorhanden, so dass auch die Anzeige der
Spannung
nicht ausfiel, wenn die
Dachleitung
unterbrochen war. Ein Punkt, der hier besonders hervorgehoben wurde und
der bei der Bedienung wichtig war.
Wir betrachten nun den Pfad beim auf dem Wagen drei montierten
Stromabnehmer,
denn hier war auch der
Hauptschalter
der Hälfte eins. Ich wählte diese zufällig, es hätte auch die andere
Antriebseinheit sein können, denn sie war ja identisch. Doch nun zum
Hauptschalter, der diese Antriebseinheit eins von der
Fahrleitung
trennte und so diese auch bei Störungen sicher abtrennte.
Man verwendete den
Hauptschalter,
wie er schon bei der
Lokomotive
Re 460
verbaut wurde und mit dem die Werkstätten der Schweizerischen Bundesbahnen
SBB schon Erfahrungen gesammelt hatten. Das verwendete Modell war vom Typ
BVAC und stammte von Adtranz, welche aus der ABB hervorgegangen war. Es
handelte sich dabei um einen neuartigen
Vakuumhauptschalter
der modernsten Generation.
Diese
Hauptschalter
funktionierten etwas besser als die Modelle mit
Druckluft.
Zwar benötigte man immer noch Druckluft, aber damit wurde nicht mehr der
beim ausschalten des Schalters entstehende
Lichtbogen
ausgeblasen. Die Schaltkontakte waren hier in einem Vakuum montiert
worden. So entstand der Lichtbogen gar nicht erst, da er keine Luft hatte,
in der er sich aufbauen konnte. Dadurch wurde der Hauptschalter im Aufbau
leichter.
Vom
Hauptschalter
wurde die
Spannung
aus der
Fahrleitung
dem
Transformator
zugeführt. Dazu verwendete man ein
Hochspannungskabel,
das auf Seite des
Stromabnehmers
unter den Kasten geführt wurde. Der benötigte Platz wurde beim
Transformatorwagen
mit der Nummer drei durch den Verzicht auf eine
Einstiegstüre
auf dieser Seite des Fahrzeuges geschaffen.
Auch das Kabel war mit einem
Überspannungsableiter
vor zu hohen
Spannungen,
wie sie nach einem Blitzeinschlag entstehen konnten, geschützt worden.
Damit war in jedem Antriebsteil zwei Überspannungsleiter montiert worden,
was den Zug sehr gut vor diesen gefürchteten Einschlägen schützte.
Gleichzeitig war die beim Kabel eingebaute Schirmung auf Erde geschaltet,
so dass keine Überschläge im Bereich der Durchführung entstehen konnten. Ein Überschlag durch den Überspannungsableiter des Ka-bels gelangte direkt in den Wagenkasten. Damit dieser nicht elektrisch aufgeladen werden konnte, waren zwei Achsen des Transformatorwagens über Erdungsbürsten mit der Erde verbunden.
Damit wurde diese
Spannung
über den Kasten und diese
Erdungsbürsten
in die
Achsen
und so auf die
Schienen
ab-geleitet. Das Kabel wurde an der primären Spule des Transfor-mators angeschlossen und danach über Trenner mit den Erdungsbürsten auf zwei Achsen am Wagen und auf die anderen mit Erdungsbürsten ausgerüstete Achsen im Wa-gen fünf abgeführt.
Damit waren die beiden Antriebsstränge hier innerhalb des Zuges
wieder miteinander verbunden worden. Da nun eine Verbindung der beiden mit Transformatoren versehen Wagen vorhanden war, wurde auch ein Über-schlag im Kabel auf diese Leitung genommen.
So war auch hier die Sicherheit mit vier
Erdungsbürsten
vorhanden. Das war wichtig, weil diese einer Abnützung unterworfen waren
und daher unterschiedlich lange ausgeführt wurden. Im Unterhalt mussten
sie daher regelmässig kontrolliert werden.
Kehren wir wieder zum
Transformatorwagen
drei zurück und wenden uns dort
dem
Transformator zu. Dieser wurde mit der bei der
Lokomotive Re 460
eingeführten Scheibenwicklungstechnik aufgebaut. Dadurch konnte er
problemlos unter den Kasten aufgehängt werden. Um das Gewicht optimal auf
die beiden
Drehgestelle zu verteilen, erfolgte diese Montage in der Mitte
des Wagens. Da der Transformator, der mehrere Spulen besass, sehr schwer war, konnten bei der zu-lässigen Achslast von 15 Tonnen keine weiteren Baugruppen der Ausrüstung vorgesehen werden.
Daher wurde dieser
Transformatorwagen beim
ICN
auch nicht angetrieben. Am schwersten war daher der Wagen Nummer fünf,
der zusätzlich noch die Küche des
Speisewagens erhalten hatte. Aus diesem Grund wurden die von den sekundären Spulen abgegebenen Spannungen ohne weitere Aufbereitung auf den zweiten Wagen übertragen. Daher müssen wir die Betrach-tung des Traktionsstromkreises auf diesem Wagen fortsetzen.
Der zweite Wagen wurde analog zum
Transformatorwagen wegen den dort verbauten Bau-gruppen zudem als
Stromrichterwagen
bezeichnet. Auch er war eine Eigenheit von
Neige-zügen.
Unter
dem Boden des Wagens zwei war der Traktionsumrichter eingebaut worden. Die
Spannung vom
Transformator wurde nun im Netzstromrichter (NSR) mit Hilfe
von
GTO-Thyristoren gleichgerichtet und anschliessend dem daher mit
Gleichstrom betriebenen
Zwischenkreis zugeführt. Dieser Zwischenkreis war
mit einem Saugkreis und Drosseln auf einem stabilen Wert gehalten worden,
so dass er immer die optimale
Leistung
übertragen konnte.
Der
Zwischenkreis wirkte nun als
Puffer, der auch Schwankungen bei den
Spannungen in der Zuleitung auffangen konnte. Dabei waren die Werte jedoch
auf eine Spannung in der
Fahrleitung von 15 000
Volt ausgelegt worden. Die
Gleichspannung des Zwischenkreises verhinderte jedoch auch, dass
Gleichstrom aus dem
Fahrdraht zugeführt werden konnte. Daher war der
Neigezug nur für eine Spannung zulassen.
An
diesem
Zwischenkreis bezogen die einzelnen Verbraucher ihre
Leistung. Das
galt für alle Verbraucher des Zuges. Da wir die Neben- und
Hilfsbetriebe
später in einem eigenen Kapitel genauer betrachten werden, können wir uns
bei der weiteren Betrachtung des
Umrichters vorerst auf den
Traktionsstrom-richter beschränken. Wir werden später jedoch hierher
zurückkehren.
Der
nun am
Zwischenkreis angeschlossene Antriebsstromrichter (ASR) erzeugte
ebenfalls mit
GTO-Thyristoren aus dem
Gleichstrom im Zwischenkreis einen
Drehstrom
variabler
Spannung und
Frequenz. Welche Werte abgegeben wurden,
war durch die Steuerung definiert. Je nach
Zugkraft und Geschwindigkeit
wurden sowohl Spannung, als auch Frequenz verändert.
Damit
hätten wir nun die für die
Fahrmotoren vorgesehene
Spannung erhalten. Eine
weitere Aufbereitung dieser Spannung, oder
Wendeschalter gab es jedoch
nicht mehr, denn alle diese Funktionen wurden mit der Steuerung des ASR
bewerkstelligt. Die Ausrüstung konnte dadurch sehr vereinfacht werden, was
deren Gewicht zusätzlich reduzierte. Die so aufbereitete Spannung wurde den vier parallel ge-schalteten Fahrmotoren zugeführt. Diese wurden nun ebenfalls aufgeteilt.
Da der
Umrichter nicht
so schwer war, wie der
Transfor-mator, konnten zwei Motoren im
Stromrichterwagen und zwei im
Steuerwagen eingebaut werden. Daher wurden
die Leitungen zu den
Fahrmotoren auch auf den Wagen eins übertragen. Eingebaut wurden robuste und für den harten Bahnbetrieb bestens geeignete Asynchronmotoren. Diese Drehstrom-motoren hatten keinen Kollektor und konnten daher auch im Stillstand mit der vollen Leistung betrieben werden.
Zudem waren sie sehr robust gegen
Stösse und Schläge, die immer wieder
auftreten konnten. Jedoch konnten sie erst mit der
Umrichtertechnik
optimal betrieben werden. Jeder Fahrmotor konnte dauernd eine Leistung von 650 kW erzeugen und hatte dabei eine verfügbare Zugkraft von 26.25 kN. Das ergab für den ganzen Zug eine Dauer-leistung von 5 200 kW und eine Dauerzugkraft von 210 kN.
Die
Anfahrzugkraft
der Motoren war nicht viel höher, so dass auch die
Anfahrzugkraft diesem Wert entsprach. Eine Lösung, die bei den Motoren die
Reduktion des Gewichtes erlaubte, da die
Kühlung
einfacher ausgeführt
werden konnte.
Abgegeben werden konnte diese
Zugkraft von 210 kN bis zu einer
Geschwindigkeit von 90 km/h. Damit lag die
Leistungsgrenze tiefer, als bei
den
Lokomotive der Reihe
Re 4/4 II, was jedoch bei einem
Triebzug kein zu
grosses Problem sein sollte. Bei der
Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h
konnte noch eine Restzugkraft von 100 kN abgerufen werden. Daher war
gerade hier die Reduktion nicht besonders gross.
Bei
der
Kühlung der
Fahrmotoren verzichtete man jedoch auf die übliche und bei
Lokomotiven bewährte Fremdventilation. So konnten die sonst benötigten
Kanäle eingespart werden. Da der
Neigezug jedoch schnell hohe
Geschwindigkeiten erreichte, konnte eine
Eigenventilation verbaut werden.
Diese drückte die Luft mit einem vom Motor angetriebenen
Ventilator durch
denselben.
Diese
Art der
Kühlung
hatte bei geringen Geschwindigkeiten nur eine geringe
Kühlleistung und erst bei höherer Geschwindigkeit arbeitete sie optimal.
Da nun aber keine höheren
Anfahrzugkräfte
gekühlt werden mussten, wurde
dieser Effekt mit der
Leistung
der
Fahrmotoren kompensiert und so eine gut
funktionierende Kühlung eingebaut.
Der
Triebzug besass eine elektrische
Nutzstrombremse hoher
Leistung. Eine
Beschränkung, wie es sie bei
Lokomotiven wegen den Kräften bei den
Puffern
gab, war hier jedoch nicht vorhanden. Das konnte so gelöst werden, da
keine anderen Fahrzeuge angehängt wurden und nur der Triebzug gebremst
wurde. Daher lohnt es sich, wenn wir einen genaueren Blick auf diese
elektrische
Bremse werfen.
Die
erzeugte Bremsenergie wurde von den
Asynchronmotoren
automatisch erzeugt, wenn
die Drehzahl über jener der
Frequenz lag. Der Stromfluss kippte nun und
aus dem
Drehstrom der Motoren wurde im
Umrichter eine zur
Fahrleitung
passende
Spannung erzeugt. Letztlich wurde diese im
Transformator auf den
erlaubten Wert der Fahrleitung angepasst und an das Netz abgegeben.
Dabei
lag die
Leistung
der
elektrischen
Bremse im Bereich der
Zugkraft und somit
unter einer Geschwindigkeit unter 90 km/h bei 210 kN. Erst kurz vor dem
Stillstand wurde die
Bremskraft durch die Steuerung wieder reduziert. So
wurde verhindert, dass die
Stromrichter kurz vor dem Stillstand des
Neigezuges ungewollt in den Fahrbetrieb wechselten.
Dank
dieser
Bremse
konnte beim Bremsbetrieb sehr viel Energie gewonnen werden
und man schonte die mechanischen Bremsen des Zuges damit noch zusätzlich.
Aufmerksame Leser werden es wohl längst bemerkt haben, denn der
Triebzug
vorsorgte beim elektrischen Bremsen auch die Neben- und
Hilfsbetriebe
über
den
Zwischenkreis, zu denen wir nun kommen. |
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