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Traktionsstromkreis |
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Wenn wir nach dem Fehler suchen würden, der
verhinderte, dass die
Baureihe
Re 4/4 IV in Serie gebaut wurde, können wir diesen in dem nun folgenden
Bereich finden. Es war hier von der Seite des Bestellers keine Forderung
vorhanden, die eine schnelle Entwicklung für eine Serie verlangte. Daher
wäre durchaus mehr möglich gewesen. Trotzdem müssen wir uns ansehen, wie
die Konstrukteure in diesem Teil das
Pflichtenheft
umsetzten.
Der Besteller wollte eine neue
Lokomotive
für den natio-nalen Verkehr und daher war klar, welches
Stromsystem
massgebend war. Das macht es für uns etwas einfacher. Die Spannung aus der Fahrleitung wurde dabei mit zwei Stromabnehmern auf das Dach der Lokomotive übertra-gen. Man verwendete hier die Modelle, die sich bei den Baureihen Re 4/4 II und Re 6/6 sehr gut bewährt hatten. Damit konnte auch die Vorhaltung von
Ersatzteilen gemil-dert werden. Ein Punkt des
Pflichtenheftes,
der in vielen Bereichen neue Lösungen verhinderte. Gerade hier sollten
sich damit erste Probleme ergeben. Gehoben wurde der
Einholmstromabnehmer
mit Hilfe von
Druckluft.
Diese hob dabei die Kraft der
Senkfeder
auf. Damit war es der
Hubfeder
möglich, den Bügel zu heben. Das erfolgte, bis dieser auf einen
Widerstand
traf. Jedoch verhinderte die eingebaute
Höhenbegrenzung,
dass sich der
Stromabnehmer
vollständig durchstrecken konnte. Es war daher möglich, diesen auch ohne
eine
Fahrleitung
zu heben und ihn dann wieder zu senken. Um den Bügel zu senken, wurde die Luft aus dem
Zylinder entfernt. Da dies jedoch sehr schnell erfolgte, entstand für
einen kurzen Moment ein Unterdruck. Dieser führte dazu, dass die
Schleifleiste schnell vom
Fahrdraht gerissen wurde. Danach sorgte die
Senkfeder
dafür, dass der Bügel in seine Tieflage verbracht wurde. Dort
wurde er durch die Kraft der
Feder in dieser Lage gehalten. Der Fahrwind,
konnte den Bügel nicht heben.
So wurde ein guter Kontakt mit der
Fahrleitung
möglich. Da zudem bei jedem Bügel zwei solche
Schleifleisten eingebaut
wurden, konnte die
Lokomotive
im Betrieb mit nur einem gehobenen
Stromabnehmer
verkehren. Mit den zwei Schleifleisten und den beiden seitlichen Notlaufhörnern, wurde letztlich das Schleifstück aufgebaut. Da die Notlaufhörner aus glasfaser-verstärktem Kunststoff bestanden, waren sie isoliert. Dadurch konnte die Breite auf den Wert von 1 450 mm gesteigert
werden. Das führte im Betrieb dazu, dass der
Stromabnehmer
nicht so leicht
entgleisen konnte. Aber, wie schon erwähnt, wirklich neu war dieser Teil
nicht gebaut worden. Das galt auch für die Dachleitung. Diese verband die beiden Stromabnehmer und sie konnte an den Schnittstellen des Daches gelöst werden. Dazu waren dort die üblichen Stromschienen durch Litzen ersetzt worden. Eine Lösung, die wegen dem Kasten so ausgeführt werden
musste. Zudem hatten die
Lokomotiven
Re 4/4 II gezeigt, dass damit im
Betrieb keine zu grossen Probleme zu erwarten waren. Die Litzen wurden
auch benutzt um einen Bügel abzutrennen. Deutlich spannender waren die an dieser
Dachleitung
angeschlossenen Bauteile. Neben den üblichen Baugruppen, kam hier ein auf
dem Dach im Bereich des später noch vorgestellten
Hauptschalters montierte
Spannungswandler zum Einbau. Dieser war dazu vorgesehen, die
Spannung in
der
Fahrleitung
zu messen. Das Ergebnis wurde in den beiden
Führerständen
angezeigt und auch die Steuerung nutzte diese Angaben bei der Überwachung.
So konnte eine Auswirkung auf die Fahrleitung zu verhindert werden. Eine Lösung, die seit Jahren verwendet wurde. Das auf der Lokomotive verbaute Modell hatte sich bei vielen Modellen bereits seit Jahren bewährt. Daher wurde auch hier ein Drucklufthauptschalter der Bauart DBTF verbaut. Sie werden es vermutlich
bereits erahnen, auch hier wurde auf die bewährte Technik gesetzt. Wobei
zur Entlastung der Hersteller erwähnt werden muss, dass dieser DBTF
durchaus sehr zuverlässig seine Arbeit verrichtet und das war wichtig. Probleme bei einem
Hauptschalter entstehen nur, wenn
dieser geöffnet wird. Bei der hohen
Spannung führte dieser Vorgang dazu,
dass ein
Lichtbogen entstand. Dieser trat auf, wenn die Kontakte geöffnet
wurden. Beim hier verwendeten Modell wurde dieser Lichtbogen ausgeblasen.
So wurde die Gefahr gemildert. Trotzdem war die Belastung für die Kontakte
in diesem Bereich sehr hoch. Aus diesem Grund wurden diese mit Platin
beschichtet. Ein Nachteil dieser Lösung war, dass der
Lichtbogen
nur bei einem bestimmten
Luftdruck zuverlässig gelöscht werden konnte. Aus
diesem Grund musste mit einer Massnahme verhindert werden, dass in dem
Fall mit zu wenig Druck der Schalter geöffnet wurde. Mit der
Niederdruckblockierung war das
jedoch verwirklicht worden. Dabei überwachte die Steuerung den in der
Speiseleitung vorhandenen Luftdruck. War dieser Wert für den Schalter zu
tief verhinderte die Steuerung die Ausschaltung.
Dieser wurde manuell bedient und der sorgte
dafür, dass die Leitungen sowohl vor, als auch nach dem
Hauptschalter mit
dem Kasten und damit mit der Erde verbunden wurden. So konnte ohne Gefahr
gearbeitet werden. Somit haben wir die Spannung geschaltet und können sie nun in den Maschi-nenraum übertragen. Dort endete die Leitung im Transformator. Dieser war wegen dem hohen Gewicht in der Mitte der Lokomotive eingebaut worden. Da jedoch der Platz nicht mehr für den
Hauptschalter reichte und weil dieser von unten bei Störungen bedient
werden musste, war auf dem Dach eine wei-tere
Dachleitung verbaut worden.
Erst dann erfolgte die Durchführung. Im Transformator wurde die Spannung direkt der Primärwicklung zugeführt. Diese Spule war auf der anderen Seite, mit den vier Triebachsen und den dort verbauten Erdungsbürsten verbunden. So
entstand ein geschlossener
Stromkreis. Dabei waren diese Bürsten
unter-schiedlich lange. Das war wegen der hier vorhandenen Abnützung
wichtig und so wurde verhindert, dass die ganze
Lokomotive plötzlich unter
der
Hochspannung stehen konnte. Mit der
Primärspule und dem durch diese fliessenden
Strom, konnte ein Magnetfeld erzeugt werden. Dadurch wurde der
Widerstand
erhöht und der Stromfluss in der
Wicklung beschränkt. Ein in der Zuleitung
verbauter Stromwandler überprüfte diesen Wert. Uns sollte nun aber das mit
der
Spule erzeugte Magnetfeld mehr interessieren, denn dieses wurde für
die weitere Übertragung der Energie benötigte. Es gab daher keine direkte
elektrische
Verbindung zu den
Fahrmotoren.
Es folgte für jedes
Drehgestell ein eigener
Stromkreis und auch der Aufbau dessel-ben wurde
geändert. Wir beschränken uns daher auf ein Drehgestell. Sie müssen jedoch
keine Angst haben, denn beide Antriebsstränge waren nun identisch
auf-gebaut worden. Für einen Traktionsstromkreis wurden zwei galvanisch getrennte Wicklungen mit unterschiedlichen Spannungen benötigt. Jedoch besass eine der beiden Spulen eine Anzapfung. Diese wurde nicht direkt zum
Stromrichter geführt. Die hier verwendete
Drosselspule hatte die
Bezeichnung Zusatzkommutierungsdrossel bekommen. Auf der
Lokomotive gab es
daher keinen
Stufenschalter, der mehrere Abgriffe der
Spule mit den
Fahrmotoren verbunden hätte. Die vom Transformator kommenden fünf Leitungen wurden daher einem Strom-richter zugeführt. In diesem waren mehrere Thyristoren verbaut worden. Diese Halbleiter sperrten in einer Stromrichtung wie eine Diode. In der anderen Stromrichtung wurden die
Thyristoren jedoch erst
leitend, wenn sie mit einem elektrischen Signal gezündet wurden. Zu
welchem Zeitpunkt diese Zündung jedoch erfolgte, war die Aufgabe der
Steuerung. Um das Prinzip etwas besser zu verstehen, müssen wir
uns die Sinuskurve der
Spannung vom
Transformator ansehen. Diese wurde im
Stromrichter nun so verändert, dass die negative Halbwelle gedreht wurde.
Es entstand ein
Gleichstrom, der wegen den Bögen als
Wellenstrom
bezeichnet wurde. In jeder Welle war nun eine bestimmte elektrische
Energie vorhanden. Mit den
Thyristoren wurde davon jedoch nur ein Stück
geschaltet.
Diese wurde nun
jedem Motor einzeln zugeführt. Die beiden in einem
Dreh-gestell
eingebauten
Fahrmotoren wurden daher parallel am
Stromrichter
an-geschlossen und das galt auch für die
Wendeschalter. Daher konnte die
Um-schaltung bei jedem Motor einzeln abgetrennt werden. Die Wendeschalter hatten immer viele Aufgaben zu übernehmen und daher waren sie entsprechend schwer geraten. Hier wurden die Schalter jedoch deutlich einfacher aufgebaut. Einfach gesagt, der
Wendeschalter besorgte nur die Änderung der vom Motor verlangten
Drehrichtung. Eine Umgruppierung der
Fahrmotoren für den elek-trischen
Bremsbetrieb gab es jedoch nicht. Wie das gelöst wurde, erfahren wir etwas
später. Um einen defekten Fahrmotor abzutrennen, oder den Stromfluss schnell zu trennen, waren Trennhüpfer verbaut worden. Dabei wurde in diesem Element der entstehende Lichtbogen mit Hilfe von Druckluft ausgeblasen. Der Grund für diese
Trennhüpfer lag im Bereich der Steuerung,
und natürlich bei einer Störung. In diesem Fall konnte auch ein
Trennmesser geöffnet werden. Lösungen, die jedoch durchaus schon bei
anderen
Baureihen verwendet wurden. Damit können wir zu den
Fahrmotoren wechseln. Bei
diesen
Wellenstrommotoren wurde die
Spannung vom
Stromrichter zuerst durch
den Rotor geführt. Anschliessend gelangte sie zur Erregerwicklung. Somit
waren eigentlich ganz normale
Seriemotoren eingebaut worden. Die in der
Leitung zusätzlich eingebaute
Drosselspule verhinderte die
Drehmomentpulsation. Jedoch reichte deren Wirkung nicht vollumfänglich und
daher wurde noch eine Fremderregung verwendet.
Speziell war, dass diese vier
Wicklungen für die Fremder-regung in Reihe
geschaltet wurden. Somit bestand mit dieser Leitung eine
Verbindung der
Motoren. Wobei die Fremderregung alleine beim
Fahrmotor keine Reaktion
auslösen konnte. Der Stromfluss war in diesem Teil immer vorhanden und so wurde der Strom des Erregerstromrichters ja nach An-steuerung der Fahrmotoren zu hoch. Aus diesem Grund wurde die Wicklung der Fremderregung mit einem Shunt entlastet. Der Motor war nun komplett angeschlossen worden
und er konnte damit seine Arbeit je nach Ansteuerung verrich-ten. Es lohnt
sich, wenn wir uns nun dessen Merkmale etwas genauer ansehen. Die Werte für die Bestimmung der Leistung sehen wir uns mit allen vier Fahrmotoren an. Dabei besassen diese eine Anfahrzugkraft von 300 kN. Mit diesen Werten wurde ein für vier
Triebachsen sehr hoher Wert erreicht. Die
Baureihe Re 4/4 IV konnte daher
anhand dieser Kraft zu den
Lokomotiven gezählt werden, welche die maximal
verfügbare
Adhäsion ausnutzten. Wir haben deshalb eine
Grenzleistungslokomotive erhalten. Angewendet werden konnte die
Zugkraft zur
Beschleunigung eines Zuges. Dazu waren die Eckwerte im
Pflichtenheft
definiert worden. Wichtig war das, weil so auch die Erwärmung der Motoren
berücksichtig werden konnte. In
Rampen bis 26‰ musste ein schwerer Zug,
welcher der
Normallast entsprach, innerhalb, von acht Minuten auf die
Geschwindigkeit der Strecke beschleunigt werden. Das musste zudem
innerhalb von 30 Minuten zweimal wiederholt werden können.
Die
Lokomotive der Reihe
Re 4/4 IV erreichte diese Grenze bei einer Geschwindigkeit von 85 km/h.
Das lag deutlich unter der
Baureihe
Re 4/4 II. Jedoch wurde das hier
vorgestellte Modell etwas mehr auf Kraft getrimmt. Die
Zugkraft während einer Stunde konnte 210 kN
be-tragen. Das war ein guter Wert, der jedoch dafür sorg-te, dass die
Lokomotive eine
Leistung von 4 960 kW besass. Wer sich noch an das
Pflichtenheft erinnert, weiss vermutlich, dass dort eine deutlich höhere
Leistung genannt wurde. Somit erfüllte die Maschine in einem wichtigen
Punkt die Bedingungen nicht mehr. Ein Punkt, der auch dazu beigetragen
hatte, dass die Serie nie kam. Für die geforderte
elektrische
Bremse konnte gemäss
dem Hersteller keine übliche
Nutzstrombremse verbaut werden. Jedoch kann
angenommen werden, dass man die im
Pflichtenheft verlangte Reduktion bei
der Blindleistung zu sehr gefürchtet hatte. Aus diesem Grund wurde eine
Lösung eingebaut, die mit
Widerständen arbeitete. Es war deshalb eine
veraltete
Widerstandsbremse vorhanden. Sicherlich nicht gerade zu einem
modernen Fahrzeug passend. Um diese
elektrische
Bremse zu aktivieren, mussten
nicht mehr die
Wendeschalter umgestellt werden. Es wurde in diesem Fall
durch eine geänderte Ansteuerung des
Stromrichters der Stromfluss bei der
Fremderregung geändert. So wurden die Magnetfelder in den
Fahrmotoren
geändert. Das hatte zur Folge, dass nun in den
Wicklungen der Rotoren eine
Spannung erzeugt wurde, die jedoch nicht mehr nur der
Spule des Stators
zugeführt wurde.
Der Stromfluss
führte nun über den
Widerstand, der diesen begrenzte und so dafür sorgte,
dass der
Wel-lenstrommotor nicht mehr leer drehen konnte. Die erwünschte
elektrische
Bremskraft setzte ein und die
Lokomotive konnte verzögert
werden. Diese Widerstandsbremse hatte eine hohe Leistung erhalten, die durchaus die Werte der Nutzstrom-bremse bei der Baureihe Re 4/4 II übertraf. Möglich wurde dies, weil hier jeder Fahrmotor seinen eigenen Bremswiderstand erhalten hatte. Auch wenn man diese Daten genau
vergleicht, bleibt der Nachteil, dass bei der
Baureihe Re 4/4 IV die
erzeugte Energie in Wärme umgewandelt wurde. Ein Nachteil, den man damals
noch ignorieren konnte. Ein weiterer Vorteil zu den älteren Serien der
Schweizerischen Bundesbahnen SBB bestand darin, dass diese
elektrische
Bremse auch funktionierte, wenn ein Motor wegen einem Defekt abgetrennt
werden musste. Es stand dann einfach eine geringere
Bremskraft zur
Verfügung. Ein Vorteil, der insbesondere dort genutzt werden konnte, wo
solche elektrischen Bremsen vorgeschrieben wurden. Die Re 4/4 IV war für
Bergstrecken geeignet. Zum Schluss muss noch erwähnt werden, dass die
Widerstandsbremse der
Lokomotive nur funktionierte, wenn der
Hauptschalter
eingeschaltet war und sich in der
Fahrleitung eine
Spannung befand. Fiel
der Erregerstromrichter jedoch aus, konnte mit der Lokomotive nicht mehr
elektrisch gebremst werden. Das war auch der Fall, wenn der
Bremswiderstand zu stark erhitzt wurde. Es musste deshalb ausreichend
gekühlt werden. |
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