Der Hauptschalter

Die Aufgaben des Hauptschalters sind einfach zu umschreiben. Er dient dazu, die Ausrüstung auf der Lokomotive von der Fahrleitung zu trennen. So einfach ist das zu erklären. Gehen wir doch gleich zum nächsten Schritt. Aber halt, ist das wirklich so einfach? Klar, bei Ihrem Lichtschalter geht das ja auch, Sie drücken die Taste und das Licht geht aus oder an. Also eine ganz einfache Sache. Doch damit bin ich zu ungenau geworden, denn der Hauptschalter ist ein klein wenig mehr.

Versuchen Sie nicht Ihren Lichtschalter zu einem Hauptschalter umzubauen, denn dazu fehlen Ihnen die notwendigen Teile. Warum dem so ist, erkläre ich Ihnen nun. Der Hauptschalter der Lokomotive ist ein Schalter, der aus der Ferne betätigt werden kann. Einfach gesagt, Sie drücken den Schalter und dieser sorgt nun dafür, dass ein wesentlich grösserer Schalter die gewünschte Schaltung ausführt. Sie steuern den Schalter damit nicht mehr direkt, sondern über einen Hilfskreis.

Es sind die hohe Spannung und die hohen Ströme, die den Hauptschalter zu dem machen was er ist. Der Hauptschalter ist elektrisch gesehen ein ganz gewöhnlicher Hochleistungsschalter, der aus der Ferne bedient werden kann. Die Bezeichnung Hauptschalter hat deshalb mit seiner elektrischen Funktion nicht viel zu tun. Der Name ist nur gekommen, weil es der Schalter ist, der die Lokomotive ein- oder ausschaltet. Er ist das, was uns der Name verspricht, der Hauptschalter der Lokomotive.

Ist doch klar, auch Sie würden das Hauptschalter nennen. Nicht? Sind Sie da ganz sicher? Ich glaube, dass Sie schon öfters mit einem Hauptschalter gearbeitet haben. Vielleicht gerade vor wenigen Minuten. Ihr Computer hat so einen Schalter. Er sorgt dafür, dass das Netzteil den diversen Bauteilen im Computer den Strom zuführt. Ach so, Sie arbeiten mit einem Laptop, dann sieht es vielleicht etwas anders aus, aber eventuell haben auch Sie einmal an einem normalen PC gearbeitet. Der Netzschalter am Computer schaltet diesen ein und notfalls auch aus. Der Schalter ist ein Hauptschalter für dieses Gerät.

Zurück auf unserer Lokomotive wird daraus einfach ein Hochleistungsschalter, der die Dachleitung von den restlichen Teilen der elektrischen Ausrüstung trennt. So einen Schalter können Sie nicht von Hand bedienen. Die Kontakte sind einfach zu schwer. Deshalb wählt man eine andere Lösung. Die Schaltung erfolgt durch ein elektrisches Signal. Dass das aber nicht immer so sein muss, zeigt ein Beispiel von einer SBB Lokomotive. Ich zeige hier ein Bild, damit Sie wissen, von welcher Lokomotive ich spreche.

Diese Lokomotive hat nur eine geringe Leistung, die geschaltet werden muss, deshalb erfolgt hier die Schaltung direkt durch den Lokführer. Dazu ist einfach ein normales Handrad vorhanden. Wie? Ach die lieben Kollegen melden sich, diese Lokomotive hat gar keinen Hauptschalter. Stimmt, die Lokomotive auf dem Bild hat eine Dachsicherung, aber von dem Typ hatten einige einen Hauptschalter und den hab ich gemeint. Wichtig ist, ein massiver Schalter ist auch dort vorhanden, oder zünden Sie das Licht mit einem Handrad an?

Es wird nun Zeit, dass wir uns den Schalter genauer ansehen. Aber Halt! Bei Hauptschaltern treffen wir nun auf ein Problem, das wir bisher eigentlich nicht hatten. Hauptschalter sind speziell auf die verwendeten Stromsysteme anzupassen. Warum das so ist, lasse ich jetzt noch weg, Sie werden es noch erfahren. Daher unterteilen wir diese Schalter in zwei Gruppen. Zuerst werden wir uns in der ersten Gruppe drei Typen ansehen. Gemeinsam haben Sie, dass sie unter Wechselstrom betrieben werden.

Der vierte Abschnitt in diesem Kapitel stellt eine eigene Familie von Hauptschaltern dar und hört auf einen eigenen Namen. Der bei Gleichstrom verwendete Gleichstromschnellschalter ist somit ein etwas exotisches Modell. Diesen Gleichstromschnellschalter betrachten wir unter den Gesichtspunkten der drei vorher vorgestellten Modelle und deren Problematik beim Einsatz unter Gleichstrom. Warum das so ist, erfahren Sie auch dort, denn Sie werden überrascht sein.

 

Der Ölhauptschalter

Der Ölhauptschalter ist das älteste Modell, der hier vorgestellten Hauptschalter. Dabei begeben wir uns mit diesem Hauptschalter in die Welt der entsprechenden Modelle. Die Probleme, die hier gelöst werden mussten, mussten auch bei den anderen Modellen gelöst werden. Dabei stellte das grösste Problem die hohe Spannung und die auftretenden Ströme dar. Alle anderen Punkte können wir ausblenden, denn das ist wirklich das Problem, das gelöst werden muss.

Anfänglich ging es um die Suche nach einem zuverlässig funktionierenden Schalter. Die Ölhauptschalter waren zuverlässige Schalter, die schon früh genügend stabil waren um auch die anstehenden Leistungen sicher zu schalten. Der beim Schalten von hohen Spannungen und Strömen entstehende Lichtbogen wird bei diesem Hauptschalter in einem speziellen Ölbad gelöscht und so der Hauptschalter vor Beschädigungen geschützt.

Zur Erinnerung sei hier erwähnt, dass beim Schalten von hohen Spannungen immer ein Lichtbogen zwischen den Kontakten entsteht. Diese Lichtbogen erzeugen eine grosse Wärme.

Diese Wärme kann die Kontakte beschädigen und muss daher verhindert werden. Beim Ölhauptschalter verwendete man dazu spezielles Öl. So konnte man diese Leistungen gefahrlos schalten und verhinderte, dass ein Lichtbogen entstehen kann.

Die entsprechenden Schaltkontakte wurden bei diesem Modell in einem Gehäuse untergebracht. Diese Gehäuse füllte man mit Öl auf.

Das verwendete Öl kommt auch bei Transformatoren zum Einsatz, es isoliert sehr gut und kann die entstehenden Funken gut und sicher löschen.

Der Lichtbogen entsteht zwar, kann sich jedoch nicht weiter ausbreiten und wird so gelöscht, die Spannung ist abgeschaltet und es fliesst kein Strom mehr.

Durch das mit Öl gefüllte Gehäuse ist der Ölhauptschalter schwer und ist deshalb bei den Lokomotiven, wo um jedes Kilogramm gekämpft wurde, nur schwer vorstellbar.

Trotzdem gab es damals kaum andere funktionierende Varianten. Man musste den schweren Ölhauptschalter daher notwendigerweise verwenden. Wer keine andere Wahl hat, greift zum notwendigen Übel. Wobei die Ölhauptschalter wirklich gut funktionierten.

Zwar hatte der Ölhauptschalter die normalen Schaltungen im Griff und schaltete diese ohne Probleme. Trotzdem hatte er zwei Schwachstellen, die nicht unerwähnt bleiben dürfen. Diese Schwachstellen waren so schlimm, dass man sie sogar schützen musste, denn der Ölhauptschalter konnte explodieren und so zu schweren Schäden führen. Daher musste er regelmässig gewartet werden, was die Kosten für den Unterhalt erhöhten.

Das Öl wurde durch die trotzdem entstehenden kleinen Funken verschmutzt und erwärmt. So entstanden gefährliche Dämpfe, die gelegentlich zu Explosionen führten. Deshalb wurden die anfänglich dicht verschlossenen Gehäuse mit einer Entlüftung versehen. Dort konnten die entstehenden Gase austreten und sich verflüchtigen. Trotzdem gelöst hatte man das Problem noch nicht, denn diese explosiven Gase konnten immer noch gezündet werden. Jedoch war das so seltener der Fall.

Die Verschmutzung des Öls war auch nicht unproblematisch. War zu viel Schmutz oder Abbrand vorhanden, wurde das Öl plötzlich leitend, der Funken wurde nicht mehr gelöscht und die Lokomotive konnte nicht mehr ausgeschaltet werden. Ein Punkt, dem man Rechnung tragen musste, denn obwohl die Kontakte geöffnet waren, floss nun Strom. Das führte dazu, dass das Öl erwärmt wurde und so die explosiven Gase rasend schnell entstanden.

Schlimmer war jedoch das beschränkte Schaltvermögen. Der Hauptschalter konnte keinen zu grossen Leistungen schalten. Diese Beschränkung war anfänglich kein zu grosses Problem, denn man hatte keine grossen Leistungen installiert. Das Problem waren aber die Störungen, die dann plötzlich hohe Leistungen abrufen konnten. Daher musste man dem Hauptschalter etwas unter die Arme greifen. Wir müssen daher einen Blick auf das Schaltvermögen der Ölhauptschalter werfen.

Das Schaltvermögen: Das Schaltvermögen der Ölhauptschalter war recht bescheiden, vor allem dann, wenn man sie mit den modernen Exemplaren vergleicht. Das führte aber bei den Ölhauptschaltern zu Problemen, die gelöst werden mussten. Ohne eine Schutzfunktion konnte es passieren, dass der Hauptschalter bei einem Kurzschluss explodierte und so sowohl das Fahrzeug, als auch das Personal ernsthaft gefährdete.

Es war daher nicht möglich alle möglichen Kurzschlüsse mit den Hauptschalter zu schalten. Überstieg dieser Kurzschluss einen bestimmten Wert, durfte der Hauptschalter nicht geschaltet werden. Die Lösung für das Problem war, dass man verhindern musste, dass der Hauptschalter bei diesen Fällen ausschaltet. Der Kurzschluss konnte in diesem Fall nicht mehr auf der Lokomotive geschaltet werden. Die Störung weitete sich auf die Fahrleitung aus.

Das heisst, bei einem zu hohen Kurzschluss blieb der Hauptschalter blockiert und schaltete nicht mehr aus. Der auf der Lokomotive entstandene Kurzschluss wird in die Fahrleitung übertragen und kann letztlich nur im Unterwerk über den Speisepunktschalter abgeschaltet werden. Man nannte diese Beschränkung durch das Schaltvermögen der Hauptschalter fachlich Kurzschlussblockierung. Was eine Eigenart der Ölhauptschalter ist und nun genauer angesehen werden soll.

Bei der Kurzschlussblockierung wurde bei einem bestimmten für den Hauptschalter gefährlichen Strom verhindert, dass das Signal zur Auslösung des Schalters, an den Hauptschalter gelangen konnte. Dadurch blieb der Hauptschalter eingeschaltet und konnte nicht  mehr ausgeschaltet werden. Durch die Kurzschlussblockierung entstand so die Situation, dass eine Lokomotive nicht mehr ausgeschaltet werden konnte und daher an der Fahrleitung angeschlossen blieb.

Mit der Kurzschlussblockierung sind wir jedoch zur Steuerung des Ölhauptschalters gekommen. Diese erfolgte in den meisten Fällen über elektrische Kontakte. Die dabei verwendeten Schaltelemente bewegten letztlich die Schaltkontakte des Hauptschalters.

So wurde beim Einschalten der Lokomotive der Kontakt geschlossen und der Hauptschalter mit dem Haltekontakt eingeschaltet belassen. Das Bedienelement konnte nun in eine neutrale Stellung verbracht werden.

Beim Ausschaltbefehl hatte man jedoch die Möglichkeit, diese Kontakte parallel zu schalten. Eine Schutzeinrichtung konnte so den Hauptschalter, wie auch das Bedienelement, zur Auslösung bringen und gleichzeitig auch verhindern, dass der Hauptschalter wieder eingeschaltet werden konnte. Gleichzeitig war gesichert, dass der Hauptschalter bei einem kurzzeitig auftretenden Bügelsprung nicht ausschaltete und so zu unbegründeten Schaltungen neigte.

Das Blockierrelais wurde durch die Kurzschlussblockierung aktiviert. Stieg der Strom auf den überwachten Wert an, löste das Blockierrelais aus.

Die Befehle, die nun ein Ausschalten des Hauptschalters bewirkt hätten, konnten ihr Signal nicht zum Hauptschalter leiten. Dieser blieb in der Folge eingeschaltet und löste erst aus, wenn die Fahrleitungsspannung ausgeschaltet wurde. Eine Anzeige am Relais half dem Personal bei der Fehlersuche.

Da man den elektrischen Steuerkontakten anfänglich nicht vollumfänglich glaubte, war auch eine manuelle Auslösung des Hauptschalters vorhanden. Dieser Auslösung war mit einem langen Hebel verbunden, die letztlich die Kontakte mechanisch trennte.

Mit dieser manuellen Bedienung konnte auch das Blockierrelais umgangen werden. So konnte bei einem zu hohen Strom die Kurzschlussblockierung manuell umgangen werden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der Ölhauptschalter gut und zuverlässig funktionierte. Die Kurzschlussblockierung stellte jedoch einen Mangel dar, der aber selten zu Problemen führte.

Der Hauptschalter war etwas schwer geraten und konnte allenfalls nicht mehr alle Kurzschlüsse abschalten. Man musste deshalb viel Geld in den Unterhalt dieser Hauptschalter stecken. Da es aber bald 100 Jahre alte Lokomotiven gibt, die diesen Typ verwenden, kann klar gesagt werden, dass der Ölhauptschalter gut funktionierte.

 

Der Drucklufthauptschalter

Der Drucklufthauptschalter löste die Ölhauptschalter schlicht und einfach ab. Mit der Einführung dieser Hauptschalter wurden keine Ölhauptschalter mehr verwendet. Teilweise kam es zur Situation, dass Lokomotiven diesen neueren Schalter montiert bekamen. Jedoch behielt man bei den Lokomotiven den eingebauten Schalter in den meisten Fällen, so dass wir hier von einem verbesserten Schaltertyp sprechen können.

Der mit Druckluft betriebene Hauptschalter war besser und er konnte auch die gefürchteten Kurzschlüsse sicher abschalten. Von allen hier beschriebenen Hauptschaltern ist er der einzige, der die eigentlichen Schaltkontakte auf dem Dach und somit im Freien hat.

Diese Schaltkontakte bestehen zudem aus mehreren Teilen. Im Grunde kommen beim Drucklufthauptschalter zwei separate Schalter zur Anwendung. Es ist deshalb ein Leistungsschalter und ein Trennmesser vorhanden.

Das Trennmesser besorgt die sichere und vor allem von der Druckluft unabhängige Trennung der Leitung. Dadurch ist gesichert, dass beim Drucklufthauptschalter eine ruhende saubere Trennung der Leitungen entsteht.

Wir haben daher die geforderte sichere und ruhende Trennung der Verbindung zwischen Stromabnehmer und Transformator. Genau das war eine grundlegende Forderung bei allen hier vorgestellten Hauptschaltern.

Da ein Trennmesser aber nur im ausgeschalteten und daher spannungslosen Zustand geschaltet werden darf, benötigte der Drucklufthauptschalter zusätzlich noch einen Leistungsschalter.

In diesem erfolgt dann die eigentliche Schaltung, die auch unter Belastung durch hohe Ströme erfolgen konnte. Wir betrachten uns deshalb den Schaltvorgang dieses Hauptschalters genauer. Dabei wird es wichtig sein, dass Sie wissen, dass die Schaltung aus zwei Teilen besteht.

Einschalten: Beim Einschalten des Hauptschalters wird nur das Trennmesser geschlossen. In dem Moment wo der für das Trennmesser gefährliche Strom fliesst, ist es geschlossen. Es entsteht daher kein Abreissfunke. Das Trennmesser wird so nicht beschädigt und konnte sicher geschaltet werden. Deshalb konnte der Hauptschalter auch ohne Druckluft und manuell eingeschaltet werden. Eine Lösung, die verwendet wurde, wenn keine Druckluft vorhanden war. Doch sehen wir uns den normalen Schaltvorgang an.

Mit einem Bedienelement wurde eine Spule angesteuert, die dafür sorgte, dass mit Druckluft betriebene Schaltelemente dafür sorgten, dass das Trennmesser geschlossen wurde. Der Hauptschalter war nun eingeschaltet und die Spule wurde nicht mehr benötigt. Es übernahm eine zweite Spule, die Haltespule genannt wurde die Funktion. So war gesichert, dass das Trennmesser geschlossen blieb und nicht aus Versehen, weil die Einschaltspule defekt ging, geöffnet werden konnte.

Soweit zum Schaltvorgang beim Einschalten des Hauptschalters. Der im Hauptschalter integrierte Lastschalter wurde dabei weder geschaltet noch wurde er benötigt. Der Grund für diese Lösung ist simpel, denn der Lastschalter im Hauptschalter konnte nur mit Druckluft geschaltet werden. Diese war aber eventuell nicht vorhanden, so dass diese zuerst erzeugt werden musste. Das war jedoch nur möglich, wenn man den Hauptschalter einschaltete.

Ausschalten: Beim Ausschalten des Hauptschalters kommt der Leistungsschalter ins Spiel. Er befindet sich in einem geschlossenen Gehäuse auf dem Dach der Lokomotive. Geöffnet wird er dabei durch Druckluft. Der Hauptschalter benötigte daher beim Ausschalten zwingend Druckluft. Ohne diese konnte der Lastschalter und damit der Drucklufthauptschalter nicht geöffnet werden. Daher kam dieser Hauptschalter auch zu seinem Namen.

Der Ausschaltvorgang wurde in zwei Schritten vollzogen. Zuerst wurde mit Hilfe der Druckluft der Lastschalter geöffnet. Der dabei entstehende Lichtbogen wurde mit Hilfe der Druckluft ausgeblasen. Das erfolgt ähnlich, wie wenn Sie ein Streichholz ausblasen. Der Stromfluss war nun getrennt worden und das Trennmesser konnte geöffnet werden. Der Hauptschalter war ausgeschaltet und der Lastschalter schaltete wieder ein. Womit der Hauptschalter zum Einschalten bereit war.

Da für die Löschung des Lichtbogens Druckluft benötigt wird, muss beim Ausschalten ein gewisser Druck vorhanden sein. War der Druck zu klein, wurde der Lichtbogen nicht korrekt ausgeblasen. Das führte zur Situation, dass das Trennmesser unter Spannung geöffnet worden wäre. Die Folgen für das Trennmesser wären dramatisch gewesen, denn es wäre zerstört worden. Der Hauptschalter hätte nicht mehr geschaltet werden können.

Mit Hilfe der Niederdruckblockierung wurde verhindert, dass der Hauptschalter ausgeschaltet werden konnte, wenn der Druck der Druckluft nicht zum sichern Löschen des Funkens ausreichte. Die Ausschaltbefehle wurden unterdrückt und erst weitergeleitet, wenn der sichere Druck erreicht war. Damit blieben die Ausschaltbefehle blockiert und der Schalter konnte bei zu geringem Druck nicht ausgeschaltet werden.

Der Hauptschalter bleibt so lange eingeschaltet, bis die dritte Spule, die Ausschaltspule, aktiviert wurde und der Druck unter dem kritischen Wert blieb. Stieg der Druck auf den erforderlichen Wert an, wurde der Befehl der Ausschaltspule an den Kontakt weitergeben und der Hauptschalter schaltete normal aus. Die Funktion war nun wieder normal und der Hauptschalter konnte erneut eingeschaltet werden.

Die Niederdruckblockierung wurde beim Einschalten der Lokomotive ohne die erforderliche Druckluft genutzt. Schaltete man den Hauptschalter von Hand ein, hätte dieser sofort wieder ausgelöst, weil die Kontakte, die überwacht wurden, eine Einschaltung nicht zugelassen hätten. Ausschalten konnte der Hauptschalter jedoch nicht mehr, weil er durch die Niederdruckblockierung blockiert wurde. Man konnte die Lokomotive einschalten.

Erst wenn die Druckluft den erforderlich Druck hatte, schaltete der Hauptschalter aus, weil die Niederdruckblockierung die Schaltung zuliess. Damit man keine unnötigen Schaltungen hatte, stellte man den Ausschaltbefehl unter dem Wert der Niederdruckblockierung wieder zurück. Der Hauptschalter blieb dann eingeschaltet und konnte wieder normal bedient werden. Da jedoch keine Überwachung aktiv war, durfte diese Handlung nur vorgenommen werden, wenn manuell gewisse Kontrollen ausgeführt wurden.

Der Drucklufthauptschalter war viel leichter als der vorher beschriebene Ölhauptschalter. Er war auch in der Lage hohe Kurzschlussströme sicher auszuschalten. Dadurch war er viel besser für hohe Leistungen geeignet. So konnten dank dem Drucklufthauptschalter auch Lokomotiven mit sehr hohen Leistungen nur mit einem Hauptschalter betrieben werden. Ein Blockierrelais, wie bei den Ölhauptschaltern, war nicht mehr nötig, da der Schalter keine Beschränkung der Ströme hatte.

Ein Fehler bildet die Niederdruckblockierung, denn so können Situationen entstehen, die eine Lokomotive unkontrolliert fahren lassen. Es muss deshalb verhindert werden, dass der Hauptschalter bei aufgeschaltetem Stufenschalter eingeschaltet werden kann, denn so wird zumindest verhindert, dass die Lokomotive unkontrolliert fährt und nicht ausgeschaltet werden kann. Das galt jedoch auch für Störungen auf der Lokomotive. Ein Kurzschluss hätte sich auch jetzt auf die Fahrleitung ausgedehnt.

Trotz allem kam der Drucklufthauptschalter in der Schweiz zu einer sehr grossen Verbreitung und viele Lokomotiven hatten nachträglich an Stelle eines Ölhauptschalters ein mit Druckluft betriebenes Modell bekommen. Die Tatsache, dass trotz der gefährlichen Niederdruckblockierung nie ein entsprechender Unfall mit einem solchen Hauptschalter passiert ist, zeigt deutlich, wie gut die Vorgaben durch das Personal eingehalten werden und wie gut der Hauptschalter gebaut wurde. Trotzdem gab es eine weitere Weiterentwicklung.

 

Der Vakuumhauptschalter

Der Vakuumhauptschalter ist die neuste Entwicklung unter den Hauptschaltern. Man hatte festgestellt, dass der Lichtbogen beim Ausschalten in einem Vakuum gar nicht entstehen kann, denn die Luft, die dafür verantwortlich ist, fehlt schlicht. Deshalb wird bei diesem Hauptschalter der Kontakt statt im Öl oder mit Druckluft in einem Vakuum geöffnet. Das führte schliesslich zum Namen dieses mit einem Vakuum arbeitenden Hauptschalters.

Die Schaltkontakte sind bei einem Vakuumhauptschalter in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht. Dieses ist mit einem Vakuum versehen und enthält daher keine Luft. Die grösste Schwierigkeit beim Bau eines solchen Hauptschalters ist die Beibehaltung dieses Vakuums, denn kommt nur wenig Luft in den Schaltraum, wird der Schalter augenblicklich beim Ausschalten zerstört. Deshalb muss man das vorhandene Vakuum konstant überprüfen.

Zudem kann man hier einen Vorteil des Schaltvorganges nutzen, den man schon beim Drucklufthauptschalter verwendete. Wie bei jedem Schalter, kann auch hier der Schalter ohne Vakuum eingeschaltet werden. Der Grund liegt darin, dass hohe Ströme und Spannungen immer nur beim ausschalten problematisch sind, da die Spannung durch die Luft mitgezogen wird und so der Strom weiter fliessen kann. Es entsteht deshalb ein Funke, der beim Einschalten eben nicht entsteht, weil der Kontakt augenblicklich geschlossen ist.

Der Vorteil des Vakuumhauptschalters liegt in der extrem hohen Leistung. Er kann, wie das mit Druckluft betriebene Modell, auch sehr hohe Kurzschlüsse sicher abschalten. Der Vakuumhauptschalter hat aber keine Niederdruckblockierung und besitzt deshalb ein kleineres Gefahrenpotential, als der Drucklufthauptschalter. Das macht den Hauptschalter grundsätzlich besser, da aber auch er nicht ohne Mangel ist, ist immer noch kein Hauptschalter ohne Problempunkte vorhanden.

Hier liegt das Problem beim Vakuum, denn ist dieses nicht vorhanden, kann der Hauptschalter auch nicht zerstörungsfrei ausgeschaltet werden. Erzeugt man dieses Vakuum mit einer Pumpe, kann es passieren, dass der Hauptschalter so lange nicht ausgeschaltet werden kann, bis das Vakuum erstellt worden ist. Dass das nicht passiert, hat man eine einfache aber wirksame Regelung eingeführt. Der Hauptschalter schaltet prinzipiell nur bei vorhandenem Vakuum.

Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass man eigentlich keinerlei Druckluft benötigt, denn der Hauptschalter könnte auch mit elektrischen Schaltgliedern ausgerüstet werden. Da aber auch hier Schnelligkeit gefragt ist, betreibt man auch diesen Hauptschalter mit Druckluft. Sie wird aber nur noch zum Schalten der Kontakte benötigt und hat eigentlich keinen Einfluss auf den eigentlichen Schaltvorgang und den Lichtbogen.

Mit dem Vakuumhauptschalter hat man einen guten und sicher funktionierenden Hauptschalter geschaffen. Sein Nachteil ist aber sein Preis und der benötigte Platz, denn der Hauptschalter ist komplett im Maschinenraum montiert worden. Trotzdem sollte man sich langfristig diesen Platz sichern, denn bisher gab es noch keinen Hauptschalter, der so wenige Schwachpunkte hatte und der zudem noch zuverlässig funktioniert und letztlich ist das bei jedem Hauptschalter wichtig.

Natürlich gibt es noch viele andere Hauptschalter, die zum Teil mit kombinierten Schaltungen arbeiten, aber diese drei Grundmodelle sind die am häufigsten verwendeten Modelle. Vor allem werden diese Hauptschalter bei den Lokomotiven der SBB und BLS verwendet. Es gibt zwar abweichende Hersteller, aber im Grunde sind es diese drei Grundtypen, die verwendet werden. Der nun vorgestellte Gleichstromschnellschalter ist näher mit diesen Modellen verwandt, als man meinen könnte.

 

Der Gleichstromschnellschalter

Wie es der Name dieses Hauptschalters schon sagt, ist der Hauptschalter für Bahnen gedacht, die mit Gleichstrom betrieben werden. Bevor wir uns nun den Grund dafür ansehen, muss ich erwähnen, dass sowohl der Drucklufthauptschalter, als auch das Modell mit Vakuum hier verwendet werden können. Daher ist dieser Schalter kein eigenständiges Modell, sondern zeigt die Probleme des Gleichstromes deutlicher auf.

Bei keinem der bisher erwähnten Hauptschalter, die alle mit Wechselstrom betrieben wurden, liegt das Problem mit dem Lichtbogen so deutlich vor, wie beim Schnellschalter für Gleichstrom. Grundsätzlich kann aber gesagt werden, dass es auch ein ganz gewöhnlicher Hauptschalter der vorherigen Bauarten ist. Nur wird er nun bei Gleichstrom verwendet und genau hier setzen wird jetzt an, denn hier beginnen die Probleme beim Gleichstromschnellschalter.

Wie bei den vorherigen Modellen schon gesagt, liegt das Problem bei allen Hauptschaltern beim Ausschalten des Schalters. Das ist bei Gleichstrom genau so, denn bis hier gibt es keinen Unterschied zu den Modellen für Wechselstrom, denn bei allen Modellen entsteht ein Lichtbogen, der Abreissfunke genannt wird. Und genau hier beginnen die Probleme beim Gleichstromschnellschalter. Damit wir das verstehen können, muss ich etwas ausholen, denn zuerst müssen wir das Problem kennen lernen.

Der Abreissfunke: Der Lichtbogen oder eben der Abreissfunke entsteht, wenn zwei unter hoher Spannung stehende Kontakte getrennt werden. Die anfänglich noch sehr kleine Distanz der Kontakte lässt dazwischen einen Lichtbogen entstehen. Dieser wird durch die Leitungsfähigkeit der Luft erzeugt und kann nicht verhindert werden. Entfernen sich die Kontakte immer weiter, wird der Lichtbogen immer grösser und durch die thermische Belastung die Luft in dem Bereich immer leitungsfähiger.

Der Abreissfunke wird deshalb mit den Kontakten mitgezogen und nimmt grössere Ausmasse an. Das geht so lange, bis die Luft nicht mehr vermag die Lücke zu überbrücken. Genau dieser Zeitpunkt ist das Problem, denn nun entsteht die grösste Leistung und die Kontakte können schmelzen. Bis hier gibt es zwischen Wechselstrom und Gleichstrom keinen Unterschied, denn Spannung ist Spannung und die Folgen für den Hauptschalter sind gleich. Er wird zerstört und muss repariert werden.

Der Unterschied zwischen Wechsel- und Gleichstrom entsteht nun in dem Moment, wo der Luftspalt an der kritischen Grösse angelangt ist. Bei Wechselstrom erfolgt durch die Frequenz vorgegeben eine Umkehr des Stromflusses. Das führt dazu, dass für einen kurzen Moment keine Spannung vorhanden ist. Erfahren haben Sie das schon bei der Vorstellung der Stromsysteme. Genau dieser Wechsel und der Nulldurchgang führen dazu, dass der Funke abreisst und erlöscht. Der Kontakt ist getrennt.

Bei Gleichstrom findet dieser Wechsel und damit der Nulldurchgang jedoch nicht mehr statt. Das heisst, der Funke kann unter Gleichstrom eine viel höhere Distanz überbrücken. Die Kontakte werden also noch mehr belastet, als das bei Wechselstrom der Fall ist. Der Abreissfunke wird viel grösser und könnte sogar stehen bleiben, wenn die Kontakte die Endposition erreicht haben. Der Schalter schaltet nicht mehr aus und wird dadurch zerstört. Es kann auch ein Brand entstehen.

Damit man trotzdem bei Gleichstrom einen Hauptschalter ausschalten kann, müssen sich die Kontakte sehr schnell entfernen. Deshalb wählte man bei den für Gleichstrom gebauten Hauptschaltern die Bezeichnung Schnellschalter. Nur so kann der gelöschte Funke sauber und sicher getrennt werden. Ein Schnellschalter ist deshalb ein sehr flinker Schalter. Doch nun verwenden wir die drei Modelle, die wir vorher kennen gelernt haben und betrachten Sie beim Einsatz mit Gleichstrom.

Ölhauptschalter: Der vorher vorgestellte Ölhauptschalter kann eigentlich auch unter Gleichstrom verwendet werden. Die Kontakte öffnen sich hier schnell und der Abreissfunke wird im Öl gelöscht. Der Nachteil bei Gleichstrom ist jedoch das Öl, auch wenn schneller geschaltet wird, die Schaltleistung wird höher, da der Lichtbogen etwas länger stehen bleibt. Daher kann es hier zu Problemen mit dem Öl führen. Der Ölhauptschalter ist, so, wie wir ihn kennen gelernt haben, daher dazu wenig geeignet.

Um Ölhauptschalter auch unter Gleichstrom verwenden zu können, muss das Modell kräftiger gebaut werden. Das führt jedoch dazu, dass der Schalter schwerer wird. Die anderen Nachteile, wie die Kurzschlussblockierung bleiben jedoch erhalten, da gerade hier die grössten Lichtbogen entstehen können. Daher hat der Ölhauptschalter unter Gleichstrom eine geringere Schaltleistung. Die Modelle für Gleichstrom konnten daher nur bei geringeren Leistungen verwendet werden.

Drucklufthauptschalter: Beim Drucklufthauptschalter wird der Abreissfunke mit der Hilfe von Druckluft ausgeblasen. Zudem schalten hier die Kontakte bei der Ansteuerung mit Druckluft, sehr schnell. Daher kann gesagt werden, dass der Drucklufthauptschalter auch unter Gleichstrom ohne grössere Einschränkungen verwendet werden kann. Denn auch hier muss der Abreissfunke einfach mit Druckluft ausgeblasen werden. Die weiteren Schaltungen unterscheiden dann nicht mehr zwischen den Stromsystemen.

Probleme sind hier beim Ausblasen des Abreissfunken zu erwarten. Dieser lässt sich bei Gleichstrom schwerer ausblasen, als das bei Wechselstrom der Fall ist. Das kann aber mit einem kräftigeren Luftstoss angepasst werden. Daher können die Drucklufthauptschalter auch bei Gleichstrom mit geringen Anpassungen aber ohne Einschränkungen verwendet werden. Der mit der Hilfe von Druckluft betriebene Gleichstromschnellschalter entspricht daher dem Modell für Wechselstrom.

Vakuumhauptschalter: Da beim Vakuumhauptschalter die Kontakte in einem Vakuum sind und da dort kein Abreissfunke entstehen kann, ist der Vakuumhauptschalter ohne Probleme auch bei Gleichstrom verwendbar. Anpassungen oder Einschränkungen sind hier nicht mehr zu erwarten. Wir haben einen Schalter, der für alle Spannungen und Stromsysteme geeignet ist und daher auch unter Gleichstrom problemlos verwendet werden kann.

Bleibt eigentlich nur noch das dritte Stromsystem, das bisher nie sonderlich erwähnt worden ist. Bei Drehstrom werden die Modelle, wie wir sie schon bei den Hauptschaltern für Wechselstrom kennen gelernt haben, verwendet. Entscheidend hier ist die Tatsache, dass wir bei Drehstrom eigentlich einen ganz normalen Wechselstrom haben. Es entstehen daher die gleichen Probleme, wie das bei den Hauptschaltern für Wechselstrom der Fall ist. Wir können daher die Hauptschalter abschliessen und uns nun mit der Hochspannung befassen.

 

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