Willkommen in der Welt der Regulierung bei Gleichstrom und bei Drehstrom. Auch hier muss erwähnt werden, dass moderne Lösungen in einem eigenen Kapitel angesehen werden. Das Problem ist, dass bei Gleichstrom kein Transformator zur Anpassung der Spannung genutzt werden konnte. Daher musste diese mit anderen Massnahmen angepasst werden und das natürlich mit so geringen Verlusten, wie es nur ging.

Besonders schwer stellt sich jedoch die Regelung bei Drehstrom dar. Die Vorteile dieses Motors konnten klas-sisch nicht umgesetzt werden. Die Schaltelemente, die hier verwendet wurden, kamen zum Teil auch zur An-wendung.

Hier ändert man die Drehzahl des Fahrmotors jedoch mit den möglichen Schaltungen der Fahrmotoren. Es wird da-her eine eigene Lösung geben müssen. Da sollten wir auch einen genauen Blick drauf werfen.

Genau bei der Regelung der Drehzahl des Fahrmotors, liegt der grosse Vorteil des Wechselstromes begründet. Auch wenn bei Drehstrom der Motor damit arbeitet, er konnte diese Vorteile nicht nutzen. Da entsprechende Bahnen jedoch selten waren, kam es hier viele Jahre nicht zur einer grossen Entwicklung. Die Bahnen mit Drehstrom profitierten jedoch von der neuen Technik. Aber das ist ein eigenes Kapitel.

Bei Gleichstrom, aber auch bei Drehstrom, arbeitete man mit eigenen Lösungen, die zum Teil die Schaltelemente bei Wechselstrom verwenden konnten. Die Hüpfer, oder aber die Schütze können hier durchaus als Schaltelement genutzt werden, denn dazu waren sie ja gebaut worden. Selbst Stufenschalter gingen, auch wenn sie nicht so oft verbaut wurden. Hier arbeitete der Hüpfer wirklich ausgesprochen gut und zuverlässig.

Bei Gleichstrom musste man mit Widerständen arbeiten und bei Drehstrom konnte man die Drehzahlen nur in einem beschränkten Rahmen regulieren. Jedoch bot sich hier auch die Lösung mit der Schaltung der Motoren, denn damit konnte man auf leichte Weise die Spannung anpassen und das sogar ohne Verluste. Wir sollten nun auch die Regulierung bei Gleichspannung genauer ansehen. Der Drehstrom kann auch etwas warten.

Im Gegensatz zum Wechselstrom und dessen Möglichkeit die Spannung am Motor einfach zu regulieren, kann man bei Gleichstrom nicht auf einen Transformator zurückgegriffen werden. Dieser funktionierte nicht und hätte im besten Fall nur dazu geführt, dass der Strom in der Drosselspule geglättet wurde. Das Problem war die fehlende Induktion. Da so keine einfache Anpassung erfolgte, reduzierte man die Spannung in der Fahrleitung.

Das führt aber dazu, dass man die Drehzahl am Fahrmotor eigentlich nicht regeln kann. Damit das trotzdem geht, musste man andere Lösungen für die Regelung der Spannung finden und verwirklichen.

Diese anscheinende Möglichkeit, die Werte bei Gleichstrom nicht zu regulieren, macht den Einsatz von Gleichstrom bei Bahnen schier unmöglich. Trotzdem kam es zu Eisenbahnen, die so aus-gerüstet wurden und die funktionierten.

Der Grund dabei ist simpel, denn man hatte bei Gleichstrom einen angemessen funktionierenden Motor gefunden. So wurde Gleichspannung mit diversen Lösungen geregelt.

Die Tatsache, dass auch nach Einführung des Wechselstromes Bahnen mit Gleichstrom elektrifiziert wurden, zeigt deutlich, dass die Lösungen sehr gut funktionierten. Um es vorweg zu nehmen, die Schaltelemente, wie Hüpfer oder Stufenschalter kommen auch hier zur Anwendung.

Sie haben sogar die gleichen Funktionen. Jedoch muss deren Beschaltung gegenüber dem Wechselstrom mit dem Transformator geändert werden. Ist das erfolgt, kann man auch Gleichstrom regulieren und so die Geschwindigkeit der Lokomotive steuern. Genau diese geänderte Ansteuerung werden wir bei der ersten Version der Regelung ansehen. Auch hier wird es keine vollständige Auflistung geben können.

Die Widerstände: Eine sehr früh entdeckte Lösung ist die Verwendung von Widerständen. Diese Widerstände nehmen eine gewisse Leistung auf und reduzieren so die Spannung, die am Motor angewendet wird. Die Funktion des Widerstandes ist schon bei der Vorstellung erklärt worden. Jedoch kann gesagt werden, dass der Strom zum Fahrmotor im Widerstand einen Abfall der Spannung ergibt. Der in Reihe angeschlossene Fahrmotor bekommt so weniger Spannung.

Die Widerstände, die einen Teil der Leistung aufnehmen, nennt man Anfahrwiderstand. Diese Anfahr-widerstände werden einfach zwischen die Fahrleitung und den Motor geschaltet. Der Strom, der nun zu den Fahrmotoren fliesst, reduziert die Spannung am Fahrmotor. Dieser kann so geregelt werden. Je nach verwendeter Schaltung der Anfahrwiderstände ergeben sich so mehr oder weniger Fahrstufen.

Wie es der Name schon sagt, sind Anfahrwiderstände eigentlich nicht für einen längeren Betrieb gedacht und werden nur beim Anfahren benötigt. So kann in mehr Schritten beschleunigt werden. Im Gegensatz zum Überschaltwiderstand können sie länger genutzt werden. Jedoch gilt hier, dass die Spannung mit Verlusten erfolgt und diese fallen in Wärme an. Daher mussten diese Anfahrwiderstände wirksam gekühlt werden.

Oft reichen die Anfahrwiderstände und wir erhalten so eine Lokomotive, die ein paar Stufen aufweisst. Das reicht gerade noch für eine kleine Rangierlokomotive. Da kann mit sechs Stufen oder weniger gearbeitet werden. Die Modelle für den Streckeneinsatz sind aber auf feinere Abstufungen der Fahrstufen angewiesen, deshalb muss eine weitere Lösung gefunden werden und das mit möglichst wenig Anfahrwiderständen.

Man greift deshalb zur Gruppierung der Motoren, aber auch der Anfahrwiderstände. Die Fahrmotoren können so an unterschiedlichen Spannungen betrieben werden, ohne dass dazu zu viele Widerstände notwendig werden. Die Gruppierung setzt daher bei zwei Stellen an. Das ergibt dann schnell mehrere Stufen ohne dass man viele Widerstände benötigt. Sehen wir uns eine Gruppierung genauer an.

Wir haben bei unserem Muster nur die vier verbauten Motoren gruppiert. Die dunkleren Bereiche sind die drei Stellungen, bei denen ohne Verluste gearbeitet werden kann. Bei den anderen Fahrstufen wird mit Anfahrwiderständen gearbeitet. Dabei kann immer mit den gleichen Widerständen gearbeitet werden, denn diese wurden einfach anders angeschlossen. Daher kam auch die Bezeichnung von einer Gruppierung.

Die ersten Fahrstufen werden mit den Anfahrwiderständen geschaltet. Wir können nun davon ausgehen, dass hier sechs Widerstände benötigt würden. Jedoch kann man nun die Widerstände so gruppieren, dass sich deren Anzahl deutlich reduziert.

Dabei werden die Anfahrwiderstände mit unterschied-lichen Werten alleine oder in Reihe geschaltet. Für die sechs Fahrstufen werden deshalb plötzlich nur noch drei Anfahrwiderstände benötigt.

Mit den Gruppierungen der Fahrmotoren bei den Stufen 7, 14 und 21, werden die Anzahl Stufen erneut vergrössert. So ergeben sich für dieses Fahrzeug insgesamt 21 Fahr-stufen.

Damit erreichen wir hier mit der Gruppierung der Fahr-motoren und der drei Anfahrwiderstände eine Stufenzahl, die sich durchaus mit den Fahrstufen bei Wechselspannung vergleichen lässt. Jedoch arbeiten nur die Stufen 7, 14 und 21 ohne Verlustleistung.

Choppersteuerung: Gerade die hohe Verlustleistung, die man bei den Lösungen mit Anfahrwiderständen hatte, wollte man verringern. Damit wären wirtschaftlichere Lokomotiven geschaffen worden. Daher entwickelte man die Choppersteuerung, welche die Fahrstufen verlustarm schalten kann. So gesehen eine gute Lösung, die aber schon sehr nahe bei den modernen Lösungen angeordnet war. Doch sehen wir uns die Choppersteuerung einmal an.

Wenn wir mit dem Begriff Impulsregelung arbeiten, dann sind wir etwas besser informiert, als bei der Choppersteuerung. Der Punkt bei dieser Art der Regelung ist eigentlich der Impuls. Dieser erfolgt bei dieser Regulierung der Motoren immer mit der vollen Spannung der Fahrleitung. Es werden keine Widerstände und keine Gruppierung mehr benötigt. Die Verluste wurden mit der Regelung reduziert.

Sie müssen sich die Funktion vereinfacht so vorstellen, dass man dem Fahrmotor für Bruchteile einer Sekunde Strom gibt, dann stellt man ab um kurze Zeit später wieder Spannung zu schalten. Je länger nun die Spannung eingeschaltet ist, je schneller kann der Fahrmotor drehen und sich das Fahrzeug bewegen. Diese Impulse oder eben die Chopper, ergeben der guten Regelung den etwas besonderen Namen.

Die Spannung wird in Impulsen dem Fahrmotor zugeführt. Durch die Veränderung der Impulse erreicht man eine nahezu ruckfreie Zuschaltung der Zugkraft. Das Fahrzeug besitzt daher keine Fahrstufen mehr. Da im Stromkreis der Fahrmotoren keine Widerstände geschaltet werden, arbeitet man mit geringen Verlusten. Geregelt wurde mit der Anzahl Impulse oder, mit der Einschaltdauer. Das Ergebnis war identisch.

Der Gleichstromsteller wird oft als DC-DC-Wandler bezeichnet. Die Spannung aus der Fahrleitung wird dabei im Gleichstromsteller mit Hilfe eines Schalters so geschaltet, dass die Spannung reguliert werden kann. Oft verwendete man dazu Thyristoren, so dass wir uns schon sehr nahe bei der modernen Methode der Steuerung mit Stromrichter befinden. Hier wird aber noch nicht die Spannung umgewandelt.

Die Choppersteuerung war daher eine gute Alternative zu den Anfahrwiderständen und es konnten nun auch ungerade Anzahl von Fahrmotoren verwendet werden. Die Schaltfrequenzen der Gleichstromsteller rufen in den Wicklungen der Fahrmotoren jedoch Schwingungen hervor. Daher kann man Fahrzeuge, die mit einer solchen Choppersteuerung versehen wurden, leicht am Klang der Motoren erkennen. Mit zunehmender Geschwindigkeit reduzieren sich diese Schwingungen jedoch.