Der Stromkreis für die Antriebe eines modernen Zuges begann seit etwa 2000 nicht mehr auf dem Dach desselben, sondern in der darüber angeordneten Fahrleitung. Die moderne Technik mit Umrichtern, erlaubte es, dass die Fahrzeuge für mehrere Spannungen ausgelegt werden. Es stellte sich eigentlich immer wieder die Frage, was denn nicht eingerichtet wurde. Ein Umstand, der dafür sorgt, dass wir die Betrachtung bei der Fahrleitung beginnen müssen.

Der für den Triebzug der Baureihe RABe 501 geplante Ein-satz, erforderte, dass von den in Europa vorkommenden vier Stromsystemen deren drei benötigt wurden.

So war klar, dass in der Schweiz, aber auch in Deutsch-land und Österreich, eine Spannung von 15 000 Volt bei 16.7 Hertz Wechselstrom, verwendet werden musste.

Bei diesen drei Ländern wurde zudem auch in Zukunft kei-ne Umstellung auf andere Spannungen vorgesehen.

Ganz anders sah die Sache in Italien aus. Dort wurde traditionell mit 3000 Volt Gleichstrom gearbeitet. Damit war es jedoch nur mit extrem viel Aufwand möglich höh-ere Geschwindigkeiten zu erreichen.

Aus diesem Grund begann man in Italien auf den Schnell-fahrstrecken ein anderes System zu verwendet. Dabei wählte man dort das übliche System mit 25 000 Volt und 50 Hertz Wechselstrom. Beide wurden für den Einsatz be-nötigt.

Damit blieb eigentlich nur noch das vierte System mit 1 500 Volt Gleichstrom. Dieses wurde eigentlich mit den drei Systemen des Zuges mitgeliefert, jedoch nicht freigeschaltet. Das Einsatzgebiet des Triebzuges sah jedoch keine Einsätze in den Niederlanden und Frankreich vor. Zudem fand man in diesen Ländern immer mehr Strecken mit Wechselstrom. Wie dies zu verstehen ist, erkennen wir, wenn wir die Schweiz ansehen.

Traditionell wurde die Schweiz von allen vier Systemen angefahren. Dabei wurde bei Genève mit 1500 Volt Gleichstrom gearbeitet. Dort fand jedoch vor ein paar Jahren die Umstellung auf 25 000 Volt und 50 Hertz statt. Damit konnte der neue Triebzug mit der Konfiguration das Heimatland theoretisch in allen Richtungen verlassen. So versteht sich, dass 1500 Volt Gleichstrom vom Besteller nicht gewünscht wurde.

Die Spannung aus der Fahrleitung wurde mit vier Stromabneh-mern auf das Fahrzeug übertragen. Dabei wurden diese Bügel auf den Wagen zwei, vier, sechs und acht montiert. Wie mittlerweile üblich, kamen Einholmstromabnehmer zur Anwend-ung.

Diese wurden auf dem Dach so montiert, dass der Knick immer gegen den Wagen gerichtet war. So konnte das Schleifstück möglichst optimal über dem befahrenen Gleis gehalten werden.

Gehoben wurden die Stromabnehmer mit Druckluft. Dabei hob diese jedoch nur die Kraft der eingebauten Senkfeder auf. In der Folge sorgte die Hubfeder dafür, dass der Stromabnehmer geho-ben wurde.

Das machte er, bis der Fahrdraht berührt wurde. Fehlte diese jedoch, verhinderte eine Hubbegrenzung, dass sich der Bügel durchstrecken konnte. Dank dieser Ausführung der Stromab-nehmer, konnten die erforderlichen Anpressdrücke leicht und schnell eingestellt werden.

Um den Bügel wieder zu senken, wurde einfach die Druckluft entfernt. Dadurch besorgten die Federn, dass der Stromabnehmer gesenkt wurde. Dabei war es mittlerweile Standard, dass dieser Senkvorgang nicht nur durch die Steuerung, sondern auch durch den Stromabnehmer selber eingeleitet wurde. Dafür verantwortlich waren der Schlagschutz und die Schleifleistenüberwachung, die heute bei hohen Geschwindigkeiten erforderlich waren.

Sowohl der Schlagschutz, als auch die Schleifleistenüberwachung, waren in den Schleifstücken eingebaut worden. Dort gab es den grössten Unterschied, denn es wurden unterschiedliche Modelle verwendet. Gemeinsam bei allen Modellen war, dass doppelte Schleifleisten verbaut wurden. Doch bei deren Ausführung waren die Unterschiede zu finden. Eine Besonderheit, die wegen den unterschiedlichen Vorschriften erforderlich wurde.

Auf dem Wagen zwei wurde der Stromabnehmer für die Schweiz aufgebaut. Dieser hatte Schleifleisten aus Kohle, die zusammen mit den isolierten Not-laufhörnern auf eine Breite von 1450 mm kamen.

Nur dank diesen isolierten Notlaufhörnern, konnte diese Breite in der Schweiz auch angewendet werden, da dort eigentlich schmalere Ausführungen erfor-derlich gewesen wären. Den Grund für diese Lösung zeigte sich in Italien.

In Italien wurde dieser Stromabnehmer auch für die Fahrten und 25 000 Volt und 50 Hertz benötigt. Daher konnte er in zwei Ländern verwendet werden. Wurde dort jedoch unter Gleichstrom mit 3000 Volt gefahren, ging das Modell nicht mehr.

Bei Gleichstrom waren in Italien wegen den deutlich höheren Strömen in der Fahrleitung geschmierte Schleifleisten aus Kupfer vorgesehen. Der entspre-chende Bügel wurde beim Triebzug RABe 501 daher auf dem Wagen acht montiert.

Da nun jedoch bereits zwei Stromabnehmer benötigt wurden, war eine be-sondere Lösung bei einem Defekt erforderlich. Fiel einer dieser beiden Strom-abnehmer aus, konnte der jeweils andere Pantograph verwendet werden. Notfalls wurde daher ein nicht optimal passendes Schleifstück verwendet. Ein langer Einsatz war daher nicht mehr möglich, jedoch konnte so die Leistung noch zu Ende gefahren werden. Ein einfacher Ausfall führte nicht zum Totalausfall.

Kommen wir zu den beiden verbliebenen Stromabnehmer auf den Wagen vier und sechs. Diese waren identisch aufgebaut worden und besassen Schleifleisten mit isolierten Notlaufhörnern, die eine Breite von 1 950 mm besassen. Ausgerüstet wurden diese mit Schleifstücken aus Kohle. Daher war auch hier ein Bügel als Ersatz für den anderen verbauten Stromabnehmer vorhanden. Die Redundanz war somit auch hier gegeben.

Eingesetzt wurden diese beiden Stromabnehmer sowohl in Deutschland, als auch in Österreich. Dabei wurde damit nur 15 000 Volt 16.7 Hertz Wechselstrom auf das Fahrzeug übertragen. Ein Umstand, der dem Einsatz entsprechend ausgeführt wurde.

Hier wäre die Lösung er schmalen Schleifleisten auch möglich gewesen, wenn die Spannung von 1500 Volt Gleichstrom gefordert gewesen wäre. Da diese jedoch nicht vorhanden war, hatte man hier zwei identische Modelle.

Eine klassische Dachleitung war nicht eingebaut worden. Somit gab es zwischen den Stromabnehmern keine direkte Verbindung. Sowohl die Hauptschalter, als auch die Systemwahl wurden unmittelbar bei den Stromabnehmern montiert und waren mit diesen sogar fest verbunden.

Damit war jede auf dem Fahrzeug verlaufende Leitung geschaltet worden. Bei ausgelösten Schaltern war daher nur noch der gehobene Stromabnehmer unter Spannung.

Da sich nun die Stromsysteme aufteilten, müssen wir diese getrennt ansehen. Dabei beginne mit dem Teil für Wechselstrom. Dabei spielt es vorerst noch keine Rolle, wie hoch die Spannung war. Selbst die Frequenz können wir vorerst ausblenden. Der Grund ist simpel, denn der hier verbaute Hauptschalter, konnte für beide Systeme benutzt werden. Daher wurden die Schaltkontakte für eine Spannung von 25 000 Volt ausgelegt.

Bei Wechselstrom verwendete man einen Vakuumhauptschalter. Dieser war in einer kompakten Bauweise ausgeführt worden und der beim Ausschalten entstehende Lichtbogen wurde durch das vorhandene Vakuum verhindert. So wurde ein sehr hohes Schaltvermögen erreicht. Ein Merkmal dieser Hauptschalter, die seit der Einführung immer kleiner ausgeführt werden konnten. Hier reichte der Platz beim Stromabnehmer.

Mit der beim Hauptschalter vorhandenen Systemwahl wurde verhindert, dass der Hauptschalter geschlossen werden konnte, wenn der Triebzug unter Gleichstrom betrieben wurde.

Für den Unterhalt jedoch wesentlich wichtiger war der hier verbaute Erdungs-schalter. Dieser gehörte ebenfalls zum Hauptschalter und er verband die Leit-ungen vor und nach dem Schalter mit der Erde. Eine Einrichtung, die seit Jah-ren nicht verändert wurde.

Auf dem Fahrzeug wurden insgesamt vier Vakuumhauptschalter verbaut. Das war nötig, weil alle Stromabnehmer unter Wechselstrom genutzt wurden. Nur schon die überraschend grosse Anzahl dieser Schalter zeigt, wie kompakt und leicht das hier verbaute Modell war.

Letztlich war das aber nur eine Folge des Verzichtes auf eine grosse Va-kuumkammer. Diese Kammer befand sich hier schlicht in einem einfachen Rohr.

Die vier Hauptschalter wurden unter sich mit der geschalteten Leitung für die beiden Stromsysteme mit Wechselstrom verbunden. Es wurde für diese durch den Triebzug geführte Leitung, ein handelsübliches Hochspannungskabel ver-wendet. Dieses endete schliesslich bei den beiden Transformatoren. Diese wurden jeweils in den beiden Endwagen verbaut. Wegen dem Gewicht wählte man den Platz unter dem Fahrzeug.

Da beide Transformatoren identisch aufgebaut wurden, können wir uns auf eine Seite beschränken. Die Spannung aus der Leitung wurde der Primärspule zugeführt. Diese besass keine Anzapfungen und sie wurde auf der anderen Seite mit den an den Achsen montierten Erdungsbürsten verbunden. Dabei wurde diese Erdleitung auch durch das Fahrzeug geführt. So waren in der Folge deutlich mehr Bürsten für die Erdung vorhanden.

Für den Traktionsstromkreis wurden zwei Sekundär-spulen verwendet. Diese waren identisch aufgebaut worden und sie besassen eine Anzapfung. Mit dieser wurde zwischen den Systemen mit 15 000 Volt und jenen mit 25 000 Volt unterschieden.

So entstand in der weiterführenden Leitung ein Wech-selstrom mit identischer Spannung aber unterschied-licher Frequenz. Die Spannung in dieser Leitung be-trug 1 900 Volt.

Damit können wir den Teil für Wechselstrom bereits beenden und uns dem zweiten Teil der Hochspannung zuwenden. Dieser war für eine Spannung von 3000 Volt und Gleichstrom ausgelegt worden.

Um alle Punkte in diesem Teil kennen zu lernen, müs-sen wir wieder zu den Stromabnehmern zurückkeh-ren. Diesmal jedoch nur zu jenen, die mit der schma-len Wippe ausgerüstet wurden. Die breiten Modelle kamen unter Gleichstrom nicht zum Einsatz.

Bei den betroffenen Stromabnehmern wurde für den Betrieb mit Gleichstrom ein zweiter Hauptschalter verbaut. Hier kam jedoch kein Vakuumhauptschalter zur Anwendung.

Vielmehr wurde ein Gleichstromschnellschalter ver-baut, der für eine maximale Spannung von 4 000 Volt ausgelegt worden war. Da sich dieser Schalter im Aufbau vom Modell für Wechselstrom unterschied, müssen wir uns diesen Hauptschalter etwas genauer ansehen.

Beim Gleichstromschnellschalter wurden die Kontakte, wie es der Name schon sagt, schnell geöffnet und so ohne Verzögerung eine grosse Strecke frei. Der dabei entstehende Lichtbogen wurde jedoch zugelassen. Damit dieser keinen Schaden anrichten konnte, war oberhalb der Kontakte eine Löschkammer vorhanden, die den aufsteigenden Lichtbogen durch die entsprechend ausgeführten Schalthörner löschte. Das dabei endstehende ionische Gas wurde neutralisiert.

Auch jetzt waren die Erdungsschalter und die Systemwahl vorhanden. Letztere verhinderte, dass der Schnellschalter unter Wechselstrom geschlossen werden konnte. Die nun geschaltete Spannung wurde ebenfalls einer Leitung zugeführt, die beide Stromabnehmer verband. Damit gab es hier zum Teil für Wechselstrom keinen grossen Unterschied mehr. Da auch diese Leitung beim Transformator endete, müssen wir diesen erneut ansehen.

Unter Gleichstrom verfügten Transformatoren nicht die üblichen Eigenschaften, da kein Magnetfeld erzeugt werden konnte. Jedoch konnten die Wicklungen auch bei Gleichstrom genutzt werden.

Daher wurden die sekundären Wicklungen bei diesem System als Drosselspulen genutzt. So konnten die Spitzen in der Spannung der Fahrleitung gefiltert werden. Doch damit sind wir auch wieder bei der Leitung vom Transformator.

Die beiden identischen Leitungen wurden entweder mit Wechsel- oder Gleich-strom betrieben. Die nun jedoch vorhandenen unterschiedlichen Spannungen sollten kein Problem bedeuten, denn jede Leitung wurde nun einem Umrichter zugeführt.

Dabei wurde an jeder Leitung immer nur einer angeschlossen. Bei zwei Transformatoren ergaben sich durch diese Teilung vier Umrichter. Diese waren wegen dem Gewicht auf andere Fahrzeuge verteilt worden.

Bei der Betrachtung können wir uns erneut auf einen Umrichter beschränken. Dieser verfügte über einen Eingangsstromrichter, an dem die Leitung vom Transformator angeschlossen wurde. Dieser Stromrichter wurde mit der bewähr-ten IGBT Technik aufgebaut.

Das hatte jetzt den grossen Vorteil, dass die zugeführte unterschiedliche Spannung so verändert werden konnte, dass ein Zwischenkreis mit einer Gleich-spannung von 3 600 Volt entstand.

Mit dem Zwischenkreis haben wir nun eine einheitliche Gleichspannung erhalten. Da bisher keine Spulen, oder Anzapfungen vorhanden waren, wurden ab hier die Verbraucher angeschlossen. Dazu gehörte auch der Traktionsstromrichter, den wir uns nun ansehen werden. Auch jetzt wurde ein Stromrichter verbaut, der mit der IGBT Technik aufgebaut wurde. Jetzt wurde ein Drehstrom mit unterschiedlicher Spannung und Frequenz erzeugt.

Da das Drehfeld durch die Steuerung im Stromrichter geändert wurde, waren keine Wendeschalter erforderlich. Wir können daher unverzüglich zu den angeschlossenen Fahrmotoren wechseln. Dabei galt immer, dass an jedem Traktionsstromrichter zwei Motoren parallel angeschlossen wurden. Mit anderen Worten, war für jedes Triebdrehgestell ein eigener Umrichter vorhanden. Daher fiel nur ein Viertel der Leistung bei einem Defekt aus.

Die acht verwendeten Fahrmotoren wurden, wie es seit einigen Jahren beim Bau von Triebfahrzeugen üblich ist, als Drehstrom-Asynchronmotoren ausgeführt. Die hier verbauten Motoren hatten einen in zwei Schilden gelagerten Kurzschlussläufer und die Wicklungen des Stators erhalten. Die Anordnung dieser Spulen war so ausgelegt worden, dass ein vierpoliger Motor entstand. Es waren daher übliche Drehstrommotoren.

Die Vorteile dieser Fahrmotoren bestanden darin, dass sie dank dem eingebauten Kurzschlussläufer auch im Stillstand mit der vollen Leistung aufgesteuert werden konnten. Zudem waren sie nahezu wartungsfrei und zuverlässig. Was beim Triebzug der Baureihe RABe 501 jedoch wichtiger war. Die verwendeten Asynchronmotoren konnten bei vergleichsweise geringer Grösse, hohe Zugkräfte erzeugen. Das war beim verfügbaren Platz ein wichtiger Grund.

Die Anfahrzugkraft des Triebzuges wurde mit 300 kN ange-geben. Das mag, wenn man sich an den Lokomotiven mit acht Triebachsen der neusten Generation orientiert, als ge-ring erscheinen.

Jedoch war die Leistung mit 6000 kW nicht auf den maximal möglichen Wert gesteigert worden. Das war ein wichtiger Punkt, denn die Achslasten durften nicht höher liegen als 18 Tonnen. Da muss automatisch bei der Leistung etwas redu-ziert werden.

Hinzu kommt, dass die Antriebe bei der Übersetzung auf hohe Geschwindigkeiten ausgelegt wurden. Schliesslich musste der Zug im Basistunnel Gotthard auf bis zu 250 km/h beschleunigen. Es galt nicht, schwere Lasten über steile Rampen zu ziehen.

Lediglich ein geschleppter Triebzug wurde im Pflichtenheft gefordert, das auch nur in den massgebenden Steigungen der Schweiz. In der Folge konnte das Gewicht reduziert werden.

Hingegen verringerte diese Lösung beim Getriebe auch die Beschleunigung nach dem Halt. Wobei wir hier nicht von einem Nahverkehrszug sprechend, der wegen den vielen Halten, schnell beschleunigen und verzögern musste. Ein Triebzug im Fernverkehr zeigte ein komplett anderes Verhalten. Die Beschleunigung erfolgte etwas gemächlicher. Dafür sind lange Fahrten ohne Halte vorgesehen, was den Zeitverlust verringerte.

Zum Schluss bleibt eigentlich nur noch ein Blick auf die elektrische Bremse. Diese erforderte bei den Fahrmotoren keine Umgruppierungen mehr. Vielmehr kippten die Drehstrommotoren automatisch, wenn sich der Rotor schneller drehte, als das Drehfeld es vorgab. Damit wurden die acht Fahrmotoren zu Generatoren und der Stromfluss dreht sich. Wir hatten eine elektrische Bremse, doch die Verwendung der Energie war problematischer.

Die Bremsenergie der elektrischen Bremse wurde in Netzen mit Wechselstrom vollumfänglich an die Fahrleitung abgegeben. Daher haben wir hier eine vollständige Nutzstrombremse, die eine Bremskraft von bis zu 300 kN erzeugen konnte. Der Triebzug konnte daher von der installierten Leistung her die benötigte Energie, wieder an die Fahrleitung abgeben. Dabei sind natürlich die Verluste nicht berücksichtigt worden.

Wurde mit dem Triebzug unter Gleichstrom gefahren, änderte sich die Situation. Zwar waren moderne Anlagen mittlerweile in der Lage, die Einspeisung der Energie ab Triebfahrzeug zu unterstützen. Jedoch war das nur bis zu einem bestimmten Wert möglich. Wurde dieser überschritten, fiel die elektrische Bremse bei Gleichstrom aus und es gab somit keine Verzögerung mehr. Betrieblich war dies jedoch gefährlich.

Damit die elektrische Bremse einwandfrei auch unter Gleichstrom arbeitete, mussten Bremswiderstände eingebaut werden. Diese wurden je nach Zustand des Netzes zugeschaltet. Im Notfall, also wenn das Netz keine Energie aufnehmen konnte, konnte die volle Bremsenergie über die eingebauten Widerstände in Wärme umgewandelt werden. Diese Wärme musste mit einer Ventilation abgeführt und so an die Umwelt übergeben werden.

Eine Eigenart der Triebzüge aus dem Hause Stadler war der Stützbetrieb. Diese Situation trat ein, wenn das Fahrzeuge bei einer Trennstelle in der Fahrleitung ausgeschaltet werden musste. Dadurch fiel die Versorgung der Neben- und Hilfsbetriebe aus. Nun konnte jedoch die elektrische Bremse die fehlende Energie erzeugen. Der Triebzug befuhr in der Folge dank dem Stützbetrieb, solche Schutzstrecken, ohne dass dies im Zug bemerkt wurde.