Traktionsstromkreis |
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Die
Lokomotive wurde für eine
Fahrleitungsspannung
von 15 000
Volt
und 16 2/3
Hertz
gebaut. Die im
Pflichtenheft
der Schweizerischen Bundesbahnen SBB vorhandene
Option
für
Gleichstrom
mit 3 000 Volt wurde nicht umgesetzt. Somit war die Lok 2000 eine
klassische Lokomotive für einphasigen
Wechselstrom.
Das ist ein Punkt, der bei Vorstellungen von Fahrzeugen immer wieder
vergessen wird, denn wer kümmert es schon, was in der
Fahrleitung
ist?
Der Zusatz SBB kennzeichnet die Tatsache, dass dieser
Strom-abnehmer
mit einer doppelten
Schleifleiste
von 1 450 mm ausgerüstet worden ist. Aufgebaut waren die Schleifleisten
zu-dem aus
Kohle,
da sich diese in den Jahren durchsetzen konnten. Die einzeln gefederten Schleifstücke, die auch bei hohen Ge-schwindigkeiten einen guten Kontakt mit der Fahrleitung erlaubten, waren eine Neuerung. Die Kohleneinlagen der ein-zelnen Schleifstücke wurden mit Druckluft überwacht.
Dank dieser Massnahme konnte der
Stromabnehmer
bei einer de-fekten
Schleifleiste
automatisch notgesenkt werden. Ergänzt wurde diese
Schleifleistenüberwachung
noch mit einer
Schlag-sicherung,
die ebenfalls ein automatisches senken des Strom-abnehmers zur Folge
hatte.
Mit diesen bei
Wechselstrom
üblichen
Schleifleisten
aus
Kohle
konnte jedoch nur eine beschränkte
Leistung
übertragen werden. Bei einer
Spannung
von 15 000
Volt
ergab das einen
Strom
von 600
Ampère.
Gerechnet entsprach das einer Leistung von 9 000 kVA. Für die
Lokomotive reichte das jedoch aus, so dass auf der Fahrt nur
ein
Stromabnehmer
an die
Fahrleitung
angelegt werden musste. Wurde die Leistung überschritten, gerieten die
Schleifleisten in Brand.
Der Vorteil dieser
Stromabnehmer
war, dass sie gegenüber den älteren Modellen leichter waren. Zudem waren
sie auch für höhere Geschwindigkeiten zugelassen. Daher mussten der
schnellen
Lokomotive auch die neuen Stromabnehmer montiert werden.
Speziell war nur, dass die Stromabnehmer gegenüber der in der Schweiz
üblichen Anordnung verkehrt montiert wurden. Daher stand die Öffnung der
Stromabnehmer bei der Lok 2000 nach aussen.
Gerade die aerodynamischen Effekte bei hohen Ge-schwindigkeiten waren den Konstrukteuren in der Schweiz damals noch nicht bekannt.
Waren bisher die Steigerungen nur gering, gab es mit der Lok 2000
nahezu eine Verdoppelung. Daher konnten die
Stromabnehmer
andere Eigenschaften entwickeln. Durch die Montage der Stromabnehmer in den auf dem Dach vorhandenen Nischen war das gesenkte Exemplar nicht dem Fahrtwind ausgesetzt. Dadurch wurden störende Luftgeräusche und ein allfälliges ungewolltes anheben des gesenkten Stromabnehmers verhindert.
Da sich diese Nischen im Winter jedoch leicht mit Schnee füllen
konnten, rüstete man die
Stromabnehmer
mit einer
Heizung
aus. Dadurch konnte der Stromabnehmer auch bei Kälte und Nässe gehoben
werden. Gehoben wurden diese Stromabnehmer, wie die früheren Modelle. An der Lösung mit der Senk- und Hubfeder hatte sich nichts geändert. So wurde auch hier mit Hilfe von Druckluft die Kraft der Senkfeder aufgehoben.
Dadurch konnte die
Hubfeder
den
Stromabnehmer
heben. Dieser hob sich nun, bis er auf einen
Widerstand
traf, oder die Höhenbegrenzung ein weiteres Heben verhinderte. Der
Widerstand war die
Fahrleitung.
Der eingestellte Anpressdruck lag bei rund sechs Kilogramm.
Die von den
Einholmstromabnehmern
auf die
Lokomotive übertragene
Spannung
der
Fahrleitung
wurde einer gemeinsamen
Dachleitung
zugeführt. Diese Dachleitung verlief innerhalb der Verschalungen auf dem
Dach. So war diese optisch nicht zu erkennen. Damit das Dach abgenommen
werden konnte, waren
Trennlitzen
vorhanden. Diese Trennlitzen mussten auch geöffnet werden, wenn ein
defekter
Stromabnehmer
elektrisch abgetrennt werden musste.
Bei jedem
Stromabnehmer
war ein Überspannungsableiter angebracht worden. Diese Einrichtung sollte
verhindern, dass bei einem Blitzschlag in die
Fahrleitung
die hohe
Spannung
in die
Lokomotive geraten konnte. In diesem Fall wurde die hohe
Spannung auf das Dach der Maschine und somit auf die Erde geschaltet. Es
kam zu einem
Kurzschluss
auf dem Dach der Lokomotiven in nicht im
Maschinenraum.
Beziehungsweise, es konnte gar kein Funkte ent-stehen. Obwohl
bisher mit
Druckluft
betriebene Mo-delle verwendet wurden, kam hier ein Modell mit Va-kuum zur
Anwendung. Der Grund dafür war simpel, denn der
Hauptschalter
war schlicht leichter. Nach dem Hauptschalter wurde die Spannung aus der Fahrleitung einem Hochspannungskabel zugeführt. Dieses Kabel verlief dann durch den Maschinenraum zum unter der Lokomotive montierten Transfor-mator.
Sowohl die
Dachleitung,
als auch dieses
Hochspann-ungskabel
konnten daher für den Unterhalt mit einem
Erdungsschalter
auf Erde geschaltet werden. Einge-baut wurde der Erdungsschalter im
Bereich des
Hauptschalter.
Bisher galt für die Lok 2000, dass die Re 465 der Lötschbergbahn
in den erwähnten Punkten der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB
entsprach. Das wird sich beim Aufbau der weiteren elektrischen Ausrüstung
jedoch nicht mehr ergeben. Grundsätzlich war der elektrische Aufbau der
Lokomotive bis auf kleinere Ausnahmen gleich. In den folgenden
Abschnitten werden die Unterschiede, sofern sie vorhanden waren, jeweils
aufgeführt werden.
Der bei der
Lokomotive unterflur montierte
Transformator
hatte direkte Auswirkungen auf die Gestaltung des
Maschinenraumes.
So konnte der Durchgang durch den Maschinenraum in der Mitte desselben und
gerade ausgeführt werden. Bisher verhinderte der Transformator diese
Lösung, so dass man darum herum gehen musste. Daher befanden sich auch die
beiden Türen, die den Maschinenraum abschlossen, in der Mitte der Rückwand
des
Führerstandes.
Sie
wurde über vier unterschiedlich lange an den
Triebachsen
angebrachte
Erdungsbürsten
mit der Er-de und somit mit dem
Kraftwerk
verbunden. Damit entstand nun ein geschlossener Stromkreis und es konnte
Leistung
übertragen werden. Soweit waren sich die Transformatoren noch einig. Bei der Anzahl der sekundären Spulen gab es jedoch Unterschiede zwischen den beiden Maschinen. So hatte die Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB insgesamt vier Sekundärwicklungen mit einer Spannung von je 1 783 Volt erhalten.
Bei der Re 465 der Lötschbergbahn wurden jedoch sechs
Spulen
mit einer
Spannung
von jeweils 1 321
Volt
vorgesehen. Die Werte der Spannung waren je-doch bewusst so gewählt
worden. Auch bei der Leistung waren die Transformatoren unterschiedlich. So konnte das Modell, das bei der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB eine dauerhafte Leistung von 5 400 kVA übertragen. Bei der Lokomotive für die Lötschbergbahn wurde jedoch nur eine Leistung von 5 213 kVA vorgesehen. Trotzdem sollte die Lokomotive eine höhere Leist-ung haben.
Warum das so war, erfahren wir später, der
Trans-formator
der Re 465 war auf jeden Fall leicht schwächer.
Die Kupferwicklungen waren wegen dem Gewicht sehr knapp berechnet
worden. Das führte dazu, dass sie eigentlich zu heiss wurden. Damit diese
Wärme jedoch abgeführt werden konnte, wurde dem
Transformator
spezielles
Öl
eingefüllt. Dieses
Transformatoröl
besass kein
PCB
und sorgte neben der
Kühlung
auch für eine Verbesserung der
Isolation.
Die zugelassene Wärme im Transformator wurde elektronisch überwacht und
durfte maximal 97°C betragen.
Doch nun kommen wir mit der
Spannung
von
Transformator
und müssen diese den
Fahrmotoren
zuführen. Bei der klassischen
Lokomotive hiess das, es folgte der Wendeschalter. Bei der Lok
2000 war das jedoch anders gelöst worden. Von den sekundären Spulen wurde die Spannung den Umrichtern zugeführt. Diese Traktionsstromrichter waren bei beiden Baureihen in drei Bereiche aufgeteilt worden.
Das war zuerst der Netzstromrichter, dann folgte der
Zwischenkreis
und letztlich der Antriebsstromrichter. Bei den
Stromrichtern
wurden die neu entwickelten Thyristoren
in der
Bauart
GTO
verwendet. Der Vorteil dieser Thyristoren war, dass sie sowohl gezündet,
als auch gelöscht werden konnten.
Beginnen werden wir die Betrachtung des
Umrichters
mit dem Netzstromrichter. Dieser war mit den sekundären
Spulen
verbunden worden. Dabei kamen bei der Re 460 der Schweizerischen
Bundesbahnen SBB vier einzelne
Stromrichter
zur Anwendung. Diese erzeugten eine
Gleichspannung,
die im
Zwischenkreis
zu einem Wert von 3 500
Volt
führte. Damit war es theoretisch möglich die Gleichspannung der FS direkt
dem Zwischenkreis zuzuführen.
Das war eine klare Forderung der Schweizerischen Bundesbahnen SBB,
die hier eine
Option
vorsahen. Dank dem
Zwischenkreis
mit 3 500
Volt
Gleichstrom,
war die
Lokomotive bereits soweit vorbereitet, dass auf Wunsch der
Staatsbahn
eine spezielle
Zweisystemlokomotive
der Baureihe Re 462 gebauten werden konnte. Verwirklicht wurde diese im
Pflichtenheft
vorgesehene Variante jedoch nie und die Re 460 wurde nie unter 3 000 Volt
Gleichstrom eingesetzt.
Bei der Re 465 der Lötschbergbahn kamen jedoch sechs einzelne
Stromrichter
zur Anwendung. Diese funktionierten jedoch nach dem gleichen Prinzip, so
dass auch hier eine
Gleichspannung
für den
Zwischenkreis
entstand. Diese
Spannung
betrug jedoch nur noch 2 800
Volt.
Damit war die Re 465 nicht für eine Ausrüstung mit
Gleichstrom
vorbereitet. Eine Schutzeinrichtung verhinderte, dass die
Lokomotive unter 3 000 Volt Gleichstrom eingeschaltet werden
konnte.
So hatte die Re 460 der Schweizerischen Bundes-bahnen SBB eine auf
das
Drehgestell
bezogene An-steuerung erhalten. Bei der Re 465 der Lötsch-bergbahn wurde
jedoch eine Ansteuerung auf jede einzelne
Achse
vorgesehen. Das veränderte daher auch die Antriebsstromrichter.
Die als
Wechselrichter
geschalteten Antriebsstrom-richter bestanden ebenfalls aus
GTO-Thyristoren.
Dank diesen löschbaren Thyristoren konnten für die
Fahrmotoren
Drehstromnetze mit unterschiedlicher
Spannung
und
Frequenz
erzeugt werden. Gerade die GTO-Thyristoren waren damals neu und
ermöglichten erst eine solche
Lokomotive, die im Unterhalt wesentlich billiger sein sollte,
als das bei klassischen Lokomotiven der Fall war.
Während bei der
Lokomotive Re 460 drei
Wechselrichter
verwendet wurden, gab es bei der Lokomotive Re 465 deren sechs Stück. Das
hatte daher einen direkten Einfluss auf die Anzahl der verwendeten
GTO-Thyristoren.
So wurden bei der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB insgesamt 52
GTO eingebaut. Bei der Re 465 der BLS stieg dieser Wert jedoch auf 60
Exemplare an. Wenn wir auf die Gewichte der Lokomotiven blicken, hatte das
einen Einfluss.
Die
GTO-Thyristoren
der
Lokomotive Baureihe Re 460 mussten wegen der höheren
Zwischenkreisspannung von 3 500
Volt
besser isoliert und kräftiger ausgeführt werden, als jene der Re 465, die
nur 2 800 Volt ertragen mussten. Insgesamt wurde die Lokomotive Re 465 der
Lötschbergbahn daher trotz der grösseren Anzahl GTO-Thyristoren zwei
Tonnen leichter, als die Lokomotive der Schweizerischen Bundesbahnen SBB.
Die
Kühlung
und
Isolation
der Bauteile in den
Umrichtern
erfolgte ebenfalls mit
Transformatoröl.
Dessen Eigenschaften wurden daher auch in diesem Bereich genutzt. Jedoch
gab es bei der zugelassenen Temperatur Unterschiede. Die
Stromrichter
der beiden Lokomotiven durften nicht wärmer als 60°C werden. Damit lagen
sie deutlich unter dem Wert des
Transformators.
Welche Auswirkungen das auf die Steuerung hatte, erfahren wir in diesem
Abschnitt.
Durch die unterschiedlichen
Spannungen
bei den
Zwischenkreisen
und der Aufbau als Dreipunktschaltung bei der
Lokomotive Re 460 und als Zweipunktschaltung bei der Re 465 der
Lötschbergbahn mussten auch unterschiedliche
Fahrmotoren
eingebaut werden. Jede
Achse
hatte ihren eigenen Fahrmotor erhalten, einzig die Ansteuerung derselben
erfolgte entweder auf ein
Drehgestell
(Re 460) oder auf eine Achse (Re 465). Dieser Unterschied machte sich
jedoch nicht nur bei Störungen bemerkt.
Die maximale an der Klemme zugelassene
Spannung
betrug 2 640
Volt.
Jeder Motor konnte eine
Anfahrzugkraft
von 75 kN erzeugen. Daher betrug die maximale Anfahrzugkraft der
Lokomotive 300 kN. Bei der Re 465 kamen jedoch Drehstrommotoren von Typ 6 FHA 7067 zum Einbau. Hier betrug die maximale Klemmenspannung lediglich 2 180 Volt bei einer maximalen Frequenz von 213 Hertz.
Auch für diese
Asynchronmotoren
wurde eine
Anfahrzugkraft
von 75 kN angegeben. Dadurch galt auch für die Re 465 eine
Zugkraft
von 300 kN. Trotzdem sollte es dadurch Unterschiede zwischen den beiden
Lokomotiven geben.
Da bei der Re 465 der Lötschbergbahn jede
Achse
mit unterschiedlichen Parametern angesteuert werden konnte, wurden so
innerhalb der
Lokomotive aber auch innerhalb des
Drehgestells unterschiedlich
Zugkräfte
ermöglicht. Gerade hier sah man gegenüber der Re 460 der Schweizerischen
Bundesbahnen SBB wesentliche Vorteile bei der Ausnützung der Zugkraft.
Dies insbesondere bei einem schlechten Zustand der
Schienen.
Bei beiden
Lokomotiven wurde die
Leistungsgrenze
bei 80 km/h erreicht. Jetzt stand eine
Zugkraft
von 275 kN zur Verfügung und die
Leistung
betrug bei der Re 460 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB 6 100 kW.
Obwohl die Werte für die Leistungsgrenze bei der Re 465 der Lötschbergbahn
identisch waren, wurde für die Lokomotive eine Leistung von 7 000 kW
angegeben. Der Unterschied zwischen den Lokomotiven verschwand daher in
den Unterlagen. Praktisch musste sie den Beweis noch erbringen.
Bei
Höchstgeschwindigkeit
von 230 km/h stand noch eine Restzugkraft von 83 kN zur Verfügung. Hier
muss jedoch erwähnt werden, dass diese
Zugkraft
von den
Lokomotiven nicht erreicht werden sollte. Daher wurde
oft der Wert für 200 km/h angegeben und dieser lag bei beiden Lokomotiven
bei 110 kN. Damit war die Lok 2000 für den schweren
Güterverkehr,
als auch für den schnellen Reiseverkehr geeignet. Wir haben eine
universelle Lokomotive erhalten.
Beide Maschinen besassen eine elektrische
Nutzstrombremse,
die theoretisch die volle
Leistung
der
Lokomotive über den
Transformator
an die
Fahrleitung
abgeben konnte. Rein physikalisch war das jedoch nicht möglich, jedoch
theoretisch so machbar. Letztlich beschränkten die Vorschriften die
Leistung der
elektrischen
Bremse in den meisten Fällen zusätzlich. Hier
konnte die Lokomotive Re 465 trotzdem etwas höhere elektrische Bremskräfte
erzeugen, was bei Gebirgsbahnen sicherlich ein Vorteil sein konnte.
Für die
Nutzstrombremse
mussten keine speziellen Schaltungen vorgenommen werden. Die
Fahrmotoren
wechselten automatisch in den Bremsmodus, wenn die Drehzahl jene des
Drehfeldes
übersteigt. Danach war es nur noch eine Änderung des Stromflusses in den
Umrichtern.
Einfach gesagt, hier ergab nun der
Gleichrichter
den
Wechselrichter.
Hätte man hier
Dioden
anstelle der
GTO-Thyristoren
verwendet, müsste nun ein neuer Strompfad erstellt werden, so konnte man
einfach nur den Stromfluss umdrehen.
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