Die Spannung der Fahrleitung wurde auch bei dieser Lokomotive mit der Hilfe eines Stromabnehmers auf das Dach der Lokomotive übertragen. Jedoch ist hier die Ausrüstung bei Fahrzeugen für mehrere Systeme umfangreicher. Schliesslich besitzt nahezu jedes Land eigene Normen und Vorschriften. Gerade das wurde zunehmend zum Hindernis bei international eingesetzten Lokomotiven. Der Grund war, dass Stromabnehmer nur in an einer bestimmten Stelle montiert werden können.

Jedoch konnte man auf der Lokomotive maximal nur vier Stromabnehmer montieren. Damit sollten jedoch möglichst viele Systeme abgedeckt werden. Ein Problem, das man von den Triebzügen RAe TEE II her bereits kennt. Es überrascht daher nicht, dass man die dort verwendeten Lösungen mit Ausnutzung der Toleranzen auch heute noch anwendet. Auch wenn das nicht bei allen Varianten der ES64F4 nötig wurde.

Auf der Lokomotive wurden dazu bei den hier vorgestellten Konfigurationen vier Stromabnehmer montiert. Dabei handelte es sich um Einholmstromabnehmer der Bauart SBS 2T. Diese Stromabnehmer wurden mit Druckluft betrieben und sie hatten im Gegensatz zu den in der Schweiz verwendeten Modellen den unteren Holm rot bemalt bekommen. Die Funktion der Stromabnehmer war jedoch keine Neuheit. 

So wurde auch bei diesem Stromabnehmer mit Hilfe der Druckluft die Kraft der Senkfeder aufgehoben. Daraufhin konnte die Hubfeder ihre Kraft entfalten und der Stromabnehmer hob sich.

Dieser Vorgang war jedoch nicht unbeschränkt möglich, da die Modelle der Lokomotive über eine eingebaute Höhenbegrenzung verfügten. Jedoch reichte die eingestellte Höhe für die vorhandenen Höhenlagen der Fahrleitung aus.

Wollte man den Stromabnehmer senken, entleerte man den Zylinder wieder. Die Senkfeder gewann an Überhang und der Stromabnehmer senkte sich.

Der Vorgang erfolgte daher gegen die Kraft der Hubfeder, so dass mit den beiden Federn der Anpressdruck eingestellt werden konnte.

So konnte man den Stromabnehmer optimal an die jeweiligen Vorschriften anpassen. Trotzdem mussten die Toleranzen der einzelnen Länder ausgenutzt werden.

Eine Notabsenkung wurde durch den Schlagschutz ausgelöst. Einen ähnlichen Effekt bewirkte auch ein Ansprechen der Schleifleistenüberwachung. So führte ein Bruch der Schleifleiste zu einem Absenken des Stromabnehmers. Damit waren die Stromabnehmer gut gegen Kollisionen im Bereich der Fahrleitung geschützt worden. Sie entsprachen daher den modernen Stromabnehmer, die überall eingebaut wurden.

Deutliche Unterschiede gab es bei den Schleifleisten. Diese wurden den jeweiligen Ländern angepasst und unterschieden sich daher bei der Bestückung und der Breite. Die vorhandenen Toleranzen erlaubte aber die Abdeckung mehrerer Länder mit nur einem Stromabnehmer, so dass viele Länder abgedeckt werden konnten. Gerade hier lagen noch die Probleme bei Mehrsystemlokomotiven. Sehen wir uns daher die Anordnungen bei den hier vorgestellten Varianten genauer an.

Version

Sie sehen, dass es sich bei den vorgestellten Modellen um Lokomotiven handelt, die in der Schweiz und in Italien verkehren können. Zwei Versionen sogar noch in den Niederlanden und in Deutschland. Natürlich konnten mit den vorhandenen Schleifleisten auch noch andere Länder befahren werden, jedoch gab es dann Einschränkungen bei den Zugsicherungen, so dass die Stromabnehmer längst nicht mehr das Problem darstellten.

Wichtig war, dass die beiden äusseren Stromabnehmer normalerweise für Wechselstrom genutzt wurden. Die beiden inneren Stromabnehmer waren dem Gleichstrom vorbehalten. Damit konnte man die Stromabnehmer auf dem Dach mit den Dachleitungen verbinden. Je nach Konfiguration der Lokomotive war die Dachleitung der Lokomotive anders aufgebaut worden. Jedoch wurde bei allen Varianten die Spannung in der Dachleitung vorbei an einem Überspannungsableiter den Hauptschaltern zugeführt.

Dabei gab es bei der Lokomotive nun zwei unterschiedliche Strompfade, die wir getrennt ansehen werden. Beginnen will ich mit den äusseren Stromabnehmern und somit mit den Spannungen bei Wechselstrom. Die Spannung aus der Fahrleitung konnte nun sowohl 15‘000 Volt 16,7 Hertz, als auch 25‘000 Volt 50 Hertz betragen. Diese beiden Spannungen wurden daher in der Dachleitung dem Dachtrenner zugeführt, jedoch nicht unterschiedlich behandelt.

Dank dem Dachtrenner konnte der Teil für Wechselstrom bei Betrieb unter Gleichstrom abgetrennt und geerdet werden. Das war zum Beispiel nötig, wenn man breite Stromabnehmer montierte und diese gefährlich nahe gegen das Profil der engeren Version kommen konnten. So konnten diese Stromabnehmer geerdet und so die Anlage geschützt werden. Auch hier gab es je nach Konfiguration Unterschiede, auf die wir nicht weiter eingehen werden.

Nach dem Dachtrenner wurde die Wechselspannung nun dem Oberstromwandler und dem Hauptschalter zugeführt. Damit gelangte die Spannung nun in das Innere der Lokomotive. Man verwendete bei der Lokomotive einen Vakuumhauptschalter, der problemlos bei allen vorhandenen Wechselspannungen verwendet werden konnte. Dank dem Vakuum entstand kein Lichtbogen und das war von der anliegenden Spannung unabhängig.

Zur Sicherung der Anlage für Wechselstrom, konnte der Hauptschalter mit seinen Anschlüssen mit Hilfe eines Erdungsschalters gegen Erde geschaltet werden. So konnte das Personal gefahrlos an der Anlage arbeiten. Jedoch war davon der Teil für Gleichstrom nicht betroffen, so dass nur der Teil mit Wechselstrom geerdet werden konnte. Die Spannung gelangte nun vorbei an einem weiteren Überspannungsableiter zum Transformator.

Der Transformator, der ein schweres Bauteil darstellte, wurde unter der Lokomotive zwischen den Drehgestellen montiert. Die Spannung aus der Fahrleitung kam nun in die Primärspule.

Diese Wicklung wurde auf der anderen Seite über Erdungsbürsten mit den Achsen verbunden und so gegen Erde geschaltet. An der Primärwicklung gab es daher keine Anzapfungen. Selbst die Zugsammelschiene war nicht mehr hier angeschlossen worden.

Sekundär besass der Transformator vier Sekundärspulen, die den Stromrichtern die benötigte Spannung zur Verfügung stellte. Dabei hatte diese Spannung durchaus unterschiedliche Werte.

Damit haben wir die Funktion des Transformators bereits kennen gelernt und können uns der Kühlung und Isolation zuwenden. Gerade Transformatoren von Lokomotiven mussten künstlich gekühlt werden. Nur so wurden sie leicht genug.

Beim Transformator verwendete man bei der Lokomotive ES64F4 Polyolester. Dieser umweltverträgliche Stoff eignete sich sehr gut zur Isolation und zur Kühlung von Transformatoren. Im Gegensatz zum bisherigen Transformatoröl war Polyolester nicht so belastend für die Umwelt, was gerade bei unter dem Boden montierten Transformatoren ein grosser Vorteil war. Das Kühlmittel wurde letztlich in einem Kühler durch die Luft gekühlt.

Nach dem Transformator gelangten wir mit der Spannung zu den Stromrichtern des Umrichters. Hier wurde der Wechselstrom mit der Hilfe von IGBT-Transistoren in Gleichstrom umgewandelt. Diese Transistoren wurden bei der Lokomotive mit Brauchwasser gekühlt. Daher hatte man auch hier eine sehr umweltfreundliche Kühlung der Bauteile erhalten. Für uns heisst es nun aber zurückkehren zu den Stromabnehmern, denn nun folgt der Teil für Gleichstrom.

Wurde die Lokomotive unter Gleichstrom betrieben, wurde der Dachtrenner so geschaltet, dass die Anlage für Gleichspannung zugeschaltet wurde. Hier konnten die Spannung zwischen 1‘500 Volt und 3‘000 Volt betragen. Die Spannung gelangte nach einem weiteren Überspannungsableiter und vorbei an einem Stromwandler zum Hauptschalter für Gleichstrom. Speziell abgestimmte Stromwandler sorgten dafür, dass im Führerstand die richtige Spannung gemessen und angezeigt wurde.

Bei Gleichstrom konnte man eine andere Lösung für den Hauptschalter wählen. Man verwendete hier einen Leistungsschalter und für die Löschung des Lichtbogens wurde eine magnetische Funkenlöschkammer vorgesehen. Damit konnte man bei Gleichstrom die gleichen Effekte erzielen, wie mit den Vakuumhauptschaltern bei Wechselstrom. Auch hier war natürlich ein Erdungsschalter zum Schalten der Anlage vorhanden.

Ohne weitere Aufbereitung der Spannung gelangte diese in den Zwischenkreis der Stromrichter. Damit haben wir die getrennten Pfade bei der Lokomotive kennen gelernt. Gerade der Zwischenkreis eignete sich hervorragend für den Bereich, da hier in jedem Fall Gleichstrom vorhanden ist und man so jede erdenkliche Spannung einspeisen kann. Verfolgen wir daher nun den Traktionsstromkreis der Lokomotive.

Im Wechselrichter wurde nun die Spannung aus dem Zwischenkreis in einen Drehstrom unterschiedlicher Spannung und Frequenz umgewandelt. Auch hier kamen IGBT Transistoren zur Anwendung und auch sie verfügten über eine Kühlung mit Brauchwasser. Daher haben wir einen vollwertigen Umrichter erhalten, der beim Einsatz unter Gleichstrom einfach nur als Wechselrichter betrieben wurde. Doch nun zu den Fahrmotoren, denn das machte man bei der Lokomotive auch so.

Die in den Drehgestellen eingebauten Drehstrommotoren erhielten ihre Spannung ohne weitere Aufbereitung direkt vom Wechselrichter. Dabei hatte jeder Fahrmotor seinen eigenen Wechselrichter erhalten und konnte so unabhängig von den anderen Fahrmotoren geregelt werden. Das hatte besonders bei schlechtem Adhäsionsverhalten einen grossen Vorteil, so dass jeder Motor seine Kraft optimal übertragen konnte.

Bei der Lokomotive verwendete man Motoren vom Typ 2KF 2822. Jeder von Ihnen verfügte über eine maximale Leistung von 1‘633 kW. Damit konnte die Lokomotive eine Anfahrzugkraft von 300 kN erzeugen. Bei einer Geschwindigkeit von 84 km/h war die Dauerleistung der Fahrmotoren erreicht und die Zugkraft nahm ab. Somit verfügte die Lokomotive über eine ausgesprochen hohe Anfahrzugkraft, die kaum überboten werden konnte.

Auch hier soll zum Vergleich die Re 6/6 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB herangezogen werden. Dort waren maximal 398 kN vorhanden und die Grenze lag bei 104 km/h. Im direkten Vergleich mit den anderen Getrieben, war die ES64F4 der Re 6/6 in vielen Bereichen durchaus ebenbürdig, auch wenn sich mit vier Triebachsen die maximalen Kräfte etwas tiefer zeigen mussten. Die Normallast von 700 Tonnen für den Gotthard erreichte die ES64F4 jedoch locker.

Der Lokomotive stand bei der Grenzgeschwindigkeit eine Zugkraft von 270 kN zur Verfügung. Hier zeigte sich die gegenüber der Lokomotive von Bombardier höhere Leistung der ES64F4. Die Lokomotive hatte daher sehr zugkräftige Fahrmotoren erhalten, die über eine Fremdventilation verfügten und daher gut belastet werden konnten. Die Kühlung der Fahrmotoren werden wir später noch genauer kennen lernen.

Wir befassen uns nun mit den Eigenschaften der Drehstrommotoren, die man bei der Lokomotive ebenfalls nutzte. Ich spreche dabei von der Tatsache, dass Drehstromfahrmotoren automatisch zu Generatoren werden, wenn die tatsächliche Drehzahl über jener der Frequenz liegt. Daher war der Einbau einer elektrischen Nutzstrombremse kein Problem mehr. Jedoch bereitete hier der Gleichstrom der Lokomotive einige Probleme, die gelöst werden mussten. Wir beginnen wieder mit dem Betrieb unter Wechselstrom.

Die von den Fahrmotoren erzeugte Spannung wurde über den Umrichter geführt und in einem zum verwendeten System passenden Wechselstrom umgewandelt. Damit konnte die Lokomotive die Leistung nun in die Fahrleitung abgeben. Man hatte eine Nutzstrombremse erhalten. Die Leistung betrug dabei bei den Lokomotiven ES64F4 150kN, wobei bei der Re 474 ein höherer Wert von maximal 300 kN abgerufen werden konnte.

Wurde die Lokomotive unter Gleichstrom betrieben, funktionierte die Nutzstrombremse nicht immer optimal. Deren Funktion war nun von den Eigenschaften der Fahrleitung abhängig und war nicht immer gleich. Damit man hier auch eine gleichbleibende Leistung bereitstellen konnte, wurde parallel dazu eine Widerstandsbremse eingebaut. So konnte auch hier eine Bremskraft von 150 kN erzeugt werden. Bei der Re 474 stand noch ein Wert von 200 kN zur Verfügung.

Speziell war die bei der Lokomotive eingebaute Zugsammelschiene. Diese wurde eigentlich bei Lokomotiven für den Güterverkehr nicht benötigt, trotzdem war diese vorhanden und sie konnte die bei den jeweiligen Systemen vorhandene Spannung in der Zugsammelschiene erzeugen. Dazu wurde bei Gleichstrom einfach die Spannung der Fahrleitung zur Steckdose am Stossbalken geführt. Etwas aufwendiger war es jedoch bei Wechselstrom.

Da bei Wechselstrom nicht die Spannung der Fahrleitung verwendet wurde, baute man im Transformator eine zusätzliche Spule ein. Damit konnten die jeweiligen Spannungen erzeugt werden. Die Schaltungen zur Zugsammelschiene erfolgten mit den entsprechenden Heizschützen. Damit hatte die Lokomotive eine voll funktionsfähige Versorgung für Reisezugwagen erhalten. Daher hätte man die Lokomotive problemlos mit internationalen Reisezügen einsetzen können.

Wie bei jeder elektrischen Lokomotive waren auch hier die Hilfsbetriebe vorhanden. Die dafür benötigte Spannung wurde aus dem Zwischenkreis bezogen. Der Hilfsbetriebestromrichter erzeugte daraus einen Drehstrom. Dieser konnte je nach  Verbraucher geregelt werden. So gab es Baugruppen, die über eine variable Frequenz verfügen mussten. Diese Baugruppen wollen wir uns nun ansehen, denn sie dienten der Kühlung der Lokomotive.

Die Ventilatoren der Kühlung konnten bedarfsabhängig geregelt werden. Dabei bezogen sie die für die Kühlung benötigte Luft im Bereich des Daches. Die durch Filtermatten gereinigte Luft wurde von den Ventilatoren und Kühltürme gepresst. Dort strömte die Kühlluft vorbei an den Flüssigkeitskühlern und nahm dabei die Wärme der Flüssigkeit auf. Erst zum Schluss wurden die Fahrmotoren gekühlt und die Luft im Bereich der Drehgestelle ins Freie entlassen.

Damit hätten wir die variablen Spannungen bereits abgeschlossen. Die restlichen Verbraucher, wie der Kompressor, die Steckdosen und Klimaanlagen wurden mit einer festen Spannung versorgt. Dazu wurde ein eigener Hilfsbetriebestromrichter verwendet. Die Lokomotive hatte so insgesamt eine Leistung von 4x 60 kVA zur Verfügung. Wobei bei Ausfall einer Baugruppe gewissen Einschränkungen beim Betrieb der Lokomotive zu beachten waren.