Wir haben die elektrische Lokomotive nun fertig erstellt. Begonnen hatten wir auf dem Dach, dann begaben wir uns in den Maschinenraum und landeten schliesslich bei den Triebmotoren. Was uns jetzt noch fehlt, ist, wie wir die Leistung einer elektrischen Lokomotive bestimmen. In Anbetracht der unterschiedlichen Lösungen ist das sicherlich ein Punkt, den man nicht vernachlässigen sollte. Daher lohnt es sich, wenn wir die Leistung einer Lokomotive bestimmen.

Bevor wir uns aber mit den Leistungen befassen, müssen wir ansehen, was denn in einem Motor genau entstand. Klar ist, dass wir eine drehende Bewegung haben, aber mit der alleine kann man noch nicht von einer Leistung sprechen.

Dazu muss auch noch Kraft vorhanden sein. Beides gab der Motor ab und das wurde in einem eigenes dazu ge-schaffenen Begriff definiert. Eine Angabe, die bei allen Motoren gültig ist.

Motoren erzeugen ein Drehmoment. Dabei handelte es sich um ein Produkt aus der Drehzahl und der Kraft. Wollte man einen Teil davon besser nutzen, dann ging das nur mit einem Rückgang.

Stieg zum Beispiel die Kraft an, sank die Drehzahl, denn das Drehmoment wurde nur verändert, indem man nur einen Teil veränderte. Mit geringer Drehzahl konnte nur eine grössere Kraft erzeugt werden.

Bei Seriemotoren kann es jedoch passieren, dass sich dieses Drehmoment ruckartig aufbaut. Diesen Effekt nennt man Drehmomentpulsation. Ein Punkt, der durchaus pro-blematisch ist.

Durch diese Pulsation wurden Schläge auf die meistens angeschlossenen Getriebe übertragen und konnten dort zu Schäden führen. Bei Lokomotiven kam noch hinzu, das damit auch der Komfort vermindert wurde.

Mit dem Drehmoment kann nun die Leistung erfasst werden und diese ist bei einer elektrischen Lokomotive etwas anders anzusehen, als das bei Dampfmaschinen und bei Diesellokomotiven der Fall war. Der Grund ist, dass bei der elektrischen Lösung nicht nur die Motoren als beschränkende Baugruppe dienen. Auch Transformator, oder ein Stromrichter kann die verfügbare Leistung beschränken. Doch beginnen wir ganz am Anfang.

Bei einer Dampflokomotive wurde die Leistung auch nicht nur durch die Maschine bestimmt. Diese besass eine Zug-kraft, die zu beginn recht hoch war und dann immer geringer wurde.

Jedoch wurde dazu Dampf benötigt. Dieser musste im Kes-sel erzeugt werden. Nur was an Dampf erzeugt wurde, konnte auch genutzt werden. Jedoch konnte man dort auch etwas übertreiben und den Druck im Kessel abbauen.

Elektrische Bauteile erwärmen sich, wenn man sie belastet. Diese Wärme muss aber abgeführt werden können. Daher bekommen wir eine Beschränkung, die gegeben ist, wenn wir längere Zeit mit der Lokomotive arbeiten.

Wir müssen also wissen, was ich dauerhaft leisten kann, bevor die Lokomotive beschädigt wird. Doch sehen wir uns an, welche Werte genau genommen wurden und dabei ken-nen wir einen Punkt.

Es ist die Anfahrzugkraft, die von den Dampfmaschinen her bekannt war. Diese war auch hier vorhanden und wurde in den Fachbüchern aufgeführt. Jedoch gab es nun noch wei-tere Werte, die wir ansehen müssen.

Lange konnte eine elektrisch betriebene Lokomotive diese Anfahrzugkraft nicht erbringen. Die Wärme in den Bauteilen verhindert das und diese muss abgeführt werden können, da es sonst Schäden gibt.

Man spricht bei elektrischen Lokomotiven von drei Richtwerten für die Leistung. In Tat und Wahrheit sind viel mehr Werte vorhanden, die angesehen werden könnten. Auf die muss das Personal achten, aber wir können sie weglassen. So sind Werte vorhanden, die ganz klar besagen, dass man diese nur während einem bestimmten Zeitraum benutzen darf. Hier jede Zeit aufzulisten ginge zu weit, deshalb nehmen wir einfach ein Beispiel und bestimmen nun die Leistungsfaktoren.

Die Leistungsfaktoren sind Werte, die eine zeitliche Beschränkung aufweisen. Wir haben nun Leistungen, die kurzfristig, über eine Stunde oder dauernd abgerufen werden können. Genau diese drei Werte, sind für eine elektrische Lokomotive massgebend. Diese Werte verhindern, dass man die Bauteile zu stark erwärmen kann und diese so zerstört werden. Daher sollten wir uns diesen Leistungsfaktoren unbedingt annehmen.

Die Werte dienen auch zur Bestimmung der Leistungs-klasse. Diese hat nichts mit der Schule zu tun, sondern dient dem Vergleich von einzelnen Typen. Jede Reihe hat ihre eigenen Daten, die aber in einem gewissen Rahmen vergleichbar sind.

So können die beiden Typen der gleichen Leistungs-klasse zugeschlagen werden. So können trotz unter-schiedlicher Daten nahezu die gleichen Arbeiten ver-richtet werden. Als Beispiel gelten die Modelle Re 4/4 II und Re 4/4 III.

Hier eine Auflistung der möglichen Leistungsklassen zu erstellen, ist nicht unbedingt von Vorteil, denn diese sind je nach Land, aber auch je nach Bahn nach einem anderen Muster aufgebaut worden. Uns selber bringen diese Leistungsklassen auch keinen Vorteil, denn wir wollen wissen, was denn die von uns gebaute Lokomotive kann und erst dann können wir nachsehen, welcher Leistungsklasse wir sie zuordnen können.

Die Maximalleistung: Die Maximalleistung einer Lokomotive ist die Leistung, die man maximal nutzen kann. Würde man diese definierte Leistung überschreiten, könnte das Bauteil sofort beschädigt werden. Das hängt jedoch nicht von der Kühlung der Bauteile ab. Sondern ist klar die Leistung, die das Bauteil maximal erbringen kann. Bei einer Überschreitung ist das Teil nur schon von seiner Bemessung her verloren.

Schauen wir uns das anhand der Dampfmaschine einmal an. Dort lernten wir kennen, dass der Dampf mit einem bestimmten Druck auf einen Kolben mit einer bestimmten Grösse drückt. Das ist die Maximalleistung, denn es ist nicht mehr möglich. Die Fläche kann nicht vergrössert werden und der maximal zulässige Druck im Kessel überwacht das Sicherheitsventil. Genau diesen Wert bestimmt man bei einer elektrischen Lokomotive auch.

Die Maximalleistung ist die höchste Leistung, die erbracht werden kann. Man benutzt diesen Wert gerne um ihn in Datenblättern aufzuschreiben. Das Fahrzeug glänzt dann mit seiner gigantischen Leistung.

Man kann stolz darauf sein. Durch diesen Trick kann man plötzlich etwas präsentieren, das man eigentlich gar nicht hat und ist darauf erst noch stolz. Das war bei den Dampf-lokomotiven sogar problemlos möglich.

Nur bei der elektrischen Lokomotive ist es ein kleiner Schwindel, denn jetzt kommt die Zeit. Das Fahrzeug kann diese Maximalleistung auf Grund der Bemessung der Bau-teile erbringen. Dabei gelten aber zeitliche Beschränk-ungen von drei bis fünf Minuten.

Das hängt stark vom jeweiligen Land und von der Bahn-gesellschaft ab. Die Schweizerischen Bundesbahnen SBB nehmen hier den Wert von zehn Minuten an. Das heisst, diese Leistung kann nur während zehn Minuten erbracht werden.

Wenn wir die Zugkräfte ansehen, dann ist das der Zeit-punkt, wo die Anfahrzugkraft erbrachten werden kann. Speziell wird es nun.

Diese maximale Leistung ist nur in seltenen Fällen durch die Fahrmotoren bestimmt worden, denn hier spielen die maximalen Werte bei den Transformatoren und anderen Baugruppen auch mit. Daher kann in vielen Fällen die Anfahrzugkraft auch bis zu einem höheren Wert gehalten werden.

Die Stundenleistung: Da wir die Maximalleistung nur über einen sehr kurzen Zeitraum abrufen können, müssen wir einen Wert finden, der etwas aussagekräftiger ist. Dieser Wert ist die Stundenleistung. Jetzt gilt für die Erfassung, wie es der Name schon sagt, eine zeitliche Spanne von 60 Minuten. Dieser Wert ist daher besser für die Angabe der Leistung einer elektrischen Lokomotive geeignet, denn er ist ehrlicher.

Mit dieser Leistung können wir die Lokomotive eine Stun-de lang betreiben, ohne dass wir einen Schaden befürch-ten müssen. Die Abkühlung der Bauteile reicht dazu aus. Wird diese Zeit überschritten, können die Bauteile nicht mehr ausreichend gekühlt werden.

Wir müssen mit einem Schaden rechnen. Eine Stunde ist lang und daher gut für die Angaben geeignet. Kaum ein Zug wird so lange verkehren und dabei diese Leistung ununterbrochen abführen.

Genau hier können wir die Dampfmaschine nicht mehr zum Vergleich hinzuziehen. Die Dampfmaschine kennt keine zeitliche Beschränkung, denn der Dampf ist heiss und somit auch die Dampfmaschine. Daran ändert sich während dem Betrieb nichts mehr.

Somit gibt es bei der Dampfmaschine keine Stunden-leistung, sondern nur eine Maximalleistung. Sie sehen, es gibt bei der Bestimmung der Leistung tatsächlich Unter-schiede zwischen den beiden Bauarten.

Gerade die Schweiz arbeitet mit dieser Zeitspanne bei den Datenblättern. Der Grund ist, dass durch die Topografie des Landes kein Zug diese Leistung über einen so langen Zeitraum erbringen muss. Selbst die Fahrt durch den langen Basistunnel am Gotthard benötigt diese Leistung im schlimmsten Fall nur während 30 Minuten. Durch die anschliessende Reduktion kann die Lokomotive durchaus wieder genug abkühlen.

Man kann daher eine Dampflokomotive nicht direkt mit einer elektrischen Lokomotive vergleichen. Die Stundenleistung entspricht eigentlich einer dauernd zu erbringenden Leistung. Daher wird diese Stundenleistung oft zur Angabe der Leistung benutzt. Erst jetzt erkennen wir den Sprung von der Dampflokomotive zur elektrischen Lokomotive direkt. Wir nehmen dazu zwei Muster und betrachten nun einmal deren Angaben.

So gesehen, hatte die elektrische Lokomotive im direkten Vergleich sogar fast die doppelte Leistung. Da man nun aber bei den elektrischen Modellen die Leistung während einer Stunde nahm, meint man anhand des Datenblattes, dass es nur knapp 600 kW waren. Doch noch haben wir eine Leistung, die noch einschränkender wirkt und die wir natürlich nicht weglassen wollen, denn der Wert wird nicht mehr überall angegeben.

Die Dauerleistung: Der tiefste Wert, den man angeben kann, ist die Dauerleistung. Bei der Dauerleistung bestehen keine zeitlichen Begrenzungen mehr.

Damit haben wir nun die Möglichkeit mit der Lokomotive und die-ser Dauerleistung endlos lange zu fahren. Bei Dampflokomotiven entsprach diese Leistung noch der Maximalleistung. Bei elektri-schen Lokomotiven reduziert sich der Wert jedoch deutlich.

Der Grund liegt bei der Erwärmung der Bauteile. Je höher die Belastung ist, desto mehr Wärme wird erzeugt. Diese Wärme muss jedoch abgeführt werden können. Deshalb gibt es die zeitlichen Beschränkungen.

Beschränkungen, die eine elektrische Lokomotive in ihrem Ein-satz einschränken. Bei der Dauerleistung erwärmen sich die Bau-teile jedoch nur so stark, dass die erzeugte Wärme unverzüglich abgeführt wird.

Nehmen wir nun den Mensch als Beispiel für diesen Punkt. Sie leben normalerweise mit der Dauerleistung. Die Betriebs-temperatur liegt dabei bei ungefähr 36°C.

Sie können die vom Körper erzeugte Wärme leicht abführen und fühlen sich normal. Steigern Sie nun die Leistung zum Beispiel mit einem Sprint, wird der Körper heisser und kann die Wärme nicht mehr einfach abführen. Ihnen wird warm und sie beginnen zu schwitzen.

Eine Gegenmassnahme des Körpers setzt ein, denn er will unbedingt die normale Betriebstemperatur einhalten. Auch die Zufuhr der Atemluft durch den Mund hilft dem Körper, denn so wird diese nicht so stark erwärmt und die kühle Atemluft führt auch Wärme ab. Das dauert so lange an, bis der Körper wieder die normalen Werte erreicht hat. Je nach Dauer der höheren Leistung kann das schneller oder langsamer gehen.

Solche Werte sind natürlich sehr theoretisch, denn bei der Kühlung mit Luft muss man beachten, dass man dieses Fahrzeug immer mit der gleich warmen Luft kühlt. Luft von 10°C kühlt besser als Luft, die schon 40°C warm ist.

Das zu kühlende Element kann dann nicht viel kühler als 40°C werden. Das merken Sie doch, im Som-mer, wenn es heiss ist, schwitzen sie mehr, als im Winter wenn es kühl wird. Der Körper kann so die Kühlung regulieren.

Die Dauerzugkraft ist jener Wert, der mit der Dauerleistung erbracht werden kann. Auch hier zeigt sich, dass bei Bahnen die Zugkraft viel wich-tiger ist, als die effektive Leistung.

Sie sehen aber, jede Grenze bei der Leistung hat unweigerlich auch eine dazu passende Zugkraft. Die Dauerzugkraft ist daher ein Wert, der immer er-bracht werden kann und das ist nun wirklich sehr selten der Fall.

Die Dauerzugkraft wird oft durch die Fahrmotoren bestimmt. Diese können nicht mehr erbringen. Es sind dabei die in dem Motoren fliessenden Ströme, die Wärme erzeugen und diese muss abgeführt werden. Jedoch gibt es noch einen Booster für die Motoren, der jedoch nicht immer angewendet wird, denn die Zugkraft wird erhöht, ohne dass die zugeführten Ströme erhöht werden müssen und das klingt komisch.

Die Feldschwächung arbeitet mit einem Shunt, der dem Stator zugeschaltet wird. Das führt zu einem Effekt, bei dem die Zugkraft erhöht wird und das ohne mehr Leistung. Da jedoch das geschwächte Feld des Stators für den Motor nicht nur von Vorteil ist, werden diese Feldschwächungen wirklich nur in ganz speziellen Fällen verbaut. Je nach der Höhe des Shunt, wirkt dieser Effekt stärker oder schwächer.

Nachdem wir nun wissen, wie lange wir eine Leistung mit einer elektrischen Lokomotive erbringen dürfen, benötigen wir noch eine weitere Grenze. Diese soll uns Auskunft darüber erteilen, wann wir die maximal mögliche Leistung erreicht haben. Dabei geht es jetzt nicht um die Zeit, sondern um die dabei erreichte Geschwindigkeit. Wo liegt diese Leistungsgrenze, denn die könnte vermutlich auch wichtig sein.

Dazu sind nicht so viele Faktoren, wie bei der zeit-lichen Beschränkung der Leistung massgebend. Auch die Kühlung der Bauteile hat jetzt keinen direkten Einfluss mehr.

Die Leistungsgrenzen auf Grund der Kühlung haben wir ja schon kennen gelernt, und die werden hier eingehalten.

Die Fahrzeuge sind meistens optimal auf den Einsatz abgestimmt. Trotzdem hat uns diese Leistungsgrenze auch zu interessieren. Nehmen wir ein Beispiel.

Mit Ihrem Wagen können Sie beschleunigen. Dabei müssen Sie die maximal erlaubte Tourenzahl des Motors beachten. Damit Sie schneller fahren können, haben sie ein Getriebe, das Sie schalten können.

Damit erreichten Sie nun eine Geschwindigkeit, die plötzlich nicht mehr erhöht werden kann, denn der Motor vermag dem Luftwiderstand nicht mehr ent-gegen zu halten. Sie haben daher mit dem Wagen die Leistungsgrenze erreicht.

Mit der Restzugkraft wird die Zugkraft angegeben, die ab der nun bekannten Leistungsgrenze noch er-bracht werden kann. Diese wird bei einer weiteren Erhöhung der Geschwindigkeit abnehmen, aber das ist zu erwarten.

In den meisten Fällen erreichen die Lokomotiven die Höchstgeschwindigkeit nur noch mit dieser Restzug-kraft. Es kann also durchaus sein, dass diese gar nicht erreicht werden kann.

Sie sehen, dass die Leistungsgrenze durchaus ein wichtiger Wert ist und sie wird durch zwei Punkte bestimmt. Das sind die Ströme, die bei den Fahrmotoren fliessen und jene, die aus der Fahrleitung bezogen werden. Beide können zuvor eine Beschränkung ergeben, aber bei der Leistungsgrenze sind auch hier die maximalen Werte erreicht worden. Mehr kann die installierte Technik einfach nicht mehr aus sich holen.

Der Fahrmotorstrom: Die erste wichtige Grenze wird uns durch die Fahrmotoren gestellt. Diese können nur bis zu einer bestimmten Leistung belastet werden. Massgebend dafür waren die in den Wicklungen fliessenden Ströme.

Wurden die festgelegten maximalen Werte überschritten, konnte es zu schweren Schäden an den Fahrmotoren kommen. Daher wurden diese Werte genau über-wacht.

Hier bewegen wir uns nun bei den Werten, die wir als Leistungsfaktoren angesehen haben. Denn die Ströme in den Fahrmotoren dürfen eine gewisse Zeit eingehalten werden. Danach muss auf einen tieferen Wert vermindert werden.

Hier liegen die Werte für den Beginn der Fahrt. So lange an den Motoren der maxi-male Strom fliessen konnte, war auch die Anfahrzugkraft vorhanden. Wie wir wis-sen, waren das nur ein paar Minuten.

Diese Ströme beschränken den Fahrmotor jedoch nur bis zur Dauerbelastung. Mit dieser kann er theoretisch endlos beschleunigen. Das ginge so weit, bis er den Luftwiderstand mit der verfügbaren Zugkraft nicht mehr überwinden kann.

Dann hat das Triebfahrzeug seine maximale Geschwindigkeit erreicht. Meistens ist dieser Wert aber über der Höchstgeschwindigkeit und diese wird durch die maximal mögliche Drehzahl bestimmt.

Die Fahrmotorströme werden auch für die Bestimmung der Zugkraft benutzt. Bei einem bestimmten Wert, konnte eine bestimmte Zugkraft abgerufen werden. Dabei konnte es durchaus sein, dass die Werte unterschiedlich waren.

Da hier auch der Aufbau wichtig war. Man sprach dabei von einer Charteristik. Wie jeder Mensch, ist auch jede Serie von Fahrmotoren individuell. Sie sehen, oft ist es menschlicher als man denkt.

Wenn wir bisher vom Motor gesprochen haben, auch dessen Versorgung hat nur eine bestimmte Leistung zur Verfügung. Sie werden es nicht glauben, aber bei Bahnen mit Gleichstrom kann das bei den Schleifleisten der Stromabnehmer sein.

Bei den Modellen für Wechselstrom ist dieser Punkt ganz klar beim Transformator zu suchen, denn dieser kann nur eine bestimmte Leistung umwandeln und das kann hinderlich sein.

So ist es der Transformator, der bei Wechselstrom die Leistungsgrenze bestimmt. Bei Bahnen mit Gleichstrom der Stromabnehmer. In beiden ist also der Strom aus der Fahrleitung ein wichtiger Faktor. Wer noch den Drehstrom will, der findet dort bei der alten Technik das Problem ebenfalls beim Stromabnehmer. Moderne Lösungen benutzen Stromrichter, die für diese Grenze verantwortlich sind, jedoch fliesst immer ein Strom.

Der Primärstrom: Für die Bestimmung der maximalen Leistung des Transformators und des Stromabnehmers bei Gleichstrom, müssen wir unbedingt den Primärstrom beachten. Dieser Wert gibt an, wie stark das Bauteil belastet werden kann. Damit haben wir eine weitere Beschränkung. Diese ist bei den meisten elektrischen Lokomotiven als erster Punkt erreicht. Jetzt haben wir die Leistungsgrenze in Bezug auf die Geschwindigkeit erreicht.

Durch die Leistung des Transformators wird bestimmt, bei welcher Geschwindigkeit die maximale Zugkraft und somit die maximale Leistung der Lokomotive erreicht ist. Diese Grenze liegt nicht bei der angegebenen Höchstgeschwindigkeit sondern bei einem oft unlogisch erscheinenden Wert. Dieser Wert stellt die Leistungsgrenze dar und die ist von den Bahngesellschaften oft gewünscht worden. Denn damit kann man die Zugkraft einstellen.

Sie können in der Tabelle viel erkennen. Dabei stechen zwei Lokomotiven hervor. Das sind die Baureihen Re 460 und Re 6/6. Die schnellste im Bunde hat von allen den tiefsten Wert erhalten. Die Reihe Re 6/6 jedoch den höchsten. Hier ist das aber nur mit den beiden Stufen für die Feldschwächung möglich. Ohne diese wäre der Wert deutlich tiefer. Somit können die beiden Maschinen kaum verglichen werden.

Als Vergleichsobjekte dienen die beiden anderen Muster. Beide Baureihen verfügen über die gleiche installierte Leistung. Jedoch wurde die Reihe Re 4/4 II mit einer Grenze bei 100 km/h versehen.

Die andere Maschine erreicht die Leistungsgrenze bei 85 km/h. Dabei besteht der Unterschied der beiden Baureihen nur beim Getriebe. Sie sehen auf diesen Wert kann selbst das einen Einfluss haben und noch sind wir nicht fertig.

Wir haben hier die gleiche Leistungsklasse. Das ergibt bei den Motoren das gleiche Drehmoment. Durch die Anpassungen beim Getriebe wurde aber eine davon mehr auf Kraft getrimmt.

Damit sank die Leistungsgrenze auf einen tieferen Wert, als das bei der anderen Maschine der Fall war. Daher zeigt sich hier, dass der Wert mit der Leistungsklasse ausgesprochen wichtig sein kann, denn so zeigt sich die nahe Verwandtschaft.

Das zeigt aber auch, dass eine tiefere Leistungs-grenze eher viel Zugkraft ergibt, als bei einem hö-heren Wert.

Mehr als die beiden Muster ziehen kann die Reihe Re 4/4 der BLS-Gruppe. Sie gehört zur Leistungsklasse der beiden Modelle Re 4/4 II und Re 4/4 III. Da hier aber die Leistungsgrenze noch tiefer angesetzt wurde, glänzt sie durch eine hohe Zugkraft. Als Sprinter ist jedoch alleine die Baureihe Re 4/4 II gebaut worden.

Wir haben nun die Leistung bestimmt. Wir haben aber auch erfahren, dass bei elektrischen Lokomotiven die Daten durch die Kühlung beschränkt werden. Damit man das Gewicht reduzieren konnte und sich die Leistung trotzdem erhöhen liess, musste man dafür sorgen, dass die Bauteile ausreichend gekühlt wurden. Daher baute man bei den elektrischen Lokomotiven künstliche Kühlungen ein. Diese wollen wir nun ansehen.