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Motorwagen Ce 4/6 9801 - 9804..
Author: Patrick Bigler
Quellen: SWS Archiv / sbz /
Eines der am besten Dokumentierten Fahrzeuge im SWS Archiv sind die Einphasen-Motorwagen vom Typ Ce 4/6 9801 - 9804. Im umfassenden Archivdossier befinden sich die originalen Baupläne Massstab 1:10, Detail- und Drehgestellpläne, eine umfassende Werkfotosammlung sowie Bauberichte.
Ce 4/6 9801 Ablieferungszustand SWS (Archiv Wagi Museum)
Einleitung / Bestellung
Am 12 Mai 1921 bestellten die Schweizerischen Bundesbahnen SBB bei der Schweizerischen Wagons- und Aufzügefabrik Schlieren vier Einphasen-Motorwagen. Die elektrische Ausrüstung lieferte die S.A. des Ateliers de Sécheron in Genf. Der erste Motorwagen 9801 wurde schliesslich am 17. Januar 1923 erstmals in Betrieb genommen.
Die Motorwagen waren zur Beförderung von Lokal- und leichten Personen-zügen bestimmt und besassen alle nötigen Einrichtungen für die Bildung der bei der Motorwagentraktion in Betracht kommenden verschiedenen Zugsformationen.
Auszüge aus dem Pflichtenheft der SBB
Laut Pflichtenheft der SBB mussten die Motorwagen damals folgenden Bestimmungen entsprechen: Auf 5‰ Steigung sollte eine Zugslast (inkl. Motorwagen) von 150t mit 70 km/h, und auf 10‰ Steigung mit 60 km/h befördert werden können. Weiter sollten 100t Zugslast auf 26‰ Steigung mit 50 km/h befördert werden können. Die Dauerleistung des Motorwagens sollte der aus der letzten Forderung sich ergebenden Zugkraft und Geschwindigkeit entsprechen.
Mit einem Motorwagen sollten diese Zugslasten (inkl. Motorwagen) wie folgt beschleunigt werden können: 150t auf der Horizontalen innert 75 sek auf 60 km/h, bzw. innert 120 sek auf 75 km/h; 150t auf 10‰ Steigung innert 75 sek auf 50 km/h, bzw. innert 120 sek auf 60 km/h; 100t auf 26‰ innert 75 sek auf 50 km/h.
Wagenkasten
Der Wagenkasten gliederte sich in zwei abgeschlossene Führerstände mit je einer Übergangs- und zwei seitlichen Eingangstüren, eine Raucher- und eine Nichtraucherabteilung mit zusammen 72 Sitzplätzen, einen breiten Mittel-eingang mit beidseitigen Doppeltüren und bequemen Zugangstreppen, ein WC mit Wasserspülung und die innen mit 3 mm starkem Eisenblech und Asbest ausgekleidete Hochspannungskabine, die nur von aussen durch eine Drehtüre zugänglich war.
Originalzeichnung 1:20 digitalisat (Archiv WAGI Museum)
Im Wasrenboden waren über den Motoren und allen wichtigen Bremsteilen bewegliche Bodenklappen angeordnet. Die Ausstattung des Wageninnern entsprach derjenigen der damaligen III. Klasse der SBB.
Passagierabteil Ce 4/6 9801 (Archiv WAGI Museum)
Das Kastengerippe war aus Eichenholz; Boden und Dachrahmen aus Pitchepineholz, das Dach aus Tannenholz, der Fussboden aus Eichenholz und die Stühle aus Eschenholz. Alle Kabelkanäle wurden aus Eisenblech mit abnehmbarem Deckel; die einzelnen Segmente wurden durch Briden aus Aluminiumguss zusammengehalten.
Einstieg Ce 4/6 9801 (Archiv WAGI Museum)
Die Seitenfenster waren in Messingrahmen verlegt und durch Federscheren ausbalanciert. Das Dach trug die festen Unterlagen für die Stromabnehmer, die Ventilation der Hochspannungskabine, sowie Teile der elektrischen Ausrüstung. Es konnte durch eine mittels Luftpfeife gesicherte Klappleiter bestiegen werden. Die Beleuchtung des Wagens und der Eingangstreppen war für damalige Verhältnisse reichlich bemessen.
Untergestell
Das Untergestell wurde aus Profileisen zusammengenietet. Es trug die normale Zug- und Stossvorrichtung der SBB mit Ausgleichvorrichtung System PLM. Weiters waren die Übergangsbrücken, beide Drehzapfen, einen Teil des Bremsgestänges mit Rohrleitungen und Luftbehältern, der Motor-kompressor, Eingangstreppen und Teile der später beschriebenen elektrischen Ausrüstung am Untergestell befestigt.
Drehgestelle
Die Drehgestelle wurden dreiachsig konzipiert mit einer Doppelfederung. Der Drehgestellrahmen wurde durch dreifache Spiralfedern getragen, die auf sogenannten „Schwanenhalsträgern " ruhten, die gleichzeitig die Schienenstösse zwischen den beiden Triebachsen und der mittleren Laufachse ausglichen.
Drehgestell Ce 4/6 9801. (Archiv WAGI Museum)
In den Drehgestellrahmen war mit vertikaler fester Führung die Wiege eingebaut, die auf einem System von Spiral- und Pincette-Federn gelagert war. Die Wiege trug die ausreichend bemessene Drehpfanne und die seitlichen breiten Gleitflächen aus Bronce. Der Drehgestellrahmen wurde aus Eisenplatten und Profileisen zusammengenietet; die Wiege bildeten geschmiedete Querträger, die durch Profileisen miteinander verbunden waren. Am Drehgestellrahmen waren ausserdem die inneren Luft-Sandkasten angebracht.
Drehgestell SWS Secheron (Archiv WAGI Museum)
In jedem Drehgestell war die Bremse zwölfklötzig und ausgeglichen. Alle zwölf Klötze konnten von einem Punkt aus bis zur vollständigen Abnützung nachgestellt werden. Jedes Drehgestell wurde von einem separaten Bremszylinder gebremst, wobei beide Bremszylinder durch Rohrleitungen gekuppelt waren.
Ce 4/6 9801 ohne elektrische Aufbauten (Archiv WAGI Museum)
Als Luftbremse kam die Doppelbremse System Westinghouse zur Anwendung. Die Druckluft wurde von einem Motorkompressor geliefert, auf den wir bei der Beschreibung des elektrischen Teils unten zurückkommen werden. Die Handspindelbremse bediente je ein Drehgestell.
Elektrische Ausrüstung
Mit Ausnahme des in einer besonderen Kabine im Wagenkasten eingebauten Hauptschalters, der Führerstandeinrichtung sowie der Dachinstallation war die gesamte elektrische Ausrüstung unter dem Wagenboden verbaut.
Elektrische Ausrüstung am Wagenboden (Archiv WAGI Museum)
Die Stromabnahme vom Fahrdraht erfolgte durch zwei von den beiden Führerständen aus elektropneumatisch bedienbare Scheren- Stromabnehmer. Der in einer speziellen Kabine eingebaute Hauptschalter war gleicher Ausführung wie die Hochspannungsschalter der üblichen „Sécheron"- Lokomotiven. Durch eine Verriegelung der Türe zur Hochspannungskabine wurde verhindert, dass diese geöffnet werden konnte, wenn der Stromabnehmer noch gehoben war und die Schalterkontakte nicht geerdet waren. Das mechanische Einschalten erfolgte jeweils vom Wageninnern (Mitteneingang).
Hochspannungsraum Ce 4/6 9801 (Archiv WAGI Museum)
Der Stufentransformator war als Oeltransformator in Sparschaltung ausgeführt. Das erwärmte Oel wurde durch eine Oelzirkulationspumpe durch ein auf den beiden Längsseiten des Motorwagens angebrachtes Kühlröhrensystem getrieben. Die Unterspannungswicklung besass sechs Anzapfungen zwischen 0 und 660 Volt für die Entnahme des Fahrstroms und drei besondere Anzapfungen bei 600, 800 und 1000 Volt für den Anschluss der Zugsheizung einschliesslich der Abteile des Motorwagens. Der für die Hilfsbetriebe (Antriebsmotor für Oelpumpe, Kompressor- Motor und Motorgenerator) und die Führerstandheizung nötige Strom wurde über die 220 Volt Fahranzapfung gewonnen.
Motorkompressor Ce 4/6. Hersteller: Winterthur - Secheron (sbz)
Die Dauerleistung des Transformators betrug 750kVA. Die Triebmotoren waren sechspolige, kompensierte Reihenschluss-Vorgelege-Motoren mit phasenverschobenen Wendefedern (Shuntschaltung der Wendepolwicklung). Der Einbau in die Drehgestelle erfolgte in der bei den Trambahnen damals üblichen Weise, indem der Motor einerseits auf der Triebachse gelagert wurde und anderseits federnd am Rahmen aufgehängt wurde.
Einphasen-Triebmotor Ce 4/6 9801 (Archiv WAGI Museum)
Die Motoren waren für natürliche Kühlung gebaut und entwickeln je 200 PS Stundenleistung am Radumfang bei 930 Uml/min (50 km/h) und 257 Volt Klemmenspannung bzw. 150 PS Dauerleistung bei 930 Uml/min (50 km/h) und 232 Volt Klemmenspannung.
Schema Hochspannungs- und Triebmotorenkreis (SWS Archiv)
Die Übertragung des Motordrehmomentes auf die Triebachse erfolgte durch ein Stirnradvorgelege mit gefedertem Zahnrad. Diese elastische Verbindung zwischen Motorwelle und Triebrad bot damals folgende Vorteile: Dämpfung der Schläge beim Anfahren, beim Bremsen und beim Befahren von Schienenstössen und Kreuzungen, somit geringere Abnützung der Zahnräder und Schonung der Motorlager. Des weiteren eine Abschwächung der Vibrationen beim Anfahren infolge des pulsierenden Drehmomentes. Beiden Motoren waren zudem dauernd in Serie geschaltet und beide Motorgruppen lagen in Parallelschaltung am Transformator.
Steuerung
Die Triebwagen vefügten über eine für Vielfachsteuerung ausgelegte elektropneumatische Einzelschaltersteuerung. Diese konnte sowohl „nicht automatisch" als „automatisch" betrieben werden. Die Vorbereitung für den jeweiligen Betrieb erfolgte durch Umstellen eines Hebels auf der Deckplatte des Steuerkontrollers. Bei der „nicht automatischen Steuerung" wurde die Betätigung der Fahrkurbel nach dem Gefühl des Lokführers unter Beobachtung der Amperemeter vollzogen.
Das Prinzip der „automatischen" Einrichtung bestand darin, dass der Lokführer die Fahrkurbel beim Anfahren unmittelbar in die der gewünschten Fahrgeschwindigkeit entsprechende Stellung bewegen konnte, wodurch ein Schaltapparat in Tätigkeit gesetzt wurde, der über ein Klinkenwerk die Steuerwalze stufenweise im Sinne des Aufschaltens drehte, so lange, bis die Steuerwalze in der durch die Fahrkurbel festgelegten Stellung angelangt war. Der ganze Anfahrvorgang wurde dabei durch vom Triebmotorenstrom beeinflusste Strombegrenzungsrelais (Beschleunigungsrelais) geregelt.
Ein Weiterschalten war somit erst möglich, wenn der Motorstrom nach dem anfänglichen Stromstoss auf einen bestimmten einstellbaren Wert zurückgesunken war. Beim zurückdrehen der Fahrkurbel, wurde die Steuerwalze mittels eines Anschlages zwangsläufig in die Anfangstellung zurückgeführt. Diese Einrichtung gestattete somit unabhängig vom Gefühl des Lokführers ein möglichst rationelles Anfahren, bei automatisch begrenzter Beanspruchung der Triebmotoren auf den zulässigen Schaltstrom. Ferner bot sie den grossen Vorteil, dass der Lokführer durch den Anfahr-vorgang nur in geringem Masse in Anspruch genommen wurde und daher der Beobachtung der Signale die volle Aufmerksamkeit widmen konnte.
Ergebnisse verschiedener Anfahrten graphisch zusammengestellt.
Es geht daraus hervor, dass der Motorwagen auf 0‰ innert 43 sek auf 75 km/h beschleunigt werden konnte, was einer mittleren Anfahrbeschleunigung von 0,5 m/sek2 entsprach. Weiter wurde ein 150 t Zug auf 0‰ innert 70 sek auf 75 km/h (nach Pflichtenheft innert 120 sek auf 75 km/h) und auf 10‰ innert 77 sek auf 60 km/h (nach Pflichtenheft innert 120 sek auf 60 km/h) beschleunigt.
Bedienung / Steuerorgane
Die Steuerorgane für die elektro-pneumatische Fernbetägigung der Stromabnehmer, Hauptschalter, Stufenhüpfer und Wendeschalter waren im Steuerkontroller zusammengefasst.
Führerstand l Ce 4/6 9801 (Archiv WAGI Museum)
Sämtliche Betätigungshebel waren derart untereinander mechanisch oder elektrisch verriegelt, dass Falschschaltungen ausgeschlossen waren. Als Steuerstrom diente Gleichstrom von 36 bis 45 Volt Spannung. Da die Motorwagen für die Einmannbedienung vorgesehen waren, war die Steuerung als sog. „Totmann"- Steuerung ausgeführt.
Führerstand l Ce 4/6 9801 (Archiv WAGI Museum)
Die Fahrkurbel war dabei als Sicherheitskurbel ausgebildet, d. h. der Lokführer musste während der Fahrt darauf ständig einen Druck im senkrechten Sinne ausüben. Lies er die Kurbel los (z.B. bei Unwohlsein), wurde dadurch ein Stromkreis geschlossen, der die Auslösung des Haupt-schalters bewirkte und über ein Bremsrelais die Druckluftbremse aktivierte. Statt einen Druck auf die Fahrkurbel auszuüben, konnte der Lokführer wahlweise auch ein auf den erwähnten Auslösestromkreis wirkendes Pedal betätigen.
Steuercontroller Ce 4/6 (Archiv WAGI Museum)
Die durch die Steuerwalze des Steuerkontrollers ferngesteuerten zwölf Stufenhüpfer waren mit einer Batterie verbunden, welche unter dem Wagenboden angeordnet war und somit eine leichte Zugänglichkeit gewährten.
Einzelschalter Batterie Motorensteuerung (Archiv WAGI Museum)
Die Schaltanordnung wurde so getroffen, dass insgesamt elf Anfahr- und Regulierstufen erzielt wurden und dass jeder Einzelschalter betriebsmässig nur ¼ des gesamten Triebmotorenstromes zu schalten hatte. Zu diesem Zweck wurden im Stromkreis zwischen den Hüpfern und Triebmotoren drei sogenannte Drosselspulen eingeschaltet, die einerseits als Spannungsteiler wirkten, anderseits den Übergang von einer Schaltstufe auf die nächst-folgende ohne Stromunterbruch vermittelten. Um Fehlschaltungen auszuschliessen, wurden die Hüpfer unter sich elektrisch verriegelt.
Wendeschalter Ce 4/6 9801 (SWS)
Die zwei zum Wechseln der Drehrichtung der Triebmotoren bzw. Fahrrichtung des Motorwagens dienenden Wendeschalter waren als Walzenschalter angelegt. Der Antrieb erfolgte elektro-pneumatisch. Mittels eines Griffes waren sie jedoch auch von Hand umstellbar.
Die bei der Vielfachsteuerung nötige Verbindung zwischen den Trieb- und Steuerfahrzeugen erfolgte durch Vielfachsteuerungs- Kupplungen. Das Steuerkabel, dass durch den ganzen Zug verlief, umfasste dabei sämtliche für die Vielfachsteuerung nötigen Steuer- und Messleitungen, insgesamt 30 Adern.
Sicherheits- und Messvorrichtungen
Als Überstromschutz dienten Maximalrelais im Hochspannungstromkreis, in den Triebmotorenstromkreisen und im Zugsheizungstromkreis, die bei Überlastung oder Kurzschluss die Auslösung des Hauptschalters bewirkten. Der Auslösestrom dieser Relais betätigten die im Führerstand auf besonderen Relaisschalttafeln angebrachten Fallklappen, sodass ersichtlich war, welches Relais angesprochen hatte. Die selbsttätige Hauptschalter-auslösung erfolgte weiter beim Ausbleiben der Fahrdrahtspannung durch ein Nullspannungsrelais und bei Verunfallung des Lokführers durch die erwähnten Kontakte der Sicherheitskurbel oder des Sicherheitspedals.
Zugsformationen
Bei der Motorwagentraktion bot sich anfänglich die Möglichkeit zur Bildung folgender Zugsformationen :
1. Zugseinheit für Einfachtraktion: Als solche konnte ein Motorwagen mit drei bis vier Anhängewagen in Betracht kommen.
Ce 4/6 mit Anhängewagen (Archiv WAGI Museum)
2. Zugseinheit mit Steuenwagen für den Pendelverkehr. Zwecks Vermeidung von Umstellmanövern auf den Endstationen und für die Rückfahrt im Pendel-verkehr konnte die Steuerung eines am Zugschluss laufenden Motorwagens von der Plattform eines an der Spitze befindlichen motorlosen Wagens (Steuerwagen) aus erfolgen. Die Zugseinheit bestand in diesem Fall aus einem Motorwagen, drei Anhängewagen und dem Steuerwagen.
Die SBB hatten diese Zugsformation ebenfalls in Betracht gezogen. Die S. A. des Ateliers de Sécheron hatet den SBB zu diesem Zweck vorläufig eine komplette elektrische Ausrüstung für Steuerwagen geliefert.
Spezielle Verhältnisse bei Vielfachsteuerung
Der Strom für die Vielfachsteuerung wurde von der Batterie des führenden Motorwagens geliefert. Stromabnehmer, Hauptschalter, Wendeschalter, Stufenhüpfer und Hüpfschalter zum Kompressor-Motor, Oelpumpenmotor und Motorgenerator wurden in die Vielfachsteuerung einbezogen und konnten somit vom führenden Wagen (Motorwagen oder Steuerwagen) aus betätigt werden. Völlige Betriebsicherheit wurde dadurch geboten, dass, wenn aus irgend einem Grunde (Überlastung, Spannungsausfall, Motordefekt usw.) der Hauptschalter eines Motorwagens ausgelöst wird, gleichzeitig die Hauptschalter sämtlicher im Zuge befindlichen Triebfahrzeuge ausgelöst wurden.
(Archiv WAGI Museum)
Für die Vielfachsteuerung von Motorwagen mit Steuerwagen war im Steuer-wagen zur Kontrolle der Fahrdrahtspannung und Einschaltstellung des Hauptschalters ein Voltmeter und zur Kontrolle des Hauptstromes des Motorwagens ein Hauptstrom-Ampèremeter eingebaut. Die Zugsheizung erfolgte bei Zugsformation mit Motorwagen an jedem Zugsende für jede Zugshälfte getrennt, d.h. die Zugsheizung ist in der Mitte nicht gekuppelt.
Bei Vielfachtraktion wurde in jedem Fall für die Heizung nur eine Spannung abgegeben. Für den Fall, dass bei Vielfachtraktion mit lauter Motorwagen ein solcher infolge Defektes eines Hauptapparates ausser Betrieb gesetzt werden musste, konnte dieser auf einfache Weise als Steuerwagen umge-schaltet werden. Die Stromabnehmer und der Hauptschalter des defekten Motorwagens wurden zu diesem Zweck ausser Betrieb gesetzt und das Voltmeter dieses Wagens wurde zur Kontrolle der Einschaltstellung des Hauptschalters im betriebsfähigen Motorwagen an die durchgehende Voltmeterleitung des Vielfachsteuerkabels angeschlossen.
Versuchsfahrten / Betrieb
Die mit dem ersten Motorwagen unmittelbar nach seiner Ablieferung am 17. Januar 1923 an die SBB bei schlechtesten Witterungsverhältnissen auf der Strecke Bern-Thun ausgeführten Versuchsfahrten ergaben ein überraschend gutes Resultat, so das der Wagen 9801 am 19. Januar durch das Schweizer. Eisenbahndepartement ohne Vorbehalte kolludiert und schon ab 20. Januar in den regelmässigen Betrieb genommen werden konnte. Mit diesem ersten Motorwagen wurde dann auch am 5. März die Festfahrt zur Eröffnung
des elektrischen Betriebes auf der Strecke Zürich-Zug ausgeführt.
Feierliche Übergabe Ce 4/6 9801 (Archiv WAGI Museum)
Der Wagen hatte bereits etwa 20000 km zurückgelegt, ohne dass dabei nennenswerte Störungen auftraten. Wenn man bedenkt, dass in einem Ce 4/6-Triebwagen damals allein rund 2,5 km Steuerleitungen verlegt waren, so darf ein solches Ergebnis mit Recht ein voller Erfolg genannt werden. Die vorliegenden Betriebsergebnisse lassen denn auch darauf schliessen, dass sowohl die für den wagenbaulichen Teil getroffene Anordnung als auch die elektrische Ausrüstung sich in jeder Hinsicht bewährten.
Der Lauf des Wagens hat sich bei allen Geschwindigkeiten als sehr ruhig erwiesen. Das bei der Anfahrt auftretende Geräusch der Triebmotoren und die Vibrationen des pulsierenden Drehmomentes waren im Wageninnern kaum zu spühren und bei Erreichung von 5 bis 7 km/h Geschwindigkeit vollständig verschwunden. Das „automatische Anfahren" erfolgte absolut stossfrei; insbesondere war das rassige Anziehen und rasche Beschleunigen des Zuges auffällig.
Spezielle Anfahrversuche haben gezeigt, dass bei der normalen Einstellung der Beschleunigungsrelais (d.h ohne Ueberschreitung der max. zulässigen Anfahrstromspitze) die Pflichtenheft-Bestimmungen für das Anfahren weit übertroffen wurden.
Technische Daten Ce 4/6 9801 - 9804
L.ü.P: 20m
Gr. Kastenbreite: 2,9m
Drehzapfenabstand: 12,8m
Laufraddurchmesser: 0,85m
Tara: 79t
Betriebsgewicht: 85,85t
Gew. elekt. Ausrüstung: 27t
Gew. Wagebaul. Teil: 52t
Reibungsgewicht: 62,6t
Norm. Geschwindigkeit: 50km/h
Vmax: 90km/h
Fahrdrahtspannung: 15`000 Volt