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Antriebsstromkreis
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Da es sich bei der vorgestellten Lokomotive um eine dieselelektrische Maschine handelte, wurde der Dieselmotor nicht direkt für den Antrieb der Lokomotive genutzt. Daher wurde die Welle des Dieselmotors nicht mit einem Getriebe, sondern fest mit einem Generator verbunden. Das bedeutete unweigerlich, dass sich der Generator automatisch im Betrieb befand, wenn der Dieselmotor lief und sich die Antriebswelle drehte.
Somit ergab sich auch die Lösung, dass der Diesel-motor mit Hilfe des Generators gestartet wird. Dazu wurde der Generator von den eingebauten Batterien so erregt, dass er zu einem elektrischen Motor wur-de.
Dabei war es auch hilfreich, dass gar keine elek-trischen Verbindungen zu anderen Lokomotiven oder Fahrzeugen der Schweizerischen Bundesbahn-en SBB bestehen sollten. Man hatte also ein in sich geschlossenes System und konnte sich so frei ent-scheiden.
Als Hauptgenerator für den Antrieb wurde ein sechspoliger Generator, der für Gleichstrom ausge-legt wurde, verwendet. Diese mit der Typenbe-zeichnung GCE596/32 versehene Maschine besass während einer Stunde eine Leistung von 374 kW.
Es wurde daher eine dreistufige Regelung für den Dieselmotor und den an diesem angeschlossenen Generator vorgesehen. In den ersten beiden Stufen arbeitete der Dieselmotor im Leerlauf und die Veränderungen fanden im Generator statt. Erst bei der dritten und letzten Stufe wurde die Fremderregung aktiviert und der Dieselmotor erhöhte die Drehzahl. Beginnen wir die Betrachtung dieser Regelung mit der ersten Stufe.
Mit der Drehung des Rotors im Leerlauf des Diesel-motors begann der Generator bereits zu arbeiten. Dabei setzte die Selbsterregung ein und es wurde eine Spannung erzeugt. Diese Gleichspannung war stabilisiert und lag bei 425 Volt.
Daran sollte sich auch mit dem Wechsel der Be-triebszustände nichts ändern. Diese Grunderregung des Generators war jedoch so schwach, dass an den Anschlüssen keine nutzbare Leistung abgegeben werden konnte.
Wollte man Leistung abrufen, musste der Generator jedoch von der Steuerung der Lokomotive beein-flusst werden. Noch immer wurde aber mit der Selbsterregung gearbeitet. Im Unterschied zu vor-her, wurde nun aber ein Strom abgegeben.
Dieser reichte gerade aus um die Steuerung, die Beleuchtung und die Batterieladung sicher zu stel-len. Das heisst unweigerlich, dass diese Stufe un-mittelbar nach dem Start des Dieselmotors einsetz-te.
Der Dieselmotor befand sich immer noch im Leer-lauf. Wobei bei einem grösseren Bezug von Energie, diese Drehzahl leicht erhöht wurde. Die Veränderungen waren jedoch so gering, dass der Dieselmotor kaum verändert wurde. Man hatte damit eine sichere Versorgung der Steuerung erhalten und benötigte nicht zu viel Dieselöl, weil der Motor ständig arbeiten musste. Eine Lösung die bei allen Diesellokomotiven der Schweizerischen Bundesbahnen SBB angewendet wurde.
Eigentlich gab es zwischen den beiden ersten Stufen der Dieselsteuerung keine Veränderung. Jedoch wurden diese wegen den Batterien benötigt. Diese wurden in der zweiten Stufe geladen. Das erfolgte so lange diese Stufe eingeschaltet war. Damit lief man Gefahr, dass die Batterien bei zu wenig Bezug überladen wurden. Damit das nicht passierte, wurde in diesem Fall die erste Stufe eingeschaltet und die Batterieladung setzte aus.
Um Traktionsleistung abrufen zu können, reichte die Selbsterregung der ersten beiden Stufen jedoch nicht mehr aus. Daher kommen wir nun zur dritten Stufe der Regelung des Dieselmotors und des Generators. In dieser Stufe wurde durch die Steuerung die Fremderregung durch den Erregergenerator aktiviert. Der Generator begann nun Leistung abzugeben. Die Lokomotive konnte nun die volle Leistung des Dieselmotors und des Generators abverlangen.
Diese dreistufige Regelung klingt auf den ersten Blick recht kompliziert, wurde aber von der Steuerung automatisch geregelt und bedurfte daher keinen Eingriff des Personals. Der einzige vom Lokomotivpersonal beeinflusste Bereich war die Regelung der Fremderregung. Fand vom Lokführer keine bestimmte Handlung vor, arbeitete der Dieselmotor automatisch wieder in den ersten beiden Stufen und die Traktion fiel aus.
Die Fremderregung des Hauptgenerators wurde direkt beeinflusst, indem der dazu vorhan-dene Erregergenerator mit dem Erregerhüpfer zugeschaltet und verändert wurde. Die Ver-änderungen bei der Erregung erfolgte mit einfachen Widerständen.
Je nach verwendetem Erregerwiderstand fand eine stärkere oder schwächere Erregung statt. Dadurch konnte die Energieerzeugung des Hauptgenerators stufenweise geregelt wer-den.
Mit Hilfe der Erregerwiderstände und damit den versorgten Erregermagneten wurden für die Lokomotive 13 Fahrstufen ermöglicht. Bei jeder dieser Stufen wurde die Drehzahl des Diesel-motors durch die Steuerung angepasst und so eine bestimmte Energie erzeugt.
Dabei bewegten sich die Drehzahlen im Bereich von 640 bis 1 200 Umdrehungen in der Min-ute. Stand die Lokomotive still und wurde keine Leistung benötigt, schaltete der Erreger-hüpfer aus und unterbrach so die Fremderregung.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der Hauptgenerator in dem Moment, wo vom Lokomotivpersonal Traktionsleistung abgerufen und die Fremderregung zugeschaltet wurde, die Arbeit aufnahm.
Waren jedoch nur die dauerhaften Verbraucher angeschlossen und wurde keine Zugkraft benötigt, war der Hauptgenerator selbsterregt und wurde bei Bedarf mit der Motorsteuerung auf optimaler Erregung gehalten.
Die vom Hauptgenerator abgegebene Leistung wurde nun direkt den Fahrmotoren zugeführt. Eine Aufarbeitung der Spannung, wie bei elektrischen Lokomotiven, war nicht nötig, da diese unterschiedlichen Ströme durch den Hauptgenerator direkt erzeugt wurden.
Bei dem von Hauptgenerator abgegebene unterschiedliche Strom mit stabilisierter Spannung handelte es sich um einen normalen Gleichstrom. Gleichstromgeneratoren waren damals einfacher im Aufbau und da man auf keine Fahrleitungsspannung Rücksicht nehmen musste, sicherlich die richtige Wahl. Das bedingte aber auch, dass die maximale Spannung des Generators der Klemmenspannung der Fahrmotoren angepasst werden musste.
Bei den beiden im Rahmen eingebauten elektrischen Fahr-motoren handelte es sich um übliche Gleichstrommotoren vom Typ F466. Diese Motoren waren bei geringer Ge-schwindigkeit sehr robust, sowie zugkräftig und so für den geplanten Einsatz der Lokomotive ideal.
Die vom Hauptgenerator kommende elektrische Energie durchfloss dabei die Ankerwicklung der Fahrmotoren und wurde nicht verändert. Eine Änderung der Polung war da-bei ebenfalls nicht vorgesehen.
Die Fahrrichtung der Lokomotive wurde durch die Um-polung der Statorwicklungen geändert. Es war dazu nur ein einfacher Wendeschalter für beide Fahrmotoren vor-handen und er wurde nicht für die Umschaltungen zum elektrischen Bremsbetrieb benötigt.
Daher mussten die Fahrmotoren selber in Reihe geschaltet werden. Wegen dem mechanischen Aufbau war ein Be-trieb nur mit einem Fahrmotor gar nicht vorgesehen.
Die Leistung jedes Motors betrug dabei über die Dauer einer Stunde 163 kW. Zusammen wurde so eine Leistung von 326 kW erreicht. Die für das Datenblatt der Lokomotive massgebende Leistung wurde daher von den Fahrmotoren genommen.
Beide Fahrmotoren konnten bei einem maximalen Fahrmotorstrom von 1 400 Ampère eine maximale Zugkraft von 124 kN erzeugen. Hier gab es zudem einen Unterschied zu den Prototypen, wo die Anfahrzugkraft der Fahrmotoren lediglich bei 118 kN lag. Diese etwas geringere Anfahrzugkraft wurde aber im Betrieb nicht bemerkt. Diese Zugkraft stand wegen der Belastung der Fahrmotoren nur während drei Minuten zur Verfügung.
Die Stundenzugkraft lag bei allen Lokomotiven der Baureihe Em 3/3 bei 69 kN, wobei dann der Fahrmotorstrom bei 880 Ampère lag. Diese Zugkraft war bereits bei 17 km/h erreicht. Dabei muss aber erwähnt werden, dass es elektrisch möglich war, diese Leistungsdaten der Fahrmotoren zu überschreiten, da es keine Überwachung der maximalen Ströme an den Fahrmotoren gab. Im Betrieb kam diese Situation jedoch selten vor.
Wir können feststellen, dass sich die Traktionsausrüstung der Reihe Em 3/3 bisher mit Ausnahme der verfügbaren Leistung nicht gross von der zuvor abgelieferten Lokomotive der Baureihe Bm 6/6 unterschied. Man konnte daher bei den Schweizerischen Bundesbahnen SBB auf deren Ersatzteile zurückgreifen. Im Gegensatz zur älteren Bm 6/6, hatte diese Lokomotive jedoch als Neuerung eine elektrische Widerstandsbremse erhalten.
Diese Widerstandsbremse war auf den Rangierbetrieb ausgelegt und sollte dort den Verschleiss bei den Bremssohlen verringern. Sie konnte aber auch mit reduzierter Leistung auf Streckenfahrten verwendet werden.
Somit war die Lokomotive auch in der Lage die starken Gefälle des Gotthards ohne Probleme alleine zu befahren. Die Baureihe Em 3/3 war daher überall einsetzbar. Ein Punkt, der bei der Reihe Bm 6/6 be-mängelt wurde.
Die Motorsteuerung regelte dabei den Dieselmotor auf eine feste Drehzahl von 640 Umdrehungen pro Minute. Bei den sechs Prototypen lag diese Drehzahl mit 600 Umdrehungen pro Minute etwas tiefer, was jedoch nur einen unbedeutenden Einfluss hatte.
Somit konnte die Stärke der Erregung der Fahr-motoren und somit der erzeugte Bremsstrom, gere-gelt werden. Wir haben daher eine elektrische Bremse erhalten, wie sie schon bei den Triebwagen der Baureihe BDe 4/4 und bei den Roten Pfeilen verwendet wurde.
Die Anordnung der Widerstände auf dem Dach ermöglichte, dass diese durch den Fahrtwind und damit auf natürlichem Weg gekühlt werden konnten. Dabei wurden sie neben dem in der Mitte liegenden Schalldämpfer montiert und zum Schutz abgedeckt.
Die Abdeckung der Bremswiderstände unterschied sich zwischen den Prototypen und den Serienmaschinen leicht. Dabei waren die Widerstände bei den Prototypen etwas höher und die Abdeckung wurde rundlich ausgeführt, da das Lichtraumprofil eingehalten werden musste. Bei der Serie war eine etwas tiefere Lösung möglich und die Abdeckung lief gegen den Spitz zu. Bei beiden waren jedoch auf beiden Fronten Öffnungen für die Kühlung vorhanden.
Die Erregung für die elektrischen Bremse konnte in sieben unterschiedlichen Bremsstufen eingestellt werden, so dass die gleiche Anzahl Bremsstufen entstand. Diese Stufen wurden mit Veränderungen der Erregung eingestellt. Dazu dienten die Widerstände des Erregergenerators. Dieser lieferte dank der erhöhten Drehzahl des Dieselmotors die notwendige Spannung. Jedoch wurden beim Bremsbetrieb die einzelnen Stufen nicht bemerkt.
Der maximale Bremsstrom dieser elektrischen Bremse durfte im Rangierdienst und während drei Minuten auf 1 500 Ampère eingestellt werden. Im Gegensatz zum Fahrbetrieb war also eine deutlich höhere Leistung vorhanden. Der Grund dabei war, dass die Fahrmotoren durchaus mehr leisten konnten. Im Fahrbetrieb beschränkte sich die Leistung durch den Hauptgenerator und nicht, wie man einem könnte durch die Seriemotoren.
Jedoch wurden nun die Bremswiderstände stark beansprucht und nicht ausreichend gekühlt. Daher war bei längerem Betrieb der elektrischen Bremse, wie sie bei Fahrten in Gefällen angewendet wurde, die Leistung deutlich reduziert. Jetzt durfte daher nur noch ein Bremsstrom von 500 Ampère angewendet werden. Damit war jedoch nur noch eine schwache Bremswirkung der elektrischen Widerstandsbremse vorhanden.
Das reichte nicht immer aus, um die Lokomotive der Baureihe Em 3/3 in steilen Abschnitten auf Geschwindigkeit zu halten. Das war jedoch nicht so schlimm, weil es sich um eine Rangierlokomotive handelte, die im Rangierdienst sehr oft abbremsen musste. Dank der elektrischen Bremse konnte der Verschleiss bei den Bremssohlen deutlich verringert werden. In der Folge wurde auch die Baureihe Bm 4/4 mit einer solchen Bremse ausgerüstet.
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