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Elektrische Ausrüstung
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Im Dieselmotor wurde durch die Verbrennung und der damit verbundenen Bewegung der Kolben die Kurbelwelle in Bewegung versetzt. Da die Baureihe Am 841 jedoch eine dieselelektrische Lokomotive war, konnte diese Bewegung nicht direkt genutzt werden. Es musste damit elektrische Energie erzeugt werden. Dazu war die nun vorgestellte elektrische Ausrüstung vorhanden. Deshalb nehmen wir das vom Motor erzeugte Drehmoment.
Das war auch keine grosse Besonderheit, denn schliesslich mussten die beiden Baugruppen mit einer Welle verbunden werden. Dabei war die Anlage zur Erzeugung der Elektrizität etwas umfangreicher, als wir das anhand der Bezeichnung vermuten könnten.
So wurde der erwähnte schlicht als Hauptgenerator be-zeichnet. Sein Rotor war mittels einer elastischen Kupplung mit dem Dieselmotor verbunden worden. Diese Kupplung erlaubte den leichten Austausch der einzelnen Baugruppen.
Jedoch wurden so auch die in der Kurbelwelle erzeugten Vibrationen und Stösse in der Welle gedämpft auf den Generator übertragen. Ein Punkt, der wichtig war, sollten hier doch gleichmässige Kräfte vor-handen sein.
Beim Hauptgenerator handelte es sich um das Modell AT4-4222 V. Dieser konnte bei einer maximalen Spannung von 1 600 Volt einen Strom von bis zu 1 200 Ampère abgeben. Somit war rein rechnerisch die Leistung des Generators viel zu hoch.
Es wurde dabei ein Modell verbaut, dass einen Drehstrom erzeugte. Gegenüber den Modellen für Gleichstrom waren diese Generatoren etwas leichter im Aufbau. Dabei nutzte man jedoch den Vorteil, dass man bei solchen Generatoren die Leistung leicht steuern konnte. Dazu musste einfach die Fremderregung des Hauptfeldes verändert werden. Jedoch gab es auch hier einige Nachteile, die wir uns unbedingt ansehen müssen.
Drehstrom erhält im Generator seine Frequenz anhand der Drehzahl des Rotors. Damit war diese direkt von der Drehzahl des Dieselmotors abhängig. Die Lokomotive hatte daher in diesem Bereich eine variable Frequenz.
Wie diese genutzt wurde, sehen wir uns jedoch später an, denn noch fehlt uns zur Abgabe einer nutzbaren Leistung die Erregung des Hauptgenerators und dazu nutzte man, wie könnte es anders sein, einen zweiten Generator.
Für die Erregung des Hauptgenerators wurde somit ein Hilfsgenerator ge-nutzt. Dieser wurde ebenfalls an der Motorwelle angeschlossen. Um die Baulänge zu verringern und die Drehzahl zu verändern, wurde er jedoch nicht an direkt an der Welle des Motors angeschlossen.
Diese wurde mit fünf Keilriemen an der Hauptwelle angeschlossen. Diese waren eine leichte und gut funktionierte Alternative zu Getrieben. Andere Möglichkeiten gab es nicht um Drehmomente mit dem vorhandenen Platz seitlich verschieben zu können. Der Vorteil der Keilriemen war ganz klar beim sehr geringen Gewicht zu finden. Das wirkte sich auch auf die Diesellokomotive aus. So konnten die maximalen Werte von 73 Tonnen eingehalten werden.
Jedoch müssen wir uns nun den Eckdaten des so angetriebenen Hilfsgenerator zuwenden. Das Modell für den Hilfsgenerator hatte die Bezeichnung Statodyne erhalten. Die reguläre Tourenzahl war mit bei diesem Bauteile 1 200 Umdrehungen in der Minute angegeben worden. Damit lag sie deutlich über jener des Dieselmotors. Das war dank den Keilriemen jedoch kein Problem. Diese mussten dazu nur über unterschiedliche Scheibenräder geführt werden.
Da es jedoch wegen den Keilriemen eine unveränderliche Verbindung war, wurden die Schwankungen bei der Drehzahl des Dieselmotors direkt auf den Hilfsgenerator übertragen. Direkte Auswirkungen hatte dies auf die vom Hilfsgenerator abgegebene Spannung.
Der Strom wurde jedoch nicht verändert, so dass immer ein Strom von 170 Ampère floss. Es war daher in diesem Generator genug Leistung vorhanden, um damit den Hauptgenerator so zu erregen, dass dieser die ge-wünschte Leistung abgeben konnte.
Eine feinfühlige und genaue Regelung der abgegebenen Leistung war jedoch nicht vorhanden. Mit der stabilen Spannung und der veränderlichen Frequenz, wurde die Leistung sehr grob verändert. Für die Fahrmotoren und damit für das Fahrverhalten der Lokomotive, war jedoch eine sehr feinfühlige Regelung der Zugkraft erforderlich. Deshalb wurde die elektrische Energie mit Kabeln unter dem Führerhaus hindurch in den hinteren Vorbau geführt.
Wir haben im Hauptgenerator bisher eigentlich nur die Energieform geändert. Somit wurden die vom Dieselmotor veränderten Drehzahlen eigentlich nur in eine andere Frequenz umgewandelt. Für die Regelung der Geschwindigkeit konnte so jedoch nicht gearbeitet werden. Deshalb wurde die abgegebene Spannung der im hinteren Teil verbauten Leistungselektronik zugeführt. Diese räumliche Trennung war bei solchen Diesellokomotiven üblich.
Die erwähnte Leistungselektronik war bei der Die-sellokomotive so geschaltet worden, dass ein Um-richter entstand. Damit unterschied sich der Aufbau nun nicht mehr gross von elektrischen Lokomotiven mit modernen Antriebsformen.
Speziell am Umrichter war jedoch, dass die Leist-ung nur in einer Richtung durch den Umrichter fliessen konnte und, dass er mit Drehstrom gespeist wurde, um wieder Drehstrom zu erzeugen. Der Aufbau unterschied sich jedoch nur wenig.
In einem mit sechs Dioden aus Silizium aufgebauten Gleichrichter wurde der vom Generator erzeugte Drehstrom in einen einphasigen Gleichstrom umge-wandelt. Man verwendete Siliziumdioden, da diese billiger waren als die GTO-Thyristoren.
Es entstand ein normaler Gleichstrom. Da nun der Hauptgenerator unabhängig der Drehzahl des Dieselmotors eine unveränderte Spannung lieferte, haben wir nach der Glättung einen stabilen bei der Spannung unveränderlichen Gleichstrom erhalten und dieser wurde auch benötigt.
Stabilisierte Spannungen sind bei der Umrichtertechnik ein wichtiger Teil im Zwischenkreis. Dieser war hier offen ausgeführt worden und hätte nun auch die Einspeisung aus der Fahrleitung mit Transformator erlaubt. Eine Lösung, die sich viele Jahre später durchsetzen sollte. Die Baureihe Am 841 war als reine Diesellokomotive konzipiert worden. Daher wurde diese Möglichkeit nicht umgesetzt und wir können damit zum Zwischenkreis wechseln.
Mit der Spannung aus dem Zwischenkreis wurde schliesslich der Wechselrichter versorgt. Dieser wurde nun, wie bei elektrischen Lokomotiven, mit GTO-Thyristoren aufgebaut. Andere Lösungen hatte es damals noch nicht gegeben, denn die GTO-Thyristoren waren die einzigen schaltbaren Halbleiterbauteile, die es damals gab. Solche Bauteile benötigte man, um die Spannung grundlegend zu verändern. So wurde nun aus einem Gleichstrom wieder ein Drehstrom erzeugt.
Der Umrichter war in zwei Baugruppen aufgeteilt worden. Elektrisch gab es dazu jedoch keine Notwendigkeit. Vielmehr sollte der Unterhalt vereinfacht werden. Dioden können mehrere Jahre ohne Störungen arbeiten. Bei den stärker belasteten Thyristoren musste daher eher mit Störungen gerechnet werden. Somit musste in dem Fall nur der Wechselrichter ausgetauscht werden. Der Nutzen für den Betreiber zeigte sich in geringerer Baugrösse und kürzeren Standzeiten der Lokomotive.
Im Gegensatz zum Drehstrom des Generators, hatte man aber nun einen Drehstrom erhalten, der mit variabler Frequenz und Spannung geregelt werden konnte. Dieser nun bereinigte Drehstrom konnte man für den Betrieb der Fahrmotoren brauchen und so die Lokomotive in allen Bereichen fein regulieren. Umrichter können daher auch zum Bereinigen von gleichen Spannungen genutzt werden. Diese Baureihe war dafür ein gutes Beispiel.
Die im Stromrichter erzeugte Spannung wurde ohne weitere Stufenschalter, oder Wendeschalter den Fahrmotoren zugeführt. Besonders hier fand sich der grosse Vorteil der Umrichtertechnik. Der Wegfall der Stufen- und Wendeschaltern konnte das Gewicht ausgleichen, das die Umrichter erzeugten. Damit wurde die Lokomotive mit 72 Tonnen bei halb vollem Tank nicht zu schwer und war daher für Einsätze bei Bauarbeiten bestens geeignet.
Eine Bauweise, die es erlaubte auch beim Verlust eines Fahrmotor noch eine ansprechende Leistung abzurufen. Die Lokomotive verlor so nur einen Viertel der Leistung. Bei der weiteren Betrachtung beschränken wir uns daher auf einen Motor.
Eingebaut wurden Asynchronmotoren die mit der Be-zeichnung 6FRA 3055 versehen worden waren. Diese Drehstrommotoren waren sechspolig ausgeführt worden und sie gehörten damals beim Bau von Lokomotiven zum Standard.
Letztlich erreichte der Drehstrommotor bei dieser Frequenz eine Drehzahl von 3 285 Umdrehungen in der Minute. Mit dem Getriebe wurde diese jedoch so verändert, dass die Lokomotive eine Geschwindigkeit von 80 km/h erreichte.
Weil nun bei den Drehstrommotoren kein Kollektor die Drehzahl beschränkt, gab es eine spezielle Regelung. Obwohl die Höchstgeschwindigkeit der Lokomotive auf 80 km/h festgelegt wurde, konnte sie bei Schleppfahrt mit bis zu 100 km/h verkehren. Das war wichtig, da die Maschinen bei der Verschiebung mit Güterzügen befördert wurden. Diese hatten mittlerweile diese Geschwindigkeit erreicht und daher war auch eine höhere Schleppgeschwindigkeit verlangt worden.
Wegen den sechs Polen und wegen der breiten Ansteuerung, konnte die gefahrene Geschwindigkeit sehr feinfühlig ein-gestellt werden. Besonders im Baudienst, wo oft mit sehr geringen Geschwindigkeiten gearbeitet wurde, ein grosser Vorteil.
Damit war die neue Baureihe in diesem Punkt etwas höher, als die gute Reihe Bm 4/4. Mit anderen Worten, sie konnte für die gleichen Einsätze verwendet werden. Die Aus-schreibung sah bekanntlich auch keine Steigerung bei der Leistung vor.
Es konnte mit den Fahrmotoren eine maximale Anfahr-zugkraft von 195 kN abgerufen werden. Diese reduzierte sich jedoch mit zunehmender Geschwindigkeit sehr stark, so dass bereits bei ungefähr 30 km/h nur noch die halbe Zugkraft zur Verfügung stand.
Bei der Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h wurde noch eine Zugkraft von 35 kN zur Verfügung gestellt. Damit war die Lokomotive nicht für die Traktion von Zügen mit hohen Geschwindigkeiten abgestimmt worden.
Eine Eigenart der Drehstrommotoren ist, dass sie kippen, wenn die Drehzahl jene die durch die Frequenz bestimmt wurde, überschreitet. Bei den elektrischen Modellen wurden diese Effekte genutzt um eine Nutzstrombremse mit hoher Leistung zu verwirklichen. Das war bei einer Diesellokomotive jedoch nicht möglich, da ja kein Dieselöl erzeugt werden konnte. Hingegen hatten die Baureihen Em 3/3 und Bm 4/4 den Vorteil von elektrischen Bremsen in der Form von Widerstandsbremsen aufgezeigt.
Es überraschte daher nicht, dass auch bei dieser Loko-motive eine elektrische Bremse umgesetzt werden sollte. Das insbesondere auch, weil sie einfach umgesetzt wer-den konnte. Für die Motoren benötigte man keine zu-sätzlichen Massnahmen.
Eingeschaltet wurde die elektrische Bremse durch die Steuerung der Fahrmotoren. Da diese ohne zusätzliche Versorgung mit Energie in den generatorischen Modus wechselten. Der einzige Vorgang, den man umsetzen musste, war eine geänderte Ansteuerung.
Dieser kippte nun und gab die Leistung an den Zwischen-kreis weiter. Wie bei den elektrischen Lokomotiven steuerten die GTO-Thyristoren um und begannen als Gleichrichter zu arbeiten. Da die Siliziumdioden jedoch sperrten, konnte die Leistung nicht zum Generator geleitet werden.
Damit drohte nun aber der Zwischenkreis zu überlaufen. Damit das nicht passierte, musste diesem Bereich Energie entzogen werden. Dazu wurde der Bremssteller vorgesehen. Dieser hatte nur die Aufgabe, den Strom, der zu den Bremswiderständen abgeführt wurde zu regulieren. In den Widerständen wurde die elektrische Energie schliesslich in Wärme umgewandelt und diese an die Umwelt abgegeben. Wir haben daher eine einfache Wirkweise.
Somit unterschied sich diese elektrische Bremse nicht gross von den Lösungen, die bei den elek-trischen Maschinen damals umgesetzt wurden. Der Unterschied lag lediglich in der Tatsache, dass die Leistung in Bremswiderständen verheizt wurde.
In Baustellen, wo die Geleise nur provisorisch verlegt wurden, hätte diese hohe Bremskraft jedoch zu Entgleisungen geführt. Daher wurde die Bremskraft der elektrischen Bremse auf 80 kN beschränkt. Eine drastische Senkung, die erklärt werden muss.
In Baustellen, wo die Geleise nicht ausgerichtet wurden, kam es immer wieder zu gefährlichen Ständen bei den Puffern. Daher konnte nicht voll gebremst werden. Jedoch war die Leistung dieser Widerstandsbremse damit immer noch deutlich höher, als bei der Baureihe Bm 4/4, die ja den Massstab für diese Maschinen sein sollte. Es konnte mit der Baureihe Am 841 immer noch eine grosse Last abgebremst werden.
Durch die elektrische Belastung der Bremswiderstände wurden diese sehr heiss. Sie wurden daher in einem eigenen Turm, zusammen mit dem Stromrichter und dem Bremssteller montiert. Dieser Kühlturm wurde von einem Ventilator mit einem künstlichen Luftzug durchströmt und die Bauteile wurden so abgekühlt. Dazu waren aber die Hilfsbetriebe der Diesellokomotive zuständig und wir können die Ausrüstung daher beenden.
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