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Elektrische Ausrüstung
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Zur Übertragung der in der Fahrleitung vorhanden Spannung dienten zwei auf dem Dach der Lokomotive montierte Stromabnehmer. Es kamen zwei Einholmstromabnehmer vom Typ WBL 85-SBB zur Anwendung. Diese waren gegenüber den bisherigen Modellen leichter und auch für höhere Geschwindigkeiten geeignet. Jeder Stromabnehmer konnten bei 15'000 Volt einen Strom von 600 A leiten, was auch bei der hohen Leistung der Lokomotive das anlegen eines einzelnen Stromabnehmers erlaubte.
Die beiden Stromabnehmer wurden gegenüber der schweizerischen Gewohnheit umgekehrt montiert, so dass sich der gehobene Einholmstromabnehmer gegen das Ende der Lokomotive öffnete. Man erhoffte sich so eine bessere Kontaktaufnahme beim normalerweise gehobenen hinteren Stromabnehmer, da dieser so gezogen und nicht geschoben wurde.
Speziell an diesen Stromabnehmern waren die einzeln gefederten Schleifleisten, die auch bei hohen Geschwindigkeiten einen guten Kontakt mit der Fahrleitung erlaubten. Die Kohleneinlagen der einzelnen Schleifstücke wurden mit Druckluft überwacht. Dank dieser Massnahme konnte der Stromabnehmer bei einer defekten Schleifleiste automatisch notgesenkt werden. Ergänzt wurde diese Schleifleistenüberwachung noch mit einer Schlagsicherung, die ebenfalls ein automatisches senken des Stromabnehmer zur Folge hatte.
Durch die Montage in den im Dach vorhandenen Nischen war der gesenkte Stromabnehmer nicht dem Fahrtwind ausgesetzt. Dadurch wurden störende Luftgeräusche und ein allfälliges ungewolltes anheben des Stromabnehmers verhindert. Da sich diese Nischen im Winter jedoch leicht mit Schnee füllen konnten, rüstete man die Stromabnehmer mit einer Heizung aus. Dadurch konnte der Stromabnehmer auch bei Kälte und Nässe gehoben werden.
Die beiden Stromabnehmer wurden mit einer Dachleitung miteinander verbunden. Die Dachleitung verlief innerhalb der Abdeckungen, so dass ausser dem gehobenen Stromabnehmer keine elektrischen Leitungen und Bauteile auf dem Dach der Lokomotive zu erkennen waren. Das Dach der Lokomotive erschien daher sehr aufgeräumt und trug wesentlich zur Eleganz der Lokomotive bei. Der Grund für die Abdeckungen waren jedoch die verhinderten Luftverwirbelungen und daher die dadurch entstehenden Fahrgeräusche.
Zur Trennung der Lokomotive von der Fahrleitung diente ein mit der Dachleitung und dem Erdungsschalter verbundener Hauptschalter. Hier kam ebenfalls ein neuer Typ zu Anwendung. Der Vakuumhauptschalter vom Typ BVAC 15.08.25 löschte den beim Schalten entstehende Funken in einem Vakuum. Bisherige Hauptschalter benutzten dazu meist Druckluft. Positiver Nebeneffekt war der etwas leichtere Hauptschalter. Man sparte also auch bei der elektrischen Ausrüstung nach Möglichkeit Gewicht.
Bis hier glichen sich die Re 460 und die Re 465, bis auf kleine Details. Nun begannen jedoch die grossen Unterschiede der beiden Lokomotiven. Grundsätzlich war der elektrische Aufbau jedoch gleich. In den folgenden Abschnitten werden die Unterschiede jeweils aufgeführt werden. Gleich war jedoch noch das Hochspannungskabel, das die vom Hauptschalter geschaltete Spannung zum unter der Lokomotive montierten Transformator führte.
Der Transformator der Re 460 hatte eine Dauerleistung von 5’400 kVA. Jener der Re 465 verfügte jedoch nur noch über eine Leistung von 5’213 kVA. Der grundsätzliche mechanische Aufbau der Transformatoren war jedoch gleich, denn beide mussten ja an der gleichen Stelle unter der Lokomotive montiert werden. Infolge fehlerhafter Konstruktionszeichnungen mussten die Schürzen im Bereich des Transformators angepasst werden. Deshalb hatten die Lokomotiven beim Transformator eine Ausbuchtung in den Schürzen.
Die Primärwicklung des Transformators verfügte über keine zusätzliche Anzapfung. Sie war über vier unterschiedlich lange an den Achsen angebrachte Erdungsbürsten mit der Erde und somit mit dem Kraftwerk verbunden. Trotz den Gewichtsproblemen kamen hier Wicklungen aus Kupfer zur Anwendung. Die gemachten Erfahrungen mit dem wesentlich leichteren Aluminium liessen die Konstrukteure davon abstand nehmen.
Die sekundären Spannungen für die Traktionsleistung betrugen bei der Re 460 4x 1’783 Volt. Bei der Re 465 lag dieser Wert nur bei 1’321 Volt. Jedoch waren hier statt vier sechs einzelne Spulen vorhanden. Warum man diese Werte legte, erfahren wir bei der Behandlung des nachgeschalteten Umrichters. Hier soll es reichen, wenn wir wissen, dass die Re 460 vier und die Re 465 sechs Traktionswicklungen hatten.
Isoliert und gekühlt wurde der Transformator mit handelsüblichem Transformatoröl. Bei der Lokomotive wurde jedoch kein Öl mit PCB verwendet. Damit das Öl in Bewegung war und besser gekühlt werden konnte, waren zwei Ölpumpen vorhanden. So war die Abführung der in den Wicklungen entstehenden Wärme garantiert. Die Wärme im Transformator wurde elektronisch überwacht und durfte maximal 97°C betragen.
Die Spannungen der Wicklungen wurden dem Gleichrichterteil der Umrichter zugeführt. Mit Hilfe von GTO-Thyristoren wurden die Spannungen so geschaltet, dass ein Gleichstromzwischenkreis entstand. Die Spannung des Zwischenkreises betrug bei den Re 460 3'500 Volt. Bei den Re 465 war jedoch nur noch eine Spannung von 2'800 Volt vorhanden. Wie wichtig dieser Unterschied letztlich war, zeigte eine Schutzmassname, die nur bei der Re 465 verwirklicht werden musste.
Geriet eine Lokomotive der Baureihe Re 460 in einem Grenzbahnhof zu Italien aus versehen in einen Abschnitt mit Gleichstrom, wurde der Transformator wirkungslos und die Spannung dem Gleichrichter zugeführt. Die Re 460 konnte diese Spannung ohne Schaden aufnehmen, das diese mit 3'000 Volt unter jener des Zwischenkreises lag. Bei der Re 465 musste deshalb ein Gleichstromschutz eingebaut werden.
Der eigentliche Grund für die höhere Zwischenkreisspannung der Re 460 lag jedoch nicht beim Schutz gegen die FS-Spannung, sondern war eine klare Forderung der SBB, die hier eine Option vorsahen. Dank dem Zwischenkreis mit 3'500 Volt, war die Lokomotive bereits soweit vorbereitet, dass auf Wunsch der SBB eine Zweisystemlokomotive Re 462 gebauten werden konnte. Verwirklicht wurde diese Variante jedoch nie.
Die Zwischenkreisspannung wurde nun innerhalb des Umrichters den Wechselrichtern zugeführt. Diese bestanden ebenfalls aus GTO-Thyristoren. Dank diesen löschbaren Thyristoren konnten für die Fahrmotoren Drehstromnetze mit unterschiedlicher Spannung und Frequenz erzeugt werden. Gerade die GTO-Thyristoren waren damals neu und ermöglichten erst eine solche Lokomotive, die im Unterhalt wesentlich billiger sein sollte.
Bei der Re 460 kamen im Umrichter total 52 GTO-Thyristoren zur Anwendung. Damit wurden total zwei Traktionsumrichter erstellt, die je die Fahrmotoren eines Drehgestells mit Energie versorgten. Bei der Re 465 kamen 60 Thyristoren zur Anwendung. Damit wurden nun vier Umrichter erstellt, die den Fahrmotor jeder Triebachse einzeln mit Energie versorgten.
Die Kühlung und Isolation der Bauteile in den Umrichtern erfolgte ebenfalls mit Transformatoröl. Auch hier wurde mit Hilfe von Ölpumpen das Öl künstlich bewegt und einem Kühler zugeführt. Jeder Umrichter hatte einen eigenen Ölkreislauf, der völlig unabhängig vom Kühlsystem des Transformators arbeitet und somit auch eigene Kühler hatte. Die maximale Temperatur in den Umrichtern lag mit 60°C unter jener des Transformators.
Durch die unterschiedlichen Zwischenkreisspannungen und der Aufbau als Dreipunktschaltung bei der Re 460 und Zweipunktschaltung der Re 465 mussten auch unterschiedliche Fahrmotoren eingebaut werden. Jede Achse hatte ihren eigenen Fahrmotor, einzig die Ansteuerung erfolgte entweder auf ein Drehgestell oder auf eine Achse. Dieser Unterschied machte sich jedoch nicht nur bei Störungen bemerkt.
Die Fahrmotoren der Re 460 waren vom Typ 4-FXA 7065 und hatten eine maximale Drehzahl von 4’180 U/min. Die variable Frequenz konnte zwischen 0 und 147 Hertz geregelt werden. Die maximale Spannung an der Klemme betrug 2'640 Volt. Zur Regelung der Drehzahl verstellte man in erster Linie die Frequenz und damit die Geschwindigkeit des Drehfeldes. Die Spannung bestimmte den Fahrmotorstrom und somit die Zugkraft.
Bei der etwas neueren Re 465 kamen Fahrmotoren von Typ 6 FHA 7067 zum Einbau. Hier betrug die maximale Klemmenspannung lediglich 2'180 Volt bei einer Frequenz von maximal 213 Hertz. Die Neuerung war, dass jede Achse mit unterschiedlichen Parametern angesteuert werden konnte und so innerhalb der Lokomotive aber auch des Drehgestells unterschiedlich Zugkräfte ermöglicht wurden. Gerade hier sah man gegenüber der Re 460 der SBB wesentliche Vorteile.
Für die Kühlung der Fahrmotoren, der Traktionsstromrichter und des Transformators war eine künstliche Ventilation vorgesehen. Die Kühlluft wird dabei im Dachbereich durch Filtermatten angesaugt und innerhalb des Daches beruhigt. So gelangte nur gereinigte und ruhig fliessende Kühlluft in die Kühltürme. Das trug zu einer ruhig und effizient arbeitenden Kühlung bei. Gerade der Bezug der Kühlluft im Dachbereich hatte sich in der Schweiz durchgesetzt und ermöglichte so mit wenig Aufwand trockene und saubere Kühlluft.
Die beruhigte Kühlluft gelangte durch die Kühltürme zu den zu kühlenden Bauelementen. Dabei verzichtete man bei den Re 460 auf die Montage der Ölkühler im Luftstrom der Fahrmotorkühlung. Das ermöglichte eine optimal arbeitende Kühlung, die zudem nur wenig Lärm erzeugte. Während sich die Ölkühler eines Stromrichter und einer Hälfte des Transformators einen Kühlturm teilen mussten, war jedem Fahrmotor ein eigener Kühlturm zugeordnet worden. Die Kühlluft trat letztlich unter der Lokomotive im Bereich der Fahrmotoren und des Transformators wieder ins Freie.
Durch eine temperaturbedingte Steuerung wurde gesichert, dass die Lokomotive in einem Bahnhof ruhiger war, als bei hohen Geschwindigkeiten. Der Grund lag beim menschlichen Gehör, denn die Fahrgeräusche übertönten die Ventilation, so dass sie nicht mehr auffiel. Jedoch konnte die Ventilation bei Bedarf auch im Stillstand in einer höheren Stufe arbeiten und so eine optimale Kühlung ermöglichen. Der Lokführer konnte die Ventilation im Gegendsatz zu älteren Lokomotiven im Stillstand nicht mehr abschalten und hatte auch sonst kaum Einfluss auf die Kühlung.
Beide Maschinen besassen eine elektrische Nutzstrombremse, die theoretisch die volle Leistung der Lokomotive an die Fahrleitung abgeben könnte. Rein physikalisch war das jedoch nicht möglich, jedoch theoretisch so machbar. Letztlich beschränkten die Vorschriften die Leistung der elektrischen Bremse in den meisten Fällen. Hier konnte die Re 465 trotzdem etwas höhere elektrische Bremskräfte erzeugen, was bei Gebirgsbahnen sicherlich ein Vorteil sein konnte.
Für die elektrische Nutzstrombremse mussten keine speziellen Schaltungen vorgenommen werden. Die Fahrmotoren wechseln automatisch in den Bremsmodus, wenn die Drehzahl jene des Drehfeldes übersteigt. Danach war es nur noch eine Änderung des Stromflusses in den Umrichtern. Einfach gesagt, hier ergab nun der Gleichrichter den Wechselrichter. Hätte man hier Dioden anstelle der GTO-Thyristoren verwendet, müsste nun ein neuer Strompfad erstellt werden, so konnte man einfach nur den Stromfluss umdrehen.
Die Zugsammelschiene wurde direkt ab dem Transformator gespeist. Dazu hatte der Transformator eine eigene Heizwicklung erhalten, deren beiden Ende an die Zugsammelschiene und an die Masseseite der Primärwicklung angeschlossen wurde. Die Spannung der Zugsammelschiene betrug 1000 Volt. Unterschiedliche Spannungen waren nicht mehr vorgesehen, da die international eingesetzten Wagen über Mehrspannungsausrüstungen verfügten.
Die Spannung wurde unter dem linken Puffer der Steckdose zugeführt und konnte mit einem speziellen Schütz geschaltet werden. Bei der Re 460 war der Strom der Zugsammelschiene auf 800 Ampère festgelegt worden. Bei der Re 465 wurde sogar ein Strom von 1'000 Ampère zugelassen. Diese Werte vermochte eine Streckdose jedoch nicht mehr zu übertragen. Deshalb montierte man bei den Re 465 zwei zusätzliche Steckdosen.
Eine Neuerung war auch die eingebaute Heizhüpferüberwachung. Diese erlaubte es, dass die Maschinen auch an Vorwärmanlagen angeschlossen werden konnten. Die Überwachung kontrollierte dabei, ob auf der Seite der Steckdosen Spannung vorhanden war. War das der Fall, verhinderte die Steuerung, dass der Heizhüpfer der Lokomotive geschlossen werden konnte. So war gesichert, dass die Lokomotive nicht durch die Heizung unter Spannung gesetzt wurde.
Hier endete eigentlich der grundsätzliche Unterschied der Re 460 und der Re 465. Weitere Unterschiede waren durch die geänderte Traktionsversorgung und durch die jeweiligen Streckennetze bedingt. Man kann also einfach sagen, dass sich die beiden Typen nur im Aufbau der Fahrmotorversorgung unterschieden. Abgesehen von diesem Punkt, waren die Lokomotiven identisch, was deutlich zeigt, dass die Lösungen bei den SBB durchaus mit Prototypen hätten verbessert werden könnten.
Für die Hilfsbetriebe der Lokomotive standen zwei Bereiche zur Verfügung. Ab einer Spule mit 220 Volt wurden die Widerstände der diversen Heizungen angesteuert. Diese bestanden hauptsächlich aus der Führerraumheizung, der Heizung zur PMS und der Spiegelheizung. Alle anderen Hilfsbetriebe waren über eine andere Spule versorgt worden. Hier standen ab dem Transformator 800 Volt zur Verfügung.
Die vom Transformator stammende Spannung von 800 Volt wurde nun insgesamt vier Hilfsbetriebeumrichter BUR zugeführt und dort in einen Drehstrom von 400 Volt umgewandelt. So konnten hier handelsübliche Bauteile verwendet werden. Der Vorteil war das etwas geringere Gewicht der Drehstrommotoren und vor allem die Vorhaltung von Ersatzteilen, da nicht spezielle Bauteile vorrätig gehalten werden mussten.
Jeweils ein Hilfsbetriebestromrichter war einem Drehgestell zugeordnet, war aber nicht durch einen weiteren BUR bei einem Ausfall redundant abgesichert. Üblicherweise arbeiteten die BUR mit den Nummern 1 und 3 auf die Ventilation der Fahrmotoren eines Drehgestells und dem zugehörigen Umrichter. Sie verfügten über drei unterschiedliche Frequenzen von 17, 33 und 52 Hertz, so dass die Motoren der Ventilation in drei Stufen arbeiten konnten.
Fiel einer dieser beiden BUR aus, musste das betroffene Drehgestell abgetrennt werden. Die Lokomotive hatte also wegen dem Ausfall der Ventilation in einem Drehgestell nur noch die halbe Leistung. So war jedoch gesichert, dass die ab den BUR 2 und 4 versorgten Bauteile sicher mit Energie versorgt werden konnten. Die Lokomotive blieb einsatzbereit und konnte sich schliesslich auch mit halber Leistung fortbewegen.
Der BUR 2 arbeitete mit einer festen Frequenz ausschliesslich auf den Kompressor. Bei einem Ausfall sprang nun der BUR 1 ein und sicherte so, dass immer Druckluft zur Verfügung stand. Bei den Lokomotiven kam ein Schraubenkompressor mit nachgeschaltetem Lufttrockner zum Einbau. Er wurde mit einem Druckschwankungsschalter ein- oder ausgeschaltet, so dass der Lokomotive immer ein Druck zwischen 8 und 10 bar zur Verfügung stand.
Die vom Kompressor geschöpfte Luft wurde in speziellen Behältern im Maschinenraum zwischengelagert und den Luftanschlüssen am Stossbalken zugeführt. Bei den Re 460 kamen nicht mehr Stahlbehälter zum Einbau. Um Gewicht zu sparen, baute man bei den Lokomotiven Luftbehälter aus glasfaserverstärktem Kunststoff ein. Diese hatten gegenüber den Stahlmodellen bei geringerem Gewicht eine höhere Festigkeit, so dass sie auch nach längerem Einsatz nicht ausgewechselt werden mussten.
Neu war der Hilfsluftkompressor, der bei ungenügendem Luftvorrat, die Luft für den Stromabnehmer produziert, eigentlich nicht. Solche Apparate waren schon bei den RBDe 560 vorhanden und funktionierten dort sehr gut. Bei den hier beschriebenen Lokomotiven ging man aber soweit, dass sich dieser Hilfsluftkompressor automatisch in Betrieb setzte, wenn zu wenig Druckluft vorhanden war.
Letztlich war noch der BUR 4. Seine Aufgabe war umfangreicher. Auch er arbeitete mit einer festen Spannung und Frequenz. Ersatz war hier der BUR 3, der im Falle einer Störung einsprang und so das Drehgestell 2 abschaltete. An diesem BUR 4 waren die diversen Ölpumpen, die Batterieladung und die Klimaanlage der Führerräume angeschlossen.
Die Lokomotive war somit bei Ausfall eines BUR immer noch mit Einbussen bei der Zugkraft einsatzbereit. Erst wenn ein weiterer BUR einen Defekt hatte, konnte die Lokomotive nicht mehr aus eigener Kraft weiterfahren. Dabei spielte es keine Rolle, welcher BUR betroffen war, denn bei einem Ausfall des BUR 4 und 3 fiel die Batterieladung und die Pumpen aus, die Lokomotiven war nicht mehr einsetzbar.
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