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Traktionsstromkreis
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Ausgelegt wurde der Triebwagen für eine Fahrleitungsspannung von 15 000 Volt bei einer Frequenz von 16 2/3 Hertz. Das war nicht sonderlich überraschend, denn die Schweizerischen Bundesbahnen SBB hatten mit diesem System sehr gute Erfahrungen gemacht und wollten dieses auch auf den Nebenbahnen nutzen. Eine Ausrüstung für ein weiteres Stromsystem war schlicht nicht vorgesehen, da der Triebwagen nicht für andere Einsätze vorgesehen war.
Wenn Sie nun gedacht haben, dass dies eine klare Sache gewesen sei, muss wissen, dass zurzeit, als diese Triebwagen entwickelt wurden, klar war, dass die Strecke von Genève nach La Plaine von den Schweizerischen Bundesbahnen SBB bedient werden sollte. Dort verkehrten die Züge jedoch mit 1 500 Volt Gleichstrom. Kam hinzu, dass dieser Abschnitt eigentlich ideal auf das hier vorgestellte Fahrzeug gepasst hätte. So mussten dort spezielle Züge beschafft werden.
Um die Spannung der Fahrleitung auf das Fahrzeug übertragen zu können, wurde auf dem Dach über dem Gepäckabteil im Bereich des Drehgestells ein Stromabnehmer montiert. Es überraschte der Verzicht auf einen zweiten Stromabnehmer. Zwar wurden damals neue Schleifleisten verwendet, aber es kamen unterschiedliche Materialien für den Winter und den Sommer zur Anwendung. Zudem war der zweite Stromabnehmer als Ersatz vorgesehen.
Als Stromabnehmer wurde ein von BBC für die Lokomotive der Baureihe Ae 4/6 entwickeltes Modell verwendet. Dieser Scherenstromabnehmer zeichnete sich durch das geringe Gewicht und durch seine zuverlässige Funktion aus.
Zudem war er mit einer von den Schweizerischen Bundesbahnen SBB gefor-derten Höhenbegrenzung versehen worden. So konnte man für kurze Strek-ken, wie sie hier befahren werden sollten, durchaus nur einen Stromab-nehmer vorsehen.
Damit war klar, dass erstmals ein Triebfahrzeug der Schweizerischen Bundes-bahnen SBB ausschliesslich zwei mit Kohle bestückte Schleifleisten erhalten hatte. Man wollte so auf den Nebenstrecken die notwendigen Erfahrungen sammeln.
Gehoben wurde der Stromabnehmer mit Hilfe von Druckluft. Die Druckluft hob dabei einfach die Kraft der Senkfeder auf, so dass sich der Pantograf mit Hilfe der Hubfeder hob. Dieser Vorgang erfolgte so lange, bis der Fahrdraht berührt wurde, oder bis die Begrenzung dies verhinderte. Der Anpressdruck, als der Druck mit dem gegen den Fahrdraht gedrückt wurde, betrug sechs Kilogramm und war den geltenden Normen entsprechend eingestellt worden.
So konnte man den Stromabnehmer schon mit wenig Druckluft heben, was gerade bei geringem Luftvorrat, oder bei Anwendung der Handluftpumpe, von Vorteil war. Auch hier gab es keine Abweichung zu den Lokomotiven, was die Austauschbarkeit zusätzlich verbesserte. Speziell war jedoch, dass die Handluftpumpe ausschliesslich für den Stromabnehmer verantwortlich war und so der Aufwand reduziert werden konnte.
Um den Stromabnehmer wieder zu senken, wurde einfach die Druckluft entlassen. Die aus dem Zylinder entweichende Luft sorgte zudem dafür, dass sich der Bügel langsam senkte und so nicht mehr so kräftig auf das Fahrzeug knallte. Das war wichtig, weil hier Leute im Fahrzeug sassen, die durch diesen Vorgang erschreckt werden konnten. Die Funktion war dadurch jedoch nicht verändert worden, was wichtig für die Ersatzteile war.
Diese Drucklufthauptschalter waren gegenüber den älteren Modellen mit Öl leichter und konnten auch hohe Ströme sicher abschalten. Lieferant für den Hauptschalter war die Firma BBC, welche das Modell für die Baureihe Ae 4/6 entwickelt hatte.
Die elektrischen Kontakte dieses Hauptschalters waren in einem geschlos-senen Kasten untergebracht worden. Dabei wurde der Funke bei einer Ausschaltung mit hohen Strömen mit der Hilfe speziellen Spule verhindert.
Wurde der Kontakt geöffnet, floss der Strom durch die Spule und es kam zu einer Reduktion des Stromes. Dadurch konnte im zweiten Schritt der eigent-liche Schalter geöffnet und so der Stromfluss unterbrochen werden.
Der
Hauptschalter konnte nicht mehr
ausgeschaltet werden. Die notwendige Abschaltung musste auch jetzt durch
das
Unterwerk und über den Speisepunktschalter erfolgen. Damit war jedoch
keine Verbesserung bei der Funktion vorhanden.
Jedoch war die Reduktion des Gewichtes von grossem Vorteil und das war
hier besonders wichtig.
Jedoch war die Reduktion des Gewichtes von grossem Vorteil und das war hier besonders wichtig.
Parallel zum Hauptschalter wurde der Erdungsschalter eingebaut. Dieser konnte von Hand eingeschaltet werden und er verband die Leitung vor und nach dem Hauptschalter mit dem Dach des Triebwagens. Damit diese Verbindung nur erfolgen konnte, wenn der Stromabnehmer gesenkt war, musste ein in dessen Leitung befindlicher Schlüssel benutzt werden. Wurde der Schlüssel entfernt, wurde der Zylinder im Stromabnehmer entlüftet und dieser senkte sich.
Neben der Aufgabe der Erdung, hatte der Erdungsschalter einen weiteren Auftrag. Stieg in der Leitung die Spannung auf einen zu hohen Wert an, konnte dies zu Schäden an der Ausrüstung führen. Damit diese geschützt war, wurde der Schalter mit einem Überspannungsableiter versehen. Dieser sorgte für einen Lichtbogen an definierter Stelle und konnte so ohne Schäden mehrere Vorfälle bewältigen. Bei Gewittern konnte dies durchaus passieren.
Danach wurde die Spannung mit einem Hochspannungskabel im Bereich des Maschinen-raumes zum Wagenboden geführt, wo der Transformator montiert war. Die Leitung endete schliesslich in der Primärspule des Transformators.
Dadurch wurde der Triebwagen ausgeschaltet, bevor keine ausreichende Erdung mehr vor-handen war. Auch hier hatte man jedoch keine Neuerung eingeführt, denn diese Lösung hatte sich seit Jahren bewährt.
In der Primärspule wurde ein elektrisches Magnetfeld erzeugt. Dieses wurde mit dem radial geblechten Kern auf die Sekundärwicklung übertragen. Dort wurde schliesslich wieder eine Spannung erzeugt. Diese Lösung sorgte dafür, dass der Stromkreis der Fahrmotoren sowohl von der Hochspannung, als auch von der Erde getrennt wurde. So konnte man viel Aufwand für die Isolation dieses Teils der Traktionsausrüstung einsparen.
Der weitere Weg der Energie wurde nun durch diese zweite Spule bestimmt. Diese hatte neun Anzapfungen erhalten und konnte so unterschiedliche Spannungen bis zu einem Wert von 1 088 Volt erzeugen. Dabei gab es innerhalb des Transformator keine weitere Aufbereitung, wie das zum Beispiel bei der Lokomotive der Baureihe Ae 4/6 der Fall gewesen war. Man verwendete bei diesem Triebwagen eine grundlegend andere Lösung für die Erzeugung der Fahrstufen.
Durch die gleichzeitige Schaltung mehrer Hüpfer konnten durch diese Spulen letztlich 18 unterschiedliche Fahrstufen erzeugt werden. Dabei wurden die Hüpfer durch die Steuerung so zu- und abgeschaltet, dass es zu keinem Unterbruch der Spannung kommen konnte.
Es gab jedoch bei dieser Lösung, die auch bei der Baureihe Re 4/4 verwendet wurde, einen kleinen Fehler. Um einen ausge-glichenen Strom in den Überschaltdrosselspulen und so eine ver-tretbare Belastung zu erhalten, mussten immer vier Hüpfer ein-geschaltet sein.
Bei jeder weiteren Stufe wurde einer aus- und ein anderer einge-schaltet. Damit wurden die angeschlossenen Spulen kurze Zeit asymmetrisch belastet und dadurch stark erwärmt.
Da bei den untersten drei Fahrstufen nur maximal drei Hüpfer geschaltet wurden, entstand eine Asymmetrie bei den Überschaltdrosselspulen. Daher durften diese Stufen zum Schutz der Spulen nicht zu lange angewendet werden. Aus diesem Grund sollten die ersten vier Stufen durch das Lokomotivpersonal zügig oder nur kurz geschaltet werden, was dank der sehr schnellen Schaltfolge der Hüpfersteuerung kein Problem war. Die Beschleunigung unterstützte diese Regelung zusätzlich.
Obwohl die Hüpfer sehr schnell schalten konnten, wurden zum Schutz der Fahrmotoren zwei Trennhüpfer eingebaut. Diese waren für jeweils zwei Fahrmotoren vorhanden und trennten diese in jedem Fall sicher vom restlichen Stromkreis. War einer der vier Fahrmotoren defekt, konnte einfach verhindert werden, dass der zuständige Trennhüpfer geschlossen wurde. Der Triebwagen verlor so jedoch die halbe Leistung.
Um die Fahrrichtung zu ändern wurde nach jedem Trennhüpfer ein Wendeschalter eingebaut. Diese Schalter wurden pneumatisch betrieben und durch ein elektrisches Signal angesteuert. Dabei wurde jeder Wendeschalter einem Drehgestell zugeordnet. Das war eine übliche Lösung und stellte somit eigentlich keinen Nachteil dar. Die Wendeschalter hatten in der Vergangenheit gezeigt, dass sie nahezu ohne Störungen arbeiten konnten.
Die Wendeschalter sorgten für die richtige Polung der Erregerwicklung des Fahrmotors. Diese bestimmte somit die Drehrichtung und somit die Fahrrichtung des Triebwagens. Da diese Wicklungen nun in Reihe geschaltet wurden, waren auch die beiden Fahrmotoren eines Drehgestells in Reihe angeschlossen worden. Durch diese Tatsache wurde jeder Motor nur mit der halben Spannung vom Transformator versorgt.
Jeder, der von der MFO gelieferten Fahrmotoren, hatte eine maximale Leistung von 303 kW erhalten. Für den Triebwagen bedeute das maximal 1 212 kW. Die Anfahr-zugkraft der Fahrmotoren betrug in diesem Moment 95 kN.
Diese Zugkraft konnte vom Fahrzeug während der Dauer von drei Minuten aufgebracht werden. Letztlich stand bei der Leistungsgrenze, die hier bei 70 km/h festgelegt wur-de, noch eine Zugkraft von 60 kN zur Verfügung.
Da jedoch auf Nebenbahnen damals selten so hohe Ge-schwindigkeiten erreicht werden konnten, reichte die tie-fe Leistungsgrenze durchaus für die meisten Abschnitte. Ein Punkt, der klar den Einsatz vor leichten Zügen aller Art auf Nebenlinien vorsah und so ideal zum geplanten Fahrzeug passte.
Obwohl die Schweizerischen Bundesbahnen SBB bisher sehr gute Erfahrungen mit elektrischen Nutzstrombremsen gemacht hatte, kam bei dem Triebwagen eine Widerstandsbremse, wie sie bei den Roten Pfeilen verwendet wurde, zum Einbau. Der Grund war wohl bei den Problemen der VHB-Triebwagen zu suchen. Diese liessen erkennen, dass die Rekuperationsbremse auf schwach befahrenen Nebenbahnen nur bedingt funktionierte.
Diese Widerstandsbremse arbeitete mit acht Stufen. Dabei wurde mit den Hüpfern ein spezieller Umfor-mer mit Spannung versorgt. Dieser Umformer stellte dann die notwendige Erregung mit Gleichstrom be-reit und leitete diese zu den Erregerwicklungen.
Dabei mussten bei den Wendeschaltern keine spez-iellen Schaltungen mehr erzeugt werden. Das sorgte dafür, dass diese kompakt und leicht gebaut werden konnten.
Daher führte man die Spannung den auf dem Dach des Triebwagens montierten Bremswiderständen zu. In diesen Widerständen wurde die Energie der Fahrmo-toren in Wärme umgewandelt. Zur Kühlung diente der Fahrtwind.
Es entstand ein Widerstand, der die Motoren an der Drehung hinderte. Abhängig war die Leistung dieser elektrischen Bremse von der Anzahl zur Verfügung stehenden Widerständen. Da man auf den zweiten Stromabnehmer und die Dachleitung verzichtet hatte, stand nahezu das ganze Dach zur Verfügung. So konnte mit der Widerstandsbremse eine durchaus hohe Bremskraft erzeugt werden, die auf vielen Abschnitten für eine ausreichende Verzögerung reichte.
Im Bereich von 110 bis 40 km/h war so eine gleichbleibende Bremskraft zu erzielen. Mit weiter sinkender Geschwindigkeit liess die Bremskraft der elektrischen Bremse jedoch stark nach. Das heisst, bei tiefen Geschwindigkeiten war kaum mehr eine Leistung mit dieser Bremse zu erzielen. Daher wurde die elektrische Bremse des Triebwagens bei kleinen Geschwindigkeiten automatisch ausgeschaltet. Die CFe 4/4 konnten deshalb nicht bis zum Stillstand elektrisch bremsen.
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