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Traktionsstromkreis
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Elektrisch wurde das Triebfahrzeug für eine Spannung von 15 000 Volt und 16 2/3 Hertz ausgelegt. Das war nicht sonderlich überraschend, denn die Schweizerischen Bundesbahnen SBB besassen nur dieses System und ein Einsatz im internationalen Verkehr war nicht vorgesehen. Bei den Einsätzen ins Ausland fehlten nicht nur die Fahrleitungen, sondern bei der Auslieferung das ganze System. Der Krieg hatte der Infrastruktur sehr zugesetzt.
Die Spannung aus der Fahrleitung wurde von zwei identischen Stromabnehmern auf das Dach übertragen. Montiert wurden diese auf dem Dach und dort im Bereich der beiden Drehgestelle. Gerade der letzte Punkt war wichtig, wenn die Stromabnehmer zur Fahrleitung passen sollten. Die seitlichen Verschiebungen reduzierten sich auf ein Minimum, so dass ein sicherer Betrieb ermöglicht werden konnte. Das war jedoch ein weiterer Vorteil der neuen Bauart.
Verwendet wurden Scherenstromabnehmer, wie sie schon bei der Baureihe Ae 4/6 eingesetzt wurden. Dieses von der Firma BBC entwickelte Modell zeigte sich sehr stabil und war zudem gegenüber den anderen Ausführungen deutlich leichter geworden.
Das passte perfekt zur leichten schnellen Loko-motive. Neu war jedoch, dass der Bügel mit einer Höhenbegrenzung versehen wurde. Diese verhin-derte, dass sich der Pantograph durchstrecken konnte.
Um diesen Stromabnehmer zu heben, wurde Druck-luft aus der Apparateleitung benötigt. Diese Luft mit einem Druck von sechs bar wurde in einen Zylinder gelassen. Durch die Kraft im Zylinder wurde die Kraft der Senkfeder aufgehoben.
Berührt wurde der Fahrdraht von der Wippe, die mit zwei Schleifleisten und den seitlichen Notlaufhörner ausgerüstet war. Mit einer Breite von 1 320 mm entsprach die Breite den damals in der Schweiz geltenden Normen. Dank diesen Schleifstücken konnten die Lokomotiven der Baureihe Re 4/4 mit nur noch einem gehobenen Stromabnehmer verkehren. Welcher das war, wurde mit der Ansteuerung der entsprechenden EP-Ventile festgelegt.
Die Schleifstücke bestanden nach den Vorgaben der Schweizerischen Bundesbahnen SBB bei den ersten Maschinen ausschliesslich aus Aluminium. Das war ein Unterschied zu der Baureihe Ae 4/4 der BLS-Gruppe, wo Kohle verwendet wurde. Die letzten Lokomotiven der Reihe Re 4/4 besassen bei Auslieferung ebenfalls ein Bügel mit Kohle, der jedoch nicht im Winter verwendet werden durfte. Daher war in dieser Zeit der Kalender für die Wahl verantwortlich.
Um den Stromabnehmer wieder zu senken, entliess man die Luft aus dem Zylinder. Dadurch wurde die Schleifleiste durch den Druckabfall schnell vom Fahrdraht gezogen und so der Lichtbogen, der auch bei ausgeschalteter Lokomotive entstand, schnell gelöscht.
Die
Senkfeder
sorgte anschliessend dafür, dass der
Stromabnehmer
gesenkt wurde und danach in Tieflage blieb. Die Kraft der
Hubfeder
verhinderte, dass der Stromabnehmer zu schnell gesenkt wurde.
Für das
Schleifstück
war zu-dem eine Auflage vorhanden.
Für das Schleifstück war zu-dem eine Auflage vorhanden.
In der Regel wurde der Senkvorgang vom EP-Ventil und damit von der Steuer-ung eingeleitet. Die pneumatische Zuleitung wurde jedoch auch von einem zusätzlichen Schlüssel unterbrochen.
Dieser war für den später noch vorgestellten Erdungsschalter und entleerte so die Zuleitung zu den Stromabnehmern, wenn die Lokomotive geerdet werden musste. So war technisch gesichert, dass dieser Vorgang nur bei «Bügel tief» erfolgte.
Die beiden Stromabnehmer wurden über eine Dachleitung miteinander und mit dem Hauptschalter verbunden. Um einen defekten Stromabnehmer abzu-trennen, war ein Trenner vorhanden. Dieser wurde aus dem inneren der Lokomotive bedient und unterbrach so die Leitung zum Stromabnehmer. Die bei den Trennstellen des Daches vorhandenen Trenner mussten jedoch auf dem Dach der Lokomotive gelöst werden, was kein Nachteil war, weil so oder so ein Arbeiter dorthin musste.
Weitere Einrichtungen, wie die früher verwendeten Blitzschutzspulen gab es bei der Baureihe Re 4/4 nicht mehr. Zum Schutz vor Blitzschlägen wurde neu ein Erdungsschalter eingebaut. Dieser diente der Verbindung der Dachleitung und der Kabel mit der Erde und erlaubte so Arbeiten an den Einrichtungen. Jedoch diente die vorhandene Kurzschlussstrecke dafür, dass es bei zu hoher Spannung in der Leitung zu einem Überschlag auf das Dach kam.
Die durch die Dachleitung dem Hauptschalter zugeführte Spannung der Fahrleitung passierte kurz davor noch einem Stromwandler. Dieser Wandler überprüfte den in der Leitung vorhandenen Strom. Stieg dieser auf einen Wert, der über den erlaubten Werten lag, wurde die Steuerung mit der entsprechenden Anweisung versorgt. Diese wiederum löste daraufhin der Hauptschalter aus. Der Strom in der Zuleitung sollte damit wegfallen.
Als Hauptschalter wurde ein von der Firma BBC entwickeltes und auf den Lokomotiven Ae 4/6 mit den Nummern 10 801 und 10 809 bis 10 812 erprobtes Modell verwendet. Dabei sprach die Erprobung auf den erwähnten Maschinen dafür, dass dieses leichte und zuverlässige Modell verwendet wurde.
Es handelte sich dabei um ein mit Druckluft betriebener Schalter. Er war leichter, als die älteren mit Öl befüllten Modelle und konnte daher auf den leichten Lokomotiven dieser Baureihe zusätzliches Gewicht einsparen.
Vorteile, die hier, wo es um jedes Gramm ging, genutzt wurden. Wir müssen diesen jedoch etwas genauer ansehen, denn mit einem «druckluftbetriebenen Traktionsfernschalter» können wir herzlich wenig anfangen.
Wurde der Hauptschalter über die Steuerung eingeschaltet, erfolgte der Vor-gang in zwei Schritten. Zuerst wurde das Einschaltrelais aktiviert und der Schalter schloss den im freien montierten Trenner.
Gleichzeitig aktivierte sich auch die Haltespule und der
Hauptschalter
blieb eingeschaltet. Traten jedoch Störungen auf, die den Einschaltvorgang
verhinderten, wurde das Halterelais nicht angesteuert und der Schalter
schaltete sofort wieder aus. Ein Vorgang, der
akustisch gut zu hören war, da es nur einmal knallte.
Ein Vorgang, der akustisch gut zu hören war, da es nur einmal knallte.
Der Schaltvorgang selber wurde mit Hilfe von Druckluft ausgeführt. Dazu war jedoch ein minimaler Druck von 3.5 bar erforderlich. Lag der Druck tiefer, konnte der Schalter auch von Hand eingeschaltet werden. Möglich war dies jedoch nur, weil der Hauptschalter bei diesem sehr geringen Druck in der Speiseleitung durch die eingebaute Niederdruckblockierung daran gehindert wurde, dass er sofort wieder ausschalten konnte.
Beim Ausschalten, wurde zuerst im inneren des Schalters ein Kontakt geöffnet, da das Halterelais abgefallen war. Der dort entstehende Funke, wurde dann mit Hilfe der Druckluft ausgeblasen. Der jetzt erforderliche Druck lag bei fünf bar und somit deutlich höher als beim Einschalten des Hauptschalters. Anschliessend wurde der Trenner, gesteuert durch das Ausschaltrelais, weggeschwenkt und so eine sichere Trennung ermöglicht.
Diese Drucklufthauptschalter hatten gegenüber den früheren Ölhauptschaltern den Vorteil, dass sie auch in der Lage waren, die hohen Ströme von Kurzschlüssen sicher zu schalten. Fehlte die Druckluft, oder war der Druck zu gering, um das sichere Löschen des Funkes zu ermöglichen, konnte der Schalter jedoch zerstört werden. Damit das nicht passierte, konnte der Schalter bei einem Druck von weniger als fünf bar nicht mehr ausgeschaltet werden.
Nach dem Hauptschalter wurde die Fahrleitungsspannung dem Transformator, dort der Primär-wicklung zugeführt und nun damit auch in das Innere der Lokomotive geleitet. Der Transformator hatte eine primäre Spule erhalten, die nur eine Anzapfung für die in einem anderen Kapitel vorgestellte Zugsheizung hatte.
Ein leichter Unterschied zwischen den beiden
Bauarten
gab es hier bei der Anzeige des
Primär-stromes.
Bei den Nummern 427 bis 450, wurde dieser
Strom in der
Spule
gemessen. Wobei sich hier einfach die weiteren
Fortschritte beim Bau bemerkbar machten.
Wobei sich hier einfach die weiteren Fortschritte beim Bau bemerkbar machten.
Mit Hilfe der an allen Achsen der Lokomotive montierten Erdungsbürsten, war die Primärspule mit den Schienen verbunden. Dadurch war nun ein Stromfluss möglich, der letztlich die Leistung erzeugen konnte, die für die Lokomotive benötigt wurde.
Damit abgenutzte Erdungsbürsten keine gefährliche Situation hervorrufen konnten, waren diese unterschiedlich lang ausgeführt worden und sie mussten im Unterhalt regelmässig kontrolliert werden.
Die Primärwicklung wurde, wie die später vorgestellte sekundäre Spule, aus dem leichten Alu-minium gefertigt. Dieses Metall wurde verwendet, weil es leicht war und weil man so wertvolles Kupfer sparen konnte.
Kupfer war in der Schweiz bedingt durch den Krieg zur Zeit des Baus noch nicht in genügendem Umfang vorhanden. Das bessere aber schwere Metall Kupfer wurde nur bei der dritten Wicklung für die Hilfsbetriebe verwendet.
Diese hatte gegenüber den herkömmlichen Transformatoren mit der Anordnung der Bleche in einem geschlossenen H den Vorteil, dass bei gleicher Wirkung wesentlich weniger Eisen benötigt wurde. Das reduzierte das Gewicht des Transformators zusätzlich massiv.
Die sekundäre Wicklung des Transformators hatte zwölf Anzapfungen erhalten. So entstanden hier unterschiedliche Spannungen, die für die spätere Regulierung der Spannung an den Fahrmotoren genutzt wurden. Diese Sekundärspule war zudem komplett gegenüber der Erde isoliert ausgeführt worden. Damit wurde verhindert, dass bei einem Defekt Hochspannung zu den Fahrmotoren gelangen konnte. Speziell war, dass diese Isolation von der Steuerung überwacht wurde.
Der Vorteil bei diesen Hüpfern war deren schnelle Schaltfolge und die Möglichkeit, dass auch hohe Ströme geschaltet werden konnten. Der entstehende Lichtbogen wurden dabei einfach mit Druckluft ausgeblasen und in den Löschkaminen gefahrlos ge-löscht.
Diese Spulen befanden sich im Gehäuse des Transformators und wurden daher ebenfalls durch das sich darin befindliche Trans-formatoröl isoliert und gekühlt. Zudem waren die Ströme über-wacht, so dass bei einseitiger Belastung einer Drosselspule der Hauptschalter ausgelöst wurde.
Die Schalttabelle dieser Hüpfersteuerung sah vor, dass immer vier Hüpfer so mit den Spulen verbunden wurden, dass an den Fahrmotoren eine Spannung zwischen 40 und 550 Volt entstand. Dabei waren aber bei den ersten drei Fahrstufen nicht alle erforderlichen Hüpfer geschaltet, so dass diese vier Stufen schnell geschaltet werden mussten, um einseitige Belastungen der Drosselspulen zu verhindern. Jedoch war nun die Überwachung nicht aktiv, weil die Ströme zu gering waren.
Wir haben damit eine Regelung der Spannung erhalten, die ohne Unterbruch in Stufen geschaltet werden konnte. Damit war diese nun für die Fahrmotoren bereit, sie konnte jedoch nicht direkt zugeführt werden, da die Drehrichtung der Motoren vorgängig von den Wendeschaltern bestimmt wurde. Dabei hatten die Wendeschalter keine neutrale Position mehr. Die Abtrennung eines Fahrmotors erfolgte nur noch durch das Abtrennen des Trennhüpfers.
Unterschiede gab es auch bei der Ausführung der Wendeschalter. Diese wurden bei den Nummern 427 bis 450 nur dazu ausgelegt, die Fahrrichtung zu ändern. Sie waren daher deutlich leichter, als die Modelle bei den Nummern 401 bis 426. Der Grund waren die dort erforderlichen Kontakte zum Umgruppieren der Fahrmotoren beim Einsatz der elektrischen Bremse, die bekanntlich bei den höheren Nummern nicht mehr eingebaut wurde.
Die Ansteuerung der Wendeschalter erfolgte elektropneumatisch. Dabei wurden immer zwei Wendeschalter zu einer Gruppe zusammengefasst. Das bedeute, dass bei Ausfall eines Wendeschalters gleich ein ganzes Drehgestell abgetrennt werden musste. Mit einem funktionierenden Drehgestell konnte sich die Lokomotive noch selber fortbewegen und so die Werkstatt erreichen. Zu berücksichtigen waren dabei jedoch die zulässigen Anhängelasten.
Unterschiede bei der Ausführung führten jedoch dazu, dass die Maschinen je nach Nummer unterschiedliche Kenndaten besassen.
Wir müssen daher die beiden Serien innerhalb dieser Baureihe separat betrachten und diesmal beginne ich mit den tieferen Betriebsnummern.
Bei den Lokomotiven mit den Nummern 401 bis 426 ver-wendete man achtpolige Motoren, wie sie zuvor schon bei vielen Baureihen verwendet wurden. Diese konnten zu-sammen eine maximale Anfahrzugkraft von 140 kN erzeu-gen.
Die Leistungsgrenze wurde bei 82.5 km/h erreicht und die Leistung lag nun bei 2 450 PS oder 1 860 kW. Die nun verfügbare Zugkraft betrug immer noch 80 kN, so dass letztlich auch bei Höchstgeschwindigkeit noch eine ak-zeptable Zugkraft bereitstand.
Diese Leistung führte bei diesen Lokomotiven zu einem sensationellen Verhältnis von Gewicht und Kraft. Die dabei erreichten 3 kg/PS waren bisher in der Schweiz noch nie verwirklicht worden. Damit waren die Maschinen mit den Nummern 401 bis 426 jedoch mit sehr knapp bemessenen Fahrmotoren ausgerüstet worden. Das war jedoch ein Nachteil, den man in Kauf nehmen musste, damit trotz der geringen Achslast eine hohe Leistung erreicht werden konnte.
Dieser Umstand führte bei den Lokomotiven mit den Nummern 427 bis 450 dazu, dass andere Fahrmotoren eingebaut wurden. Diese hatten zwölf Pole und waren etwas robuster gebaut worden. Ihre Drehzahl war etwas tiefer, so dass diese Maschinen bei den Zugkräften im gleichen Rahmen, wie das bei den anderen Lokomotiven der Fall war, lagen. Einzig die Leistungsgrenze wurde mit 83 km/h etwas höher angesetzt. Daher galten für diese Modelle auch die gleichen Normallasten.
Die schwereren Fahrmotoren der Nummern 427 bis 450 führte jedoch dazu, dass man dort wegen den Achslasten auf den Einbau einer elektrischen Bremse verzichten musste. Diese als Nutzstrombremse ausgeführte Einrichtung, war daher nur bei den Nummern 401 bis 426 vorhanden. Es kam dabei die bei der Baureihe Ae 4/6 erfolgreich umgesetzte Schaltung mit Erregermotor zur Anwendung. Der Vorteil dieser Schaltung lag bei der etwas höheren Leistung der elektrischen Bremse.
Trotzdem mussten bei der Baureihe Re 4/4 wegen dem geringen Gewicht einige Einschränkungen berücksichtigt werden, so dass die elektrische Bremse nicht als stark wirkend eingestuft werden durfte. Trotzdem konnte die Lokomotive mit dieser Bremse in den geforderten Gefällen ohne Probleme in der Beharrung gehalten werden. Für Verzögerungen auch auf flacheren Abschnitten war die Leistung jedoch zu gering ausgefallen.
Bei dieser Schaltung diente der von einem Erregertransformator gespeiste Fahrmotor eins als Erreger und versorgte im elektrischen Bremsbetrieb die drei anderen parallel geschalteten Fahrmotoren mit der notwendigen Erregerspannung. Damit konnten diese drei Fahrmotoren Energie in Form von Wechselstrom erzeugen. Fiel einer der Fahrmotoren wegen einem Defekt aus, konnte die elektrische Bremse nicht mehr verwendet werden.
Die so als Generatoren arbeitenden drei Fahrmotoren wurden über die Hüpfer mit dem Transformator und der Bremsdrosselspule verbunden. Sie arbeiteten daher auf die Fahrleitung und speisten so die Energie in den Fahrdraht. Zur Regelung der Bremsströme konnte die elektrische Bremse mit Hilfe der Hüpfer in acht Stufen geschaltet werden. Nachteilig war jedoch, dass damit auch einen grossen Anteil an Blindleistung ins Netz übertragen wurde.
Es bleibt noch zu erwähnen, dass die Nutzstrombremsen der Reihe Re 4/4 zwar besser wirkten, als die Lösungen nach Behn-Eschenburg bei der Reihen Ae 8/14 und Be 6/8 II, jedoch die Werte der roten Pfeile mit den Widerstandsbremsen nicht mehr erreicht wurden. Vorteilhaft war bei der Nutzstrombremse das Gewicht, das deutlich unter einer Widerstandsbremse lag. Jedoch kaufte man sich dieses mit der geringeren Leistung, die aber durchaus höher hätte sein können.
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