Немецкий электровоз Bo Bo класса 101

Введение

Немецкий электрический локомотив Bo Bo DB Class 101 – это класс трёхфазных электрических локомотивов, построенных компанией Adtranz и используемых компанией DB Fernverkehr в Германии. Всего с 1996 по 1999 год было построено 145 локомотивов, призванных заменить устаревший 30-летний класс 103 и стать флагманом Deutsche Bahn, в основном предназначенных для обслуживания маршрутов Intercity. Этот класс представляет собой последнее поколение локомотивов Deutsche Bahn. В США локомотив Bombardier ALP 46 является производным от DB Class 101. Локомотивы Bombardier Traxx имеют общую конструкторскую базу.

Предыстория

Около 1990 года стало очевидно, что существующие электрические локомотивы, обслуживающие тяжелые и быстрые (со скоростью более 160 км/ч) междугородние перевозки, локомотивы серии 103, выходили из строя. Их годовой пробег до 300 000 км, а также возросшая скорость и вес поездов, для которых эти локомотивы не были рассчитаны, приводили к увеличению износа блоков управления, тяговых двигателей и рамок тележек. Кроме того, в рамках программы DB 90 и с целью сокращения расходов, применялась теория "Движения к износу" (Fahren auf Verschleiß), что еще больше увеличивало нагрузку. Другая серия, используемая в аналогичных условиях – 60 локомотивов трехфазного типа серии 120, также достигла стадии, когда их возраст и конструкция приводили к постоянно растущим техническим проблемам. Наконец, было 89 локомотивов бывшей восточногерманской серии 112, способных развивать скорость до 160 км/ч, но эти локомотивы устарели и требовали затрат на содержание, сопоставимых с затратами на другие действующие серии. Кроме того, эта серия была своего рода политическим аутсайдером, и DB стремилась к принципиально новой конструкции, подобной трехфазным локомотивам серии 120. В начале 1991 года DB впервые объявила конкурс на разработку новых высокопроизводительных универсальных локомотивов, присвоив программе название серии 121. Были предложены проекты трехфазного универсального локомотива мощностью более 6 МВт и максимальной скоростью 230 км/ч, которые оказались слишком дорогими для DB. Кроме того, в связи с разделением перевозок на различные направления, потребность в универсальном локомотиве внезапно отпала. В декабре 1991 года был инициирован второй, общеевропейский тендер, предоставивший компаниям-участникам больше свободы для собственных идей. Было предложено более 30 проектов, мощностью от менее 4 МВт до более 8 МВт, включая головные моторные вагоны (Triebkopf) и локомотивы с одной кабиной управления (аналогичные E464, используемым в Италии). Последняя идея не была реализована DB, поскольку в ходе испытаний оказалась слишком негибкой в эксплуатации, а разница в цене была незначительной. Немецкие компании Škoda, Ansaldo и GEC Alsthom были исключены из конкурса на раннем этапе, поскольку местные методы строительства и характеристики существующих локомотивов не соответствовали требованиям DB. С другой стороны, немецкие компании Siemens, AEG и Adtranz смогли продемонстрировать свои модульные конструкции локомотивов, которые можно было адаптировать к требованиям различных заказчиков и имели множество общих элементов. Siemens и Krauss Maffei уже имели прототип EuroSprinter, серии 127, в эксплуатации, а AEG Schienenfahrzeugtechnik смогла быстро представить рабочий демонстрационный прототип своей концепции 12X, будущего 128001. У ABB Henschel не было современных прототипов, только концепция Eco2000 и демонстрация технологии, основанная на двух переоборудованных локомотивах серии 120, возраст которых составлял 15 лет. Для разработки компонентов Eco2001, ABB Henschel использовала два прототипа локомотивов серии 120 – 120 004 и 005, которые были переоборудованы ABB в 1992 году для испытания новых технологий в реальных условиях. Локомотив 120 005 получил новые электрические преобразователи мощности на основе тиристоров GTO, а также новую бортовую электронику. Локомотив 120 004 дополнительно получил гибкие тележки (flexi float bogies), адаптированные от ICE, с ведущими тягами вместо цапф, дисковые тормоза и новую биоразлагаемую охлаждающую жидкость на основе полиолестеров для главного трансформатора. Оба переоборудованных локомотива прошли большие расстояния в регулярных рейсах IC без сбоев. К удивлению многих, в декабре 1994 года DB подписала письмо о намерениях с ABB Henschel, что привело к заказу 145 локомотивов 28 июля 1995 года. Первый локомотив серии 101 был торжественно представлен 1 июля 1996 года. Этот локомотив, как и первые три локомотива этой серии, имел окраску "ориент-красный". К этому времени ABB Henschel объединилась с AEG, образовав Adtranz, и часть кузовов теперь производилась на заводе в Хеннигсдорфе, а другие – в Касселе. Кузова, изготовленные в Хеннигсдорфе, перевозились на платформах по автобану в Кассель, где они устанавливались на тележки, произведенные во Вроцлаве (Польша), и осуществлялась окончательная сборка. 19 февраля 1997 года первый локомотив серии 101 был официально введен в эксплуатацию.

Around 1990, it became apparent that the current electric locomotives serving the heavy and fast (speeds over ) Intercity services, the Class 103, were wearing out. Their annual mileage of up to , and the faster and heavier trains, for which these units had not been designed, meant increasing wear damage to the control units, traction motors, and bogie frames. In addition, as part of the Program DB 90, and to cut costs, the theory of "Drive to Deterioration" (Fahren auf Verschleiß) was employed, which increased the strain even further. Another class in similar service, the 60 units of the Class 120 three phase locomotive, had also reached a stage where both their age and their design meant ever increasing technical problems. Finally, there were 89 locomotives of the former East German Class 112, capable of speeds up to , but these units were no longer up to date, and were going to require expenditures in terms of cost of upkeep similar to the existing other classes in this service. In addition, this class was something of a political step child, and the DB wished for a truly new design along the lines of the three phase Class 120 locomotives. In the beginning of 1991, the DB first called for designs for new high performance all purpose locomotives, using the program name Class 121. Designs for an all purpose three phase locomotive with an output in excess of and top speeds of were offered, which turned out to be much too expensive for the DB. In addition, due to the separation of services into different areas of operation, suddenly an all purpose locomotive was no longer required. In December 1991 a second, Europe wide bidding process was initiated, allowing the bidding companies more room for their own ideas. Over 30 designs were offered, from below to over output, including powered head units (Triebkopf) and units with only one driver's cab (similar to the E464, in service today in Italy). The latter idea was not pursued by DB since it proved too inflexible in service trials, and the price difference turned out to be minimal. The non German firms Škoda, Ansaldo and GEC Alsthom were eliminated from the contest at an early stage, as the local construction methods and achievements of existing units did not find favour with the DB. On the other hand, German firms Siemens, AEG and Adtranz were able to shine with their modular locomotive designs which were customisable to the requirements of different customers and shared many common elements amongst each module. Siemens and Krauss Maffei already had a prototype of the EuroSprinter, class 127, in service, and AEG Schienenfahrzeugtechnik was able to very quickly present a working demonstration prototype of their concept 12X, the future 128001. ABB Henschel had no modern prototypes, but only a concept named Eco2000, and a technology demonstration based on two already 15 year old rebuilt Class 120 locomotives. To develop the components for the Eco2001, ABB Henschel used two Class 120 prototype locomotives, 120 004 and 005, which had been converted by ABB in 1992, in order to test new technologies in service. 120 005 received new electric power converters based on GTO Thyristors, as well as new on board electronics. 120 004 additionally received flexi float bogies adapted from ICE units with driving rods instead of pivot pins, disc brakes, and utilising a new biodegradable polyol ester cooling agent for its main transformer. Both of these reconfigured locomotives covered large distances in regular IC service without disruption. To the surprise of many observers, in December 1994 DB signed a letter of intent with ABB Henschel which resulted in the order of 145 locomotives on 28 July 1995. The first class 101 locomotive was ceremonially presented on 1 July 1996. This unit, as was the case for the first three locomotives of this class, carried the orient red color scheme. ABB Henschel had by this time merged with AEG to become Adtranz, and some of the bodies were now being built at the Hennigsdorf factory, while others were built in Kassel. The bodies that were manufactured in Hennigsdorf were transported by flat bed trucks via the Autobahn to Kassel, where they were attached to the bogies built in Wrocław in Poland, and assembly was finalized. On 19 February 1997, the first class 101 locomotive was officially put into service.

Конструкция кузова

Локомотивы класса 101 изначально выделяются необычно большим уклоном спереди и сзади. Кузов должен был быть максимально аэродинамичным и одновременно экономичным. По этим причинам конструкторы отказались от передней части с множеством изогнутых поверхностей. Дальнейшее заострение передней части также было отклонено, так как это привело бы к увеличению расстояния между локомотивом и вагонами в случае их разделения. Это нивелировало бы преимущество более заострённой формы из-за воздушных турбулентностей, возникающих в пространстве между вагонами. Для создания несущих конструкций подвагонного оборудования массивные С-образные профили сваривались со стальными листами различной прочности в Хеннигсдорфе и на заводе Adtranz во Вроцлаве. Буферы с обеих сторон передней части рассчитаны на выдерживание усилий до , а передняя часть под верхними окнами – до . Передняя часть кабины машиниста изготовлена из стальных листов толщиной . Передние стёкла могут использоваться с обеих сторон локомотива и просто приклеиваются к кузову без оконных рам. Крыша кабины машиниста является частью кузова, а не отдельной крышей. Четыре двери по бокам ведут непосредственно в кабину машиниста и изготовлены из лёгкого сплава. Боковые окна в кабине машиниста локомотивов класса 101 имели поворотные стёкла, чтобы избежать оконных карманов, которые часто оказывались подвержены коррозии (в классах 145 и 152 продолжали использовать утопленные окна). Все окна и двери полностью герметизированы с помощью специального уплотнительного профиля. Боковые панели кузова имеют толщину 3 мм и опираются на столбчатые профили, между которыми проложены части кабельных каналов. Боковые панели охватывают область от задней части кабины машиниста до начала наклонной секции крыши, которая является частью съёмных секций крыши. В верхней части они заканчиваются полыми профилями, на которые затем опираются секции крыши. Боковые панели соединены между собой двумя сварными поясами из стальной плиты. Крыша изготовлена из алюминия и состоит из трёх отдельных секций. Решётки вентиляторов и наклонная часть крыши относятся к секциям крыши и могут быть сняты вместе с крышей, обеспечивая доступ ко всему внутреннему оборудованию. Секции крыши опираются на боковые панели, соединительные пояса и стационарные крыши кабин машиниста, а между секциями установлена плавающая уплотнительная прокладка. Крыша полностью плоская с аэродинамической точки зрения, за исключением пантографов, сигнальных горнов и антенны для радиосвязи. Поскольку всё оборудование на крыше установлено немного ниже верхнего края крыши кабины машиниста, почти ничего не подвергается воздействию ветра – даже опущенный пантограф трудно заметить. В отличие от других немецких локомотивов, пантографы установлены «неправильно» – петли направлены внутрь. Это также обусловлено аэродинамическими соображениями: поскольку рычаг пантографа должен располагаться над центром тележек, пантографы могли бы выступать в поднятую крышу кабины машиниста. Особенностью локомотивов класса 101 являются боковые крышки рамы тележек. Они крепятся вдоль рамы и закрывают область до подшипников колёс.

The class 101 locomotives initially stand out due to an unusually large slope at the front and back. The body had to be both as aerodynamic as possible, and at the same time be as cost effective as possible. For these reasons the designers passed on a front with multiple curved areas. Further tapering of the front was also rejected, as this would have meant increasing the distance between locomotive and coaches, in cases where the two were separate. This would have negated the advantage of a more pointed front, due to the air turbulence created in the space between the vehicles. In order to build support structures for the undercarriage, massive C sections were welded together with steel plate of various strength in Hennigsdorf and in the Adtranz plant in Wrocław. The buffers at either side of the front are designed to withstand forces up to , while the front part under the top windows can handle forces up to
The front of the driver's cabs are made from thick steel plate. The front window panes can be utilised on either side of the locomotive, and are simply glued into the body without window frame. The roof of the driver's cab is part of the body, not the roof. The four doors on the sides lead directly into the driver's cabs and are made of light alloy. The side windows in the driver's cab in the class 101 featured swiveled windows, in order to avoid a window well, which often proved to be susceptible to corrosion (the windows in class 145 and 152 were continued to be counter sunk). All windows and doors are completely pressurized by means of a special sealant section. The body side panels are 3 mm thick, and are carried by columnar sections, in between which parts of the cabling channels are laid. The side panels encompass the area from the back end of the driver's cabs up to the beginning of the sloped roof section, which is part of the removable roof sections. They end toward the top in a hollow section, which then takes on the roof sections. The side panels are connected together by two welded wicket/belt made up of steel plate. The roof is made of aluminum and is made up of three separate sections. The fan grills and roof slope area belong to the roof sections, and can be removed as part of the roof, making the entire width of the body available for work on the machinery inside. The roof sections are resting on the side panels, their connecting belts, and the fixed roofs of the driver's cabs, and a floating seal is built into the sections. The roof sections are completely flat for aerodynamic reasons, with the exception of the pantographs, the signal horns, and the antenna for radio communication. Since everything on the roof is mounted just a little under the top edge of the roof of the driver's cab, almost nothing catches any wind—even a lowered pantograph is difficult to detect. In comparison to other German locomotives, the pantographs are mounted "the wrong way around"—the hinges are pointing inwards. This is also for aerodynamic reasons—since the pantograph rocker needs to be located above the center of the bogies, the pantographs would have protruded into the raised roof of the driver's cab. A special feature in class 101 units are the bogie side frame covers. They are mounted alongside the frame and cover the area down to the wheel bearings.

Коляски/грузовики

Adtranz и Henschel стремились разработать тележки для локомотивов серии 101, которые обеспечили бы максимальную гибкость для дальнейшей модернизации. Поэтому тележки были спроектированы для максимальной скорости и напрямую основаны на конструкции ICE, несмотря на то, что локомотивы серии 101 могли развивать максимальную скорость лишь. Кроме того, тележки были спроектированы для поддержки колесных пар других ширины колеи. Также возможна установка радиально регулируемой оси, как, например, в локомотивах серии 460 Швейцарских федеральных железных дорог, но DB отказалась от этой опции. Несмотря на то, что тележки серии 101 являются переработанной версией тележек поездов ICE, в их работе существуют значительные различия. Тележки локомотивов серии 101 выглядят более компактными, в то время как тележки поездов ICE кажутся менее сжатыми. Это связано с тем, что тележки для локомотивов серии 101 должны были обеспечивать устойчивость на высоких скоростях и хорошую производительность на крутых поворотах. Это потребовало использования более короткой колесной базы и больших колес. Тележки поездов ICE не нуждались в учете некоторых крутых поворотов, с которыми должны справляться поезда серии 101. В частности, колесная база была уменьшена с для ICE до для локомотивов серии 101. Использование этих компактных тележек привело к значительному снижению относительного перемещения между кузовом и тележками, и стало возможным прокладывать соединительные кабели к двигателю вне вентиляционных каналов. Это упростило конструкцию и увеличило срок службы. Тележки состоят из двух боковых главных балок и двух поперечных балок на каждом конце; средней сварной поперечной балки нет. Передача тягового и тормозного усилия от тележки к локомотиву осуществляется через два стержня, которые соединяют локомотив через цапфы с тележкой. Цапфы установлены под небольшим углом, чтобы обеспечить образование прямого угла к также слегка наклонным стержням. Стержни смонтированы на пружинах, примерно к цапфам, чтобы сбалансировать движение тележки. Полые оси, изготовленные из хромомолибденового сплава, несут массивные колеса и подшипники колесных пар на каждом конце. Колеса имеют типичный немецкий размер, , с минимальным износом в . Оси монтируются через полые валы в корпус редуктора, который вместе с тяговым двигателем обозначается как "интегрированная общая силовая передача" или IGA. И производитель, и DB надеялись на значительное снижение затрат на техническое обслуживание благодаря его выдающейся (и подтвержденной на 120 004) герметичности, предотвращающей утечку масла, что также способствует большей защите окружающей среды. Передача мощности на ось и вал осуществляется через карданный вал (также известный как шарнир Гука или шарнир Кардана) с резиновыми элементами. Два колеса каждой тележки прикреплены шестью очень большими болтами, которые видны с платформы.

Adtranz and Henschel aimed to develop bogies for the class 101 that would allow for the maximum possible latitude for future evolution. Therefore, the bogies were designed for top speeds of and are derived directly from the ICE design, even though the locomotives of class 101 were only capable of maximum speeds of In addition, the bogies were designed to be able to support the wheel set of other gauges. It is also possible to install a radially adjustable axle, such as is in service in class 460 of the Swiss Federal Railways, but the DB elected to go without this option. Notwithstanding that the class 101 bogies are redeveloped from bogies on ICE trains, there are significant differences in their operation. The bogies of class 101 units make a compact impression, while the bogies on the ICE trains do not seem quite as compressed. The reason for this is that the bogies for the class 101 locomotives needed to be designed for both high speed stability and good performance in tight curves. This necessitated the use of a shorter wheelbase and large wheels. The bogies in the ICE trains did not need to take into account some of the tight curves that the class 101 trains need to handle. Specifically, the wheelbase was reduced from for the ICE to for the class 101 units. Using these compact bogies resulted in such a significant decrease in the relative movement between body and bogies, and it became possible to run the connecting cables to the motor outside of the ventilation ducts. This simplified the construction and resulted in a longer life cycle. The bogies consist of the two lateral main beams, and the two cross beams at each end; there is no middle welded cross beam. The transfer of pulling and braking power from bogie to locomotive takes place via two rods, which connect the locomotive via pivot pin to the bogie. The pivot pins are mounted with a slight slant to enable the formation of a right angle to the also slightly slanted rods. The rods are spring mounted at about to the pivot pin, so that the movement of the bogie could be balanced. The hollow axles, made from a chrome molybdenum alloy, carry the massive wheels and the wheel set bearings at each end. The wheels are the typical German size, , with a minimum of after wear. The axles are mounted via hollow shafts into the gearbox casing, which, together with the traction motor, are designated the "integrated common drive train", or IGA. Both the manufacturer and the DB were thereby hoping for greatly reduced maintenance costs, with its outstanding (and in 120 004 proven) oil leak tightness, which is also to the benefit of greater environmental protection. The power transmission to the axle and shaft takes place via a universal joint (also known as a Hooke's joint or Cardan joint) with rubber elements. The two wheels of each bogie are attached with six very large bolts, which are visible from the platform.

Тормозная система и тяговые двигатели

На полых валах установлены два вентилируемых дисковых тормоза, для которых достаточно места благодаря отсутствию поперечной балки и цапф, как упоминалось выше. Дисковые тормоза раздельные и вентилируются изнутри. Их можно обслуживать или заменять снизу, без необходимости демонтировать всю ось. При обычном торможении в основном используется регенеративное торможение, а тяговый двигатель выполняет функцию генератора. Взаимодействие между дисковыми и регенеративными тормозами контролируется специализированным компьютером управления тормозной системой. Каждое колесо оснащено собственным тормозным цилиндром, а каждая колесная пара также имеет дополнительный тормозной цилиндр для пружинного тормоза, который функционирует как стояночный тормоз и способен удерживать локомотив на уклоне до 4%. Тяговые двигатели, выполненные без корпуса, могут развивать максимальную скорость до 3810 оборотов в минуту; передаточное число 3,95 предотвращает превышение 4000 об/мин. Максимальная мощность составляет; крутящий момент передается в . Вентиляторы тяговых двигателей управляются встроенными датчиками и питаются от электрического вспомогательного инвертора. Охлаждающий воздух транспортируется по закрытому воздуховоду, что обеспечивает чистоту машинного отделения. Этот воздух поступает в тяговый двигатель через гибкие сильфоны, проходит через "интегрированную общую трансмиссию" и отводится через отверстия в коробке передач. Каждый вентилятор обеспечивает подачу до воздуха, из которых поступает в машинное отделение. Каждый тяговый двигатель весит , а вся тележка – около . Вся тяговая передача смонтирована на вспомогательной балке в центре тележки и крепится к боковым сторонам посредством двух маятников. Такая центральная установка возможна, поскольку в тележках отсутствуют цапфы; тележка опирается на раму посредством восьми пружин flexicoil. Полученная свобода перемещения во всех направлениях ограничена гидравлическими амортизаторами и резиновыми элементами. Благодаря использованию этой подвески flexicoil удалось исключить множество компонентов, которые либо изнашивались, либо требовали дорогостоящего обслуживания.

On the hollow shafts there are two ventilated disc brakes, for which there is enough room due to the missing cross beam and pivot pin, as mentioned above. The disc brakes are separate and are ventilated from the inside. They can be serviced or replaced from below, without needing to take out the entire axle. During regular braking, primarily the regenerative brake is used, and the traction motor serves as the generator. The cooperation between disc brakes and regenerative brakes is controlled by a dedicated brake control computer. Each wheel has its own brake cylinder, and each wheel set also features an additional brake cylinder for the spring brake, which operates as the hand brake/parking brake and can secure locomotive at up to 4 percent incline. The traction motors, which are designed to be without housing, can reach top speeds of at a maximum of 3,810 revolutions per minute; the gear ratio of 3.95 prevents revolutions over 4,000/min. Maximum output is ; the torque moves at The traction motor blowers are controlled by built in sensors, and are powered by an electrical auxiliary inverter. The cooling air is transported in a closed air duct, which keeps the engine room clean. This cooling air flows into the traction motor via flexible bellows, moves through the "integrated common drive train", and is exhausted via openings in the gear box. A maximum of of air are conveyed by each blower, of which is conveyed into the engine room. Each traction motor weighs , and the entire bogie weighs in at about
The entire traction drive is mounted on an assisting beam in the center of the bogie, and attached to the outer sides via two pendulums. It is possible to mount in the center, since the bogies do not have pivot pins; the bogie is propped up above the frame by eight flexicoil springs. The resulting freedom of movement in all directions is limited by hydraulic buffers and rubber elements. By utilising this flexicoil suspension, many components, which either wore out or had to be expensively maintained, were eliminated.

Пантографы

Два пантографа типа DSA 350 SEK (отличимые по конструкции полупантографов, в отличие от полных пантографов алмазной формы) были первоначально разработаны компанией Dornier и построены в Берлине Хеннигсдорфе. Сегодня фирма Stemman Technik GmbH в Шютдорфе производит и распространяет эти устройства. Они весят…
Пантографы крепятся к крыше в трех точках с помощью винтов. Пантограф 1 соединен непосредственно через крышу с главным управляющим выключателем в машинном отделении; пантограф 2 соединен через кабельную муфту, проложенную вдоль боковой стены машинного отделения, с главным выключателем. Контактные башмаки оснащены системой контроля в случае их поломки. Внутри контактного башмака, изготовленного из графита, проходит воздушный канал, находящийся под избыточным давлением. В случае поломки воздух выходит, что приводит к автоматическому опусканию пантографа и предотвращает возможное повреждение контактного провода. Пантографы поднимаются с помощью сжатого воздуха, подаваемого под давлением 5 бар к подъемному цилиндру. Подъем пантографа занимает 5 секунд, опускание – 4 секунды. Контактный башмак прижимается к контактному проводу с регулируемым давлением между… Водитель управляет пантографом с помощью кнопки на пульте управления (режимы – Подъем, Опускание и Опускание + Пескоструйная обработка для аварийных ситуаций). Выбор используемого пантографа может быть оставлен на усмотрение машиниста, который автоматически будет использовать задний пантограф по направлению движения, или, при двойной тяге, когда два локомотива соединены, – передний пантограф на ведущем локомотиве и задний пантограф на ведомом локомотиве. В противном случае водитель может поднять один или другой пантограф, или оба одновременно, с помощью переключателя, расположенного на панели управления аккумуляторной батареи в первой кабине. Это особенно полезно при маневровых работах, когда в противном случае переход из одной кабины в другую привел бы к автоматическому переключению пантографов. При переключении пантографа сначала поднимается опущенный пантограф, и, как только он успешно прижимается к контактному проводу, опускается пантограф, находящийся в рабочем положении. Сжатый воздух для подъема и опускания пантографа, а также для системы контроля контактных башмаков, подается по двум шлангам с тефлоновым покрытием, проложенным на крыше, которые должны выдерживать напряжение контактного провода в 15 000 вольт.

The two pantographs of type DSA 350 SEK (recognizable as half pantographs, as opposed to the diamond shaped full pantographs) were originally developed by Dornier, and built in Berlin Hennigsdorf. Today, the firm Stemman Technik GmbH in Schüttdorf are manufacturing and distributing these units. They weigh
The pantographs are screw mounted to the roof at three points. Pantograph 1 is connected directly through the roof to the main control switch in the engine room; pantograph 2 is connected via a cable splice running along the side wall of the engine room to the main switch. The contact shoes are outfitted with a monitoring system in case of contact shoe breakage. Inside of the contact shoe, which is made of graphite, runs an air channel, which is overpressurised. In case of breakage, the air escapes, causing the pantograph to automatically retract, preventing possible damage to the overhead contact wire. The pantographs are raised using compressed air, which is provided at 5 bar to the lifting cylinder. Raising the pantograph takes 5 seconds, while retraction takes 4 seconds. The contact shoe pushes against the contact wire with adjustable pressure of between The driver controls the pantograph via a push button on the driver's desk (Up, Down, and Down + Sanding for emergency cases are the settings). The choice of which pantograph to use can be left up to the locomotive by the driver, which would automatically use the back pantograph in the direction of travel, or, in double heading, where two locomotives are coupled, it would be the front pantograph on the front locomotive, and the back pantograph on the back locomotive. Otherwise the driver, using a switch located on the battery control table in driver's cab 1, may raise one or the other, or both together. This is primarily an advantage during shunting/switching operation, where otherwise the change from one driver's cab to the other would mean the automatic switching from one pantograph to the other. In cases where the pantograph is being switched, the unit that was in the down position is lifted first, and once it is successfully pushed up against the contact wire, the pantograph that was in service is lowered. The compressed air for the lifting and lowering of the pantograph, as well as for the contact shoe monitoring system, are supplied via two teflon coated hoses on the roof, which have to withstand the 15,000 volts of contact wire voltage.

Программное обеспечение и другие системы управления

Устройства класса 101 оснащены системой автоматического управления приводом и тормозами (AFB, или Automatische Fahr und Bremssteuerung), которая помогает машинисту и обеспечивает наилучшее ускорение и торможение при любых возможных условиях. AFB также может поддерживать локомотив на постоянной скорости. Класс 101 также был оснащен системой Superschlupfregelung ("контроль проскальзывания"), которая контролирует максимальное количество оборотов колес в минуту и может автоматически ограничивать их, чтобы избежать повреждения поверхности колеса или включения пескоструйной системы. Это позволяет максимизировать силу сцепления между колесом и рельсом. Эта система требует очень точных данных о текущей скорости, что привело к установке радарной системы в пол локомотива, которая передает необходимые данные о скорости в компьютерную систему. Однако оказалось, что радар был избыточен, и эта система управления хорошо функционирует без данных, предоставляемых радаром. Локомотивы также оснащены разработанной ABB компьютеризированной 16-битной системой управления MICAS S. Контроль, мониторинг и диагностика транспортного средства осуществляются посредством шинной системы. Этот тип системы значительно сократил количество проводки, особенно по сравнению с классом 120; большая часть проводки размещена в боковых стенах кузова. Центральный блок управления (ЦУ), являющийся основой системы, установлен дважды для обеспечения резервирования. Все данные, собираемые различными бортовыми системами, отправляются в ЦУ для обработки, а все команды, влияющие на работу транспортного средства, исходят от ЦУ. ЦУ состоит из 4 процессоров, которые контролируют управление поездом и системы безопасности, включая систему бдительности машиниста. Система безопасности также включает в себя PZB 90, которая обеспечивает соблюдение сигналов и других правил (например, приближение к запрещающему сигналу на высокой скорости, превышение установленной скорости) и может остановить поезд с помощью экстренного торможения при необходимости. Еще одна система безопасности – LZB 80, которая поддерживает постоянный контакт поезда с центральным диспетчерским пунктом, где осуществляется мониторинг местоположения и скорости всех поездов на линии. На локомотивах 101 140–144 тестируется Европейская система управления поездом (ETCS), выполняющая аналогичные функции, но предназначенная для использования в общеевропейском масштабе. В систему управления также входит электронное расписание EBuLa, которое помогает отслеживать плановое время, скорости, временные ограничения скорости и другие отклонения от графика на линии и установлено на каждом поезде DB AG. Диагностическая система DAVID также была усовершенствована на основе версии, используемой в ICE, в классе 101. Эта система позволяет контролировать и диагностировать неисправности, а также предоставлять водителю и депо технического обслуживания возможные решения в режиме реального времени. Кроме того, время технического обслуживания сокращается, поскольку депо может подготовиться к уже выявленным проблемам, запрашивая информацию из системы в любое время, а не только в определенных точках сети, как в случае с версией ICE этой системы.

The class 101 units feature the automatic drive and brake control system (AFB, or Automatische Fahr und Bremssteuerung), which assists the driver and enables the best possible acceleration and braking under all possible conditions. The AFB can also keep the locomotive at a constant speed. Class 101 also was outfitted with the Superschlupfregelung ("super slip control"), which controls the maximum number of rotations of the wheels per minute, and can automatically limit the rotations in order to avoid damage to the wheel surface or switch on the sand. This enables the maximization of the functional grip between wheel and rail. This system requires very precise information on the current speed, which resulted in the installation of a radar system into the floor of the locomotive, which sends the required speed data to the computer system. It turned out that the radar was unnecessary, and that this control system functions well without the data provided by the radar. The locomotives also feature the ABB developed computerized 16 bit control system MICAS S. The control, monitoring, and diagnosis of the vehicle is done by a bus system. This type of system meant a large reduction in the amount of wiring, especially as compared to the class 120; much of the wiring is accommodated in the side walls of the body. The central control unit (ZSG), which is at the core of the system, is present twice for redundancy. All data that is collected by the various on board systems is sent to the ZSG for processing, and all commands that affect the vehicle are originated by the ZSG. The ZSG consists of 4 processors, which monitor the train controls and safety systems, including the dead man's system. The safety system also includes the PZB 90, which enforces the adherence to signals and other regulations (i. e. approach to a stop signal at high speed, violations of prescribed speed) and may stop the train via emergency braking if necessary. Yet another safety system is the LZB 80, which keeps the train in constant contact with a central control point, where all trains on a line are monitored for location and speed. In the locomotives 101 140 to 144 the European Train Control System (ETCS) is being tested, which serves similar functions are just described, but is meant to do so on a Europe wide basis. Also included in the control systems is the electronic time table EBuLa, which assists in the tracking of scheduled times, speeds, temporary speed restrictions, and other irregularities on the line which is installed on every train of the DB AG. The diagnostic system DAVID was also further developed from the ICE version in class 101. This system enables the monitoring and diagnosis of failures, and delivers possible solutions in real time to the driver and the maintenance depot. In addition, maintenance times are shortened, since the maintenance area can prepare for issues already identified by querying the system at any time, as opposed to just at certain points in the network, as is the case for the ICE version of this system.

Развертывание

Первоначальный план предусматривал базирование локомотивов класса 101 в одном из главных узлов междугороднего сообщения в Германии, а именно во Франкфурте. Необходимые там перецепки локомотивов, обусловленные типом станции, позволяли бы оптимально согласовать графики движения и технического обслуживания этих локомотивов. Однако впоследствии выяснилось, что из-за постоянно растущего числа поездов ICE с головными вагонами, прибывающих во Франкфурт, решения DB использовать для подхода к вокзалу Франкфурта только поезда системы "тяни-толкай", а также значительных инвестиций, необходимых для строительства нового высокотехнологичного депо на станции, этот план был пересмотрен. Одновременно на хорошо зарекомендовавшем себя депо ICE в Гамбурге-Эйдельштедте образовались свободные мощности, поскольку депо было рассчитано на 14 центральных вагонов ICE, а использовалось только 12. Эти свободные мощности теперь были задействованы для обслуживания локомотивов класса 101. В первые годы работы депо производитель Adtranz, для выполнения гарантийных обязательств, разместил в Гамбурге-Эйдельштедте бригаду из 15 сотрудников. В 2002 году там продолжали работать два представителя Adtranz. Базирование локомотивов класса 101 в Гамбурге оставалось более экономически выгодным для DB, чем строительство нового депо в другом месте, даже несмотря на необходимость найма новых машинистов в Гамбурге для выполнения иногда сложной, но необходимой маневровой работы. Расположение базы на относительном "удаленном посту" на севере Германии также создавало проблемы с планированием работы локомотивов. Каждые 100 000 км локомотивы класса 101 отправляются в Гамбург для прохождения периодического осмотра (Frist), где устраняются незначительные технические неисправности. В этом депо также имеется подфрезерный станок для восстановления профиля колёсных пар. В первые годы капитальный ремонт локомотивов осуществлялся на главном железнодорожном ремонтном заводе (Ausbesserungswerk, или AW) в Нюрнберге; из-за нехватки мощностей на этом заводе, иногда ремонт производился непосредственно на заводе производителя в Касселе. В настоящее время капитальный ремонт локомотивов класса 101 осуществляется на AW в Дессау.

The original plan called for the class 101 to be based in one of the main intercity traffic hubs in Germany, namely Frankfurt. The locomotive changes made necessary there by its terminus type station would allow for the ideal alignment of running schedules and maintenance work of these locomotives. It then turned out that, due to the ever increasing number of ICE trains with control cars arriving in Frankfurt, the DB decision to only run push pull type trains into Frankfurt station, and the necessary high investment to create a new high tech train depot at the station, this plan was reevaluated. At the same time, spare capacity was created at the well regarded ICE depot in Hamburg Eidelstedt, since the depot there was built to hold 14 center carriage ICE trains, and only 12 center carriages were being used. This spare capacity would now be used for the maintenance of the class 101 units. During the first years in this depot, the manufacturer Adtranz, in order to fulfill their warranty obligations, housed a team of 15 employees in Hamburg Eidelstedt. In 2002 there were still two Adtranz representatives present. Basing the class 101 locomotives in Hamburg still seemed more cost efficient to the DB than the construction of a new depot somewhere else, even though it meant the hiring of new drivers in Hamburg for the sometimes complicated, but necessary shunting/switching work. The base at a relative "outpost" in the far north of Germany also created problems with the service scheduling of the units. Every 100,000 km, the class 101 locomotives are sent to Hamburg for their periodic maintenance check (Frist), where minor technical issues are addressed. This depot also features an underfloor lathe for the reprofiling of the tyres. The locomotives were sent to the main railway workshop (Ausbesserungswerk, or AW) in Nuremberg for major maintenance during the first years; because of capacity issues at this AW, they sometimes were sent to the manufacturer in Kassel instead. Currently, the AW in Dessau is responsible for the major maintenance work on class 101 units.

Отзыв

После уже выведенного из эксплуатации локомотива 101 144, 101 112 стал вторым локомотивом, выведенным из эксплуатации в декабре 2020 года. Поставка новых составов ICE привела к избытку локомотивов. Первые два локомотива, 101 112 и 101 119, были отправлены на утилизацию в Опладен в сентябре 2021 года после демонтажа пригодных для повторного использования запасных частей. Поскольку Deutsche Bahn также планирует замену парка IC1 в ближайшие годы, ожидается, что локомотивы серии 101 начнут выводиться из эксплуатации с 2023 года; возможно их использование компанией DB Cargo, но в настоящее время в них нет необходимости.