Die Elektrolokomotive ES64F4 ist eine Lokomotivenplattform von Siemens Mobility (vormals Siemens Transportation Systems) und Mitglied der EuroSprinter-Familie. In Deutschland sind sie vor allem als Baureihe 189 der Deutschen Bahn im Einsatz. Sie sind in allen vier in Europa üblichen Bahnstromsystemen einsetzbar. Im britischen Netz können die Lokomotiven wegen der dortigen engeren Fahrzeugbegrenzungslinie nicht eingesetzt werden, abgesehen von der Schnellfahrstrecke High Speed 1. Drehgestelle für die Breitspuren in Spanien, Portugal, Finnland sowie in mehreren Ländern Osteuropas wären technisch möglich, breitspurige Ausführungen wurden jedoch nicht bestellt. Viersystemlokomotiven sind in den Breitspurnetzen allerdings auch nicht notwendig. Für die verschiedenen Bahngesellschaften können die jeweils erforderlichen Zugbeeinflussungskomponenten als „Paket“ installiert werden.
Technische Merkmale Allgemeines Bei den Fahrzeugen des Typs ES64F4 handelt es sich um Streckenlokomotiven für den interoperablen Güterverkehr mit zwei Endführerräumen und der Radsatzanordnung Bo’Bo’. Um den unterschiedlichen Anforderungen der Betreiber gerecht zu werden, wurden verschiedene Varianten realisiert. Die Betriebsmasse der vierachsigen Lokomotiven beträgt je nach Ausstattung ca. 87 Tonnen. Die Wagenkästen sind für den Einbau von UIC-Mittelpufferkupplungen und vergleichbarer Kupplungen in europäischer Höhe vorbereitet.
Die Maschinenräume der Fahrzeuge haben einen geraden Mittelgang, an dessen Seiten alle Gerüste und Schränke angeordnet sind. Der Mittelgang verbindet die beiden Führerräume. In einem Kanal unter dem Mittelgang verlaufen die elektrischen Steuer- und Druckluftleitungen.
Wagenkasten Der selbsttragende Wagenkasten ist in Differentialbauweise ausgeführt und besteht aus den Hauptbaugruppen Untergestell, den beiden Führerhäusern und den beiden Seitenwänden. Das Untergestell wiederum besteht aus zwei äußeren und einem mittleren Längsträger mit Kopfstücken an den Enden und Querträgern für die Drehgestelle und den Haupttransformator. Die Kopfstücke nehmen die Zug- und Stoßeinrichtung auf und sind als Deformationselemente ausgebildet. Als Stoßeinrichtung wurden neu entwickelte Hochleistungspuffer mit Energieverzehrelementen eingesetzt. Zur Übertragung der Zug- und Bremskräfte zwischen Wagenkasten und Drehgestell werden wie bei den Lokomotiven der Baureihe 152 Drehzapfen mit quadratischem Querschnitt verwendet. Die Seitenwände bestehen aus gesickten Blechen, die mit senkrechten Stahlprofilen verstärkt sind.
Dächer Drei abnehmbare Dachsegmente bilden das Dach über dem Maschinenraum. Im Gegensatz zur Baureihe 152 sind die Dachschrägen nicht in den Wagenkasten, sondern in die Dächer integriert. Die Dachschrägen sind notwendig, um die Fahrzeugbegrenzungslinie einzuhalten.
Die Anordnung der Komponenten auf den Dächern ist modular aufgebaut. Je nach Variante und den damit verbundenen Anforderungen an die verschiedenen Bahnstromsysteme wurde das Dachlayout entsprechend ausgeführt. Durch den modularen Aufbau sind grundsätzlich auch nachträgliche Änderungen möglich.
Auf den beiden äußeren Dachsegmenten können jeweils bis zu zwei Stromabnehmer angeordnet werden. Die eingesetzten Stromabnehmer unterscheiden sich je nach Einsatzgebiet im Material und in der Breite der Schleifleisten. Auf dem mittleren Dachsegment finden Überspannungsableiter, Systemwahlschalter, Wechselspannungshauptschalter, Trenn-/Erdungsschalter und Dachdurchführungen ihren Platz. Die Verbindung der einzelnen Komponenten auf dem Dach erfolgt über Stromschienen, Stromrohre und/oder Trossen. Stromschienen werden hauptsächlich zur Führung von Gleichstrom, Stromrohre und Trossen zur Führung von Wechselstrom verwendet.
In den beiden äußeren Dachsegmenten sind außerdem die Lüftungsgitter für die Fahrmotorlüfter, die Kühlanlagen, das Hilfsbetriebeumrichtergerüst, den Maschinenraum-Luftauslass und den Bremswiderstand eingebaut. Auf dem mittleren Dachsegment befinden sich außerdem die Makrofone. Verschiedene Dachantennen sind über alle Dächer verteilt.
Drehgestelle Die beiden Drehgestelle sind als vollständig geschweißte, geschlossene Rahmenkonstruktion ausgeführt. Die beiden gekröpften Drehgestell-Längsträger sind durch zwei Kopfquerträger und einen Mittelquerträger miteinander verbunden. In den Mittelquerträger taucht der tief angelenkte Drehzapfen ein. Der Wagenkasten stützt sich über insgesamt acht paarweise, quer zur Fahrtrichtung angeordnete Flexicoil-Schraubenfedern auf die Drehgestelle ab. Der Antrieb erfolgt über einen Tatzlagerantrieb. Die Fahrmotoren sind jeweils über eine Pendelstütze am Mittelquerträger des Drehgestells abgestützt, während das Getriebegehäuse mit Ritzel und Großrad ungefedert auf der Radsatzwelle sitzt. Die Primärfederung zwischen Drehgestellrahmen und Radsatzlagergehäuse erfolgt je Fahrzeugseite über zwei kurze Schraubenfedern mit Dämpfern. Die Übertragung der Längskräfte erfolgt über horizontale Dreieckslenker. Diese weisen in Längsrichtung eine geringere Federsteifigkeit auf als in Querrichtung, bedingt durch die besondere Form der Silentbuchsen an den Radsatzlagern. Hierdurch erfolgt eine passive Radialstellung der Radsätze bei Bogenfahrten. An den Kopfquerträgern sind die Bremszangen und an den Radscheiben die Bremsscheiben der Scheibenbremsen befestigt.
Gegenüber der Baureihe 152 wurde der Achsstand von 3000 mm auf 2900 mm verkürzt. Außerdem wurde die Kröpfung der Drehgestell-Langträger vergrößert, um längere Sekundärfedern einbauen zu können. Hintergrund dieser Maßnahmen war die notwendige Reduzierung der Querkräfte im Bogen.
Die Lokomotiven verfügen über eine elektrische Bremse und Scheibenbremsen. Diese sind wegen der vergleichsweise geringen zulässigen Höchstgeschwindigkeit von 140 km/h und aus Kostengründen als Radscheibenbremsen ausgeführt, der Hochleistungsantrieb mit abgefederten Bremswellen (HAB) der Lokomotiven des Typs ES 64 U2 wurde nicht verwendet. Die Konstruktion der Lokomotive ist jedoch so ausgelegt, dass auch eine Version mit einer Höchstgeschwindigkeit von 230 km/h möglich ist.
Einige Lokomotiven wurden mit aktiven Drehdämpfern ausgerüstet.
Hauptstromkreis mini|links|189 929 in Hersbruck Als Viersystemlokomotiven sind die Fahrzeuge in allen vier in Europa üblichen Bahnstromsystemen einsetzbar. Es sind zwei Oberspannungskreise vorhanden, einer für den Betrieb in Wechselspannungsnetzen und einer für den Betrieb in Gleichspannungsnetzen.
Die Stromabnehmer sind mit dem Wechselspannungshauptschalter und dem Systemtrenner verbunden. Letzterer trennt und erdet den Gleichspannungskreis im Wechselspannungsbetrieb. Der Wechselspannungshauptschalter ist über eine Hochspannungsleitung mit dem unterflur angeordneten Haupttransformator verbunden. Die vier Traktionswicklungen auf der Sekundärseite des Haupttransformators sind jeweils mit einer Zwischenanzapfung ausgestattet, so dass sowohl bei 25 kV als auch bei 15 kV die gleiche Spannung an den Traktionsstromrichtern anliegt. Die Leistungselektronik der Traktionsstromrichter sind in IGBT-Technik ausgeführt. Jeweils ein Traktionsstromrichter versorgt die zwei Fahrmotoren eines Drehgestells. Ein Traktionsstromrichter besteht aus zwei Netzstromrichtern, die jeweils mit einer Sekundärwicklung verbunden sind und als Vierquadrantensteller arbeiten, aus einem Gleichspannungszwischenkreis und aus zwei Motorstromrichtern, die jeweils einen Fahrmotor speisen. Zur Glättung der Gleichspannung im Zwischenkreis sind Stützkondensatoren und Saugkreis vorhanden. Die Motorstromrichter wandeln den Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom um und versorgen die Fahrmotoren einzeln. Dadurch können diese auch einzeln geregelt und der Kraftschlussbeiwert Rad-Schiene optimal ausgenutzt werden.
Beim Betrieb in Gleichstromnetzen fließt der Strom über den geschlossenen Systemtrenner zum Gleichspannungshauptschalter, der im Maschinenraum im 3-kV-Gerüst integriert ist. Vom Gleichspannungshauptschalter fließt der Strom über die Sekundärwicklungen des Haupttransformators, die als Netzfilterdrosseln dienen, direkt in die Zwischenkreise der Traktionsstromrichter. Als Besonderheit der Fahrzeuge werden die Fahrmotoren unter 1,5 kV Gleichspannung in Dreieckschaltung und unter 3 kV Gleichspannung in der Sternschaltung betrieben. Dadurch kann unter 1,5 kV eine Leistung von 4,2 MW erreicht werden.
Die Stromrichter ermöglichen zusammen mit der elektrischen Bremse auch eine Bremsstromrückspeisung mit einer theoretischen Bremsleistung von 6,4 MW im Wechselspannungsbetrieb. Aus Gründen der Entgleisungssicherheit ist die Bremskraft mit Ausnahme der Variante F auf 150 kN begrenzt. Bei nicht aufnahmefähigen Bahnstromnetzen wird die Leistung mithilfe von Bremsstellern aus den Zwischenkreisen entnommen und mit Bremswiderständen in Wärme umgewandelt.
Bordnetz Aus den Zwischenkreisen werden auch die Tiefsetzsteller der beiden Hilfsbetriebeumrichter gespeist, die die Hilfsbetriebe des Fahrzeugs mit 440 V Dreiphasenwechselstrom versorgen. Jedem Traktionsstromrichter-Zwischenkreis sind zwei Tiefsetzsteller fest zugeordnet. Jeder Hilfsbetriebeumrichter hat zwei Ausgänge mit einer variabler Frequenz zwischen 2 und 60 Hz. Die Verbraucher des Hilfsbetriebenetzes sind auf die vier Hilfsbetriebeumrichterausgänge aufgeteilt, wobei zwei Ausgänge die frequenzvariablen Verbraucher, und zwei Ausgänge die frequenzfesten Verbraucher speisen. Die frequenzvariablen Ausgänge steuern die Fahrmotorlüfter, die Kühlanlagenlüfter und den Bremswiderstandslüfter. Die frequenzfesten Ausgänge versorgen den Luftpresser, das Batterieladegerät, die Hilfsbetriebeumrichter-Lüfter, die Wasserpumpen und die Lüfter der Stromrichter, die Transformatorpumpen, die Steckdosen, die Hochdrucklüfter für den Druckschutz in den Führerraumen, sowie die Klimaanlagen und Zusatzheizungen an. Die Frequenz des frequenzvariablen Hilfsbetriebenetzes wird dem Leistungsbedarf angepasst.
Neben dem Drehstromnetz verfügen die Fahrzeuge über ein 110-V-Bordnetz, das vom Batterieladegerät gespeist wird.
Zugsammelschiene Obwohl die Maschinen in erster Linie für den Güterverkehr bestimmt sind, können sie auch im Reisezugdienst eingesetzt werden, da sie mit Anschlüssen zur Speisung der Zugsammelschiene und der UIC-Leitung ausgerüstet sind. Im Gleichspannungsbetrieb wird die Zugsammelschiene direkt aus dem Oberspannungskreis gespeist. Im Wechselspannungsbetrieb wird die Zugsammelschiene über eine eigene Sekundärwicklung im Haupttransformator gespeist. Diese verfügt über eine Zwischenanzapfung, mit der zwischen 1000 V unter 15 kV bei 16,7 Hz und 1500 V bei 25 kV bei 50 Hz umgeschaltet werden kann. Die Heizdosen an den Fahrzeugenden sind abschließbar.
Druckluft und mechanische Bremsen Die Druckluft wird von einem mit einem Drehstrommotor angetriebenen Schraubenluftpresser erzeugt, der im Maschinenraum im Druckluftgerüst angeordnet ist. Zwei Hauptluftbehälter mit je 500 l Volumen sind unterflur angeordnet. Im Druckluftgerüst sind alle Betätigungs- und Steuergeräte für die Druckluft- und Bremsausrüstung zusammengefasst. Die meisten pneumatischen Komponenten sind auf einer Bremstafel angeordnet.
Die Fahrzeuge sind mit einer mehrlösigen, indirekt wirkenden, selbsttätigen Druckluftbremse, einer elektropneumatischen direkten Zusatzbremse und einer Federspeicherbremse als Festhaltebremse für das Fahrzeug ausgerüstet. Je Radsatz wirken zwei Kompaktbremszangen auf die Radbremsscheiben. Je Radsatz ist ein Bremszylinder mit einem Federspeicherbremszylinder ausgerüstet.
Kühleinrichtungen