Honzíkovy vláčky

Historie kolejové dopravy v Německu (XI. díl), aneb Elektrické lokomotivy (3)

Autor: RNDr. Jan Plutnar, Ph.D. Vydáno: 15.2.2016

Poslední skupinou elektrických hnacích vozidel, o které zatím v našem seriálu v podstatě nebyla řeč, jsou – lokomotivy. Pokusy s různými typy napájení lokomotiv ukázaly již koncem 19. století, že stejnosměrné napětí není k napájení elektromotorů s velkým výkonem příliš vhodné. Praktické experimenty společnosti St. E. S. potvrdily, že nejvhodnější pro pohon lokomotiv je třífázové střídavé napětí, které umožňuje konstrukci velmi výkonných strojů.

Problémy s praktickou realizací trolejového rozvodu (technologie frekvenčního měniče nebyla v té době k dispozici, třífázové napětí muselo být vedeno třemi trolejemi), a nejen to, vedly záhy k upuštění od plánů na využitím třífázového napětí jako zdroje energie pro pohon lokomotiv.

Optimálním kompromisem se ukázalo napájení jednofázovým střídavým napětím. První do běžného provozu nasazenou lokomotivou poháněnou motorem napájeným střídavým napětím byla lokomotiva LAG 1, která vodila vlaky na již dříve zmíněné Ammergaubahn v letech 1905 – 1954. Necelých 24 t vážící lokomotiva s trvalým výkonem 160 kW byla vyrobena společností Siemens-Schuckertwerke a byla určena pro nákladní vlaky (na trati v té době přepravu cestujících zajišťovaly čtyři elektrické motorové vozy). Postupně byly na tuto trať do roku 1930 nasazeny ještě další čtyři elektrické lokomotivy; všechny stroje, LAG 1 až 5 dostaly poetická dívčí jména – Katharina, Pauline, Hermine, Johanna a Adolphine (i když je jistě otázkou do diskuse, do jaké míry lze u lokomotivy provozované v roce 1930 v Bavorsku jméno „Adolphine“ považovat za poetické…).

Obr. 1 – První elektrická lokomotiva poháněná střídavým proudem, LAG 1 (E 69 01) „Katharina“ v muzeu v Freilassingu

Do jisté míry živelná elektrifikace tratí v prvních 14 letech 20. století (do vypuknutí 1. světové války) dala vzniknout mnoha jedinečným a krásným elektrickým lokomotivám. Na počátku roku 1924 se po elektrifikovaných tratích prohánělo 114 elektrických lokomotiv zhruba dvaceti různých typů. Dalších 163 strojů bylo rozestavěno a stavba 42 naplánována. Stejně jako v případě parních lokomotiv se ale ukázala tato typová pestrost ekonomicky neúnosnou.

Obr. 2 – Pruská rychlíková elektrická lokomotiva řadu ES 09 – 19 (později E 01 09-19) provozovaná v letech 1914 – 1929 ve středním Německu

Obr .3 – Bádenská elektrická lokomotiva A1

Proto bylo v roce 1922 rozhodnuto, opět stejně jako v případě parních lokomotiv, zredukovat škálu provozovaných (a nadále vyráběných) elektrických lokomotiv na sedm typových řad, a to: E06, E16, E32, E52, E77, E79 a E91, přičemž v případě řad E06 a E79 se jednalo o již existující typy bavorské, resp. pruské lokomotivy. Aby byl zajištěn dostatečný počet strojů pro plánovaná rozšíření elektrifikovaných tratí v Bavorsku, středním Německu a Slezsku, mělo být vyrobeno 135 lokomotiv těchto řad. V roce 1924 byl tento počet navýšen o dalších 35 kusů.

Na základě zkušeností, postupně získávaných provozem elektrické trakce nejen v Německu, byla v 30. letech vytvořena tzv. druhá typová řada elektrických lokomotiv. Patří mezi ně řada univerzálních lokomotiv E44 (první sérově vyráběná elektrická lokomotiva, které bylo vyrobeno více než 100 kusů, celkem 187; poslední z nich byly pravidelně provozovány ještě v 90. letech), nákladních lokomotiv E93 a z ní odvozených E94 (známý „Krokodýl“, stejně jako stroje řady E44 sloužil ještě v 90. letech), lehkých rychlíkových lokomotiv E04 (které byly konstrukčně odvozeny z řady E17) a těžkých rychlíkových lokomotiv E18 (s maximální rychlostí 150 km/h) a z ní odvozená E19 s maximální provozní rychlostí 175 km/h (při testovacích jízdách dosáhla maximální rychlosti 225 km/h). Vypuknuvší válka další modernizace odsunula až do 50. let.

Obr. 4 – Těžká nákladní lokomotiva řady E 93 používaná v letech 1933 – 1984, známý Krokodil

Ze 746 elektrických lokomotiv, které před rokem 1945 Říšské dráhy provozovaly, jich v západních okupačních zónách zůstalo 456 z toho provozuschopných pouze 231, přibližně polovina. Po měnové reformě v roce 1948 a v atmosféře postupně se lepšícího hospodářství byla obnovena myšlenka elektrifikace dalších železničních tahů. Při výběru mezi modernizací osvědčených strojů řad E18, E19, E44 či E94 a vývojem nových lokomotiv padla volba na konstrukci a výrobu zcela nových typových řad. Při jejich vývoji měly být také zohledněny zkušenosti a objevy, které se podařilo získat během války.

Z této tzv. třetí vývojové řady postupně vyšla typová řada rychlíkových lokomotiv E10, nákladních lokomotiv E40, lehkých lokomotiv pro osobní dopravu E41, těžkých nákladních lokomotiv E50 či populární řada těžkých rychlíkových lokomotiv E03, která byla konstruována na maximální provozní rychlost 200 km/h. Konstrukčně upravená lokomotiva této řady, konkrétně stroj 103 118-6 dosáhl 12. září 1973 na trati mezi Güterslohem a Neubeckumem rychlosti 252,9 km/h, čímž překonal sedmdesát let starý rychlostní rekord elektrických lokomotiv z roku 1903. Další stroj této řady, konkrétně 103 003-0 tento rekord o necelých dvanáct let později překonal znovu, rychlostí 283 km/h. A do třetice, lokomotiva 103 222-6 byla v roce 1989 homologována pro maximální rychlost 280 km/h. V provozu je dodnes.

Obr. 5 – První vyrobená lokomotiva řady E03 (103), dnes v muzeu v Koblenzi

S rozvíjející se elektrifikací tratí v Sársku a Porýní-Falci se objevily požadavky na lokomotivy, schopné zajistit přejezd vlaků mezi německou a francouzskou napájecí soustavou a také mezi německou a holandskou (3 kV ss) a belgickou (1,5 kV ss). Pro tento účel byly na přelomu 50. a 60. let vyvinuty a do provozu uvedeny dvousystémové lokomotivy řady E320, určené kromě napájecí soustavy 15 kV/16²/₃ Hz také pro napájecí soustavu 25 kV/50 Hz. V polovině 60. let pak byla následována řadou E310, ze které v 70. letech vyšla řada 181.2. Později, v roce 1965, pak bylo vyrobeno pět čtyřsystémových lokomotiv řady E410, ve kterých byly poprvé aplikovány tyristorové usměrňovače. Prvního pravidelného nasazení se dočkaly v čele rychlíků mezi Kolínem nad Rýnem a belgických Lutychem (Liège) v roce 1969. Ovšem brzy se ukázalo, že systémy lokomotivy způsobují problémy belgickému zabezpečovacímu systému, a tak byly z těchto spojů poměrně záhy (v roce 1971) staženy a dosloužily v roli dvousystémových lokomotiv na osobních vlacích do Francie a Lucemburska.

Návrat k napájení lokomotiv třífázovým elektrickým proudem

V 80. letech 20. století dosáhl vývoj elektrotechniky takového stupně, který umožnil návrat k původní myšlence pohonu lokomotiv třífázovým elektrickým proudem. Frekvenční měniče instalované v lokomotivě umožnily transformaci jednofázového střídavého napětí na třífázové, použité k napájení asynchronního motoru. Lokomotivy řady 120, vyráběné mezi lety 1979 – 1989, se staly prvními sériově vyráběnými lokomotivami s tímto typem motoru na světě. Stroje s trvalým výkonem 5,6 MW a maximální provozní rychlostí 200 km/h představují zlom ve vývoji elektrických lokomotiv – technologie třífázového asynchronního motoru umožnila výrazným způsobem zvýšit výkon lokomotiv a zároveň snížit jejich hmotnost i spotřebu energie.

Srovnejme si vývoj některých parametrů německých elektrických lokomotiv v průběhu 20. století na příkladu dvou strojů, které od sebe dělí přibližně sedmdesát let vývoje. Lokomotiva Královských bavorských státních drah typu EP3 byla vyráběna v letech 1914/15, její služební hmotnost byla 82,3 t, trvalý výkon 480 kW a maximální rychlost 80 km/h. Na jeden kilowat výkonu připadá přibližně 170 kg hmotnosti. Lokomotivy řady 120 s asynchronním motorem, vyráběné v 80. letech, mají služební hmotnost 84 t, trvalý výkon 5,6 MW a maximální rychlost 200 km/h. Na jeden kilowat výkonu tedy máme 15 kg hmotnosti. Použijeme-li poměr hmotnosti a výkonu jako parametr efektivnosti stroje, což do značné míry možné je, zvýšila se efektivnost německých elektrických lokomotiv v průběhu století více než desetinásobně!

Obr. 6 – První generace lokomotiv typu TRAXX, řada 146

Počátkem 90. let vyvstala s blížícím se koncem životnosti strojů třetí vývojové řady otázka volby jejich nástupců. S výjimkou lokomotiv řady 120 nebyly od 60. let vyvinuty žádné nové typy lokomotiv, které by odrážely technologický pokrok. Vývoj univerzální lokomotivy vycházející z této typové řady (plánovaná řada 121) byl po dvou prototypech zrušen – reforma DB směřující k rozštěpení na víceméně nezávislé menší společnosti upřednostňovala spíše specializovanější stroje. A tak se objevují, na konci tisíciletí vyráběné, stroje řady 101, určené pro expresní osobní dopravu. S výkonem 6,4 MW a maximální rychlostí 220 km/h je lze spatřit zejména v čele vlaků kategorie Intercity. Nové stroje řady 152 určené pro nákladní dopravu, pak nahradily stroje staré řady E50 z 50. let.

Současný vrchol vývoje lokomotiv

Na přelomu století se na německých tratích objevují lokomotivy typové řady TRAXX firmy Bombardier. Řada TRAXX představuje velmi univerzální, modulární platformu konstrukce elektrických a diesel-elektrických lokomotiv, která je technologicky na vrcholu současného vývoje. Konstrukčně vychází z prototypu AEG 12X firmy AEG z poloviny 90. let (která se později stala součástí koncernu Bombardier), jehož první nasazovanou variantou byla řada 145 a později navazující řada 146 určená pro regionální dopravu. Řadu TRAXX lze do značné míry považovat za vyvrcholení snahy o maximální sjednocení a zjednodušení výrobního programu lokomotiv („Einheitslokomotiven“), která se poprvé objevuje ve 20. letech. Pro všechny typy strojů této řady je společná konstrukce podvozku, karoserie, třífázový asynchronní indukční motor a brzdy, ostatní výbavou mohou být přizpůsobeny pro provoz pod jakoukoliv napájecí soustavou či jejich kombinací. Existují i varianty s dieselovým motorem jako zdrojem energie.

V současné době je produkována již třetí generace těchto lokomotiv, které se po německých kolejích prohánějí v počtu přibližně 700 kusů řad 145, 146, 185, 186, 187, 245, 246 a 285 (DB). Nelze si ovšem nevšimnout jednoho z vedlejších projevů univerzálnosti těchto strojů – rozdíly v jejich vzhledu jsou opravdu minimální a ani snahy o pestrobarevný lak nemohou zakrýt skutečnost, že jsou to mašiny „na jedno kopyto“.

Vozidla DR (NDR)

Jak již bylo zmíněno dříve, v první poválečné dekádě neexistovaly v NDR žádné elektrifikované tratě. Až po výměně sovětskou okupační správou odvezeného vybavení za dodávku osobních vozů pro SŽD mohlo dojít k zahájení reelektrifikace východoněmecké železnice.

Provoz na nich zprvu zajišťovaly stroje předválečných řad E04, E44 a E94. Teprve počátkem 60. let vyvinula společnost VEB Lokomotivbau v Hennigsdorfu první poválečnou východoněmeckou řadu elektrických lokomotiv, E11 přezdívanou „Koloběžka“ (Holzroller). V polovině 60. let z konstrukce této řady vyšla řada E42 určená pro nákladní a pomalou osobní přepravu (maximální dosažitelná rychlost byla 100 km/h). Poměrně brzy se ale ukázalo, že obě tyto řady postrádají pro službu, pro kterou byly určeny, dostatečný výkon. Stroje řady E11 nebyly schopny s těžkými rychlíkovými soupravami dosáhnout požadované rychlosti 120 km/h a nákladní stroje E42 měly často problémy s rozpohybováním nákladních vlaků, a to i přes nasazení v dvojité trakci.

Výkonná univerzální lokomotiva, která byla původně plánována jako souputník řad E11 a E42, byla z důvodu nedostatečných výrobních kapacit odložena a první dva prototypy řady 250 byly vyrobeny až v roce 1974. Do sériové výroby se dostaly o tři roky později; celkem bylo lokomotiv, kterým se pro jejich podobnost se „standardizovanou přepravní jednotkou“ přezdívalo „Elektrický kontejner“ (Elektro-Container), vyrobeno téměř 300 kusů.

Poslední typovou řadou vyvinutou pro DR (a v omezeném počtu i vyrobenou) byla řada 252, která ovšem vzhledem k době svého uvedení do provozu (1991) nenalezla většího uplatnění.

Obr. 7 – Lokomotiva řady E11 při předváděcí jízdě muzea DB v Koblenci

Zdroje:

Ralf Rossberg, Deutsche Eisenbahnfahrzeuge von 1838 Bis Heute, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1988
https://de.wikipedia.org/, včetně obrázků
http://www.lokomotive-online.com/
http://www.elektrische-bahnen.de/eb_history.htm
http://www.elektrolok.de/

Poznámka: Některé v článku uvedené odkazy (linky), zejm. na YouTube, nebudou fungovat ve starších prohlížečích IE; v takovém případě zkuste např. Chrome. To samé se zřejmě týká i grafické úpravy tabulek – pozn. J. H.

Autor i vydavatel přivítají každé dobře míněné doporučení či upřesnění k publikovanému textu. Rádi pak naše statě opravíme nebo doplníme, pokud vážený čtenář s takovým návrhem přijde. Děkujeme.