Čtyřsystémové elektrické lokomotivy řady 189 společnosti Railion Deutschland AG a E 189 resp. ES 64 F4 pronajímaných

Dvojice pronajatých lokomotiv E 189.990 + 901 RTC stoupá po brennerské rampě nad obcí Wolf (foto Daniel Brabenec 1. 10. 2005).

společností Siemens Dispolok různým železnicím a dopravcům, jakožto i lokomotivy řady Re 474 SBB, je možné provozovat jak v osobní tak i v nákladní dopravě na normálněrozchodných tratích napájených čtyřmi základními trakčními napájecími systémy - dvěma stejnosměrnými 1,5 kV DC a 3 kV DC a dvěma jednofázovými 15 kV, 16,7 Hz a 25 kV, 50 Hz tedy z tohoto hlediska v podstatě na celém území Evropy.

Podmínkou jejich provozu v jednotlivých zemích je samozřejmě i odrušení lokomotivy na meze vyžadované místně užívanými zabezpečovacími zařízeními a její vybavení mobilní částí příslušného typu vlakového zabezpečovače i odpovídající radiostanicí. Nutnost používat několik různých sběračů (s těžkými hlavicemi pro DC systémy a s lehkými hlavicemi pro AC systémy, pro některé státy ještě s měděným obložením a pro jiné s úzkým smýkadlem) dotváří obraz nejednotnosti evropské železniční infrastruktury. V neposlední řadě je nutnou podmínkou provozu v jednotlivých zemích i schválení technické způsobilosti lokomotivy jejich národními drážními úřady.

Na konci roku 1995 si Deutsche Bahn AG (DB) u Krauss-Maffei Verkehrstechnik objednaly 195 moderních jednofázových nákladních lokomotiv řady 152 s opcí na dalších 100 lokomotiv. V srpnu 1999 nákladní divize DB Cargo AG, dnešní Railion Deutschland AG, potvrdil opci u Siemens Krauss-Maffei Lokomotiven GmbH a upravil objednávku na 100 výkonných čtyřsystémových lokomotiv pro nákladní dopravu. Deutsche Bahn tak promyšleně reagovaly na otevírající se evropskou železniční síť. Ač samotné mají své tratě téměř výhradně elektrizované systémem 15 kV, 16,7 Hz rozhodly se pořídit si flotilu lokomotiv přizpůsobených k provozu na všech evropských systémech.

Lokomotiva ES 64 F4 byla vyvinutá společností Siemens Transportation Systems a v její konstrukci byly použity osvědčené uzly z lokomotiv rodiny EuroSprinter, do které tato lokomotiva náleží. Na výrobě lokomotiv typu ES 64 F 4 se kromě mnichovské lokomotivky podílí dodávkami komponent i řada dalších poboček společnosti Siemens, zejména závody v Grazu a v Nürnbergu, včetně pražské továrny Siemens Kolejová vozidla.

Skříň je svařované příhradové konstrukce se dvěma čelními stanovišti strojvedoucího a bočnicemi z profilového plechu s výztuhami. Aby byla dodržena požadovaná hmotnost 86 t, byla značná část stavebních dílů, stejně jako u lokomotiv řady 1116 ÖBB (Taurus), vyrobena z hliníkových slitin. Jedná se o střešní segmenty, vstupní dveře a sněhové pluhy.

Vysoký výkon lokomotivy připadající na jeden trakční motor - 1 600 kW (což zhruba odpovídá trakčnímu výkonu dvou

Lokomotiva Re 474-010 SBB Cargo na EZ Cerhenice spolu s třísystémovou lokomotivou 541-101 SŽ (foto Jiří Konečný 3. 11. 2005).

šestinápravových lokomotiv řady 770 se dvanácti trakčními motory TE 006) si vyžádal zcela nové řešení pohonu dvojkolí. Je použito jednoduché a robustní tlapové uložení trakčního motoru s obdivuhodně vysokým převodovým poměrem 6,294 v jednostupňovém provedení (107 : 17). Přenos tak vysokého výkonu a požadavky dlouhé životnosti jakož i absolutní olejotěsnosti si vyžádaly spojení trakčního motoru s převodovkou v jeden kompaktní celek s uložením pastorku ve vnějším ložisku a s umístěním valivého tlapového ložiska na straně pohonu až za ozubeným kolem.

Trakční motor je s pohonem vázán membránovou spojkou. Na jedné straně je uložen na nápravě pomocí tlapových ložisek a na druhé straně je připevněn pomocí podpory k rámu podvozku.

Primární i sekundární vypružení je provedeno šroubovými válcovými pružinami. Čtyři pružiny sekundárního vypružení, vždy dvě na každé straně vedle sebe v příčné ose podvozku, jsou v provedení flexicoil. Primární i sekundární vypružení je tlumeno prostřednictvím hydraulických tlumičů, stejně jako vrtivé pohyby mezi podvozkem a skříní. Poslední uvedené tlumiče mohou být alternativně provedeny jako aktivní s proměnlivým tlumením v závislosti na poloměru projížděného oblouku. Přenos tažných a brzdných sil od dvojkolí na rám podvozku je proveden trojúhelníkovými ojnicemi, jejichž konstrukce umožňuje i pasivní natáčení dvojkolí při průjezdu obloukem do radiální polohy. Přenos podélných sil mezi podvozkem a skříní je proveden otočným čepem. Rám podvozku je celosvařované konstrukce a podvozek jako celek se přes všechna vylepšení vyznačuje jednoduchou stavbou a s tím spojenými nízkými náklady na údržbu, což je charakteristickou vlastností celé lokomotivy. Dvojkolí jsou monobloková s brzdovými kotouči v discích kol.

Lokomotiva je vybavena elektropneumatickou přímočinnou brzdou, počítačem řízenou samočinnou brzdou s elektronickým protismykem K-micro, s možností ovládat elektropneumatickou (ep) brzdu vozů a se zařízením pro možnost překlenutí záchranné brzdy, elektrodynamickou odporovou a rekuperační brzdou. Pro odstavení je lokomotiva vybavena pružinovou střadačovou zajišťovací brzdou. Pneumatické zařízení brzdové výzbroje dodala firma Knorr-Bremse AG.

Elektrická část lokomotivy pracuje na střídavých napájecích systémech na bázi vstupních čtyřkvadrantových měničů,

Dvojice pronajatých lokomotiv 189.906 + 189.908 ÖBB Cargo projíždí stanicí Pöckau s nákladním vlakem č. 45277 (foto Kajetan Steiner 30. 9. 2005).

stejnosměrného meziobvodu, napěťových střídačů a třífázových asynchronních trakčních motorů. Elektrický proud je do lokomotivy přiváděn jedním ze čtyř polopantografových sběračů typu SBS 2T s příslušným smýkadlem určeným pro odběr jednofázového proudu z troleje, přes hlavní elektropneumaticky ovládaný vakuový vypínač na primární vinutí transformátoru, který je umístěn uprostřed lokomotivy mezi podvozky.

Na sekundární straně jsou čtyři vinutí o napětí 1 600 V pro trakci s vyvedenou odbočkou a přepínačem, zajišťující stejnou úroveň výstupního napětí při napájecích systémech 15 kV, 16,7 Hz i 25 kV, 50 Hz. Pro jeden podvozek se dvěma trakčními motory jsou určena dvě trakční vinutí. Dále má transformátor vinutí pro napájení průběžného vedení vlakového topení. Ke každému sekundárnímu trakčnímu vinutí je připojen čtyřkvadrantový měnič, který umožňuje odběr síťového proudu s faktorem výkonu (účiníkem) blízkým hodnotě 1 a při elektrodynamickém brzdění umožňuje navracení vyrobené elektrické energie zpět do sítě.

Vždy dva čtyřkvadrantové měniče napájejí společný napěťový stejnosměrný meziobvod, k němuž jsou připojeny dva pulsní střídače. Z nich každý napájí třífázovým napětím jeden cize ventilovaný třífázový čtyřpólový asynchronní trakční motor s kotvou nakrátko typu 1TB 2822 o trvalém výkonu 1 633 kW. Statorová vinutí trakčních motory jsou normálně zapojeny do hvězdy. Jen na systému 1,5 kV jsou statorová vinutí z důvodu částečné kompenzace nižšího napájecího napětí zapojena do trojúhelníku.

Všechny trakční měniče jsou sestaveny z jednotných vodou chlazených IGBT modulů. Vysokonapěťové IGBT prvky umožňují velmi jednoduché dvoubodové zapojení měničů bez jejich sériového řazení a bez dříve používaných komplikovaných šestifázových vinutí trakčních motorů (dvojitá hvězda). V případě poruchy výkonové části jednoho ze vstupních měničů nebo napěťových střídačů je možné příslušný vadný modul odpojit a přepojením pokračovat v jízdě se sníženým výkonem.

Při provozu na stejnosměrných napájecích systémech 1,5 kV i 3 kV jsou stejnosměrné meziobvody napájeny přímo ze sběrače (s příslušným obložením) přes hlavní vypínač s magnetickou zhášecí komorou, který je umístěn ve strojovně a vstupní filtr (sekundární vinutí transformátoru v tomto případě slouží jako vstupní indukčnost). Dále je trakční obvod uspořádán shodně, jako při provozu na jednofázových napájecích systémech. Elektrodynamická brzda je rekuperační, ale lokomotiva je také vybavena blokem vzduchem chlazených brzdových odporníků a k nim příslušných IGBT pulzních spínačů, které vstupují do funkce v případě, když napájecí síť není schopna převzít rekuperovanou brzdovou energii.

Pomocné pohony jsou napájeny třífázovým napětím ze čtyř IGBT střídačů o výkonu 4 x 90 kVA, 3 x 440 V, 60 Hz a jsou

Stroj 189.003 ještě pod označením DB AG (dnes je tato lokomotiva pod označením E 189.905 RT pronajatá italské privátní společnosti Rail Traction Comapny) v provedení B - střední Evropa se také podrobil zkouškám na EZ VÚŽ v Cerhenicích (9. 9. 2002).

rozděleny do dvou skupin. Skupina zjišťující napájení elektromotorů ventilátorů pro chlazení komponent trakčního pohonu pracuje s proměnnou frekvencí 10 až 60 Hz (podle skutečné teploty chlazených zařízení) a druhá, která napájí elektromotory pro pohon kompresoru, klimatizačních kompresorů, oběhových čerpadel a dalších zařízení, pracuje se stálou frekvencí. Palubní síť vozidla využívá stejnosměrné napětí 110 V a olověnou baterii typu PzS o kapacitě 120 Ah.

K řízení lokomotivy je použit osvědčený procesorový řídicí systém SIBAS 32. Lokomotiva je vybavena sběrnicemi MVB s možností následně dovybavit WTB sběrnicemi, umožňuje dvojčlenné řízení v systému ZDS 120, mnohočlenné řízení v systému ZMS a ovládání z řídicího vozu přes ZWS nebo vlakovou sběrnicí UIC. Dále lokomotiva umožňuje automatické řízení jízdy a brzdy AFB a je vybavena elektronickým jízdním řádem s vyznačením pomalých jízd EbuLa. K lokalizaci polohy vozidla a k určení jednotného času je využíván systém GPS.

Lokomotiva je základně vybavena dvěma radiostanicemi - analogovou radiostanicí AEG ZFM 21 a digitální GSM-R, dále liniovým vlakovým zabezpečovačem typu LZB 80, bodovým vlakovým zabezpečovačem typu PZB 90 a zařízením pro kontrolu bdělosti SIFA, kombinující aktivní a pasivní obsluhu bezpečnostních ovladačů. Kabiny strojvedoucího jsou klimatizovány a jsou vybaveny přetlakovými ventilátory ke stabilizaci tlaku vzduchu ve vnitřním prostoru (odstranění tlakových rázů při vjezdu do tunelu či při míjení protijedoucích vlaků). Kombinací nárazníků typu C s kroužkovými pružinami a s elestomerovými tlumiči a deformačních prvků v čele rámu je dosažena schopnost vozidla pohltit při nárazu energii 1 MJ bez deformace hlavního rámu. Pro usnadnění údržby jsou čelní okna rovinná a dělená.

Podle provozního určení jsou lokomotivy rozřazeny do několika národních provedení COP (Country package), navzájem se lišících zejména doplněním dalších národních vlakových zabezpečovačů, radiostanic, jazykovými verzemi textů na monitorech a v reproduktorech hlasového výstupu řídícího počítače a případně i provedením sběračů. Při zapnutí lokomotivy nebo při přejezdu hranic strojvedoucí navolí v hlavním menu řídicího systému zemi, do níž vjíždí a lokomotiva si sama aktivuje příslušné zabezpečovací zařízení a sběrač. Například pro provoz v Nizozemí (NS) je omezena max. výška zdviženého sběrače pro průjezd přes zdvihací mosty bez trolejového vedení, která se aktivuje navolením „NS“ na displeji DMI (Driver Machine Inerface). Tento displej zobrazuje žádanou i skutečnou rychlost, zábrzdnou dráhu, velikost tažné nebo brzdné síly a návěstní pojmy vlakového zabezpečovače a je umístěn v centrální části pultu před strojvedoucím. Vlevo od něj je situován displej diagnostiky s pěti úrovněmi diagnostických údajů a vpravo displej elektronického jízdního řádu a pomalých jízd EbuLa. Nepříliš logickou různorodost požadavků jednotlivých národních železnic dokládá systém volby 16 různých návěstních obrazců, vytvářených čelními světly s LED diodami.

K dnešnímu datu je lokomotiva homologována k provozu národními drážními úřady v těchto zemích: Německo, Rakousko,

Lokomotiva Siemens Dispolok E 189.915 pronajatá SŽ zastavila z provozních důvodů ve stanici Prestranek s vyrovnávkovým nákladním vlakem do přístavu (13. 6. 2005).

Švýcarsko, Itálie, Slovinsko. Zkoušky lokomotiv již probíhají také v České republice, Nizozemí, Lucembursku a Skandinávii. Kromě série 100 lokomotiv BR 189 pro Railion Deutschland AG a 30 pronajímaných lokomotiv ES 64 F4 společnosti Siemens Dispolok si 18 stejných lokomotiv pořídilo také SBB Cargo a lokomotivy zde jezdí pod označením Re 474.

Zkoušky prototypů lokomotiv řady 189 probíhaly v roce 2002 také na Experimentální základně ČD VÚŽ (viz Dráha č. 10/2002). DB mají zájem část lokomotiv řady 189 technicky vybavit pro provoz na tratích SŽDC a typově je schválit v České republice. Cílem tohoto snažení je náhrada stárnoucích, provozně drahých (vysoká údržbová náročnost, nehospodárná odporová regulace, chybějící rekuperační brzda) a pro DB atypických lokomotiv řady 180 v depu Dresden. Z hlediska kvality jízdy vlaků a pro náležité využití parametrů modernizovaných tratí v členitém terénu, pro které je typické časté střídání rychlostních omezení, je podstatným přínosem lokomotiv řady 189 jejich výkon, který je ve srovnání s lokomotivami řady 180 dvojnásobný. Při vzpomínce na skutečnost, že lokomotivy řady 180 byly dodávány s již v té době technicky zastaralou odporovou regulací z důvodu dodržení limitu hmotnosti, je zřetelné, k jakému pokroku v oboru lokomotiv v posledních letech došlo a jak propastný rozdíl je mezi nyní vyráběnými a dosud provozovanými vozidly.

DB předpokládají, že podobně jako je tomu u lokomotiv řady 180, budou i v případě lokomotiv řady 189 jejich provozovatelem na území České republiky České dráhy. Základní otázkou je pochopitelně vyřešení nesouladu mezi frekvenčním spektrem síťového proudu moderních vozidel se střídavými trakčními motory a zastaralými nízkofrekvenčními kolejovými obvody, dosud se vyskytujícími zejména ve staničních zabezpečovacích zařízeních na řadě tratí v České republice a to včetně koridorových tratí, jejichž stavební část prošla v před několika lety nákladnou a rozsáhlou modernizací.

Lokomotivy řady 189 je pochopitelně možno vybavit aktivními filtry, ale je problematické, zda se jejich vlastníkovi vyplatí do příslušné úpravy a zkoušek a homologace investovat, nebo zda pár let počkat na úpravu infrastruktury. V rámci vstupu do Evropské unie se totiž Česká republika zavázala, že již do konce roku 2008 zajistí interoperabilitu na svých železničních tratích, zahrnutých do transevropské železniční sítě TERFN. Jednou ze základních podmínek interoperability konvenčních železničních tratí ve smyslu směrnice 2001/16/ES je i náležitá odolnost železničních zabezpečovacích zařízení vůči běžné hodnotě trakčními vozidly produkovaných rušivých proudů. Cílovým stavem je tedy přizpůsobení infrastruktury současnému stavu techniky trakčních vozidel. Technické bariéry nemohou blokovat zákony stanovený volný pohyb vozidel po železniční síti.

Z prostorových a ekonomických důvodů nereálné umístit na každé jednotlivé lokomotivě národní vybavení (COP) všech

Setkání nastupující a odcházející generace lokomotiv Railion (DB) ve formě přípřeže strojů 189.041 a 150.170, která projíždí s nákladním vlakem stanicí Wurzburg Hbf. (16. 7. 2004).

evropských zemí. Společnost Siemens proto nabízí lokomotivy ES 64 F4 k přímému dodání nebo k pronájmu prostřednictvím Dispoloku v šesti různých variantách označených písmeny A až F. DB (Railion Deutschland AG) se rozhodl pro třicet lokomotiv 189.001 až 3 a 024 až 050 v provedení A pro jižní Evropu, dvacet lokomotiv 189.004 až 023 má v provedení B pro střední Evropu a deset lokomotiv 189.051 až 60 v provedení C pro severní Evropu. Od lokomotivy 189.061 jsou všechny ostatní lokomotivy pro Railion dodávány ve variantě B2 což je úsporná varianta jen pro Německo (lokomotivy májí jen dva sběrače). U Dispoloku je zatím nejvíce lokomotiv ve variantě D - jedná se o kombinaci zabezpečovacích zařízení a sběračů vyhovující provozu v Německu, Rakousku a Itálii a E (Německo, Rakousko, Itálie a ??). Tyto lokomotivy si najala italská privátní společnost RTC (E 189.901-905 RT, 917, 918 a 990 RT), ÖBB Cargo (E 189.906, 908-910), SBB Cargo, několik dalších si najala italská soukromá společnost FNM Cargo (E 189.991-993 FM, 988, 989 a 999 FM) a zatím jako poslední mají čtyři lokomotivy také Slovinské železnice - SŽ (E 189.912, 913, 915 a 916). Všechny lokomotivy Re 474 SBB Cargo jsou ve variantě F (Švýcarsko a Itálie).

Ve dnech 9. až 13. května 2004 zorganizoval Siemens Dispolok prezentační akci, kdy byl lokomotivami ES 64 F4 089 (ta byla následně předvedena v červnu 2004 i v České republice a to na výstavě Czech Raildays v Ostravě) resp. E 189.989 a ER 20-001 přepraven nákladní vlak z tureckého Istanbulu do Kolína nad Rýnem přes Bulharsko, Rumunsko, Maďarsko a Rakousko pod názvem Asien - Europa-Express. Celkem 3 000 km bylo překonáno za 79 hodin.

Nejen při této propagační jízdě, ale zejména v každodenní službě plní lokomotivy ES 64 F4 v Evropě mimořádně důležitou úlohu: nabídkou rychlé dopravy dálkových mezistátních vlaků přispět k uvolnění přetížených dálnic od těžké kamionové dopravy a je nanejvýš potřebné, aby Česká republika, ČD a SŽDC nestály stranou těchto snah.

Lokomotivy ES 64 F4 se díky své jednoduchosti a robustnosti v provozu dobře osvědčují. Dosahují velice vysoké disponibility a velikostí adhezních tažných sil potvrzují reálnost náhrady šestinápravových lokomotiv s komutátorovými motory čtyřnápravovými lokomotivami s třífázovými motory a IGBT měniči.

Technické inovace však pokračují. Panevropská elektrická lokomotiva již je dodávána i v rychlé verzi. V březnu 2005 převzaly ÖBB v Mnichově od Siemens Transportation systems prvé tři Eurosprintery ES 64 U4 řady 1216, které jsou dalším vývojovým pokračováním více než třistakusové série osvědčených Taurusů řady 1016 a 1116. Velmi zjednodušeně lze říci, že jde o kombinací mechanické části rychlých lokomotiv řada 1016 resp. 1116 ÖBB (podvozky s plně odpruženým pohonem a s vysoce výkonnou mechanickou brzdou s rychloběžnými kotouči, aerodynamická čela) a vícesystémové IGBT elektrické výzbroje s přímým napájením trakčních měničů napětím 3 kV, v podstatě převzaté z lokomotiv řady 189.

Takto vzniklá univerzální čtyř, respektive třísystémová lokomotiva (1,5 kV, 3 kV, 15 kV, 16,7 Hz a 25 kV, 50 Hz) typu

Elektrická lokomotiva Dispolok ES 64 F4 - 012, tou dobou pronajatá SBB Cargo jako E 189.912 SR, opouští pohraniční železniční stanici Luino a s nákladem kontejnerů směřuje do italského vnitrozemí (5. 3. 2005).

ES 64 U4 pro maximální rychlost 230 km/h zřejmě významně zasáhne do provozu také ve Střední Evropě. Lokomotiv řady 1216 mají ÖBB objednáno 50 (s opcí na dalších 18). Mají být dodávány v letech 2006 až 2007 a to ve třech verzích COP: verze A (25 vozidel) je určena pro provoz v Německu, Rakousku a v Itálii, verze B (10 vozidel) je určena pro provoz v Německu, Rakousku a Slovinsku a verze C (15 vozidel) pro provoz v Německu, Rakousku, Slovensku a Česku.

ÖBB mají vážný zájem ÖBB pomoci ČD a přispět svými lokomotivami ke zrychlení dopravy dálkových vlaků přes území České republiky, na kterém jsou již několik let modernizovány koridorové tratě, ale z důvodu chybějících vozidel s náležitě velkým výkonem a rychlostí nepřinášejí transevropské dopravě náležitý efekt. Dokládá to i rozhodnutí ÖBB prezentovat lokomotivu 1216.002 (verze C) v červnu 2005 v České republice a to na veletrhu Czech Raildays. Zájem o tyto lokomotivy, které v současnosti představují v Evropě technickou špičku, dokládá i objednávka SŽ. Slovinské železnice si v loňském roce objednaly dvacet prakticky shodných lokomotiv, označených řadou 541. Prototyp je již vyroben a ŠZ bude dodán v prosinci 2005. Sériové dodávky by měly proběhnout od června 2006 do ledna 2008. Překlenutí doby do uskutečnění jejich dodávek řeší SŽ pronájmem čtyř lokomotiv ES 64 F4 od Dispoloku (E 189.915 a 916 od 1. 4. 2005 do 1. 9. 2006, druhá dvojice od června 2005 do 30. dubna 2006). Druhou dvojici tvořily nejprve E 189.909 a 910, původně pronajaté ÖBB. Z červených bočnic byl proto dočasně odstraněn znak ÖBB a dosazen znak SŽ a nápis "Slovenske železnice". Na konci srpna se uvolnily E 189.912 a 913, do té doby pronajaté SBB Cargo a stroje E 189.909 a 910 byly vráceny ÖBB. Slovinské dráhy tak dnes mají v pronájmu E 198.912, 913, 915 a 916. Obdobnou cestou se rozhodují jít i Chorvatské železnice.