Siemens Vectron

Die Lokomotivplattform Vectron als Nachfolger der EuroSprinter-Plattform wurde im Juni 2010 im Prüfcenter Wegberg-Wildenrath vorgestellt – zu diesem Zeitpunkt aber nur als Elektrolokomotive.^[1][2][3]Auf der Innotrans 2010 wurde dann die Diesel-Variante Vectron DE vorgestellt.^[4] Der Vectron wurde im Jahr 2010/2011 mit dem Innovationspreis des Privatbahn Magazin ausgezeichnet.Der erste Auftrag von 6 Lokomotiven erfolgte 2011 vom deutschen Leasingunternehmen Railpool.^[5]2013 erhielt Siemens einen größeren Auftrag der finnischen Staatseisenbahn VR, für die die Lokomotiven erstmals mit Breitspurdrehgestellen ausgestattet wurden.Im Juni 2017 wurde die 500. Vectron-Lokomotive bestellt,^[6] im Mai 2020 der 1000. Vectron.^[7]

Im März 2018 hat Siemens unter der Bezeichnung Smartron eine nicht konfigurierbare, günstigere Version der Lokomotive vorgestellt.^[8][9]

Zur Innotrans 2018 wurde die Zweikraftlokomotive Vectron DualMode vorgestellt. Sie ersetzte die Vectron DE, welche mangels Nachfrage eingestellt wurde.^[10] Im März 2019 wurde die erste Lokomotive (248 001) der Öffentlichkeit präsentiert. Im Herbst 2019 kündigte Siemens an, eine Vectron-Variante für 230 km/h entwickeln zu wollen. Die Lokomotive 193 780 wurde dafür mit modifizierten Drehgestellen ausgerüstet. Mitte August 2020 begannen in Österreich Messfahrten.^[11] Ende 2019 wurde der Vectron für den ETCS-Betrieb mit Baseline 3 in Deutschland zugelassen.^[12]

Seit 2023 darf der Vectron in der Schweiz nur noch nach den Kurvengeschwindigkeiten der Zugreihen A und D verkehren. Die betriebliche Höchstgeschwindigkeit beschränkt sich damit auf 120 km/h. Die langen Drehgestelle mit einem Achsstand von 3000 mm helfen zwar dem ruhigen Lauf bei hohen Geschwindigkeiten, führen aber auf den vielen engen Bögen in den Alpenländern zu einem starken Verschleiß der Schienenköpfe. Im Güterverkehr sind die Auswirkungen marginal, denn die meisten Güterzüge fahren ohnehin nach den Zugreihen A oder D. Für Reise- oder Lokzüge, die überwiegend nach Zugreihe R fahren, verlängern sich hingegen die Fahrzeiten, da die Zugreihe R eine um 5 km/h höhere Geschwindigkeit in den Gleisbögen erlaubt. Auch die ÖBB setzen ihre Vectron MS ausschließlich im Güterverkehr ein.^[13]

Zunächst wurden vier elektrische und eine dieselelektrische Basisvariante der Lokomotivplattform ohne Kundenauftrag entwickelt. 2018 wurde außerdem eine Zweikraftlokomotive vorgestellt,^[14] deren Variante für den leichten Güterzugdienst und für Zugbildungsaufgaben seit 2021 als Vectron Dual Mode light vermarktet wird. Die Varianten sind:^[15]

• Vectron MS: Mehrsystemlok mit 6400 kW (~)/ 6000 kW (3 kV =)/ 3500 kW (1,5 kV =)^[16] Leistung und 160 oder 200 km/h Höchstgeschwindigkeit
• Vectron AC high power: Wechselstromlok mit 6400 kW Leistung und 160 oder 200 km/h Höchstgeschwindigkeit (deutsche Baureihenbezeichnung 193)
• Vectron AC medium power: Wechselstromlok mit 5600 kW Leistung und 160 km/h Höchstgeschwindigkeit
• Vectron DC medium power: Gleichstromlok mit 5200 kW Leistung und 160 oder 200 km/h Höchstgeschwindigkeit (kurzzeitig für zwei in Deutschland nicht zugelassene 3-kV-Prototypen vergebene deutsche Baureihenbezeichnung 191)
• Smartron
• Vectron DE: dieselelektrische Lok mit 2400 kW Leistung und 160 km/h Höchstgeschwindigkeit (deutsche Baureihenbezeichnung 247)
• Vectron Dual Mode (DM): Zweikraftlokomotive (Dual Mode) für 15 kV Wechselspannung und Dieselmotor mit 2000 kW Leistung am Rad, 160 km/h Höchstgeschwindigkeit und einer Radsatzlast von maximal 22,5 t (deutsche Baureihenbezeichnung 248)
• Vectron Dual Mode light (DM light): Zweikraftlokomotive (Dual Mode) für 15 kV Wechselspannung und Dieselmotor mit 750 kW Leistung am Rad, 120 km/h Höchstgeschwindigkeit und einer Radsatzlast von maximal 21 t

Die Siemens Charger (DE) und Amtrak Cities Sprinter (AC) basieren auf der Vectron-Plattform. Sie werden im Siemens-Mobility-Werk in Sacramento/Kalifornien für den amerikanischen Markt gebaut. Beide Bauarten sind für 200 km/h Höchstgeschwindigkeit ausgelegt.

Als Baureihenbezeichnungen sind für die verschiedenen Vectron-Varianten in Deutschland 6191 bis 6193 für die elektrischen, 1247 für die dieselelektrische und 2248 sowie 2249^[17] für die Dual-Mode-Variante vorgesehen beziehungsweise in Benutzung.Der Preis eines Exemplars beträgt je nach Ausstattung (Elektro-/Dieselversion, Optionen Mehrsystempaket und Hilfsdiesel) zwischen drei und fünf Millionen Euro.^[18]

Bei den Fahrzeugen der Vectron-Plattform handelt es sich um Streckenlokomotiven sowohl für den schnellfahrenden Reise- als auch für den interoperablen Güterverkehr mit zwei Endführerräumen und der Radsatzanordnung Bo’Bo’. Gemäß dem Plattform-Gedanken werden möglichst viele Gleichteile über alle Varianten hinweg eingesetzt. Daneben existieren vielfältige Options- und Ausrüstungspakete, welche je nach Anforderungen des Betreibers eingesetzt werden.^[19]

Die Betriebsmasse der vierachsigen Lokomotiven liegt je nach Version zwischen 80 und 90 Tonnen. Die Wagenkästen sind für den Einbau der UIC-Mittelpufferkupplungen und vergleichbarer Kupplungen in europäischer Höhe vorbereitet. Genutzt wurde die Möglichkeit erstmals bei den Lokomotiven der VR Sr3 für Finnland. Vectron-Lokomotiven können mit allen in Europa benötigten nationalen Zugbeeinflussungssystemen sowie ETCS ausgestattet werden. Der Platz des Triebfahrzeugführers liegt bei allen Lokomotiven in Fahrtrichtung rechts.

Die äußere Gestaltung der Vectron-Lokomotiven unterscheidet sich nur wenig von der der Siemens ES 2007.

Neben den Führerhäusern besteht der Wagenkasten der Vectron aus dem Untergestell und den beiden Seitenwänden. Der Wagenkasten besteht vollständig aus Stahl. Drei abnehmbare Dachsegmente bilden das Dach über dem Maschinenraum. Während die Führerhäuser weitgehend identisch bei den elektrischen wie auch bei den dieselelektrischen Varianten ausgeführt sind, unterscheiden sich das Untergestell, die Seitenwände und die Dächer bei diesen.

Die Stirnfronten des Wagenkasten werden mit sogenannten Frontenden verschlossen. Das Frontend schließt das Führerhaus nach vorne ab. Diese werden im Gegensatz zu den Fronten der ES64U2 und ES64U4 vollständig aus Stahl gefertigt und beinhalten keine GFK-Elemente. Das Frontend entspricht der Crashnorm und kann nach Unfällen getauscht werden. In das Frontend integriert sind unter anderem:^[20]

• Die Frontscheibe inklusive der Scheibenwaschanlage und Frontscheibenheizung
• Der vollständige Führertisch inklusive aller für die Fahrt notwendigen Bedienelemente
• Die Klimaanlage des Führerhauses
• Die Leuchten für die Dreilicht-Spitzensignal (mit Fernlicht), das Zugschlusssignal, bzw. Signale an Zügen gemäß nationaler Bestimmungen

Auf den Einbau von zusätzlichen Seitenfenstern in die Führerstände wurde bei den meisten Lokomotiven verzichtet, nur in den Einstiegstüren gibt es Seitenfenster. Lediglich die finnischen Breitspurlokomotiven wurden mit Seitenfenstern im Führerhaus ausgestattet.^[19]

Die Drehgestelle werden in Krauss-Maffei-Tradition und vergleichbar mit den Vorgängerbauarten durch weit nach unten reichende, kräftig konstruierte Drehzapfen mit rechteckigem Querschnitt geführt. Sie übertragen alle Kräfte in Längs- und Querrichtung. Durch die tiefe Anlenkung des Drehzapfens wird eine Minimierung der Radsatzentlastung erwartet.^[21] Der dafür nötige Querträger in den Drehgestellrahmen ist der Grund für die im Vergleich zu Drehgestellen mit Zug-Druck-Stangen größeren Drehgestellachsstände. Die Radsätze werden über einen teilabgefederten Ritzelhohlwellenantrieb angetrieben. Die Bauart der Drehgestelle der Vectron DE und Vectron DualMode unterscheidet sich von denen der elektrischen Varianten.

Im Unterschied zu den Taurus-Varianten wurde jedoch auf den »Hochleistungsantrieb mit abgefederter Bremswelle« (HAB) verzichtet, im Gegensatz zu den ES64F4 wurde auch der dafür erforderliche Einbauraum nicht freigehalten. Äußerlich erkennbar ist das durch die damit möglich gewordenen Radscheibenbremsen. Die Drehgestelle für die Breitspuren sind so ausgelegt, dass Radsätze mit einer Spurweite bis 1676 mm einbaubar sind.

Die Fahrzeugsteuerung übernimmt alle Steuerungs-, Regelungs-, Schutz- und Diagnoseaufgaben. Sie basiert auf dem Sibas-System und besteht aus den zentralen Steuergeräten, den Antriebssteuergeräten, den Farbdisplays in den Führertischen, den Bremssteuergerät und weiteren angeschlossenen Komponenten. Diese kommunizieren über den Multifunction Vehicle Bus (MVB) untereinander. Die Kommunikation innerhalb des Zugverbandes geschieht entweder über den Wire Train Bus (WTB) oder Time Division Multiplex for Multitraction Control (TMC). Letzter kann in den Betriebsarten zeitmultiplexe Doppeltraktionssteuerung (ZDS), zeitmultiplexe Mehrfachtraktionssteuerung (ZMS) und Zeitmultiplexe Wendezugsteuerung (ZWS) verwendet werden.

Die Lokomotiven können somit in Mehrfachtraktion sowohl artenrein mit anderen Vectron-Lokomotiven als auch im Mischverbund mit Lokomotiven der Baureihen 120, ES64F, ES64U2, ES64U4 und ES64F4 verkehren.^[22]

Je nach Variante sind die Vectron-Lokomotiven mit unterschiedlichen Zugbeeinflussungssystemen ausgestattet. Eingesetzt wurden bisher folgende Zugbeeinflussungssysteme:^[15]

Die Integration weiterer Zugbeeinflussungssysteme ist geplant.

Die rein elektrischen Vectron-Lokomotiven werden als Ein- (Wechsel- oder Gleichspannung) oder als Mehrsystemfahrzeuge gebaut. Während die Wagenkästen, Drehgestelle und Führerräume inkl. der Stirnfronten bei allen elektrischen Versionen weitgehend identisch ausgeführt werden, unterscheiden sie sich unter anderen bei der Traktionsausrüstung und den eingesetzten Zugbeeinflussungssystemen.^[19]

Die elektrischen Lokomotiven sind prinzipiell für 160 km/h ausgelegt. Einige Varianten (wie oben angegeben) können mittels Vorrüstpaket ohne größere Umbauten auf 200 km/h hochgerüstet werden.^[19]

Die Maschinenräume der elektrischen Varianten weisen einen geraden Mittelgang, an dessen Seiten alle Gerüste und Schränke angeordnet sind, auf. Unterschiedliche Gerüste mit der gleichen Funktion haben einen festen Platz innerhalb des Maschinenraums. In einem unter dem Mittelgang liegenden Kanal verlaufen die elektrischen Steuer- und Druckluftleitungen.^[19]

Auf den beiden äußeren Dachsegmenten können jeweils bis zu zwei Stromabnehmer angeordnet sein. Die eingesetzten Stromabnehmer unterscheiden sich je nach Einsatzgebiet durch das Material und die Breite der Schleifleisten. Auf dem mittleren Dachsegment finden Überspannungsableiter, Systemwahlschalter und Dachdurchführungen ihren Platz. Im Gegensatz zu den ES64U2-, ES64U4- und ES64F4-Lokomotiven ist bei den Vectron der Wechselspannungshauptschalter nicht auf dem Dach, sondern im Maschinenraum angeordnet.

Das Untergestell der elektrischen Varianten besteht aus zwei Seitenlangträgern, einen Mittellangträger und sechs Querträgern, von denen je zwei an den Enden, über den Drehzapfen und dem Haupttransformator angeordnet sind.^[19]

Die finnischen Breitspurlokomotiven weisen die gleichen Abmessungen des Wagenkastens wie die Regelspurausführungen auf, allerdings verfügen sie über höhere Dächer mit höheren Lüftergittern zur ausreichenden Kühlluftzufuhr auch bei Vereisung dieser Gitter. Außerdem haben sie noch einige andere Besonderheiten: ein geändertes Frontend mit einem Prallschild, Führerstandsseitenfenster mit Spiegel, zwischen Stirnfront und Führerstandstür einen Trittwulst statt separater Aufstiegsleiter und neben die Kuppeldosen der Zugsammelschiene verlegte Steckdosen für das UIC-Kabel.^[23] Die wegen der einheitlichen Wagenkästen ebenfalls vorhandenen Einbauplätze der UIC-Leitung in Regelausführung sind blindgeschlossen. Die Maschinen werden mit Mittelpufferkupplungen in »Unilink«-Ausführung mit integrierter Kuppelkette und zusätzlichen Seitenpuffern ausgeliefert. Die Lokomotiven haben zwei Rangiermodule mit einer Gesamtleistung von 360 kW.

Die elektrischen Lokomotiven laufen auf Drehgestellen vom Typ SF4.^[19] Diese stellen eine Weiterentwicklung der Drehgestellbauarten SF1, welche bei den ES64U2 (Reihen 1016 und 1116 der ÖBB, sowie 182 der DB), ES64U4 (ÖBB-1216 und baugleiche) verwendet wurden und SF2 der ES64F4 (DB-Reihe 189), dar.^[21]

Die beiden Drehgestelle sind als vollständig geschweißte, geschlossene Rahmenkonstruktion ausgeführt. Die beiden gekröpften Drehgestell-Langträger sind durch zwei Kopfquerträger und einen Mittelquerträger miteinander verbunden. In den Mittelquerträger taucht der tiefangelenkte, quadratische Drehzapfen ein, der die horizontalen Kräfte zwischen Drehgestell und Wagenkasten aufnimmt. Der Wagenkasten stützt sich über insgesamt acht Flexicoil-Schraubenfedern, die paarweise, quer zur Fahrtrichtung angeordnet sind, auf die Drehgestelle ab. Der Antrieb erfolgt über einen Ritzelhohlwellenantrieb. Die Fahrmotoren sind am Mittelquerträger und an den Kopfquerträgern an drei Punkten federnd gelagert. Das Getriebegehäuse mit Ritzel und Großrad sitzt ungefedert auf der Radsatzwelle. 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.^[21]

Die Radscheiben haben im Neuzustand einen Nenndurchmesser von 1250 mm und können bis zu einem Durchmesser von 1170 mm abgefahren werden.^[21]

An den Drehgestellrahmen werden je nach eingesetzten Zugbeeinflussungssystemen die dazugehörenden Fahrzeugmagnete und Antennen angebracht. Eine Ausrüstung mit Aktiven Drehdämpfern (ADD), welche den Ausdrehwinkel des Drehgestells aktiv beeinflussen, ist ebenfalls möglich. Dadurch verringert sich der Verschleiß der Radsätze und es verbessert sich der Kraftschluss zwischen Rad und Schiene.^[19][21]

Eine weitere Ausrüstungsoption stellt das Rangiermodul dar, das in die Vectron AC und DC eingebaut werden kann. Damit können im Rangierdienst fahrleitungslose Gleise mit geringer Geschwindigkeit befahren werden, um beispielsweise nicht elektrifizierte Gleisanschlüsse ohne separate Diesellok zu bedienen, in Containerterminals Ganzzüge zuzustellen oder die Lokomotive in Systemwechselbahnhöfen umzusetzen. Das Rangiermodul besteht aus einem Reihensechszylinder-Dieselmotor Steyr Motors M16 UI^[24] mit 180 kW Leistung und erreicht Abgaswerte nach EU-Norm IIIb.^[25] An diesen ist ein wassergekühlter und permanenterregter Generator angeflanscht. Eine ebenfalls in das Rangiermodul integrierte Kühlanlage sorgt für die notwendige Wärmeabfuhr.^[26][25]

Vermarktet wird das Rangiermodul unter dem Begriff Diesel Power Modul (›DPM‹).^[25]

Das Antriebsregelsystem XLoad der Siemens Vectron-Plattform ermöglicht die Beförderung hoher Anhängelasten auf bogenreichen Bergstrecken durch die zuverlässige Übertragung der Zugkraft auch bei schlechten Witterungsbedingungen.^[27] Das Ausrüstungspaket, welches die Reibwertausnutzung verbessert, kann bei neuen Fahrzeugen mitbestellt oder bei bereits ausgelieferten Lokomotiven nachgerüstet werden.^[28]

Die Vectron 193 930 mit XLoad beförderte im Frühjahr 2022 auf der langen 12-Promille-Steigung der Bözbergstrecke eine Anhängelast von 2000 Tonnen und auf der 27 Promille steilen Lötschberg-Nordrampe 1020 Tonnen.^[28] Neben einer verbesserten Adhäsionsregelung kommt zusätzlich eine Einrichtung zum Einsatz, die mit Druckluft die Schienen vor den Führungsrädern reinigt.^[29]

Vectron DE ist die Diesellokomotivbauart der Produktfamilie und wurde aus dem Modell ER 20 mit einem leicht stärkeren Motor ausgestattet sowie die Fronten dem Vectron angepasst. Der Maschinenraum ist in drei Kammern unterteilt: hinter Führerraum 1 die Elektrokammer u. a. mit dem Stromrichterblock, die mittige Dieselmotorkammer sowie die Kühlerkammer mit Dieselmotorkühler und Hydrostatiklüfter, Bremswiderstand und Zugsicherungsschrank.^[30] Der Lokkasten ist etwa einen Meter länger als der der elektrischen Lokomotiven.Der Sechzehnzylinder-V-Motor vom Typ MTU 16V 4000 R84 entspricht mit seinen Abgaswerten der EU-Norm Stage IIIB. Über dem Dieselmotor sind ein Partikelfilter und der Schalldämpfer untergebracht.^[30]

Der Motor treibt einen fremderregten Drehstromsynchrongenerator an. Der erzeugte Drehstrom wird über eine ungesteuerte Gleichrichterbrücke in einen Gleichspannungszwischenkreis eingespeist, welcher zwei Pulswechselrichter versorgt. Die zwei Fahrmotoren eines Drehgestells werden von je einem Pulswechselrichter gespeist. Ebenfalls aus dem Zwischenkreis wird der Hilfsbetriebeumrichter gespeist, welcher die Hilfsbetriebe der Lokomotive mit 440 V Dreiphasenwechselspannung mit 60 Hz versorgt.^[30] Durch diese Anordnung kann beim elektrischen Bremsen die erzeugte elektrische Energie für die Versorgung der Hilfsbetriebe genutzt werden. Die überschüssige Energie wird mithilfe eines Bremswiderstandes in Wärme umgewandelt. Die Bremswiderstände haben eine Leistung von 1700 kW und sind in Turmbauform ausgeführt.^[30]

Die dieselelektrischen Lokomotiven laufen wie schon die ER 20 auf Drehgestellen vom Typ SF3.^[31] Diese weisen gegenüber den Drehgestellen SF4 kleinere Raddurchmesser und aufgrund der geringeren Leistung der Fahrmotoren einen kleineren Achsstand auf.

In einer Weiterentwicklung des Vectron DE zur Zweikraftlokomotive (Hybridlokomotive) wurde der elektrische Antriebsstrang um die Möglichkeit erweitert, elektrische Energie aus der Oberleitung zu beziehen.^[31] Die Lokomotiven erhielten auf dem Dach eine Hochspannungsausrüstung mit Stromabnehmer, Hauptschalter mit integriertem zweipoligen Erdungstrenner sowie zwei Überspannungsableitern. Der unterflur zwischen den Drehgestellen angebrachte Kraftstofftank wurde gemäß dem erwarteten geringeren Kraftstoffverbrauch verkleinert; damit wurde Platz für den Haupttransformator und den kombinierten Trafoölkühler und -wärmetauscher gewonnen. Zwei nachgeschaltete Vierquadrantensteller speisen in denselben Gleichspannungs-Zwischenspannungskreis wie der Gleichrichter des Generators.^[31]

Es gibt sie in zwei Varianten: Die Vectron Dual Mode (in Deutschland als Baureihe 248 bezeichnet) wurde 2019 vorgestellt und seitdem von mehreren Kunden gekauft. Von der Bauart Vectron Dual Mode light (Baureihe 249) bestellte DB Cargo 50 Lokomotiven. Im Mai und Juni 2022 hatten die ersten Exemplare mit den Ordnungsnummern 001–004 die Fertigung verlassen und befanden sich bis zur Auslieferung auf Probe- und Zulassungsfahrten.^[32]

Bei den Vectron Dual Mode erhöht sich gegenüber dem Vectron DE die Radsatzlast auf 22,5 t.^[31] Die Vectron Dual Mode light haben eine Radsatzlast von 21 t und eine Höchstgeschwindigkeit von 120 km/h.Die Lokomotiven der Baureihe 248 besitzen einen Dieselmotor von MTU mit einer Leistung von 2000 kW. Die Abgaswerte wurden weiter optimiert, sodass dieser nun die EU-Norm Stage V erfüllt.^[31] Die Maschinen der Baureihe 249 werden mit einem kleineren Dieselmotor von Cummins und einer Leistung von 950 kW ausgerüstet.^[33] Weitere Unterschiede sind die Ausrüstung mit Rangierkupplungen Rk900, Rangiertritten neben den Puffern, zusätzlichen Überwachungskameras zur Überwachung des Raumes zwischen den Lokomotiven und Warnleuchten für den Betrieb mit Funkfernsteuerung. Die Führerstände wurden mit einem zusätzlichen Schwanenhalsmikrofon versehen.DB Cargo plant, die neuen Lokomotiven auch im Rangierdienst als Ersatz für die älteren Diesellokomotiven der Baureihe V 90 einzusetzen. Die 249 001 erhielt in Anlehnung an Diesellokomotiven der Deutschen Reichsbahn halbseitig (vorne) eine bordeauxrote Folierung.^[34]