E-Lok BR 120 - die erste in Serie gebaute Drehstrom-Lok

Die Baureihe 120 wurde durch einen Drehstrom-Asynchronmotor angetrieben. Diese Motoren weisen ein wesentlich geringeres Gewicht gegenüber dem Einphasenreihenschlussmotor auf. Weiterhin zeichnen sich die Drehstrom-Asynchronmotoren durch kompaktere Einbaumaße und durch einen geringeren Wartungsaufwand aus. Der Drehstrommotor kann auch im Stand hohe Belastungen vertragen, der keine Kommutatoren besitzt.

Schon im Jahre 1899 konnte mit fester Spannung und Frequenzen aus zwei- oder dreipoligen Fahrleitungen Drehstrom gewonnen werden. Der für den Antrieb von Schienenfahrzeugen genutzt werden konnte. Durch die Verwendung moderner Halbleitertechnik, konnte ab den 1960er Jahren Drehstrom mittels Frequenzumrichtern in Fahrzeugen erzeugt werden. Durch variable Spannung und Frequenz kann die Motorleistung direkt geregelt werden. Erste Erprobungen mit der Drehstrom-Antriebstechnik in Dieselelektrischen Erprobungsträgern der Reihe DE 2500 von Henschel fanden ab 1971 statt.

Aus der Lok 202 002 waren der Dieselmotor und der Generator ausgebaut worden. Des Weiteren wurde die Lok fest mit einem Steuerwagen der Bauart BDnzf 740.2 gekuppelt. Dieser Steuerwagen wurde mit einem Transformator und einem Stromabnehmer ausgerüstet. Durch diesen Umbau konnte der Steuerwagen die Lok mit Strom versorgen und eine Drehstrom-Elektrolok simuliert werden.

Mit diesem Gespann wurden 1974/1975 überaus erfolgreiche Versuche durchgeführt. Es zeigte sich, dass die erwünschte Universallokomotive technisch realisierbar war. Was auf die geringeren Wartungskosten und Standzeiten zurückzuführen ist. Auf diese Weise war es möglich prinzipiell alle damals im Betrieb befindlichen E-Loks zu ersetzen und jede Art von Zug zu befördern. Dies wollte die DB bereits Anfang der 1950er Jahre mit der Baureihe E 10 erreichen. Mit dem damaligen Wechselstromantrieb war dies jedoch nicht möglich. So kam es zur Aufspaltung in Schnellzuglok E 10 und Güterzuglok E 40 / E 50. Mit der Aussicht auf eine universell einsetzbare Lokomotive, wurde 1976 der Entwicklungsauftrag für die Bo’Bo‘-E-Lok der BR 120 erteilt. Die BBC war für die Elektrik und Krauss-Maffei, Krupp, sowie Henschel für den Fahrzeugteil zuständig.

Die erste Kleinserie von Drehstromlokomotiven wurden 1976 mit der Henschel E 1200 in Dienst gestellt. Diese kam in den Zechen- und Hafenbahnen der Ruhrkohle AG zum Einsatz. Die Erkenntnisse die man durch diese Kleinserie gewann, flossen in die Entwicklung der E-Lok BR 120 ein.

1984 wurden insgesamt 60 Serienlokomotiven der Baureihe 120 mit einem Stückpreis von 5,5 Millionen D-Mark bestellt. Die Beschaffung letzten 24 Lokomotiven wurde im April 1985 von Verkehrsminister Werner Dollinger freigegeben. Der Kaufvertrag sah die festgeschriebene Auslieferung von 36 Loks und eine Option von 24 weiteren Maschinen vor. Diese Option auf 24 weitere Maschinen wurde damit eingelöst. Die Gesamtinvestition für diese Baureihe lag bei 380 Mio. D-Mark. Die Auslieferung sollte bis Ende 1988 abgeschlossen sein. Ein optischer Unterschied zwischen Prototyp und Serienmaschine, ist der Einfüllstutzen für die Sandvorratsbehälter. Bei den Prototypen ist der Einfüllstutzen kleiner und im Drehgestell integriert. Bei den Serienmaschinen ist dieser dreieckig und direkt am Rahmen aufgehängt.

Die technischen Änderungen waren im Vergleich eher gering. So entfiel beispielsweise die elektrische Widerstandsbremse, zugunsten der Nutzbremse, welche sich als zuverlässig herausgestellt hatte. Darüber hinaus erhielten die E-Loks einen zusätzlichen Hochspannungsfilter, der zwei zusätzliche Dachleitungen erforderlich machte. Sie wurden bei den Vorserienloks nachgerüstet. Die mechanischen Schwächen der Vorserienmodelle der BR 120.0 wurden in der Serie beibehalten. Die Serienloks konnten, auf Grund von erfolgreichen Versuchen mit Loks mit 160 km/h und einer bereits zugelassenen Lok mit 200 km/h, für ebenfalls bis zu 200 km/h zugelassen werden.

Am 13. Januar 1987 wurde die erste Serien-Drehstromlok 120 103 von der Industrie im Bundesbahn-Ausbesserungswerk München-Freimann an die Deutsche Bundesbahn übergeben. Bundesverkehrsminister Dollinger und Bundesbahn-Vorstand Reiner Gohlke kamen zur symbolischen Schlüsselübergabe. Die Auslieferung der 60 Serienloks dauerte bis Ende des Jahres 1989. Die Fahrzeuge wurden sofort in den planmäßigen Dienst eingesetzt. Sie bespannten tagsüber Intercity- und Interregio-Züge und nachts schnelle Güterzüge und dies in einem gestrafften Umlaufplan. Bei den Loks 120 137 bis 120 160 wurden mit einer geänderten Getriebeübersetzung ausgeliefert. Sie konnten dadurch bei höheren Geschwindigkeiten eine höhere Zugkraft erhalten, was aber bei einer niedrigen Geschwindigkeit zu einer geringeren Zugkraft führte.

Anfänglich wurden die Fahrzeuge der Baureihe 120 auf der Schnellfahrstrecke Hannover-Würzburg, genauer gesagt auf den im Mai 1988 eröffneten tunnelreichen Südabschnitt Würzburg-Fulda eingesetzt. Der Grund für den Einsatz lag darin, das nicht genug druckertüchtigte Fahrzeuge für diesen Abschnitt zur Verfügung standen. Im August 1988 standen 35 Prozent der 120er Flotte nicht zur Verfügung. Der Grund dafür war der entsprechend hohe Schadbestand. Ab 120 136 gab es Schwierigkeiten an den Radschutzkästen. Dadurch verzögerte sich die Inbetriebnahme weiterer Fahrzeuge.

Im Jahr 2007 wurden 37 Lokomotiven in drei Umlaufplänen, vor allem im Intercity-Verkehr, eingesetzt. Die Fahrzeuge wurden auch als Ergänzung für den neueingerichteten 200 km/h schnellen München-Nürnberg Express eingesetzt. Seltener kam die E-Lok BR 120 im Güterverkehr zum Einsatz. Die Serienmaschinen 120 – 120 110, 158 und 159 schieden erst aus dem Betriebsdienst aus und wurden als Ersatzteilspender verwendet. Sie wurden später aufgrund des gestiegenen Bedarfs wieder in den Betriebsdienst zurückgeführt.

Die E-Lok BR 120 158 wird weiterhin als Ersatzteilspender verwendet und wurde am 16. Juni 2010 z-gestellt. Sie steht nach längerer Arbeitszeit in München im Ausbesserungswerk Dessau. Hier wurden der Lok weitere Teile entnommen. Im Januar 2011 waren noch 49 Lokomotiven im Betriebsbestand. Am 01. Juli 2016 waren es dann nur noch 41. Anfang 2018 wurden die fünf seit 2016 in Hamm abgestellten Lokomotiven nach Opladen überführt und verschrottet. Die Baureihe 120 ist bei DB Fernverkehr seit Juli 2020 nicht mehr im Einsatz.

Die Baureihe 120 verfügt über vier getrennte Sekundärwicklungen des Haupttransformators. An jeder Sekundärwicklung ist ein ölgekühlter Traktionsumrichter angeschlossen. Der Traktionsumrichter besteht aus folgenden Baugruppen:

Vierquadrantensteller (4q-S)
Gleichspannungs-Zwischenkreis mit Saugkreis und Stützkondensator
Pulswechselrichter (PWR)

Die beiden Motoren eines Drehgestells werden von je zwei zusammengeschalteten Traktionsumrichtern versorgt. Die Einphasenspannung der Sekundärseite des Transformators wird durch die 4q-S in Gleichspannung umgerechnet. Im 2800 V Zwischenkreis befindet sich ein Saugkreis, der auf 33 1/3 Hz abgestimmt ist, sowie ein Stützkondensator. Der Zwischenkreis speist die Pulswechselrichter und erzeugt so den Dreiphasen-Wechselstrom mit variabler Spannung uns Frequenz für die Fahrmotoren. Die Variable Spannung liegt bei 0 – 2200 V verkettet und die Frequenz bei 0,4 – 150 Hz.

Die Taktung der 4q-S liegt bei 183 Hz. Weiter sind die 4q-S um 90° jeweils versetzt. Die asynchron getakteten PWR haben eine Taktfrequenz von 200 Hz bis zu eine Motorfrequenz von 20 Hz. Um Schwebungen im Motostrom zu vermeiden, werden Oberhalb von 20 Hz synchronisierte Taktverfahren eingesetzt. Der recht ähnliche Aufbau der 4q-S und PWR lässt zu, dass eine umgekehrte Arbeitsrichtung funktioniert. Dies macht man sich bei der elektrischen Bremse der Lok zu nutze. So kann der PWR mit dem von den Motoren erzeugten Drehstrom den Zwischenkreis speisen. Der 4q-S erzeugt daraus wieder den Einphasen-Wechselstrom, welcher in die Fahrleitung abgegeben wird.

Auf dem Dach der Lok befinden sich zwei Einholm-Stromabnehmer der Bauart SBS 90. Diese Bauart ist eine Weiterentwicklung des Standard-Einholmpantografen der Bauart SBS 65. Der SBS 90 kann für Geschwindigkeiten bis zu 20 km/h benutzt werden, während der SBS 65 nur bis 200 km/h benutzt werden darf. Weiterhin war die Konstruktion 90 kg leichter als der SBS 65 und besser gefedert. So konnte auch bei hohen Geschwindigkeiten der Kontakt sichergestellt werden. Ursprünglich war die Baureihe 120 nur als Erprobungsträger gedacht. So führte man im Fahrzeugteil einiges anders aus als bisher üblich. Der Haupttransformator konnte erstmals unter dem Fahrzeugboden angeordnet und so der Maschinenraum sauber und aufgeräumt gehalten werden. Weiter konnte der Maschinenraum mit einem geraden Mittelgang ausgestattet werden.

Der weitgehende Leichtbau des Fahrzeugteils bereitete zunächst Probleme. die Getriebegroßräder und Getriebekästen waren zu leicht ausgeführt worden. So kam es häufig zu Brüchen und Öllecks. Diese Probleme konnte man durch das Ersetzen von stärkeren Teilen beheben. Bei den Drehgestellen wurde auf die konventionelle Bauweise mit Drehzapfen zurückgegriffen. Flexicoll-Schraubfedern übernahmen in den Laufwerken die Sekundärfederung. Diese erlaubt eine Rückstellung der Drehgestelle in die zentrierte Position nach einem Kurvenlauf. Weiterhin wurden so auch Querbewegungen des Lokkastens ermöglicht. Der Hohlwellen-Kardangelenk-Antrieb von BBC überträgt die Kraft auf die Räder. Dabei wird die Masse der Fahrmotoren über das Drehgestell abgefedert.

Bei der Baureihe 120 wurde erstmals ein Drehstromhilfsbetriebe-Netz verwendet. Dies ermöglicht neben kleinen Motoren auch die Regelung der Hilfsbetriebe. Die 120er verfügen über drei Hilfsbetriebeumrichter (HBU). Diese werden über die Hilfsbetriebewicklung des Haupttransformators gespeist. Die HBU 1 und 2 versorgen jeweils die beiden Fahrmotorlüfter des Drehgestells. Darüber hinaus versorgen sie auch einen jeweils zugeordneten Transformatorölkühlerlüfter. Durch den HBU wird auch die Motordrehzahl flexibel geregelt. Dies geschieht in Abhängigkeit von Kühlbedarf.

Der dritte HBU arbeitet mit fester Frequenz und versorgt andere Hilfsbetriebe, wie die Trafoölpumpen, aber auch den Luftpresser. Der HBU 3 wird beim zuschalten des Luftpressers kurzzeitig heruntergefahren, was ein problemloses Anlaufen ermöglicht. Alle relevanten Temperaturwerte werden von der Lok automatisch überwacht. Eine Traktionssperre wird ausgegeben, wenn es trotz ausgeregelter Hilfsbetriebe zu Grenzwertüberschreitungen kommt.

Die Loks verfügen neben der elektrischen Bremse über eine durchgehende, indirekt wirkende mehrlösige Druckluftbremse Bauart KE-GPR mit direkter Zusatzbremse zum Rangieren. In der Regel wirkt beim Bremsbetrieb nur die elektrische Bremse. Die Druckluftbremse ist vorgesteuert und kommt lediglich beim Ausfall der E-Bremse zum Einsatz. Die E-Bremse kann aufgrund der Drehstromantriebstechnik bis nahe zum Stillstand mit voller Kraft wirken, im Gegensatz zu den elektrischen Widerstandsbremsen. Nachträglich wurde eine sogenannte „Putzbremse“ eingerichtet, welche bei Betrieb der E-Bremse die Klotzbremse mit 0,25 bar Bremszylinder-Druck anlegt. Hierdurch sollen die Radlaufflächen angeraut werden. Dies führt zu einer verbesserten Zug- und Bremstraktion bei schlechten Witterungsverhältnissen. Die verbaute Federspeicherbremse dient als Festhaltebremse.

Bei der Baureihe 120.1 wurde der DB-Einheitsführerstand in druckdichter Ausführung bereits ab Anlieferung verwendet. Dadurch konnten die Loks auch auf Neubaustrecken eingesetzt werden. Bei der Serie 120.0 wurde der Führerstand entsprechend nachgerüstet. Druckgeschützte Innenräume sind bei hohen Geschwindigkeiten wichtig. Bei Zugbegegnungen wird die Außenluft durch die sich mit hoher Relativgeschwindigkeit annähernden Züge stark komprimiert. Dies kann im schlimmsten Fall zu Gehörschäden führen. Die insbesondere auf Strecken mit Tunneln eingesetzten Fahrzeuge müssen Druckschutz-Auflagen erfüllen.

Die Loks verfügen über das vorgeschriebene Sicherheitspaket, bestehend aus:

Sicherheitsfahrschaltung (Sifa)
Punktförmiger Zugbeeinflussung (PZB) inklusive Linienförmige Zugbeeinflussung (LZB 80/180 mit PZB 90)
GSM-R Zugbahnfunk
eine automatische Fahr- und Bremssteuerung (AFB)
Steuergerät für die elektropneumatische Zugbremse (ep)
Notbremsüberbrückung Nbü-DB über IS (der notgebremste Zug kommt so nicht im Tunnel, sondern nach dem Tunnel zum Stehen)

Bei den Loks wurden Rechner für den elektronischen Buchfahrplan EBuLa nachgerüstet. Alle 120er können seit Auslieferung sowohl in Doppeltraktion als auch für Wendezüge eingesetzt werden. Für den Einsatz vor Wendezügen, wurde eine zeitmultiplexe Wendezugsteuerung verwendet. Die 120er waren bis zum Einsatz der Baureihe 101 die einzigen Loks die Steuerwagen-geführte IC-Züge mit bis zu 200 km/h schieben durften. Bei den Vorserien-Maschinen kam zudem noch die konventionelle Wendezugsteuerung zum Einsatz. Sie ermöglichte unter anderem den Einsatz mit Wendezügen aus n-Wagen.

Die Baureihe 120 gilt, durch technischen Fortschritt im Bereich Schienenfahrzeugtechnik, als überholt und störanfällig. Von den einst fünf Prototypen der E-Lok BR 120 sind nur noch 120 003 im Bahnpark Augsburg, 120 004 im DB Museum Koblenz-Lützel, sowie 120 005 beim TEV in Weimar vorhanden. Die 120 001 wurde bei einem schweren Unfall so stark beschädigt, dass sie verschrottet wurde. 120 002 wurde zunächst als Ersatzteilspender für die Schwestermaschinen eingesetzt und anschließend ebenfalls verschrottet.

Auf den Strecken Stuttgart – Karlsruhe und Stuttgart – Nürnberg, wurde die Baureihe 120 bis 2020 in kleiner Flotte planmäßig eingesetzt. Die Flotte wurde von der Baureihe 101 zahlenmäßig dominiert. Teil der 120er Flotte waren unter anderem die 120 100-6, 120 111-0, 120 118-5, 120 123-5, 120 133-4, 120 134-2, 120 147-4, 120 148-2, 120 155-7, 120 157-3 und 120 159-9. Die letzte planmäßige Fahrt fand am 05. Juli 2020 bei DB Fernverkehr, als IC 2161 von Stuttgart nach München, statt. Auch beim Hanse-Express zwischen Hamburg und Rostock, wurde die Baureihe 120 außer Dienst gestellt.

Verbleib und Bestand der DB-Baureihe 120 (Stand: Juli 2021)

Einige Fahrzeuge der Baureihe 120 wurden an private Eisenbahnverkehrsunternehmen verkauft. 120 001 und 120 205 befinden sich seit Juli 2019 bei der Bahnlogistik24 GmbH im Einsatz. Ende 2020 / Anfang 2021 folgten 120 102 und 120 119 und Ende März 120 120 und 120 127. Im Bestand der WRS Deutschland GmbH befinden sich seit August 2019 die Lokomotiven 120 145, 120 154 und 120 204.