Entwicklung der Re 6/6

Für die neue Lokomotive kam grundsätzlich nur ein sechsachsiges Fahrzeug mit einem Gesamtgewicht von 120 t in Frage. Damit aber auf den Steilrampen des Gotthards von 27‰ maximale Anhängelasten von 800 t gegenüber 650 t der Ae6/6 in Einzeltraktion befördert werden können, waren die Adhäsionseigenschaften zu verbessern. Diese Massnahme verbunden mit der Forderung, dass die Lokomotive mit erhöhten Kurvengeschwindigkeiten, d. h. nach der Reihe R, verkehren kann, führten zu einer Erhöhung der Leistung von rund 6000 PS (Ae 6/6) auf rund 11000 PS. Die Erfüllung der Forderung zur Fahrt nach der Reihe R fährt auf den kurvenreichen Strecken des Gotthards zu einer merklichen Steigerung der mittleren Fahrgeschwindigkeit und zu entsprechenden Fahrzeitverkürzungen. Mit Rücksicht auf einen späteren Einsatz der Lokomotive in dem zur Diskussion stehenden Gotthard-Basistunnel wurde ihre Höchstgeschwindigkeit auf 140 km/h angesetzt. All diese Forderungen legten den zu bauenden Lokomotivtyp fest und führten zur Serienbezeichnung Re 6/6.

Bei der Aufstellung des Pflichtenheftes für das neue Fahrzeug konnten die SBB weitgehend von den mit den vierachsigen Hochleistungslokomotiven der Typen Re 4/4 II und Re 4/4 III gemachten Messungen und Erfahrungen ausgehen. Es galt dabei vor allem, die ausgezeichnete Adhäsionseigenschaften sowie das günstige Verhalten der vierachsigen Lokomotive bezüglich der zwischen Rad und Schiene auftretenden Seitenkräfte auf das sechsachsige Fahrzeug zu übertragen. Die vier im Jahre 1969 von den SBB in Auftrag gegebenen Prototyplokomotiven Re 6/6 11601-11604 entstanden in enger Zusammenarbeit zwischen der Abteilung Zugförderung und Werkstätten der SBB in Bern, der BBC-Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, als Lieferant des elektrischen Teils, und der Schweizerischen Lokomotiv- und Maschinenfabrik (SLM) in Winterthur, dem Lieferanten des mechanischen Teils.

Damit die Lokomotive zur Fahrt mit erhöhten Kurvengeschwindigkeiten entsprechend der Reihe R zugelassen werden kann, ist die Forderung nach kleinen Seitenkräften zwischen Rad und Schiene bedingungslos zu erfüllen. Dies schloss bei der Re 6/6 von Anfang an die Anwendung dreiachsiger Drehgestelle wie bei der Ae 6/6 mit der Achsanordnung Co'Co' aus. Die Re 6/6 erhielt deshalb drei zweiachsige Drehgestelle (Achsanordnung Bo'Bo'Bo'), die gegenüber den dreiachsigen zu wesentlich kleineren quasistatischen sowie dynamischen Seitenkräften zwischen Rad und Schiene führen. Auch bei dieser Lokomotive war, wie bei der Ae 6/6, der Einbau einer die Drehgestelle verbindenden Querkupplung notwendig, um die zwischen Rad und Schiene auftretenden quasi statischen Richt-, Führungs- und Schwellenkräfte zu begrenzen. Zur Erfüllung der Forderung nach einer möglichst guten Ausnutzung des Adhäsionsgewichtes wurde, wie bei den Re 4/4 II und Re 4/4 III-Lokomotiven, für die Zugkraftübertragung die Tiefzugvorrichtung vorgesehen. Bei der Konzeption des mechanischen Teils der Lokomotive war davon auszugehen, dass die elektrische Ausrüstung, wie bei den Re 4/4 II- und Re 4/4 III-Lokomotiven in klassischer Weise, d. h. für die Speisung der Fahrmotoren mit Wechselstrom von 16 2/3 Hz, auszuführen ist.

Für die SLM war die gestellte Aufgabe in mancher Hinsicht nicht völlig neu, da die Firma bereits Ende der fünfziger Jahre für die Rhätische Bahn sechsachsig Lokomotiven des Typs Ge 6/6 und der Achsfolge Bo'Bo'Bo' entwickelt hatte. Von denen bis zum Jahre 1965 insgesamt sieben Einheiten gebaut wurden. Die mit diesen Fahrzeugen gewonnenen Erkenntnisse bildeten eine wichtige Grundlage zur Entwicklung des mechanischen Teils der Re 6/6-Lokomotiven. Die ersten Studien für diese Lokomotiven sahen denn auch in gleicherweise wie bei den Ge 6/6 einen in zwei Hälften unterteilten Lokomotivkasten vor, die durch ein auf Zughakenhöhe liegendes Gelenk verbunden sind. Dieses Gelenk lässt eine freie Relativbewegung der beiden Kastenhälften um eine feste Querachse zu. In Kombination mit den Drehgestellen (mit der Tiefzugvorrichtung ausgerüstet) liess diese Lösung ein sehr gutes Verhalten bezüglich der statischen Achsentlastungen und -belastungen erwarten. Eine Zweiteilung des Kastens ist jedoch auch mit verschiedenen Nachteilen verbunden. Die Lokomotive wird im Aufbau des mechanischen und bezüglich der Gestaltung des elektrischen Teils komplizierter. Ein zweiteiliger Kasten erschwert dessen Handhabung in den Unterhaltswerkstätten oder auf der Strecke nach Entgleisungen. Zudem ist eine Lokomotive mit zweiteiligem Kasten der einteiligen Ausführung bezüglich des Fahrkomforts bei höheren Geschwindigkeiten eher unterlegen. Die SLM untersuchte von Beginn an auch Möglichkeiten, die Lokomotive mit ungeteiltem Kasten zu bauen, die gleichzeitig die Forderung nach einer optimalen Achsdruckverteilung in Abhängigkeit von den Zugkräften zu erfüllen vermochten. Die Studien führten zu verschiedenen Lösungsvarianten, die sich vor allem in der Ausführung der zwischen dem Kasten und den Drehgestellen angeordneten Sekundärfederung unterscheiden.

Eine Variante war durch die Ausbildung der Sekundärfedern als Luftfedern gekennzeichnet. Mit pneumatischem Parallelschalten der Luftfedern des vorderen und mittleren Drehgestells gelingt es, die Forderung nach einem optimalen Achsdruckausgleich weitestgehend zu erfüllen. Der Einbau der integralen Luftfederung verschafft zudem die Möglichkeit, die Neigung des Lokomotivkastens, um seine Längsachse zu steuern. Dies ist besonders bei der Fahrt mit hohen Geschwindigkeiten in Kurven von Vorteil. Der Kasten wird hier zur teilweisen Kompensation der auf ihn wirkenden freien Seitenbeschleunigung in einem von Kurvenradius und Geschwindigkeit abhängigen Mass nach der Kurveninnenseite geneigt.

Eine gute Achsdruckverteilung beim einteiligen Kasten lässt sich auch durch den Einbau von Sekundärfedern unterschiedlicher Weichheit über den äusseren Drehgestellen sowie über dem mittleren Drehgestell erzielen. Die Grösse der effektiven Federsteifigkeiten für optimale Achsdruckverhältnisse ist dabei massgebend abhängig von der Neigung der Tiefzugstangen, die die Drehgestelle mit dem Kasten verbinden. Kennzeichnend für diese Lösung ist, dass die Federkonstante der Sekundärfedern über dem mittleren Drehgestell wesentlich kleiner sein muss als jene der Federn über den beiden äusseren Gestellen. Konstruktiv kann diese Forderung weitgehend optimal erfüllt werden, wenn die Sekundärfedern des mittleren Drehgestells als Luftfedern mit grossem Zusatzvolumen ausgebildet werden, während für die Sekundärfederung der äusseren Gestelle Schraubenfedern Verwendung finden. Beim Einbau von Schraubenfedern über allen Drehgestellen ist es nicht möglich, den Idealfall vollkommen zu verwirklichen, da sich die erforderliche grosse Weichheit der Schraubenfedern über dem mittleren Drehgestell aus Dimensionsgründen nicht erreichen lässt. Die Abweichung vom Idealfall kann jedoch in verhältnismässig engen Grenzen gehalten werden.

Bei den vier Re 6/6-Prototyplokomotiven wurden sämtliche erwähnten Haupt- und Untervarianten verwirklicht. Die Re 6/6 11601 und 11602 wurden mit zweiteiligem Kasten und weitgehend gleichen Drehgestellen wie bei der Re 4/4 II gebaut. Für die Lokomotiven Re 6/6 11603 und 11604 kam der einteilige Kasten zur Ausführung.