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DBクラス101は、アドトランツ社が製造し、ドイツ鉄道（DB Fernverkehr）が運行する三相電気機関車のクラスです。1996年から1999年にかけて145両が製造され、30年が経過し老朽化していたクラス103の後継として、主にインターシティ列車の牽引を担うドイツ鉄道の主力機関車となりました。2024年現在、このシリーズは順次廃車・解体されています。
米国では、ボンバルディアALP-46はDBクラス101をベースとしている。ボンバルディア・トラックスも共通のルーツを持つ。
1990年頃、重量があり高速（時速160km以上）な都市間列車に使用されていた電気機関車、クラス103が老朽化していることが明らかになった。年間走行距離は最大35万kmにも達し、これらの機関車はより高速で重量のある列車を想定して設計されていなかったため、制御装置、牽引モーター、台車フレームの摩耗が激しくなっていた。さらに、DB 90計画の一環としてコスト削減のため、「劣化運転」（Fahren auf Verschleiß）の理論が採用されたことで、負荷はさらに増大した。
同様の運用形態で使用されていた別の機関車、60両の120形三相機関車も、老朽化と設計上の問題から技術的な問題がますます深刻化する段階に達していた。最後に、最高速度160km /h（100mph ）に達する旧東ドイツ製の112形機関車が89両あったが、これらの車両はもはや時代遅れであり、この運用形態で使用されている他の機関車と同様に維持費の支出が必要となる見込みだった。さらに、この機関車は政治的に不遇な扱いを受けており、ドイツ鉄道は120形三相機関車のような真に新しい設計を望んでいた。
1991年初頭、ドイツ鉄道（DB）は「クラス121」というプログラム名で、新型高性能汎用機関車の設計を初めて公募した。出力6メガワット（8,000馬力）以上、最高速度200km /h（125mph ）の汎用三相機関車の設計案が提出されたが、DBにとっては費用が高すぎることが判明した。さらに、運行区域が分割されたことにより、汎用機関車はもはや必要なくなった。
1991年12月、ヨーロッパ全域を対象とした2回目の入札プロセスが開始され、入札企業はより自由に独自のアイデアを提案できるようになった。出力5MW（6,700馬力）未満から6MW（8,000馬力）超まで、30種類以上の設計案が提出され、動力付きヘッドユニット（ Triebkopf ）や運転室が1つだけのユニット（現在イタリアで運用されているE464に類似）も含まれていた。後者のアイデアは、運用試験で柔軟性に欠けることが判明し、価格差もごくわずかだったため、DBは採用しなかった。
シュコダ、アンサルド、GEC-アルストムといったドイツ国外の企業は、現地での製造方法や既存車両の実績がドイツ鉄道（DB）の好みに合わなかったため、早い段階で競争から脱落した。一方、シーメンス、AEG 、アドトランツといったドイツ企業は、顧客の要求に合わせてカスタマイズ可能で、各モジュール間で多くの共通要素を持つモジュール式機関車設計で、その実力を証明した。
シーメンスとクラウス・マッファイは既にユーロスプリンターの試作機である127形を運用しており、AEG Schienenfahrzeugtechnikはコンセプト12Xの実動デモンストレーション試作機（後の128001）を非常に迅速に発表することができた。ABBヘンシェルは最新の試作機は持っておらず、 Eco2000というコンセプトと、既に15年前に改造された2両の120形機関車をベースにした技術デモンストレーションのみを行っていた。
Eco2001のコンポーネント開発のため、ABBヘンシェルは、1992年にABBが改造した2両の120形試作機関車、120 004と005を使用し、運用中の新技術をテストしました。120 005には、GTOサイリスタをベースとした新しい電力変換器と新しい車載電子機器が搭載されました。120 004には、ピボットピンの代わりに駆動ロッドを備えたICEユニットから流用したフレキシブルフロート台車、ディスクブレーキ、およびメイン変圧器用の新しい生分解性ポリオールエステル冷却剤がさらに搭載されました。これら2両の改造機関車は、通常のICサービスで長距離を問題なく走行しました。
多くの観察者を驚かせたことに、1994 年 12 月、ドイツ鉄道 (DB) は ABB ヘンシェルと意向表明書に署名し、その結果、1995 年 7 月 28 日に 145 両の機関車が発注された。最初の 101 形機関車は 1996 年 7 月 1 日に正式に披露された。この車両は、この形式の最初の 3 両の機関車と同様に、オリエント レッドの塗装が施されていた。この時までに ABB ヘンシェルは AEG と合併して Adtranz となり、車体の一部はヘニヒスドルフ工場で製造され、残りはカッセルで製造された。ヘニヒスドルフで製造された車体は、アウトバーンを経由してカッセルまで平床トラックで輸送され、そこでポーランドのヴロツワフで製造された台車に取り付けられ、組み立てが完了した。1997 年 2 月 19 日、最初の 101 形機関車が正式に運行を開始した。
101形機関車は、当初、前後部の傾斜が異常に大きいことで際立っていました。車体は、可能な限り空力性能を高めると同時に、可能な限りコスト効率の良い設計にする必要がありました。そのため、設計者は複数の曲線部分を持つ前面形状を採用しませんでした。さらに前面を細くすることも却下されました。なぜなら、そうすると機関車と客車が分離している場合、両者の間の距離が長くなり、車両間の空間で発生する空気の乱流によって、より尖った前面形状の利点が相殺されてしまうからです。
下部構造の支持構造を構築するために、ヘニヒスドルフとヴロツワフのアドトランツ工場で、さまざまな強度の鋼板を使用して巨大なC形鋼が溶接されました。前面の両側の緩衝器は最大1,000 kN (220,000 lb f )の力に耐えるように設計されており、上部窓の下の前面部分は最大7,000 kN (1,600,000 lb f )の力に耐えることができます。
運転室の前面は厚さ4mm （0.157インチ）の鋼板でできています。前面の窓ガラスは機関車の両側に取り付けることができ、窓枠なしで車体に接着するだけです。運転室の屋根は車体の一部であり、屋根ではありません。側面の4つのドアは運転室に直接つながっており、軽量合金製です。
101形機関車の運転室側面の窓は、腐食しやすい窓枠を避けるため、回転式の窓が採用された（145形と152形の窓は引き続き埋め込み式であった）。すべての窓とドアは、特殊なシーリング材によって完全に加圧されている。
車体側面パネルは 厚さ3mmで、柱状の部材によって支えられており、その間にケーブル配線用の溝が設けられています。側面パネルは、運転席後端から傾斜した屋根部分の始点までを覆い、傾斜した屋根部分は取り外し可能な屋根部材の一部となっています。側面パネルは上部に向かって中空構造になっており、そこに屋根部材が取り付けられます。側面パネル同士は、鋼板製の溶接された2本のウィケット／ベルトで接続されています。
屋根はアルミニウム製で、3つの独立したセクションで構成されています。ファングリルと屋根の傾斜部分は屋根セクションに属し、屋根の一部として取り外すことができ、車体の幅全体を内部の機械の整備に利用できます。屋根セクションは、サイドパネル、それらを繋ぐベルト、運転室の固定屋根の上に載っており、各セクションにはフローティングシールが組み込まれています。パンタグラフ、信号ホーン、無線通信用アンテナを除き、屋根セクションは空力的な理由から完全に平らになっています。
屋根上のすべての部品は運転室の屋根の上端よりわずかに下に設置されているため、ほとんど風の影響を受けず、パンタグラフを下げた状態でも風の影響はほとんど感じられません。他のドイツ製機関車と比較すると、パンタグラフの取り付け方向が「逆」になっています。ヒンジが内側を向いているのです。これも空力的な理由によるもので、パンタグラフのロッカーは台車の中心より上に配置する必要があるため、パンタグラフが運転室の屋根の隆起部分に突き出てしまうからです。
101形機関車の特長の一つは、台車側枠カバーです。これは台車側枠に取り付けられ、車輪軸受までを覆う構造になっています。
アドトランツとヘンシェルは、将来の進化に最大限の自由度を持たせた101形機関車用台車の開発を目指した。そのため、台車は最高速度250km /h（155mph ）に対応できるよう設計され、ICEの設計を直接ベースとしている。ただし、101形機関車の最高速度は220km/h（140mph）に過ぎない。さらに、台車は他の軌間の車輪セットにも対応できるよう設計されている。スイス連邦鉄道の460形機関車のように、半径方向に調整可能な車軸を取り付けることも可能だが、ドイツ鉄道はこのオプションを採用しないことを選択した。
101形機関車の台車はICE列車の台車を改良したものであるにもかかわらず、その動作には大きな違いがある。101形機関車の台車はコンパクトな印象を与える一方、ICE列車の台車はそれほどコンパクトには見えない。その理由は、101形機関車の台車は高速走行時の安定性と急カーブでの良好な走行性能の両方を考慮して設計する必要があったためである。そのため、ホイールベースを短くし、車輪を大きくする必要があった。ICE列車の台車は、101形機関車が走行する必要のある急カーブの一部を考慮する必要がなかった。具体的には、ホイールベースはICEの3,000 mm（118.1インチ）から101形機関車の2,650 mm（104.3インチ）に短縮された。
これらの小型台車を使用することで、車体と台車間の相対的な動きが大幅に減少し、モーターへの接続ケーブルを換気ダクトの外側に配線することが可能になった。これにより構造が簡素化され、耐用年数が延びた。
台車は、2本の側方主梁と両端の2本の横梁で構成され、中央に溶接された横梁はありません。台車から機関車への牽引力と制動力の伝達は、機関車と台車をピボットピンで接続する2本のロッドを介して行われます。ピボットピンは、同じくわずかに傾斜したロッドと直角を形成できるように、わずかに傾斜して取り付けられています。ロッドは、ピボットピンから約40 mm (1.57インチ)の位置にバネで取り付けられており、台車の動きのバランスが取れるようになっています。
クロムモリブデン合金製の中空車軸は、両端に巨大な車輪と車輪セットベアリングを支えています。車輪はドイツ標準サイズの1,250 mm (49.21インチ)で、摩耗後も最低1,170 mm (46.06インチ)です。車軸は中空シャフトを介してギアボックスケースに取り付けられ、ギアボックスケースは牽引モーターとともに「統合共通駆動系」、IGAと呼ばれています。メーカーとDBは、優れた（そして120 004で実証された）オイル漏れ防止性能により、メンテナンスコストが大幅に削減され、環境保護にも役立つことを期待していました。
車軸とシャフトへの動力伝達は、ゴム製の部品を備えたユニバーサルジョイント（フックジョイントまたはカルダンジョイントとも呼ばれる）を介して行われます。各台車の2つの車輪は、プラットフォームから見える6本の非常に大きなボルトで固定されています。
中空シャフトには2つの通気式ディスクブレーキが取り付けられており、前述のようにクロスビームとピボットピンがないため、十分なスペースが確保されています。ディスクブレーキは独立しており、内部から通気されます。車軸全体を取り外すことなく、下から整備または交換が可能です。通常の制動時には、主に回生ブレーキが使用され、トラクションモーターが発電機として機能します。ディスクブレーキと回生ブレーキの連携は、専用のブレーキ制御コンピュータによって制御されます。
各車輪にはそれぞれ専用のブレーキシリンダーが備わっており、さらに各車輪セットにはスプリングブレーキ用の追加ブレーキシリンダーも搭載されている。このスプリングブレーキはハンドブレーキ／パーキングブレーキとして機能し、最大4パーセントの傾斜でも機関車を固定することができる。
ハウジングなしで設計されている牽引モーターは、最大回転数 3,810 rpm で最高速度220 km/h (137 mph)に達することができます。ギア比 3.95 により、回転数は 4,000 rpm を超えません。最大出力は1,683 kW (2,257 hp)で、トルクは4,220 ニュートンメートル (3,110 ft⋅lbf)です。牽引モーターのブロワーは内蔵センサーで制御され、電気補助インバーターで駆動されます。冷却空気は密閉されたエアダクトを通って輸送され、エンジンルームを清潔に保ちます。この冷却空気はフレキシブルベローズを介して牽引モーターに流れ込み、「統合された共通駆動系」を通過し、ギアボックスの開口部から排出されます。各送風機は最大で毎秒2.1 m³ (74 cu ft)の空気を送り出し、そのうち0.5 m³ (18 cu ft)が機関室に送られます。各牽引モーターの重量は2,186 kg (4,819 lb)で、台車全体の重量は約17 t (17 ロングトン、19 ショートトン)です。
牽引駆動装置全体は台車中央の補助ビームに取り付けられ、2つの振り子を介して外側に取り付けられています。台車にはピボットピンがないため中央に取り付けることが可能で、台車は8つのフレキシブルコイルばねによってフレームの上に支えられています。その結果、あらゆる方向への自由な動きは油圧緩衝器とゴム部品によって制限されます。このフレキシブルコイルサスペンションを採用することで、摩耗したり高額なメンテナンスが必要だった多くの部品が不要になりました。
101形機関車の圧縮空気システムは、他の機関車に搭載されているシステムと同様です。エンジンルームの吸気口から空気が吸い込まれ、フィルターを通してスクリュー式コンプレッサーで最大10バール（1,000 kPa、150 psi）まで圧縮されます。コンプレッサーは圧力制御装置によって制御され、8.5バール（850 kPa、123 psi）で自動的に作動し、 10バール（1,000 kPa、150 psi）で停止します。圧縮空気は空調ユニットを通って、2つの400リットル（88英ガロン、110米ガロン）の主空気タンクに貯蔵されます。システム全体は、10.5バール（1.05 MPa）と12バール（1.20 MPa ）の圧力で作動する2つの安全弁によって過圧から保護されています。コンプレッサーも個別に監視されており、油温が110 ℃（230 °F）を超えると停止します。
機関車の始動時に十分な空気が利用できない場合、機関車の停止時に自動的に作動する遮断弁がシステムには備わっているにもかかわらず、バッテリー駆動の補助コンプレッサーを使用してパンタグラフとメインスイッチに最大7バール（700kPa 、100psi ）の圧力まで空気を供給することが可能です。
圧縮空気システムは、以下のコンポーネントに空気を供給します。
車輪からレールへの列車の動力とブレーキ動力の伝達効率を高めるため、機関車はレール上に砂を散布することができる。砂は台車上の車輪ごとに1つずつ、計8つの容器に貯蔵されている。運転士が作動させると、圧縮空気が砂散布システムに送られ、砂は縦樋を通して進行方向の前方の車輪の前方に吹き付けられる。気温が5 ℃（41 °F）を下回ると、このシステムは加熱され、容器内の砂は定期的に攪拌される。
ホイールフランジを保護するため、現在の速度に基づいて、圧縮空気を用いて生分解性の脂肪／油が前輪のホイールフランジとホイール表面の間の溝に自動的に噴霧される。
各運転席の屋根には、370Hzと660Hzの警告音を発する2つの汽笛が設置されている 。これらの汽笛は、運転席の足元付近の床にある圧力弁、または運転席周辺に設置された空気圧式押しボタンによって作動する。
DSA 350 SEK型のパンタグラフ2基（ダイヤモンド型のフルパンタグラフとは異なり、ハーフパンタグラフとして識別できる）は、元々はドルニエ社によって開発され、ベルリン・ヘニヒスドルフで製造された。現在、シュットドルフにあるステムマン・テクニック社がこれらのユニットを製造・販売している。重量は270kg （600ポンド）である。
パンタグラフは屋根に3箇所でねじ止めされています。パンタグラフ1は屋根を通して機関室の主制御スイッチに直接接続され、パンタグラフ2は機関室の側壁に沿って走るケーブル接続部を介して主制御スイッチに接続されています。接点シューには、接点シュー破損時の監視システムが備えられています。グラファイト製の接点シュー内部には、加圧された空気通路が設けられています。破損時には空気が放出され、パンタグラフが自動的に後退することで、架線への損傷を防ぎます。
パンタグラフは、昇降シリンダーに5バール（500kPaまたは73psi）の圧縮空気を供給することで昇降します。パンタグラフの昇降には5秒、格納には4秒かかります。コンタクトシューは、70～120N （16～27lbf ）の調整可能な圧力でコンタクトワイヤを押します。運転士は、運転台の押しボタンでパンタグラフを制御します（設定は、昇降、降降＋緊急時の砂撒きです）。使用するパンタグラフの選択は、運転士が機関車に任せることもできます。その場合、進行方向の後ろ側のパンタグラフが自動的に使用されます。また、2台の機関車が連結されている重連運転の場合は、前方の機関車には前方のパンタグラフ、後方の機関車には後ろ側のパンタグラフが使用されます。それ以外の場合は、運転士は運転室1のバッテリー制御テーブルにあるスイッチを使用して、どちらか一方、または両方を同時に上げることができます。これは主に、入換作業中に有利になります。そうでなければ、一方の運転室からもう一方の運転室に移動すると、一方のパンタグラフからもう一方のパンタグラフへの自動切り替えが必要になるからです。パンタグラフを切り替える場合は、下がっていたユニットが最初に持ち上げられ、それが接触線に押し上げられると、使用されていたパンタグラフが下げられます。
パンタグラフの昇降および接触シュー監視システム用の圧縮空気は、屋根上の2本のテフロンコーティングされたホースを介して供給され、これらのホースは15,000ボルトの接触線電圧に耐えなければならない。
他のクラスの機関車とは対照的に、101形機関車の変圧器は機関室の床下のフレームに吊り下げられており、これにより機関室は非常にすっきりとした構造になっている。このため、変圧器の設計も従来の機関車とは大きく異なっている。タンクは軽量鋼でできているが、軽微な脱線やその他の事故に耐えられるだけの頑丈さが必要だったため、一部の箇所はより強度のある溶接部分で補強されている。
この変圧器は7つの電気コイルを備えています。
変圧器は、ポリオールエステル混合物からなる冷却剤によって冷却され、この冷却剤は2台の独立した密閉型モーターポンプによって循環されます。これらのポンプにより、漏れが発生する可能性はほぼありません。各ポンプは個別に密閉できるため、容易に交換できます。ポンプが1台故障した場合でも、冷却剤は変圧器タンク内に残ります。変圧器は、ポンプ1台のみの稼働でも、定格容量の65%の電力を供給できます。
101形機関車には、運転士を補助し、あらゆる条件下で最適な加速と制動を可能にする自動駆動・制動制御システム（AFB、Automatische Fahr- und Bremssteuerung）が搭載されています。AFBは機関車を一定速度に保つことも可能です。
クラス101には、車輪の1分あたりの最大回転数を制御するスーパースリップ制御（ Superschlupfregelung）も装備されていました。この制御システムは、車輪表面の損傷や砂地での転覆を防ぐために、回転数を自動的に制限することができます。これにより、車輪とレール間の機能的なグリップを最大限に高めることが可能になります。このシステムには現在の速度に関する非常に正確な情報が必要となるため、機関車の床下にレーダーシステムが設置され、必要な速度データをコンピュータシステムに送信する仕組みになっていました。しかし、実際にはレーダーは不要であり、この制御システムはレーダーから提供されるデータなしでも十分に機能することが判明しました。
これらの機関車には、ABBが開発した16ビットのコンピュータ制御システムMICAS Sが搭載されています。車両の制御、監視、診断はバスシステムによって行われます。このシステムにより、特に120形機関車と比較して配線量が大幅に削減され、配線の大部分は車体側壁に収められています。
システムの中核となる中央制御ユニット（ZSG）は、冗長性を確保するために2つ搭載されている。各種車載システムによって収集されたすべてのデータは処理のためにZSGに送信され、車両に影響を与えるすべてのコマンドはZSGから発信される。
ZSGは、列車制御および安全システム（デッドマンシステムを含む）を監視する4つのプロセッサで構成されています。安全システムには、信号やその他の規則（高速での停止信号への接近、規定速度の違反など）の遵守を強制し、必要に応じて緊急ブレーキで列車を停止させるPZB 90も含まれています。さらに別の安全システムとしてLZB 80があり、列車を中央制御ポイントと常時接続し、線路上のすべての列車の位置と速度を監視します。機関車101、140、144では、欧州列車制御システム（ETCS）が試験運用されています。ETCSは、上記と同様の機能を持ちますが、欧州全域で運用されることを目的としています。
制御システムには、DB AGのすべての列車に搭載されている電子時刻表EBuLaも含まれており、これは運行スケジュール、速度、一時的な速度制限、および路線上のその他の異常を追跡するのに役立ちます。
診断システムDAVIDは、クラス101のICEバージョンからさらに発展したものです。このシステムは、故障の監視と診断を可能にし、考えられる解決策をリアルタイムで運転士と整備工場に提供します。さらに、整備部門は、ICEバージョンのシステムのようにネットワーク上の特定の地点でしか確認できない問題に対し、いつでもシステムに問い合わせることで既に特定された問題に備えることができるため、整備時間を短縮できます。
当初の計画では、101形機関車はドイツの主要な都市間交通拠点の一つであるフランクフルトに配備される予定だった。終着駅となるフランクフルトに配備することで必要となる機関車の改造は、これらの機関車の運行スケジュールと保守作業を理想的に整合させることを可能にするものだった。
その後、フランクフルトに到着する制御車両付きICE列車の数がますます増加していること、DBがフランクフルト駅への乗り入れをプッシュプル式列車のみに限定することを決定したこと、そして駅に最新鋭の車両基地を建設するために多額の投資が必要であることから、この計画は再検討されることになった。同時に、定評のあるハンブルク・アイデルシュテットのICE車両基地に余剰容量が生じた。というのも、同車両基地は14両編成のICE列車を収容できるように建設されていたにもかかわらず、実際に使用されていたのは12両編成のみだったからである。この余剰容量は、今後は101形車両の保守に利用されることになる。
この拠点開設当初、メーカーのアドトランツ社は保証義務を履行するため、ハンブルク＝アイデルシュテットに15名の従業員からなるチームを配置していた。2002年時点でも、アドトランツ社の担当者2名が常駐していた。
ハンブルクに101形機関車を配備することは、他の場所に新たな車両基地を建設するよりも、ドイツ鉄道（DB）にとって依然として費用対効果が高いように思われた。ただし、ハンブルクでは、時に複雑ではあるものの不可欠な入換作業のために、新たに運転士を雇用する必要があった。また、ドイツ最北端の比較的辺境の地に拠点を置くことは、これらの機関車の運行スケジュールにも問題を引き起こした。
10万 キロメートル走行ごとに、101形機関車は定期点検（フリスト）のためにハンブルクに送られ、そこで軽微な技術的問題が対処されます。この車両基地には、タイヤの再成形を行うための床下旋盤も備えられています。最初の数年間は、機関車はニュルンベルクの主要鉄道工場（アウスベッセルングスヴェルク、略称AW）に送られて大規模なメンテナンスを受けていましたが、このAWの処理能力の問題から、代わりにカッセルの製造元に送られることもありました。現在、101形機関車の大規模なメンテナンス作業は、デッサウのAWが担当しています。
2024年9月現在、34両の機関車が既に廃車されている。[ 1 ]最初に廃車されたのは2020年12月の101 144号機と101 112号機である。最初に廃車されたのは2021年9月のオプラデンでの101 112号機と101 119号機で、再利用可能な予備部品が取り外された後である。
新型ICE車両の納入増加に伴い、機関車が余剰となっている。ドイツ鉄道は今後数年間でIC1型機関車の置き換えも計画しているため、101型機関車は2023年以降に順次廃車となる予定であり、DBカーゴで活用される可能性がある。