Siemens ES64F4 是由西门子交通公司（现称西门子移动交通）开发的一种机车平台，隶属于 EuroSprinter 系列。在德国，这款机车主要以德国铁路（Deutsche Bahn）189 型的形式投入使用。它能够兼容欧洲范围内使用的四种铁路供电系统。然而，由于英国的车辆限界较窄，这些机车无法在英国铁路网中运行，除了高速铁路1号线（High Speed 1）以外。在西班牙、葡萄牙、芬兰及东欧多国的宽轨铁路中，虽然从技术上可以配置适配的转向架，但并未接到宽轨版本的订单，而且宽轨网络对多系统机车的需求并不迫切。根据不同铁路公司的需求，可以安装所需的列车控制组件作为“选配包”。
技术特点
总体概述
ES64F4 型机车是一种适用于跨境货运的干线电力机车，配备两个端部驾驶室，采用 Bo’Bo’ 的轮轴排列形式。为了满足不同运营商的需求，这款机车设计了多种变体。四轴机车的运行重量根据配置不同约为 87 吨。车体为安装 UIC 中间缓冲器以及其他符合欧洲高度标准的连接器做好了预留。
车辆的机房采用中央直通走廊设计，走廊两侧布置有设备架和柜体。中央走廊连接两个驾驶室，电气控制和压缩空气管线则布置在走廊下方的管道中。
车体结构
自承式车体采用差异化设计，由底架、两个驾驶室和两侧侧墙组成。底架包括两根外部纵梁和一根中央纵梁，并配有端部的车钩梁以及用于安装转向架和主变压器的横梁。车钩梁承担牵引和缓冲功能，并设计为可变形的结构，采用了新开发的高性能缓冲器，配有能量吸收元件。牵引和制动力通过与 152 型机车相同的方形旋转轴销传递。侧墙由冲压钢板制成，并用垂直钢型材加固。
车顶
机房顶部由三个可拆卸的车顶模块组成。与 152 型机车不同，车顶斜面集成到车顶模块中，而非车体上，这种设计是为了满足车辆限界要求。
车顶组件以模块化形式布置。根据不同变体和所需的供电系统，车顶布局可灵活调整，也可以在后期进行改装。在两个外部车顶模块上，各可安装最多两个受电弓，其材料和滑板宽度根据使用地区不同而有所变化。中部车顶模块用于安装过电压保护器、系统选择开关、交流主断路器、分离/接地开关和车顶穿通装置。组件之间通过导电轨、导电管或电缆连接，导电轨主要用于直流，导电管和电缆则用于交流。
此外，两个外部车顶模块还集成了牵引电机通风口、冷却装置、辅助设备变流器组件、机房排气口以及制动电阻的通风格栅。中部车顶模块则装有警报喇叭（Makrofone）。各种车顶天线分布在所有车顶模块上。
转向架
两个转向架采用全焊接封闭式框架结构。两个弯曲的纵梁通过两个端部横梁和一个中间横梁连接，中间横梁嵌入深处并支撑旋转轴销。车体通过八对横向布置的Flexicoil螺旋弹簧支撑在转向架上，驱动方式为抱轴驱动。牵引电机通过摆动支撑固定在中间横梁上，而齿轮箱及其齿轮直接固定在车轴上，不设悬挂。初级悬挂系统由车轴轴承外壳两侧的短螺旋弹簧和减震器组成。牵引力通过水平三角连杆传递，这些连杆在纵向上的刚度较横向小，得益于车轴轴承的特殊橡胶套设计，从而在曲线行驶时实现轮对的被动径向调整。
相比152型机车，ES64F4的轴距从3000毫米缩短到2900毫米，转向架纵梁的弯曲程度也增大，以便安装更长的次级弹簧。这些调整是为了降低曲线行驶中的横向力。
机车配备电制动和盘式制动，由于最高速度较低（140公里/小时）且成本考虑，使用了轮盘制动而非 ES64U2 型机车的高性能悬挂制动轴系统（HAB）。但该机车的设计允许升级至最高速度 230 公里/小时的版本。
部分机车还安装了主动横向减震器。
主电路
作为四制式电力机车，ES64F4 型机车适用于欧洲常用的四种铁路供电系统。机车配置了两个高压电路：一个用于交流电网运行，另一个用于直流电网运行。
受电弓通过交流主断路器与系统分离器连接。系统分离器在交流供电模式下将直流电路分离并接地。交流主断路器通过高压电缆与位于机车底部的主变压器连接。主变压器的次级侧配有四个牵引绕组，每个绕组带有中间抽头，以保证在 25 kV 和 15 kV 供电下牵引变流器输入电压一致。牵引变流器的功率电子部分采用 IGBT 技术，每个变流器组为一个转向架的牵引电机供电。一个牵引变流器包含两个与主变压器次级绕组连接的网络整流器（作为四象限变流器工作）、一个直流中间电路和两个为牵引电机单独供电的电机变流器。直流中间电路通过支撑电容器和平波电感器平滑直流电压。电机变流器将直流转换为三相交流电，并分别为牵引电机供电，从而实现独立控制，并优化轮轨间的粘着系数。
在直流供电网络中，电流通过闭合的系统分离器进入直流主断路器，直流主断路器集成在机房的 3 kV 设备架中。电流随后通过主变压器的次级绕组（用作网络滤波电感器）直接进入牵引变流器的直流中间电路。值得一提的是，机车在 1.5 kV 直流电压下以三角形接法工作，在 3 kV 直流电压下以星形接法工作，这使得机车在 1.5 kV 供电时可输出4.2 MW的功率。
牵引变流器与电制动配合，可实现交流供电模式下理论功率为 6.4 MW 的回馈制动。但出于防脱轨考虑，除了 F 型机车外，制动力被限制在 150 kN。当铁路供电系统无法吸收回馈电流时，通过制动装置从中间电路中消耗能量，并通过制动电阻转化为热能。
车载网络
牵引变流器的直流中间电路还为两个辅助变流器的降压装置供电，这些变流器为机车的辅助设备提供 440 V 三相交流电。每个牵引变流器的中间电路配备两个固定的降压装置。每个辅助变流器有两个输出端，频率范围为 2 至 60 Hz。辅助设备根据负载类型分配到四个输出端，其中两个输出为频率可变负载供电（如牵引电机风扇、冷却风扇和制动电阻风扇），另两个输出为频率固定负载供电（如空气压缩机、电池充电器、辅助变流器风扇、水泵、变流器风扇、变压器泵、电源插座、驾驶室气压保护高压风扇、空调系统和附加加热装置）。频率可变的辅助电网频率根据功率需求动态调整。
此外，机车还配备了一个由电池充电器供电的 110 V 车载直流网络。
列车供电总线
虽然机车主要用于货运，但其设计也适合用于客运列车，因为机车配备了列车供电总线和UIC线路接口。在直流模式下，列车供电总线直接从高压电路供电；在交流模式下，供电总线通过主变压器的一组专用次级绕组供电，该绕组配有中间抽头，可在15 kV/16.7 Hz时提供1000 V，或在25 kV/50 Hz时提供1500 V。车端的供暖插座可加锁保护。
气压和机械制动系统
机车的压缩空气由一个由三相电机驱动的螺杆式空气压缩机提供，该压缩机安装在机房的气压装置架中。两个500升的主气罐位于机车底部。气压装置架集中布置了气压和制动设备的控制装置，气动元件主要安装在一个制动面板上。
机车配备了多级、间接作用的自动空气制动系统，电控直接辅助制动和用于停车的弹簧蓄能制动。每个车轴配有两个紧凑型制动钳，作用于车轮的制动盘，每个车轴还配有一个制动缸和一个带弹簧蓄能功能的制动缸。
冷却装置
机车配备了多种冷却装置以散热。牵引变流器和主变压器通过机房内的两套冷却装置冷却，每套装置包括一个变流器冷却回路和一个变压器冷却回路的热交换器，以及一个风扇。风扇从车顶吸入冷空气，通过热交换器后将热空气从车底排出。
牵引电机各自配备一个风扇进行冷却，风扇安装在机房内，通过车顶斜面的过滤格栅吸入空气，并通过波纹管将空气送至牵引电机。
制动电阻采用塔式布置，由一个制动电阻风扇冷却，空气从车底吸入并从车顶排出。
车辆控制
机车的控制系统负责所有控制、调节、保护和诊断任务，基于Sibas系统，包括中央控制单元、驱动控制单元、驾驶台彩色显示屏、制动控制单元及其他外围设备。各单元通过多功能车辆总线（MVB）通信。车组内通信通过时间复用多重牵引控制（ZMS）或时间复用推挽控制（ZWS）实现。
机车可与同类型的ES64F4机车或其他机型（如120型、ES64F、ES64U2、ES64U4及Vectron系列）混编重联运行。
列车控制系统
根据型号不同，ES64F4型机车可配备多种列车控制系统，包括：
- LZB / PZB
- ZUB262 / Integra
- SCMT
- SHP
- ETCS
- ATB-EG
- Mirel
- TBL1+
-
ES64F4 的机械间 -
-
驾驶室 -
189 086 在 Ingolstadt Hbf -
189 917 在 Bahnhof Brenner
变体
ES64F4型机车设计为四制式机车，可在欧洲大陆常见的四种供电制式下运行。此外，为满足跨境运输的需求，这些机车需要适应不同国家的特定要求。通过安装模块化的“套件”来实现这些调整，这些套件根据目标国家的需求进行定制。根据所安装的组件，机车被划分为不同的变体。
| 变体 | VA | VD | VE | VF | VI | VJ | VK | VL | VM | VO | VP |
| 德国 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||
| Österreich | X | X | X | X | |||||||
| Schweiz | X | ||||||||||
| Italien | X | X | X | X | X | ||||||
| Slowenien | X | X | X | X | |||||||
| Kroatien | X | X | X | X | |||||||
| Niederlande | X | X | X | X | X | ||||||
| Belgien | X | ||||||||||
| Polen | X | X | X | X | |||||||
| Tschechien | X | ||||||||||
| Rumänien | X | ||||||||||
| Ungarn | X |
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德铁中的应用
1999年8月，DB Cargo（德铁货运）根据一项选择权订购了100台189型机车。2003年7月至8月，首批两台机车（ES 64 F4 001和ES 64 F4 002）由西门子交通系统公司制造完成。同年8月初，189型机车首次在计划运营中投入使用。
主要用途和特点
- 货运优先：由于最高速度为140 km/h（可选配置可升级至230 km/h），这些机车几乎专门用于货运。
- 归属权：机车归DB Cargo Deutschland所有。
试验与国际认证
- 试运行：2002年11月19日至21日，189 001在匈牙利进行了多次运行测试，由于缺乏匈牙利铁路（MÁV）的列车控制系统，测试期间机车被拖运。
- 荷兰测试：从2003年10月开始，189 004和189 007在荷兰进行了为期数月的测试。
- 配置调整：从189 061开始，机车仅配备两个受电弓，而非之前的四个，以便专注于德国国内运行。
截至2005年12月14日，最后一台189 100机车交付。至此，这些机车已在16个国家完成认证和展示运行。
跨境运营
- 捷克线路：2006年4月，首批机车获得德国至捷克Bad Schandau–Děčín跨境线路的运行许可，并首次在3000伏直流电网下运行。不过，当时仍有最高速度限制（100 km/h）、最低运行电机数量（至少三台）、以及禁止使用电制动的限制。
- 欧洲列控系统（ETCS）：2006年，德铁向西门子和阿尔斯通财团授予改装26台189型机车以配备ETCS的合同。此外，还包括改装22台荷兰6400系列机车，总合同金额约为3000万欧元。从2009年起，这些机车逐步投入德国、荷兰和瑞士线路使用。
特殊线路需求
- 荷兰要求：在荷兰运行的189型机车需额外配备荷兰列车控制系统（ATB），并根据当地法规将前端涂装为全白色。此外，这些机车运行于连接鹿特丹（荷兰）和热那亚（意大利）的“Betuwe线路”。
- 重载货运：由于其较高的牵引力，189型机车计划取代德铁151型机车，用于牵引6000吨级的铁矿石列车，这类任务是185型机车无法胜任的。
二手转售与租赁
- 出售与租赁：德铁货运曾将10台189型机车出售给MRCE，这些机车起初被租回使用，后来转给其他运营商作为“租赁机车”（Dispolok）。它们曾用于牵引已于2016年停运的City Night Line列车（部分为双机重联），并贴有CityNightLine标志。
- 归还德铁：2021年，这些189型机车通过与187型机车交换的形式重新回到德铁货运车队中。
安全事件
- 2012年12月，189 065和189 074在杜塞尔多夫-埃勒（Düsseldorf-Eller）发生了一起铁路道口事故。
由于189型机车较高的牵引力，这些机车正在逐步替代151型机车，特别是在重载货运任务中表现优异。
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其他铁路公司的运用
此类机车也在瑞士、意大利、荷兰和瑞典的其他铁路公司中使用。
瑞士联邦铁路（SBB）
- 机型与数量：SBB将此类机车称为Re 474，自2005年5月起开始交付。最初订购了18台，但由于意大利认证延误及其他问题，仅接收了12台。其余6台被西门子转售，其中2台售予瑞典的Hector Rail，3台售予意大利的Impresa Ferroviaria Italiana，1台售予意大利的NordCargo。
- 适用范围：Re 474机车仅在瑞士和意大利获得认证，因此只配备适用于这两个国家的受电弓。
MRCE（租赁公司）
- 租赁服务：租赁公司MRCE（前身为西门子Dispolok）将此类机车出租给多家铁路运营公司。
- 特殊任务：例如，DB AutoZug曾租用Dispolok的ES64F4 020机车，用于从德国汉堡-阿尔托纳到克罗地亚里耶卡的直通列车，无需中途更换机车。这是因为当时DB Schenker Rail（现为DB Cargo）并未拥有配置适合跨境运行的189型机车。为此，这台机车还特别在车体侧面涂装了部分定制配色。
- 现有数量与客户：MRCE拥有45台此类机车，其中5台分别售予意大利的Rail Traction Company和Lokomotion，其余35台租赁给多个欧洲运营商，包括法国的Veolia、波兰的CTL（5台）、Lotos Kolej（7台）和PKP Cargo（8台）等。它们还被用于荷兰的City Night Line夜间长途列车。
布伦纳铁路（Brennerbahn）的特殊使用
- 运营背景：由于Trenitalia在2009年换乘时退出欧城列车（EuroCity）运营，奥地利联邦铁路（ÖBB）和德国铁路（DB）接管了这些列车在意大利境内的运行。
- 机车型号：最初租用了Nordcargo和MRCE Dispolok的ES64F4机车（在意大利被称为E.189），用于德国慕尼黑与意大利间的全程列车牵引。从2010年6月起，这些机车逐步被Siemens ES64U4（ÖBB-1216，在意大利被称为E.190）替代。ES64U4机车是ES64F4的客运版或通用版，电气部分与ES64F4高度相似。
- 临时替代：2013/2014年时，由于ÖBB 1216型机车在林茨工厂进行ETCS安装，导致机车数量不足，慕尼黑至布伦纳段暂时使用1016型和1116型机车，1216型机车在此期间仅运行意大利段。
瑞士与意大利的认证与运营
- 瑞士认证：2003年底，西门子Dispolok获得了该型机车在瑞士的认证。
- 测试与运营：2003年6月24日至2004年1月，ES 64 F4 001在意大利进行了测试。通过认证后，2004年5月6日，ES 64 F4 002和004在布伦纳线开始运营。2005年1月10日，ES 64 F4 001首次从德国直达意大利（维罗纳）。
国际运输的拓展
- 在德国铁路最初仅将189型机车用于国内运营的同时，Dispolok的机车自2004年初起已投入欧洲国际运输。
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