Die speziellen Fahrleitungen

Kommen wir zu den Fahrleitungen, stellt sich natürlich schnell die Frage, welche den nun die korrekte Variante ist. Diese Frage werde ich hier nicht beantworten, denn es gibt mittlerweile eine Lösung, die sich bewährte und die verwendet wird. Trotzdem beginnen wir bei den Unterwerken, die wir vorher kennen gelernt haben. Sie versorgen die Fahrleitung mit der notwendigen Spannung und unterteilen diese in kleinere Abschnitte auf.

Diese Fahrleitungsspannung ist bei den einzelnen Bahnen unterschiedlich gewählt worden. Die entsprechende Tabelle haben Sie schon gesehen. Entscheidend ist eigentlich nur, dass das Unterwerk die passende Spannung generiert und diese nach Möglichkeit hält. Die Spannung in der Fahrleitung ist das, was Sie immer wieder lesen. Letztlich aber, ist das jetzt unbedeutend, denn egal wie hoch der Wert ist, die Angelegenheit stellt sich gleich dar.

Speziell sind eigentlich nur die Bahnen, die mit Gleichstrom arbeiten. Denn bis zum Unterwerk sind diese Bahnen identisch aufgebaut. Erst im Unterwerk wird aus der Wechselspannung eine Gleichspannung. Dazu sind die entsprechenden Anlagen im Unterwerk vorhanden. Wobei sich manche Bahnen damit begnügen, das Landesnetz für die Speisung des Unterwerks zu nutzen. Direkte Kraftwerke, die für diese Bahnen Gleichstrom herstellen, gibt es fast nicht mehr.

Bei grösseren Netzen ist der Verlust bei der geringen Spannung einfach zu hoch. So erstellt man mehrere Unterwerke, die dann einen Bereich der Strecke autonom versorgen. Damit ergeben sich jedoch beim Aufbau der Fahrleitung Probleme. Die unterschiedlichen Unterwerke sind nicht immer genau synchron. Der Grund können Abweichungen bei der Umformung sein. Mit modernen elektronischen Anlagen ist eine Synchronisation jedoch kein Problem mehr, doch noch ist nicht alles modern.

Mit speziellen Schutzstrecken werden die einzelnen Unterwerke sicher getrennt. Eine Verbindung gibt es daher nur bei der Netzspannung aus den Übertragungsleitungen. Diese Schutzstrecken bestehen aus einer doppelt ausgeführten Isolation. So ist gesichert, dass sich diese Unterwerke nicht gegenseitig beeinflussen. Fehler bei der Phasenlage können zu Kurzschlüssen und somit zu Stromausfällen führen.

Werden solche Schutzstrecken in der Fahrleitung eingebaut, werden sie auch Fahrleitungsschutzstrecken genannt. Sie ermöglichen es, dass ein Zug den Abschnitt mit Schwung befahren kann. Die Stromabnehmer, also die Kontaktleisten der Fahrzeuge verursachen dabei keinen Kurzschluss und können am Fahrdraht anliegen. Die baulichen Ausführungen solcher Fahrleitungsschutzstrecken können sich unterscheiden.

Diese Schutzstrecken sind über das ganze Fahrleitungsnetz verteilt. Sie können als eine längere und eine kürzere Version ausgeführt werden.

Der Unterschied für die Funktion ist klein, denn es gibt bei jeder Schutzstrecke einen Abschnitt, der ohne Spannung ist. Er ist aber nicht auf Erde geschaltet, denn beim Wechsel der Kontakte würde ein Kurzschluss entstehen. Schutzstrecken sichern daher eine gesicherte Funktion der Fahrleitung.

Bahnen, die mit einer Frequenz von 50 Hertz arbeiten, besitzen häufiger Schutzstrecken, als Bahnen, die mit 16.7 Hz arbeiten. Der Grund liegt bei den Verlusten in den Leitungen, denn diese Verluste sind beim Wechselstrom mit steigender Frequenz höher.

Sie wissen ja, das der Verlust bei Gleichstrom an geringsten ist, weil jeder Wechsel der Richtung  dazu führt, dass der Widerstand überwunden werden muss. Bei 50 Hertz erfolgt das häufiger, als bei 16.7 Hz.

Ach, das haben Sie immer noch nicht ganz verstanden. Nehmen wir eine schwere Kiste und stellen diese auf den Boden.

Wenn wir diese nun wegschieben wollen, haben wir am Anfang eine grosse Kraft. Wenn die Kiste schliesslich rutscht, ist die Kraft, die benötigt wird kleiner. Wenn wir die Richtung nun wechseln, erfolgt das wieder genauso. Man spricht in diesem Fall von einem Losbrechmoment. Beim Strom ist das genauso. Daher hat Wechselstrom insgesamt etwas den höheren Verlust.

Noch etwas muss ich noch schnell erwähnen. Denn die Kontaktübertragung hört nicht bei der Fahrleitung auf. Sie muss noch auf das Fahrzeug übertragen werden. Die Stromabnahme ist deshalb auch noch hier zu erwähnen. Da aber die Stromabnehmer direkt von der verbauten Fahrleitung abhängen, füge ich diese bei jeder Fahrleitung zum Abschluss ein. Das kennen Sie vermutlich aus Ihrem Urlaub, denn der Strecker von zu Hause passte nicht in die Steckdose im Hotel. Genau gleich ist es bei Fahrleitungen.

 

Schlitzrohr-Oberleitung

Diese Fahrleitung war die erste, die es überhaupt gab und sie verschwand so schnell wieder, dass sich vermutlich nur wenige daran erinnern können. Gut, vermutlich niemand mehr. Nur ein Exponat im Verkehrshaus der Schweiz zeugt von dieser ersten Fahrleitung in der Schweiz. Doch sehen wir uns diese Fahrleitung genauer an, denn sie ist so speziell, dass sich ein Blick darauf sicherlich lohnt. Ich begrüsse Sie bei der Schlitzrohr-Oberleitung.

Als am 4. Juni 1888 die Strecke Vevey-Plan – Territet eröffnet wurde, wäre eigentlich ausser einem regionalen Festakt nichts besonders gewesen. Die Linie wurde noch im gleichen Jahr bis Chillon verlängert. Die Strassenbahn verband diese beiden Orte mit einem einfachen Trassee. Bahnen dieser Art gab es in der Schweiz und auf der Welt viele, so dass kaum jemand diese Bahn beachtet hätte. Doch etwas war bei dieser Bahn anders und so wurde sie weitherum berühmt.

Diese Linie wurde mit einer neuartigen Fahrleitung versehen. Somit wurde dieser Tag zu einem der wichtigsten Tage der elektrischen Zugförderung der Schweiz. An diesem 4. Juni 1888 begann die elektrische Zugförderung in der Schweiz. Begonnen hatte das am Genfersee und mit einer Bahn, die kaum mehr als eine primitive Strassenbahn war. Trotzdem wurde die Bahnlinie weltberühmt und das verdankte sie einer einzigen Person.

Ernst Werner Siemens wurde am 13. Dezember 1816 in Lenthe (Deutschland) geboren. Werner Siemens präsentierte unter anderem die erste elektrisch betriebene Eisenbahn der Welt und er entwickelte die Fahrleitung für diese Bahnlinie. Ab 1888 wurde Siemens geadelt, so dass er ab nun auf den Namen Ernst Werner von Siemens hörte. Am 6. Dezember 1892 erlag Ernst Werner von Siemens in Berlin einer Lungenentzündung. Es gilt seither als der Erfinder der elektrischen Zugförderung.

Die Schlitzrohr-Fahrleitung zeichnete sich durch zwei an diversen Masten aufgehängte und geschlitzte Rohre aus. Jedes dieser Rohre wurde dabei mit einem elektrischen Pol belegt. Somit war die elektrische Verbindung zum Boden nicht hergestellt worden und die Fahrleitung galt als relativ sicher. Damit sich die Rohre nicht berühren und so einen Kurzschluss verursachten konnten, waren spezielle Distanzhalter eingebaut worden.

In dem Rohr war ein in Längsrichtung verlaufender Schlitz vorhanden. Dieser Schlitz gab der Fahrleitung den Namen. In diese Rohre griff je ein mit einem Gleitschuh versehener Kontakt ein. Durch die Rundungen des Rohres, wurde verhindert, dass der Gleitschuh aus dem Rohr fallen konnte. Das Fahrzeug war daher fest mit der Fahrleitung verbunden. Weichen konnten erst später befahren werden und bedingten eine Weiche für die Fahrleitung.

Die Übertragung auf das Fahrzeug erfolgte danach über einfache Kabel. Speziell war, dass die Wagen mit einem offenen Oberdeck versehen wurden und die Leute so gefährlich nahe an die Fahrleitung heran kommen konnten. Man erachtete damals die Gefahr des elektrischen Stromes noch nicht als so gross, so dass man gerne für Bilder neben der Fahrleitung stand. So lange jedoch nicht beide Leiter berührt wurden, passierte auch nichts.

An der Fahrleitung lag eine Spannung von 480 – 500 Volt Gleichstrom an. Diese Differenz war auf die grossen Distanzen und den damit verbundenen Verlusten in der Fahrleitung zurückzuführen. Mit dem bescheidenen Betrieb erreichte die Bahn nie den grossen Durchbruch. Trotzdem, die Erfahrungen mit der Fahrleitung waren enorm und flossen in spätere Entwicklungen ein. Nun war erwiesen, man konnte Eisenbahnen mit Elektrizität auch ausserhalb eines Parks betreiben.

Am 3. Oktober 1913 endete dann die Ära dieser Fahrleitung bereits wieder. Die Strecke wurde weiter verlängert und benötigte jetzt auch Ausweichstellen und mehrere Fahrzeuge. Man baute die Linie deshalb zu einer mit normaler Fahrleitung betriebenen Gleichstrombahn um. Die Röhrenfahrleitung verschwand bereits wieder von der Bildfläche. Sie blieb aber in ähnlicher Form bei O- oder Trolleybussen weiterhin vorhanden, auch wenn dort etwas anders gearbeitet wird.

Stromabnehmer: Die Stromabnahme erfolgte wie schon erwähnt mit zwei in jedem Rohr eingelegten Gleitschuhen. Diese Gleitschuhe mussten einen sicheren Kontakt zum Rohr gewährleisten, sollten aber leicht gleiten können. Die eigentliche Übertragung auf das Fahrzeug war hingegen mit einfachen Kabeln gelöst worden. Es war somit eine sehr einfache Übertragung. Fast so, wie wenn Sie Ihren Staubsauger an die Steckdose anschliessen.

Funktioniert hat dieses System mehr schlecht als Recht. Die Gleitschuhe waren im Unterhalt recht aufwändig und arbeiteten unzuverlässig. Ein Hauptproblem waren die Gleitschuhe, die in den Rohren hängen blieben weil sie sich verkantet hatten. Durch den immer noch fahrenden Zug wurden letztlich die Kabel abgerissen und so war eine Weiterfahrt nicht mehr möglich. Man musste die Fahrleitung ausschalten und die Kabel reparieren.

Bei den heute verwendeten Fahrleitungen für elektrische Busse gleitet ein Schuh über den Draht und stellt so einen gesicherten Kontakt her. Die Fahrleitung dieser Busse ist in grösseren Städten zu sehen und muss beide Pole führen, weil es keine Schienen gibt. Die Busse fahren zudem auf Gummi, das gut isoliert. Die nächsten Fahrleitungen haben immer einen Pol auf den Schienen und sind daher auf Erde geschaltet worden.

 

Die einfache Oberleitung

Die Erfahrungen auf der Strecke Vevey-Plan – Territet – Chillon zeigten, dass man Bahnen mit elektrischer Energie betreiben konnte. Jedoch musste die Fahrleitung vereinfacht werden. Zudem sollte der Kontakt besser funktionieren. Man begann daher mit der weiteren Entwicklung von Fahrleitungen und kam dann schnell auf die Idee, dass ein Pol auf der Erde, genauer auf den Schienen verlaufen konnte. Dadurch war nur noch eine Leitung über dem Fahrzeug zu erstellen.

Nach nur drei Jahren, also im Jahre 1891, wurde die Sissach – Gelterkinden Bahn mit dieser neu entwickelten Fahrleitung eröffnet. Dabei hängte man einen Draht an Masten auf. Diese Masten hatten einen Ausleger, so dass der Draht über dem Fahrzeug zu liegen kam. Den benötigten zweiten Leiter führte man auf den Schienen. Diese mussten daher so verbunden werden, dass auch elektrische Ströme fliessen konnten.

Die Fahrleitung wurde dadurch sehr einfach gehalten. Sie überlebte eine lange Zeit und kommt sogar heute noch zur Anwendung. Die wesentlichste Neuerung war aber die Verlegung eines Kontaktes auf dem Boden, beziehungsweise auf die Schienen und der Draht, der die Rohre ersetzte. Entscheidend war aber der Pol auf den Schienen, denn der vereinfachte die Fahrleitung entscheidend, denn es gab nur noch einen einzigen Draht.

Man erkannte, dass es keine Gefahr gab, wenn man einen der beiden Leiter auf den Boden legte. Die Leute bemerkten nichts vom elektrischen Strom, der durch die Schienen floss. Die Gefahr bestand nur, wenn man mit beiden Leitern in Berührung kam. Der zweite Leiter war jedoch weit über dem Boden montiert worden, so dass keine Gefahr bestand. Trotzdem gab es immer wieder Zwischenfälle mit Fuhrwerken, die diese neuartige Fahrleitung natürlich nicht kannten.

Ein Prinzip, das in der Folge weiter verwendet wurde und auch immer noch angewendet wird. Verbessert wurde nur die Fahrleitung. Alle heute mit elektrischer Energie betrieben Bahnen benutzen die Schienen für eine der beiden benötigten Leitern. Das ist ein Unterschied zum Landesnetz, wo immer noch beide Leiter benötigt werden. Doch das ist wegen der Schutzfunktion der Erde dort so. Bahnen haben einen Leiter auf der Erde.

Für den Fahrdraht wurden Kupferleiter verwendet, die von oben gehalten wurden. Auf eine genaue Verlegung des Fahrdrahts war nicht zu achten, denn die verwendeten Stromabnehmer folgten einfach dem Fahrdraht. Der Fahrdraht wurde einfach aufgehängt, jedoch nicht speziell gespannt oder sonst irgendwie verstärkt. So konnte der Stromabnehmer den Draht zwischen den Masten leicht nach oben drücken.

Im September 1915 verschwand diese Fahrleitung wieder, aber es blieben noch viele andere Bahnen damit im Einsatz. So dass diese einfache Fahrleitung bis in diese Zeit überlebt hat. Sie kommt heute meistens bei Strassenbahnen zur Anwendung. Der Draht wird jedoch gespannt, so dass es effektiv eine andere Bauform ist. Geblieben ist aber der einzelne geführte Draht. Den sollte es in der Folge nicht mehr geben.

Stromabnehmer: Bei dieser Fahrleitung arbeitete man mit zwei unterschiedlichen Stromabnehmern. Gegenüber der Schlitzrohr-Fahrleitung hatte man hier den Vorteil, dass man das Fahrzeug einfach von der Fahrleitung trennen konnte. Gerade bei Kreuzungen und Weichen war das ein Vorteil, denn dort konnte der Stromabnehmer während der Fahrt gesenkt werden. Das Fahrzeug rollte dann über die Weiche und der Stromabnehmer wurde wieder gehoben.

Zur Abnahme der Energie aus der Fahrleitung verwendete man anfänglich simple Rollenstromabnehmer. Diese Stromabnehmer bestanden aus einer einfachen Rohrstange, die am Ende mit einem Gleitschuh oder einer Rolle versehen worden war. Damit hatte man einen festen Träger, der die Spannung von 500 – 550 Volt Gleichstrom, auf das Fahrzeug leitete. Gehoben wurden diese Bügel mit Hilfe einer Feder. Zum senken des Stromabnehmers benutzte man ein einfaches Seil.

Die Führungen an den Rollen oder Gleitschuhen der Stromabnehmer verhinderten einen freien Wechsel des Fahrdrahtes in Bahnhöfen. Deshalb mussten spezielle Vorkehrungen in der Fahrleitung getroffen werden. Kam eine Weiche zog man am Seil den Stromabnehmer nach unten und fuhr weiter. Danach musst dann der Fahrdraht wieder gefunden werden. Das erfolgte jedoch nur im Stillstand, da es eine richtige Fummelei war.

Später wurden die Rollenstromabnehmer durch bessere Lyrastromabnehmer abgelöst. Diese ebenfalls gezogenen Bügel ermöglichten jedoch einen verbesserten Lauf des Bügels über Weichen. Man konnte diese erstmals ohne das Senken des Stromabnehmers befahren. Der Betrieb war auch einfacher, weil der Bügel breiter war und so einfach gehoben werden konnte. Treffsicherheit war nicht mehr gefragt.

Der Bügel war sehr einfach aufgebaut und bestand eigentlich nur aus einem gebogenen Rohr. Die Form entsprach einem U mit abgeflachtem Bogen. Bei der Befestigung der beiden Holme waren dann die Isolatoren montiert worden. Befestigt war der Bügel auf einem Gelenk. So konnte er in beiden Richtungen verwendet werden. Gehoben wurde auch er mit Hilfe von Federn. Zum senken war immer noch die Schnur vorhanden.

Beim Wechsel der Fahrrichtung wurde der Lyrastromabnehmer entweder auf dem Dach gedreht oder mit speziellen Einrichtungen in der Fahrleitung umgeschaltet. Deshalb benötigte auch dieser Bügel keine Abspannung des Fahrdrahtes. Der Bügel musste den Fahrdraht vor allem bei der automatischen Umschaltung anheben können. Gegenüber dem älteren Rollenstromabnehmer verbesserte sich die Kontaktsicherheit nur unwesentlich, so dass oft zwei Stromabnehmer verwendet wurden.

 

Die Drehstromfahrleitung

Als man den Wechselstrom und damit den Drehstrom entdeckt hatte, kamen die ersten Bahnen, die mit Drehstrom fahren wollten. Das war einfach, denn für Drehstrom gab es bereits Motoren. Bei Wechselstrom kannte man diese Motoren 1896 bei der Tramvie elettriche Lugano, noch gar nicht. Daher war die Strassenbahn von Lugano die erste Strecke der Schweiz, wo mit Drehstrom gefahren wurde.

Dabei ist diese Fahrleitung eine spezielle und an die verwendeten Fahrzeuge angepasste Oberleitung. Die mit drei Polen betriebenen Drehstrommotoren benötigten jedoch drei Stromanschlüsse. Nur einer konnte dabei auf die Schienen gelegt werden.

So benötigte man wieder eine Fahrleitung, die zwei Pole führte. Man musste die Eigenschaften der einfachen Fahrleitung mit der aus dem Betrieb am Genfersee nutzen.

Der Aufbau dieser Fahrleitung ist nicht einfach. Die beiden parallel verlaufenden Leiter waren auf der Strecke noch sehr einfach zu montieren. Man begnügte sich einfach damit in der Aufhängung ein Isolator einzubauen und so die beiden Pole zu trennen.

Die Fahrleitung musste jedoch präziser verlegt werden, denn es durfte auf keinen Fall einen Kurzschluss bei 350 – 400 Volt entstehen. Damit war das grosse Problem aber noch nicht gelöst, denn man wollte Weichen befahren.

Probleme gab es erst im Bahnhof und dort bei den Weichen. Bei den Weichen mussten sich die beiden Leitungen kreuzen. Das führte zwangsweise zu einem Kurzschluss zwischen den beiden Polen. Man musste deshalb spezielle Isolierungen im Fahrdraht einbauen.

Diese Isolierungen verhindern auch, dass der Stromabnehmer beim Befahren der Weiche einen Kurzschluss verursachen konnte. Nur das Fahrzeug war in dem Moment ohne Spannung.

Würde ich hier jede einzelne Bahngesellschaft, die in der Schweiz mit dieser Fahrleitung versehen wurde, erwähnen, gäbe das eine umfangreiche Seite.

Damit ich trotzdem einen lückenlosen Überblick geben kann, füge ich eine kleine Tabelle ein. So haben Sie gleich die Übersicht bei den Bahnen und Sie können erkennen, wo Sie diese Fahrleitung noch zu sehen bekommen, denn einige der damit ausgerüsteten Bahnen haben bis heute überlebt.

 

Drehstromfahrleitungen in der Schweiz

Bahnlinie Beginn Strecke Spannung Ende Nachfolge
TEL 1896 Tramvie elettriche Lugano 400V 40Hz 1910 Gleichstrom
GGB 1898 Zermatt – Gornergrat 750V 40Hz    
JB 1898 Kleine Scheidegg - Jungfraujoch 650V 40Hz    
StEB 1898 Stansstad - Engelberg 750V 33Hz 1964 Wechselstrom
RiT 1899 Riffelalp – Riffelalp Hotel 500V 40Hz 1960 Eingestellt
BTB 1899 Burgdorf – Thun 750V 40Hz 1933 Wechselstrom
SSS 1900 Schwyz SBB – Schwyz 500V 40Hz 1914 Gleichstrom
BrMB 1905 Brunnen – Axenstein 750V 50Hz 1969 Eingestellt
SBB/BBC 1906 Sion – Iselle di Trasquera 3000V 16 2/3Hz 1932 Wechselstrom
RhW 1909 Rheineck SBB – Rheineck Talstation 500V 50Hz 1958 Gleichstrom
EB 1919 Hasle Rüegsau – Langnau 750V 40Hz 1932 Wechselstrom
StGM 1950 St. Gallen – Mühlegg 500V 50Hz    

 

Soweit die Strecken, die mit einer Drehstromfahrleitung versehen wurden. Viele davon wurden im Laufe der Jahre zu normalen Oberleitungen umgebaut oder stellten den Betrieb sogar ein. Geblieben sind nur noch die Zahnradbahnen auf das Gornergrat, das Jungfraujoch und die Mühleggbahn. Die BTB war zudem die erste normalspurige Bahn, die mit diesem System ausgerüstet wurde. Der Grund für das Verschwinden der Fahrleitungen war der Nachteil der zwei Leitungen.

Stromabnehmer: Die ersten Stromabnehmer für die Fahrleitungen bei Drehstrom glichen im Grunde den schon bei Bahnen mit Gleichstrom verwendeten und daher bekannten Lyrastromabnehmer. Der Bügel wurde nun aber in der Mitte mit einer Isolierung versehen. Damit konnten die beiden Pole seitlich auf das Dach des Fahrzeuges geführt werden. Das Problem mit dem Bügel war daher gelöst.

Technisch wäre eine Fahrt mit einem Stromabnehmer möglich, denn die recht kurzen Abschnitte ohne Spannung könnten auch mit Schwung befahren werden. Gerade in Bahnhöfen und grossen Steigungen ist das nicht sinnvoll. Deshalb behilft man sich mit zwei an jedem Fahrzeugende montierten Stromabnehmern. Die zweipolige Fahrleitung war so zumindest fahrtechnisch kein Problem mehr. Je weiter die Stromabnehmer entfernt waren, desto besser funktionierte das Fahrzeug.

Da man hier aber zwei Stromabnehmer mit genügend grossem Abstand benötigte, baute man diese entgegengesetzt auf dem Fahrzeug auf. Die Umschaltung des Kontaktstücks erfolgte nicht mehr mit dem gesamten Bügel, sondern nur noch in den Kontaktstücken. Das war nötig, weil man ja die Bügel nicht gegeneinander richten konnte und so die Umschaltung auch nicht mehr so umfangreich erfolgen musste.

Die Umschaltung war nötig, damit die Bügel gezogen werden konnten. Deshalb wurden im eigentlichen Bügel Gelenke eingebaut. So konnten sich die beiden einzelnen Schleifbügel frei bewegen. Eine Verbindung der beiden Schleifbügel erfolgte beim Gelenk mit der gemeinsamen Rohrstange. Dabei waren die Bügel gegenüber dem Hauptarm isoliert. Die Spannung wurde mit Hilfe von befestigten Kabeln übertragen.

Diese für Drehstrombahnen typischen Bügel wurden im Lauf der Jahre durch spezielle Stromabnehmer abgelöst. Diese wurden jedoch aus den Stromabnehmern für die Bügelfahrleitung abgeleitet und werden deshalb hier nicht näher beschrieben. Es soll aber nicht unerwähnt bleiben, dass diese komplett isoliert waren und nebeneinander standen. Einholmige Exemplare gab es zudem auch nicht.

 

Seitliche Stromschiene

In Gebieten, wo es oft zu Steinschlag kam, waren die Fahrleitungen immer wieder zerstört worden. Zudem beschädigten die Züge den Fahrdraht immer wieder und dieser musste repariert werden. Strecken, die nahezu Ausschliesslich in Tunnel verkehrten, hatten nur geringe Höhen und konnten daher gar keine Fahrleitung an der Decke montieren. Dazu gehörten zum Beispiel die ersten U-Bahnen auf der Welt.

Als Lösung sah man daher nur noch eine dritte Schiene vor. Diese montierte man witziger Weise neben den Schienen am Boden. Eine Leitung wurde im Geleise geführt und die andere in der speziellen Stromschiene, die auf Isolatoren stand. Damit war das Problem mit den in der Luft hängenden Drähten und Kabel gelöst. Jedoch waren nun die beiden Leiter, die bei der Bahn Fribourg – Morat – Anet 1903 mit 750 – 900 Volt Gleichstrom versorgt wurden, sehr nahe.

Es entstand eine einfache Fahrleitung, die sehr einfach montiert wird. Sie ist billig im Aufbau, verunstaltet das Ortsbild nicht durch einen Wald von Masten oder ähnlichen unschönen Bauteilen. Hinzu kam, dass die dritte Schiene gut gegen Beschädigungen geschützt war. Logisch, das war die Erfindung, die viele Anhänger gefunden hatte, und die bis Heute eingesetzt wird. Wie, höre ich Widersprüche? Doch, nahezu sämtliche U-Bahnen arbeiten mit der seitlichen Stromschiene.

Zumindest auf der Strecke geht das einfach, aber was passiert, wenn man in einen Bahnhof kommt. Auch nichts, denn bei einer Weiche verlegt man die Stromschiene kurzerhand auf die andere Seite des Fahrzeugs.

So hat das Fahrzeug immer Kontakt mit der Stromschiene. Unterbrüche, wie man sie bei den anderen Fahrleitungen kannte, gab es nicht. Man erwartete einen zuverlässigen Betrieb der Strecken. Das ist auch der Fall gewesen, denn die Funktion war überraschend gut.

Bei den Vorteilen dieser Fahrleitung spricht eigentlich nur ein einziger Punkt dagegen. Die seitliche Stromschiene ist sehr nahe am Boden montiert worden. Das heisst, Sie können leicht darauf stehen.

Da sie nun mit dem Fuss auf dem Boden stehen, werden die beiden Pole miteinander verbunden. Die Folge ist dann ein tödlicher Stromschlag, denn man verwendete dankbarerweise noch Gleichstrom, bei dem die Opfer kleben bleiben und nicht weggeworfen wurden.

Gut, bei Ihnen kann man ein Hinweisschild montieren, das Sie dann frischfröhlich missachten können. Nur bei einem Tier geht das nicht. Gerade auf offenen Strecken sind auch die in Bahnhöfen verwendeten Schutzaufbauten nicht vorhanden.

Ein wildes Tier gerät so schnell in eine Falle, die es nicht überlebt. Dieser Nachteil, der natürlich schon fast ein Verbot rechtfertigt, hat in U-Bahnen jedoch keine so grosse Bedeutung, denn in den Tunnels haben unerfahrene Leute und grössere Tiere nichts zu suchen.

Angewendet werden somit die seitlichen Stromschienen praktisch nur noch bei U-Bahnen. Da nimmt sich die einzige U-Bahn der Schweiz, die M2 in Lausanne nicht aus. In anderen Ländern kommen diese Bahnen aber auch an die Oberfläche. So können dort genau die erwähnten Schwachpunkte auftreten. Die Geschichte dieser Fahrleitung lässt sich in der Schweiz schnell erzählen, denn die Bahnen, die damit ausgerüstet wurden haben nahezu vollständig umgestellt.

1906 erfolgte die Betriebsaufnahme der MC, die von Martigny nach Châtelard verkehrte. Damit war sie die zweite neben der schon erwähnten FMA. Auch hier kam die seitliche Stromschiene zur Anwendung. Betrieben wurde sie mit 750 – 800 Volt Gleichstrom. Der Grund hier lag bei den angeschlossenen französischen Bahnen, die ebenfalls damit ausgerüstet wurden. Wenn Sie heute die MC besuchen, kann es sein, dass Sie noch auf die seitliche Stromschiene treffen. Sie müssen sich jedoch beeilen, denn im Bereich wo Personen gefährdet werden könnten, verschwindet die Stromschiene.

Die Metro M2 sorgt aber dafür, dass die seitliche Stromschiene nicht endgültig verschwindet.

 Diese moderne U-Bahn ist wie ihre Artgenossen in der ganzen Welt mit einer seitlichen Stromschiene versehen worden.

Da die Strecke aber meistens im Untergrund verkehrt, bestehen geringere Gefahren.

Zudem wurden moderne Schaltungen eingebaut, so dass die Anlage sicher betrieben werden kann. Die seitliche Stromschiene überlebt somit auch in der Schweiz.

Stromabnehmer: Die Stromab-nahme bei der seitlichen Stromschiene erfolgt mit speziellen Kontaktfingern, die entweder von oben oder von unten an die Stromschiene gepresst werden.

Die Kontaktabnahme von unten bedingt eine aufwendigere Konstruktion der Stromschiene, die aber so etwas sicherer werden kann. Eine seitliche Stromabnehme ist auch möglich, wird aber sehr selten angewendet.

Die auf beiden Seiten des Fahrzeugs angebrachten Gleitschuhe aus Kupfer können pneumatisch gehoben und gesenkt werden. Damit der Kontakt sicher hergestellt werden kann, sind die Gleitschuhe gefedert und können so der Stromschiene folgen. Eine Schmierung der Kontaktflächen verhindert, dass der Verschleiss an den Kontakten und der Stromschiene zu hoch ansteigt. Es entsteht damit eine überraschend sichere Stromabnahme.

Um trotzdem eine unterbruchsfreie Übertragung der Spannung zu ermöglichen, sind an mehreren Stellen des Fahrzeuges solche Kontaktschuhe angebaut worden. Damit kann die Spannung immer ab einem Kontakt übertragen werden. Das ist wichtig bei Weichen, wo es zu kurzzeitigen Ausfällen eines Paares kommen kann. So ausgerüstete Fahrzeuge haben einen zuverlässigen und sicheren Kontakt. Trotzdem bleibt die seitliche Stromschiene eine gefährliche Angelegenheit.

 

Die Rutenfahrleitung

Kurz nach 1900 überrasche ein Ingenieur in Zürich die Fachwelt mit der Ankündigung einer elektrischen Vollbahn mit einphasigem Wechselstrom. Bei seiner Rede wusste niemand, dass nur wenige Tage zuvor die Maschinenfabrik Oerlikon MFO mit den Schweizerischen Bundesbahnen SBB einen Versuchsbetrieb auf der Strecke im Furttal ausgehandelt hatten. Niemand wusste damals, dass damit der erste Schritt zu elektrischen Versorgung der schweizer Bahnen gelegt wurde.

Es sollte die erste mit Wechselstrom betriebene Eisenbahn in der Schweiz und sogar von der Welt sein. Das internationale Interesse daran war riesengross und wurde allseits bewundert. Dazu entwickelte man in Oerlikon eine neu Fahrleitung, die besser zur extrem hohen Spannung von 15‘000 Volt passen sollte. Einfach gesagt, man benötigte eine zuverlässige Fahrleitung für Wechselstrom. Das sollte die neu entwickelte Rutenfahrleitung sein.

Diese Fahrleitung arbeitete mit einem seitlich an Masten aufgehängten Fahrdraht aus Kupfer. Um Weichen befahren zu können, verschob man den Fahrdraht in diesem Bereich zur Gleismitte hin. Die Kontaktabnahme erfolgte nun von unten und das Befahren der Weichen war kein Problem mehr. Es war eine einfach konstruierte Fahrleitung, die so gesehen gut funktionieren sollte. Nur hatte man die Rechnung ohne den Wechselstrom gemacht.

Wegen der sehr hohen Spannung musste man zudem bei Wegüberfahrten Schutzeinrichtungen einbauen. Diese Schutzbauten waren nötig, weil sich die Bevölkerung die Fahrleitung noch nicht gewohnt war. Bauern beluden Ihre Fuhrwerke mit frisch getrocknetem Heu, näherten sich dem Bahnübergang und danach war das Heu ein Raub der Flammen geworden. Dem Bauer wäre der Stromschlag auch nicht gut bekommen.

Erfunden wurde diese Fahrleitung von Emil Huber-Stockar. Geboren wurde Huber-Stockar 1865. Als Direktor der Maschinenfabrik Oerlikon MFO war der Entwickler der Technik mit Wechselstrom und der damit verbundenen Rutenfahrleitung. Die MFO sollte in der Folge viele Jahre federführend bleiben und wurde sehr bekannt. Emil Huber-Stockar verstarb 1939 und hinterliess eine der bekanntesten Lokomotivfabriken der Schweiz.

Damit ausgerüstet wurde anfänglich die Strecke zwischen Zürich Seebach und Zürich Affoltern. Damit konnte man die ersten Versuche durchführen. Am 01. Dezember 1907 erreichte man schliesslich Wettingen und somit der Endpunkt dieser Strecke. Jedoch war nicht die gesamte Strecke mit dieser Fahrleitung versehen worden, denn man testete auf der Anlage auch noch eine andere Fahrleitung, die wir noch kennen lernen werden.

Die Rutenfahrleitung wurde im Laufe der Jahre immer mehr verbessert, konnte letztlich aber nicht voll überzeugen. Trotzdem kam es zu der Ausrüstung einer weiteren Strecke. 1907 wurde die Linie zwischen Locarno und Bignasco eröffnet. Diese besser unter dem Namen Maggiatalbahn bekannte Strecke wurde ebenfalls mit dieser Rutenfahrleitung versehen. Es sollte ein Unikum bleiben und die Bahn deshalb bekannt werden lassen. Die Fahrleitung blieb dort bis zum Schluss erhalten.

Ein Fehler hatte diese Fahrleitung jedoch, denn es war nicht möglich, die Fahrzeuge abzudrehen, denn die Ruten mussten immer auf der Seite des Fahrdrahtes sein. Für den Versuchsbetrieb war das aber nebensächlich, denn die Versuchslokomotiven waren die Sensation. Zudem zeigten sich mit zunehmenden Geschwindigkeiten Probleme mit der Kontaktabnahme. Wir kommen daher zu den Stromabnehmern, die der Fahrleitung den Namen gaben.

Stromabnehmer: Die bei dieser Fahrleitung verwendeten Ruten bestanden aus einem gebogenen Kupferstab. Dieser hatte die Form einer Rute. Daher stammt auch der Namen für dieses System. Um einen sicheren Kontakt zu ermöglichen, mussten immer zwei Ruten den Fahrdraht berühren. Bei so hohen Spannungen war die Gefahr für Lichtbogen-Erscheinungen sehr hoch. Schliesslich gilt, je höher die Spannung, desto kräftiger fällt ein Lichtbogen aus. Ein kräftiger Lichtbogen verursacht zudem grössere Schäden und Störungen.

Der Stromabnehmer wurde mit Hilfe einer Feder an den Fahrdraht gepresst. Durch den gespannten Fahrdraht wurde die Rute gelenkt und bei Weichen immer mehr über das Fahrzeug gedrückt. Das konnte sogar dazu führen, dass die Rute den Fahrdraht von oben berührte. Wollte man das Fahrzeug trennen, zog man die seitlichen Ruten einfach zurück und trennte so das Fahrzeug von der Rutenfahrleitung.

Bei hohen Geschwindigkeiten war jedoch kein sicherer Kontakt mehr möglich. Das Problem waren aber nicht die Ruten, die sehr gut funktionierten, sondern der nur schlecht zu fixierende Fahrdraht. Die Ruten verschwanden schliesslich mit der Fahrleitung von der Bildfläche und sind nur noch im Museum zu finden. Endgültig geendet hatte die Zeit dieser Fahrleitung am 29. November 1965. An diesem Tag verkehrte der letzte Zug im Valle Maggia.

 

Die neue Stromschiene

Keine Angst, die gefährliche Stromschiene von oben hat mit dieser Stromschiene ausser dem Namen nichts gemeinsam. Sie trägt den gleichen Namen, der sogar berechtigt ist. Denn trotz all der Mängel, die eine seitliche Stromschiene bietet, hat sie Vorteile, die man bei dieser Version nutzt. Eigentlich eliminiert man nur den Nachteil und hat eine neue Fahrleitung erfunden. Betrachten wir diese weiter entwickelte Stromschiene etwas genauer.

Diesmal wird sie nicht in Bodennähe montiert, sondern sie wird über dem Gleis aufgehängt. Damit ist sie wieder in einer sicheren Höhe angebracht und die Gefahr eines Stromschlages ist gebannt. Dabei bietet sie die Vorteile der Stromschiene. Das ist die geringe Bauhöhe eine grosse stabile Konstruktion. Alles in allem kann nun die Stromschiene ihre Vorteile voll ausspielen, denn so schlecht war sie nicht. Einfach saugefährlich.

Bei der neuen Stromschiene wird ein Träger aus Aluminium verwendet. In diesem ist dann der aus Kupfer bestehende Fahrdraht fixiert worden. Er dient der sicheren Kontaktübertragung. Gleichzeitig wird er zum Verschleissteil und kann leicht ausgewechselt werden. Da die Stromschiene nun als Ergänzung der später noch beschriebenen Bügelfahrleitung eingesetzt wird, kann der Fahrdraht durchgehend geführt werden.

Letztlich muss nur noch die so montierte Stromschiene isoliert am Ausleger befestigt werden. Diese Fahrleitung ist auch ein abgewandeltes Remake der Röhrenfahrleitung. Statt in einem Schlitz einen Gleitschuh zu ziehen, legt man hier den Fahrdraht in den Schlitz im Rohr. Dieser ist so in der Röhre fixiert. Man spricht hier aber von Stromschiene, weil sie einen massiven Ausbau hat und so sehr nahe mit den am Boden verlegten Stromschienen verwandt ist.

Bei der modernen Stromschiene verbindet man die Vorteile der Bügelfahrleitung mit den Vorteilen der Stromschiene. Dabei nutzt man insbesondere die Robustheit der Stromschiene und deren geringe Bauhöhe aus. Diese beiden Eigenschaften sind vor allem in Tunnelabschnitten gefragt. Deshalb wird die neue Stromschiene an engen Orten und in Tunnels montiert. Sie ersetzt dabei die Bügelfahrleitung nicht auf der offenen Strecke.

Eine weitere Anwendung sind Baustellen. Wo zum Beispiel während den Betriebspausen mit einem Kran gearbeitet werden muss. Es ist zu aufwendig die Bügelfahrleitung zu demontieren und wieder neu zu erstellen.

Darum baut man deshalb eine Stromschiene ein, die dann schnell und einfach geöffnet werden kann. Diese Massnahme ist aber nicht bei jeder Baustelle notwendig und kommt deshalb eher selten zur Anwendung.

Erstmals eingebaut wurden die modernen Stromschienen in den unterirdischen Bauhofsteilen des Hauptbahnhofes Zürich. Dank der Stromschiene konnte man die Tunnels tiefer bauen, was sich dann letztlich auf die Tiefe der Gleislage auswirkte. Im Teil der SZU konnten so beide Fahrleitungen der Sihltalbahn und der Uetlibergbahn an einem Gleis verwirklicht werden. Sie sollten sich den Teil im Hauptbahnhof Zürich ruhig einmal genau ansehen.

 

Die Bodenfahrleitung

Alle Fahrleitungen, die über dem Fahrzeug gebaut werden, haben den Nachteil, dass Sie wie ein Dach über den Anlagen wirken. Diese Lösung wird oft als störend empfunden. Die seitliche Stromschiene wirkte da schon besser, sie ist einfach zu gefährlich um weiter verwendet zu werden. Man musste um diese Probleme zu lösen nach einer neuen Lösung suchen. Diese Lösung fand man beim Transformator und den Versuchen von Nikola Tesla.

Nikola Tesla wurde am 10. Juli 1856 in Smiljan bei Karlovac (Kroatien) geboren. Nach seinen Studien in Graz und Prag, gelangte er in die USA. Seine Erfindungen waren in vielen Bereichen angeordnet und Tesla ist ein Begriff bei Radiowellen und Radaranlagen. So gilt er als Erfinder des Radios. Sein Ziel, elektrische Energie ohne Leitungen zu übertragen, gelang ihm jedoch nicht. Tesla starb hoch verschuldet am 7. Januar 1943 in New York. Mit der Masseinheit Tesla wurde er bei der magnetischen Flussdichte geehrt.

Ich will Sie nicht verwirren, denn die Bodenfahrleitung gibt es wirklich. Diese Fahrleitung ist eine zwischen den Schienen montierte Platte. Dabei geht von ihr aber keine Gefahr aus. Sie ist nur dank der modernen Technik und den Ideen von Tesla möglich geworden. Eine elektrische Gefahr besteht dabei nicht mehr, denn es wird keine Elektrizität übertragen. Vielmehr nutzt man Magnetfelder, wie es sie in einem Transformator gibt.

Sie kommt hauptsächlich bei Strassenbahnen zum Einsatz. Haben Sie sich schon einmal überlegt, wie Basel, Zürich oder Bern ohne die Fahrleitungen aussehen würde? Nein, dann geht es Ihnen wie vielen anderen Leuten, denn die Fahrleitung gehört zu diesen Städten wie die Strassenbahn.

Stellen Sie sich aber nun eine Stadt vor, die keine seit über 100 Jahren eingesetzte Strassenbahn hat. Jetzt will man dort aber eine solche bauen und die Fahrleitung wirkt plötzlich störend, jetzt kommt die Bodenfahrleitung zum Zug.

Verwendet werden zwei Varianten. Im ersten Fall wird Spannung übertragen. Durch die moderne Technik ist es möglich, dass sie nur aktiviert ist, wenn ein Zug darauf ist. Unter dem Zug kann niemand diese Bodenplatten berühren und die Sicherheit ist gewährleistet. In dem Moment wo der Zug den Abschnitt verlässt, ist keine Spannung in der Platte mehr vorhanden. Passanten und Tiere können gefahrlos über diese Platten laufen.

Eine weitere Variante sind Magnetfelder, die übertragen werden. Dabei funktioniert das Prinzip vereinfacht gesagt, gleich wie ein Transformator.

Die erste Spule magnetisiert einen Eisenkern, der so ein Magnetfeld erzeugt. Der Eisenkern der zweiten im Fahrzeug montierten Spule wird so magnetisiert und erzeugt in der Spule die Spannung für den Zug. Dieses Prinzip ist sehr vereinfacht beschrieben worden, es stammt aber von den Magnetschwebebahnen und kommt nun auch bei Strassenbahnen zur Anwendung.

Die Probleme hier liegen bei der kontaktlosen Übertragung auf das Fahrzeug. Man muss hier mit speziellen Bauformen arbeiten. Einfach gestaltet sich hier jedoch die Bodenplatte, denn diese ist automatisch nur aktiv, wenn ein Zug darauf ist, denn ohne das Gegenstück am Fahrzeug entsteht kein geschlossenes Magnetfeld. Die Sicherheit für die Fussgänger ist so auch gegeben. Ja, was noch besser ist, Sie werden diese speziellen Bodenplatten gar nicht sehen. Bekanntlich gibt es für die Menschen etwas nur, wenn man es sieht.

Damit haben wir die speziellen Fahrleitungen kennen gelernt. Es fehlt eigentlich nur noch eine Fahrleitung. Diese wurde beim Betrieb auf der Versuchsstrecke zwischen Seebach und Wettingen ebenfalls erprobt. Da sie so gut war, dass man eigentlich nur noch diesen Typ verwendete, führen wir ein eigenes Kapitel. Wir werden diese übliche Fahrleitung bis ins Detail ansehen und anschliessend einen intensiven Blick auf die dazu passenden Stromabnehmer werfen.

 

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