Stromabnehmer der Bügelfahrleitung

Bisher sprachen wir immer nur am Rand über die Stromabnehmer. Eigentlich hätte ich dafür sogar eine eigene Seite erstellen können, denn die Modelle waren im Lauf der Jahre so vielfältig. Bei den mittlerweile fast wieder verschwundenen Fahrleitungen beliess ich es deshalb bei einer kurzen Erwähnung. Doch nun kommen wir zu den Stromabnehmern zu der Bügelfahrleitung. Damit kommen wir auch zu den Details, denn ein Stromabnehmer hat viele Aufgaben zu übernehmen.

Durch die lange Zeit, in der die Bügelfahrleitung weiter entwickelt wurde, folgten auch die Stromabnehmer dieser Entwicklung. Dabei muss aber betont werden, dass die modernsten Stromabnehmer immer noch auf den ältesten Fahrleitungen eingesetzt werden können und umgekehrt. Dies zeigt deutlich auf, in welch geringem Masse diese Veränderungen waren. Trotzdem kann man den Stromabnehmer von 1907 nicht mit den heutigen Modellen vergleichen. Nur, was ist eigentlich deren Aufgabe?

Wenn wir uns die Bügelfahrleitung vom Namen her ansehen, bemerken wir den Begriff Bügel darin. Die ersten Modelle, die Siemens testete, nannte man daher Bügel. Dabei hatten diese Bügel die Aufgabe, den Höhenunterschied zur Fahrleitung auszugleichen und dort einen sicheren Kontakt zu ermöglichen. Was einfach klingt, sollte das grösste Problem der Stromabnehmer sein, denn gerade die Funktion stellte grosse Herausforderungen an die Modelle. Ich erwähne jetzt nur, dass diese der mechanischen Reibung und dem Fahrwind unterworfen sind.

Die Spannung wird mittels dieser speziellen Bügel auf die Lokomotive übertragen. Dabei muss auch der elektrische Strom zuverlässig geleitet werden. Da sich jedoch Gelenke und Strom nicht gut vertragen, musste man Lösungen finden, die funktionierten und einen leicht gängigen Stromabnehmer schafften. Der Anschluss auf dem Dach, war letztlich leicht zu lösen, aber der Weg von der Fahrleitung zum Anschluss auf dem Dach, war nicht leicht.

Wenn wir uns nun diese Stromabnehmer ansehen werden, erkennen wir schnell, dass es leicht zu unterscheidende Modelle gibt. Damit war es bei der eigentlichen Trägerkonstruktion zu neuen Entwicklungen gekommen. Der wichtigste Teil ist jedoch oben zu finden, denn man brachte Lösungen, die den Kontakt mit der Fahrleitung herstellten. Diese Kontakte werden wir nach den beiden grundlegenden Modellen genauer ansehen.

 

Scherenstromabnehmer

Wenn wir ganz am Anfang beginnen wollen, treffen wir auf Stromabnehmer, die die Höhe zum Fahrdraht mit einer eigenartigen Konstruktion überwinden. Die Arme bilden dabei ein Quadrat, das eigentlich auf einer Spitze steht. Trotzdem nannte man diese Stromabnehmer schon sehr früh Scherenstromabnehmer. Es entstand so ein Begriff, der sich einbürgerte, obwohl die kreuzenden Schneiden einer Schere immer noch fehlen.

Daher lohnt es sich, wenn wir uns diese Modelle etwas genauer ansehen werden. Der Aufbau war dabei eigentlich sehr einfach. Schon bei den früheren Stromabnehmern hatte man Stangen benutzt um die Höhe zu gewinnen. Jedoch konnte diese immer nur gezogen werden. Bei Bahnen mit Drehstrom gelang es, diese Umschaltung zu verkleinern. Hier sollte das nicht mehr erfolgen, denn der Stromabnehmer sollte problemlos in beiden Fahrrichtungen genutzt werden können. Eine Umschaltung sollte es nicht mehr geben.

Gerade die Eigenschaft mit beiden Fahrrichtungen war ein grosses Problem, denn die Bügel wurden durch die Reibung immer nach hinten gedrückt. Bei den bisherigen Modellen was das ein kleines Problem, das sich nun verschärfen sollte. Die Funktion musste daher so aufgebaut werden, dass die Kräfte optimal auf die Konstruktion übertragen werden. Daher musste man neue Ideen anwenden und kam so zum Scherenstromabnehmer.

Bisher benutzte man durchgehende Stangen. Diese Stangen wurden nun in der Mitte mit einem Gelenk versehen. Damit führten die oberen Holme wieder zur Mitte des Stromabnehmers.

Auf der anderen Seite baute man eine ähnliche Konstruktion auf, die sich dann oben trafen. Damit hatte man die grundlegende Konstruktion, die aber so nicht funktionieren konnte. Die Reibung drückte den hinteren Teil immer wieder nach unten auf das Dach des Fahrzeuges und es kam zum Kurzschluss.

Damit das nicht passieren konnte, musste man die Konstruktion so verbessern, dass der Stromabnehmer die Kräfte übernehmen konnte. Durch diese Verstärkungen wurde der Stromabnehmer aber klobig und schwer.

Punkte, die man nicht wollte. Die Holme mussten daher mit leichten Lösungen verstärkt werden. Statt massiven Stangen griff man zu Drahtseilen, die auf Zug belastet wurden. Der Stromabnehmer begann zu funktionieren.

Die Höhe konnte nun mit dieser Konstruktion ausgeglichen werden. Senkte man den Stromabnehmer, klappten die beiden Seiten so zusammen, dass der Stromabnehmer eine geringe Bauhöhe aufwies. Andererseits konnte dieser Stromabnehmer fast gänzlich durchgestreckt werden. Damit hatte man ein erstes Ziel erreicht, denn das Modell hatte einen ausgesprochen grossen Bereich, wo es zuverlässig arbeiten konnte.

Nun musste man zusehen, wie man diese schwere Konstruktion heben konnte. So ein Stromabnehmer wog fast eine Tonne, das konnte man nicht auf einfache Weise lösen. Die Idee war, dass man die Kraft von Federn nutzte. Damit hatte man eine Möglichkeit den Stromabnehmer zu heben. Beim Senken musste man dann aber auch die Kraft der Feder überwinden. Das Teil funktionierte sehr schwerfällig, was man nicht wollte. Die Lösung fand man bei den Federn.

Die Hubfeder: Um das schwere Teil in die Höhe zu bekommen, benötigte man eine Feder. Diese Feder nannte man Hubfeder, weil sie den Stromabnehmer hob. Damit wurde die Konstruktion dank der Feder gehoben und gegen den Fahrdraht gepresst. Man hatte eine leicht zu hebende Konstruktion, die trotz dem hohen Gewicht leicht wirkte und sich so gut der Fahrleitung anpassen konnte.

Diese Hubfeder konnte man einstellen und dem Stromabnehmer einen bestimmten Anpressdruck geben. Wie gross der war, hing von den zugelassenen Werten ab. Je grösser der Anpressdruck ist, desto mehr wird der Fahrdraht angehoben. Das kann dazu führen, dass die Spurhalter mit dem Stromabnehmer kollidieren. Damit das verhindert werden kann, sind die Kräfte, die hier wirken dürfen, beschränkt worden. Letztlich einigte man sich auf wenige Kilogramm.

Alle Stromabnehmer besitzen diese Hubfeder, denn nur dank ihr geht der Bügel überhaupt hoch. Somit gilt, jeder Stromabnehmer wird durch Federkraft der Hubfeder gehoben. Dabei beträgt der Überschuss an Kraft nur wenige Kilogramm. Sie werden es nicht glauben, aber einen solchen Stromabnehmer, der bis zu einer Tonne schwer sein kann, hebt man mit dem kleinen Finger hoch. Natürlich nur die Konstruktion und nicht das ganze Bauteil.

Damit hatte man nun eine leicht gängige Konstruktion, die optimal mit dem Fahrdraht harmonierte. Nur, die Hubfeder hatte einen Kraftüberschuss und der Stromabnehmer konnte nicht gesenkt werden. Fehlte der Fahrdraht, konnte sich die Konstruktion völlig durchstrecken. Man musste daher eine Lösung suchen, die auch ein senken des Stromabnehmers ermöglichte. Nur so konnte man das Fahrzeug sicher von der Fahrleitung trennen. Ihn berühren und herunterdrücken ging bekanntlich nicht.

Eine einfache Lösung war, dass man den Stromabnehmer einfach mit einem Seil nach unten zog. Da die notwendige Kraft klein war, konnte man den Stromabnehmer so leicht nach unten ziehen. Das Problem war nur, dass das Seil die Elektrizität nicht leiten durfte. Dieses System kommt heute aber nur noch bei älteren Fahrzeugen mit niedrigen Gleichspannungen zum Einsatz. Beispiele finden Sie zum Beispiel bei Strassenbahnen.

Bei den hohen Wechselspannungen, die schon beim Versuchsbetrieb verwendet wurden, ging diese Lösung nicht mehr, denn die Gefahr eines Stromschlages war gross. Man musste eine andere Lösung finden und die fand man bei der Druckluft. Das funktionierte gut, nur hatte man jetzt das Problem, dass bei fehlender Druckluft der Stromabnehmer nicht mehr gesenkt werden konnte. Man griff zu einer zweiten Feder.

Die Senkfeder: Man baute deshalb bei den Stromabnehmer eine Senkfeder ein. Diese Feder garantierte, dass sich der Stromabnehmer in jeden Fall senken liess. Statt des Seils bei den kleinen Spannungen, war es nun eine Feder, die dafür sorgte, dass sich der Stromabnehmer senkte und dass er in seiner Tieflage blieb. Die Senkfeder war daher stärker als die Hubfeder, die den Stromabnehmer hob. Man hatte eine funktionierende Konstruktion.

Die Kräfte der beiden Federn konnten nun so eingestellt werden, dass die Konstruktion kein Gewicht hatte. Trotzdem gab man der Senkfeder einen Kräfteüberschuss. Die Hubfeder konnte die Kraft nicht mehr aufbringen um den Stromabnehmer zu heben. Egal, was nun passierte, der Stromabnehmer blieb in seiner Tieflage und konnte sich nicht heben. Jetzt musste man eigentlich nur noch nach der Lösung suchen, die den Stromabnehmer hob.

Man konnte nun zur Druckluft greifen. Diese wurde jetzt jedoch dazu genutzt, dass der Stromabnehmer gehoben wurde. Fehlte die Druckluft, konnte der Stromabnehmer nicht gehoben werden. Da man nun aber darauf achten musste, dass man die Kraft der Hubfeder nicht durch die Druckluft beeinflusste, musste man eine ganz besondere Lösung suchen. Denn die eingestellte Kraft sollte durch die Druckluft nicht beeinflusst werden.

Man griff zu einem Trick. Mit der Druckluft wurde nicht der Stromabnehmer gehoben, sondern die Kraft der Senkfeder aufgehoben. Man konnte nun die Druckluft so einstellen, dass sie die Kraft der Senkfeder nur aufhob. Damit konnte die Hubfeder mit der eingestellten Kraft den Stromabnehmer heben. Man hatte einen gut funktionierenden Stromabnehmer, an dessen Konstruktion nicht mehr viel verändert wurde.

Wollte man den Stromabnehmer wieder senken, entfernte man die Druckluft. Die Senkfeder gewinnt an Überhang und zieht den Stromabnehmer nach unten. Wird die Druckluft in der Kammer schlagartig entfernt, wird die Senkfeder sofort mit voller Kraft aktiv. Durch die schlagartige Entleerung entsteht sogar ein Unterdruck, so dass der Stromabnehmer im ersten Moment richtiggehend von der Fahrleitung weggerissen wird.

Stabilisiert wurden die Holme des Stromabnehmers mit quer verspannten Seileinzügen und durch die beiden Holmseiten, die so garantierten, dass die Schleifleiste immer mittig oben am Fahrdraht zum anliegen kommt. Die Kräfte, die auf den Stromabnehmer wirkten, konnten von der Konstruktion einfach aufgenommen werden. Die Modelle funktionierten gut, so dass man diese nicht mehr veränderte und so einen standardisierten Stromabnehmer hatte.

Mit der Zeit wurde diese Mechanik immer mehr verbessert, so dass an Stelle von Seilzügen auch dünnere Stangen zur Anwendung kamen. Dadurch wurde der Bügel sogar etwas leichter, was man beim Bau von Lokomotiven natürlich an anderen Orten wieder verwenden konnte. Trotzdem war man damit noch nicht ganz zufrieden, denn die Stromabnehmer mussten noch einmal leichter und kompakter werden, denn man wollte so wenig Gewicht, wie nur möglich beim Stromabnehmer verlieren.

 

Einholmstromabnehmer

Um Gewicht zu sparen, reduzierte man einfach die verwendeten Bauteile. Das bedeutete, dass man die Schere aufgeben musste. Doch damit war man noch nicht am Ziel, denn der neue Stromabnehmer sollte auch im Fahrtwind über bessere Eigenschaften verfügen. Daher machte man sich an eine Neukonstruktion, die ein gänzlich anderes Aussehen haben sollte. Das markanteste Bauteil dieses Stromabnehmers sollte der einzelne Holm sein.

Diesen Stromabnehmer nannte man Einholmpantograf. Wobei Pantograf eigentlich nichts anderes als Stromabnehmer bedeutete. Es sollte so eine bessere Abgrenzung von den bisherigen Modellen geben. Doch sehen wir uns diesen neuartigen Pantograf einmal etwas genauer an. Nur so können wir uns ein Bild über die gemachten Fortschritte machen, denn mit der Reduktion der Holme gab es neue Schwierigkeiten, die gelöst werden mussten.

Statt der Schere verwendete man im unteren Bereich einen einzelnen Holm, der dem Stromabnehmer seinen Namen gab. Dieser Holm musst jedoch zu Wahrung der Stabilität verstärkt werden.

Beim Knick erweiterte man den einzelnen Holm auf zwei Holme, die sich gabelten. Durch diese Gabelung hatte man wieder die gleichen Befestigungen für die Schleifstücke, wie man sie kannte. Damit hatte man die gewünschte Reduktion der Bauteile erreicht, jedoch die Stabilität war nicht gesichert.

So konstruiert, klappte der Stromabnehmer nur schon auf Grund seines Gewichtes zusammen. Man musste das Modell stabilisieren und das möglichst ohne viele schwere Bauteile.

Der Vorteil, den man jetzt erreicht hatte, wolle man nicht mit der Stabilisierung aufgeben. Warum das so war? Man hatte das Gewicht eines Stromabnehmers beinahe auf die Hälfte eines älteren Modells gesenkt. Gewicht, das man anderweitig nutzen konnte.

Damit der Stromabnehmer eine bessere Stabilität erreicht, wurde das Gelenk mit einem Hilfsholm am Grundgerüst fixiert. Das verhinderte, dass der untere Holm senkrecht aufgestellt werden konnte.

Die Konstruktion verhinderte damit ein volles Durchstrecken des Stromabnehmers. Gleichzeitig waren aber die oberen Holme im Gelenk mit diesem Hilfsholm verbunden. Der obere Teil konnte nicht mehr abklappen und der Stromabnehmer war stabil.

Damit die Schleifleiste nicht Kippen konnte, wurde auch im oberen Bereich ein zusätzlicher Hilfsholm eingebaut. Der war am unteren Holm befestigt und stabilisierte das Schleifstück auf die gleiche Weise, wie man das mit dem Hilfsholm unten machte. Das Schleifstück konnte so trotz der Reibung nicht umkippen und hatte daher einen optimalen Kontakt zum Fahrdraht. De Bauteile waren mit wenig Gewicht stabilisiert worden.

Wird der Stromabnehmer gestossen und der Knick ist vorne, wirken durch die Reibung am Fahrdraht Kräfte, die den Stromabnehmer nach unten drücken wollen. Diesen Druckkräften wirken die aerodynamischen Kräfte, die auf den unteren Holm wirkten, entgegen. In der umgekehrten Fahrrichtung war der Effekt gerade umgekehrt, denn nun reduzierte der Fahrtwind am unteren Holm den zu erwartenden höheren Anpressdruck. Der Stromabnehmer funktionierte so in beiden Fahrrichtungen sehr gut.

Neben den Einsparungen beim Gewicht, erreichte man mit diesem Stromabnehmer auch eine Reduktion des benötigten Platzes. So konnte man der Ausrüstung auf dem Dach etwas mehr Platz geben, was den Konstrukteuren natürlich gefiel. Man kann in etwa sagen, dass zwei Einholmstromabnehmer den Platz eines Scherenstromabnehmers benötigen. Beim Gewicht waren die beiden nun verwendeten Einholmstromabnehmer aber leicht schwerer, weil man das Gewicht nicht ganz auf die Hälfte verringern konnte.

Um den Stromabnehmer zu heben und um den Anpressdruck einzustellen, war auch hier eine Hubfeder vorhanden. Ebenso gab es eine Senkfeder, die den Stromabnehmer senkte und in der Tieflage behielt. Die Lösung mit dem Seil wurde hier nicht mehr angewendet, weil die Lösung mit der Druckluft hervorragend funktionierte und daher auch bei geringeren Spannungen verwendet wurde. Daher änderte sich an der Funktionsweise des Stromabnehmers nichts mehr.

Die Ablösung der über lange Jahre bewährten Scherenstromabnehmer war mit den Einholmstromabnehmern gelungen. Einholmpantografen werden auf neuen Fahrzeugen nahezu ausschliesslich eingesetzt und werden so im Lauf der Jahre ihre Vorgänger ersetzen. Einzig bei hochgespanntem Gleichstrom dauerte es lange, bis die Ablösung erfolgte. Der Grund sind die dort auftretenden hohen Ströme und die Sorge, dass die Übertragung nicht korrekt funktionieren könnte. Mittlerweile haben sich auch dort die Einholmstromabnehmer durchgesetzt.

Durch diese schlanke Bauweise war der Stromabnehmer auch für hohe Geschwindigkeiten geeignet und konnte so auch auf sehr schnell fahrenden Fahrzeugen verwendet werden. Die Rekorde liegen heute bei weit über 500 km/h. Die Kräfte, die dabei auf den Einholmpantografen wirkten, zeigen deutlich wie stabil dieser einfach aussehende Stromabnehmer in Wirklichkeit ist. Der Trick dabei ist, dass die unten wirkenden Kräfte die oben wirkenden Kräfte ausgleichen.

Vom diesem Grundmuster gab es im Lauf der Jahre auch Abweichungen. So gibt es Modelle, die auch oben nur einen einzigen Holm haben. Wieder andere Modelle haben oben ein zusätzliches Gelenk eingebaut bekommen. Alle gelten jedoch als Einholmstromabnehmer, denn der Name kommt vom untersten Holm und da ist bei allen nur eine einzige massive Stange vorhanden. Damit funktioniert der Stromabnehmer auch so immer noch zuverlässig.

 

Das Schleifstück

Hatten wir uns bisher mit dem eigentlichen Unterbau befasst, kommen wir nun zu dem Teil, das mit der Fahrleitung den Kontakt herstellt. Ich nennen es jetzt einfach einmal Schleifstück. Es ist oben am Stromabnehmer montiert und hat als einziges Teil direkten Kontakt zum Fahrdraht. Hier und nur hier wird die Breite der Fahrleitung angepasst. Der Unterbau kann schmal sein und das Schleifstück breit. Sogar umgekehrt gab es im Lauf der Zeit.

Beim Schleifstück wird oft auch von Wippe gesprochen. Das ist nicht ganz so falsch, wie man meinen könnte, denn eine Wippe ist bekanntlich ein an einem Gelenk montiertes Brett. So gesehen stimmt das sogar, auch wenn die ersten Stromabnehmer noch keine Wippe hatten und ich daher von einem Schleifstück sprechen muss. Aber eben, in anderen Ländern wird oft der Begriff Wippe verwendet, den dem Schleifstück entspricht.

Die ersten Schleifstücke für die Stromabnehmer zur Bügelfahrleitung wurden von den vorhandenen Stromabnehmern übernommen. Das heisst, man verwendete ein gebogenes Stück Kupfer, das den Fahrdraht berührte. Die Kontaktsicherheit dieser Schleifleisten war jedoch nicht viel besser, als die von den Vorgängermodellen. Daher musste man, um einen sicheren Kontakt zu erreichen, zwei solche Schleifstücke an den Fahrdraht anlegen.

Meistens benutzte man dazu zwei Stromabnehmer. Wo jedoch der Platz fehlte, konstruierte man ein Schleifstück, das zwei solche Bügel auf einer Art Wippe montiert hatten.

Hier kommt nun der Begriff der Wippe passend zur Anwendung, denn diese Konstruktion wippte auf dem Bügel. Damit erreichte man mit einem Stromabnehmer eine gute Kontaktsicherheit. In der Folge sollten diese Schleifstücke kompakter werden und generell eingeführt werden.

Man führte daher Doppelschleifstücke ein. Diese waren mittlerweile kompakt geworden. Genau genommen besitzt ein Doppelschleifstück zwei Schleifleisten und ist immer noch ein Bauteil, das wir vorfinden.

Doppelschleifstücke gibt es so gesehen eigentlich nicht, aber man sieht vom Boden aus zwei Kontakte, die die Fahrleitung berühren und spricht dann automatisch von einem Doppelschleifstück auch wenn das nicht ganz korrekt ist.

Mit der Doppelwippe ist das ähnlich, wie beim Doppelschleifstück, es ist nicht ganz korrekt. Auch hier ist es ein Bauteil, das zwei Schleifleisten besitzt. Die Wippe, oder hier nun die Doppelwippe, wollen wir nun als Einleitung zur genaueren Betrachtung der Kontaktplatte des Stromabnehmers benutzen. Die Schleifstücke bestehen in der Regel aus drei Bauteilen, die wir nun ansehen werden.

Trägerteil: Das Trägerteil ist das Bauteil, das am Bügel montiert wird. Hier werden leichte Bauteile, wie zum Beispiel Aluminium, verwendet. Das Trägerteil hat keinen direkten Kontakt mit dem Fahrdraht. Vielmehr ist es eine Halterung für die beiden anderen Teile, die für die korrekte Funktion wichtiger sind. Da es nun aber zum Schleifstück dazu gehört, wollen wir es nicht weglassen, denn das Trägerteil hat auch einige besondere Aufgaben.

Mit einem Gelenk ist das Trägerteil am Stromabnehmer befestigt worden. Mit diesem Gelenk wird gewährleistet, dass die darin montierten Schleifleisten immer einen optimalen Kontakt zu Fahrleitung haben. Daher wurde das Trägerteil erst mit den doppelten Schleifstücken eingeführt. Die ursprünglichen einfachen Schleifstücke benötigten kein Trägerteil, das die Aufgabe einer optimalen Kontaktsicherheit übernahm.

Die eigentliche Wippe ist daher genau genommen nur das Trägerteil. Dank standardisierten Befestigungen kommen heute bei den unterschiedlichen Stromabnehmern vereinheitliche Trägerteile zu Anwendung. Das kann dazu führen, dass mit dem Wechsel der Trägerteile, die Stromabnehmer für andere Fahrleitungen angepasst werden. Das kommt heute oft bei Mehrsystemfahrzeugen vor, die eigentlich die gleichen Stromabnehmer haben, daran aber unterschiedliche Trägerteile montiert wurden.

Diese Trägerteile können nicht nur frei unter den Stromabnehmertypen gewechselt werden, sie sind vielmehr schnell austauschbar. Daher ist bei diesen, dem Verschleiss unterworfenen Bauteilen, ein schneller Wechsel möglich. Eine Werkstatt hält daher fertig montierte Trägerteile bereit. Diese werden am Stromabnehmer montiert, wenn die Schleifleisten abgenützt sind. Danach kann die verschlissene Schleifleiste in Ruhe demontiert werden. Das Fahrzeug fährt indes bereits wieder.

Die Schleifleiste: In den direkten Kontakt mit der Fahrleitung und somit mit dem Fahrdraht kommt nur die Schleifleiste. Sie ist das Verschleissteil des Stromabnehmers. Durch die Reibung am Fahrdraht wird es permanent abgenutzt und es muss regelmässig ausgewechselt werden. Gerade die Schleifleisten entwickelten sich in den vergangenen Jahren deutlich, so dass wir uns nicht darauf festlegen wollen, dass es ein einfaches Bauteil ist.

Die Schleifleiste wird im Trägerteil befestigt und lässt sich schnell auswechseln. Anfänglich war die Schleifleiste ein Teil der Wippe oder des Schleifstückes. Im Lauf der Jahre wurde sie aber auswechselbar gestaltet. Moderne Stromabnehmer sind mit zwei Schleifleisten ausgerüstet worden. Von diesen beiden Schleifleisten kommen die Begriffe Doppelschleifstück oder Doppelwippe. Wir belassen es dabei und stellen einfach nur fest, dass jede Schleifleiste dabei einzeln ausgewechselt werden kann.

Die Schleifleiste besteht aus unterschiedlichen Materialien. Diese sind je nach Einsatz und verwendetem Stromsystem unterschiedlich. Auch sie änderten sich im Lauf der Jahre, so dass heute ganz andere Bauteile zur Anwendung kommen, als das früher der Fall war. Grundsätzlich werden wir die beteiligten Materialien gleich ansehen. Wir müssen nur wissen, dass die Schleifleisten grundsätzlich gleich gestaltet sind und daher einfach ausgewechselt werden können.

Schon früh verwendete man Kupfer. Kupfer hat eine gute Leitfähigkeit und passt dabei optimal zum Fahrdraht. Jedoch ist bei diesen Schleifleisten der Fahrdraht einem etwas höheren Verschleiss unterworfen. Bei Bahnen, die mit Gleichstrom betrieben werden, kommen auch heute noch Schleifleisten aus Kupfer zum Einsatz. Andere Bahnen haben schon längst zu anderen Materialien gewechselt, denn es gibt auch Aluminium.

Schleifleisten aus Aluminium haben den Vorteil, dass dieser Werkstoff etwas weicher ist, als das Kupfer. Die Abnützung erfolgt nun bei der Schleifleiste und nicht mehr am Fahrdraht. Der Unterhalt an der Fahrleitung konnte verringert werden. Schleifleisten aus Aluminium kommen auch heute noch zur Anwendung, denn in Bereichen, wo mit Raureif gerechnet werden muss, kann man solche Schleifleisten als Eiskratzer verwenden.

Mittlerweile wird Aluminium nur noch als Trägermaterial verwendet. Die eigentlichen Kontaktflächen der Schleifleisten bestehen mittlerweile aus Kohle. Sie haben richtig gelesen, heute wird Kohle verwendet. Kohle hat gute elektrische Leiteigenschaften, ist sehr weich und daher gut geeignet. Zwar ist die Leitfähigkeit geringer, als bei Kupfer, aber der extrem weiche Werkstoff bietet sehr grosse Vorteile, denn der Verschleiss ist jetzt praktisch nun noch an der Schleifleiste vorhanden.

Die Schleifleisten haben jedoch den Nachteil, dass sie bei hohen Geschwindigkeiten nicht mehr optimal arbeiten. Die Schleifstücke beginnen zu springen und verlieren so den Kontakt. Die Lichtbögen beschädigen dabei die Kohleeinlage der Schleifleisten. Damit man diesem Problem begegnen konnte, baute man eine Wippenfederung ein. Diese verringerte das Problem und schützte so die Schleifleisten.

Dabei arbeitet die Federung mit einzeln abgefederten Schleifleisten. Dadurch können sie sich diese den kleinen Stössen besser widersetzen und übertragen so die auftretende Kraft nicht auf die ganze Wippe. Die Kontaktsicherheit ist wieder gegeben. Solche Stromabnehmer kommen bei den schnellsten Zügen zum Einsatz und die Wippenfederung zeigt dabei sehr gute Eigenschaften, da die Stromabnehmer weniger springen und daher den Kontakt nicht so oft verlieren.

Notlaufhorn: Das letzte Bauteil, das wir ansehen wollen, ist das Notlaufhorn. Vielmehr spricht man hier von Notlaufhörnern, denn sie kommen mindestens zu zweit zur Anwendung. Sie bilden den seitlichen Abschluss des Schleifstückes und sie sind am Trägerteil montiert worden. Man kann die Notlaufhörner gut erkennen, da sie seitlich wie Hörner herunter gebogen wurden und daher einen optischen Abschluss bilden.

Notlaufhörner sind jedoch nicht dazu da, dass das Schleifstück etwas besser aussieht. Vielmehr haben die Notlaufhörner eine wichtige Aufgabe. Ohne diese Notlaufhörner würden Stromabnehmer nicht funktionieren. Es gab schon Fälle, wo falsch gestaltete Notlaufhörner zu schweren Störungen an der Fahrleitung geführt haben. Daher lohnt es sich sicher, wenn wir uns die Funktion der Notlaufhörner genau ansehen.

Durch den Aufbau der Fahrleitung müssen sich die Fahrdrähte ab und zu auswechseln, oder sie überschneiden sich bei einer Weiche. Das führt dazu, dass ein Fahrdraht seitlich zum Schleifstück geführt wird. Nun wird aber der Fahrdraht durch den Anpressdruck leicht angehoben. Der zulaufende Fahrdraht ist daher leicht tiefer. Dank dem Notlaufhorn gleitet dieser Fahrdraht nun ohne Probleme auf die Schleifleiste.

Die Notlaufhörner sind aus Aluminium gefertigt worden. Dabei gibt es jedoch bei den Endstücken der Notlaufhörner grosse Unterschiede. Hier spielen nun Vorschriften hinein und auch die Anlagen haben einen Einfluss. Besonders wichtig, wird das bei Fahrzeugen, die in mehreren Ländern eingesetzt werden, denn dann benötigen die Stromabnehmer zur Sicherheit Endstücke aus Kunststoff. Man spricht in diesem Zusammenhang von isolierten Notlaufhörnern.

Damit hätten wir die Welt der Stromabnehmer bereits kennen gelernt. Es gibt natürlich überall immer wieder Stromabnehmer, die von der hier beschriebenen Bauweise abweichen. Bekannt sind hier vielleicht die Lokomotiven Re 460, die wieder einen Stromabnehmer haben, der nur eine Schleifleiste besitzt. Man erhofft sich damit bessere Eigenschaften bei hohen Geschwindigkeiten. Sie sehen, beim Stromabnehmer spielt die Aerodynamik sehr stark mit.

 

Schutzfunktionen bei Stromabnehmern

Schutzfunktionen bei Stromabnehmern gab es immer wieder. Diese waren zuerst einmal dazu gedacht, die Leute vor den Gefahren der elektrischen Spannung zu schützen. Daher montierte man Schutzgitter oder Hinweisschilder an den Stromabnehmern. Das Problem war nämlich, dass das ganze Bauteil unter der Hochspannung stand und nur mit den Isolatoren bei der Befestigung isoliert wurden. Damit kam die gefährliche Spannung tief hinunter.

Diese Schutzmassnahmen haben sich bis in die heutige Zeit gehalten. Das Bild der Lokomotive zeigt deutlich, wie gefährlich nahe die Hochspannung ist, denn auch der gesenkte Stromabnehmer steht bei diesem Modell unter Spannung.

Daher ist es vorgeschrieben, dass man eine Lokomotive nur bis zur Höhe der Umlaufbleche oder der Plattformen besteigen darf. Müssen Arbeiten an höher gelegenen Bauteilen ausgeführt werden, ist sogar die Fahrleitung über der Lokomotive auszuschalten.

Mit den Jahren zeigte sich aber, dass man auch den Stromabnehmer schützen musste. Die Schleifleiste ist einem stetigen Verschleiss unterworfen. Nun gilt aber für jedes Teil, dass verschliessen wird, es versagt einmal.

Die Folgen bei einem Schleifstück sind dabei dramatisch, denn die Schleifleiste hängt an einem Bauteil der Fahrleitung an und reisst diese herunter. Eine grosse Fahrleitungsstörung entsteht und die Strecke ist längere Zeit unterbrochen.

Die schlimmste Störung, die mit einem Stromabnehmer auftreten kann, ist daher der Schleifleistenbruch. Diese Beschädigung kann durch Materialfehler oder durch ein in der Fahrleitung hängendes Hindernis verursacht sein. Durch den Bruch in der Schleifleiste wird der Fahrdraht unter die Schleifleiste geraten. Die Folge ist dann schnell erklärt, denn der Fahrdraht wird beim nächsten Wechsel nicht mehr korrekt weggezogen. In der Folge wird der Stromabnehmer heruntergerissen oder schwer beschädigt.

Damit diese Störung nicht oft auftritt, werden Stromabnehmer intensiv kontrolliert. Dabei gibt es regelmässig optische Kontrollen, die durch das Lokomotivpersonal bei jeder Übernahme ausgeführt werden. Gleichzeitig führt man das Fahrzeug regelmässig dem Unterhalt zu. Dort wird dann die Schleifleiste kontrolliert und bei Bedarf ersetzt. Trotzdem konnte man Störungen, die zum Beispiel wegen einem Fehler auftraten, nicht optimal eliminieren.

Moderne Stromabnehmer rüstet man zum Schutz vor defekten Schleifleisten mit einer Schleifleistenüberwachung aus. Diese kontrolliert permanent, ob die Schleifleiste korrekt aufgebaut und daher einsatzfähig ist. Ist das nicht der Fall, sorgt die Einrichtung für ein automatisches Senken des Stromabnehmers. Ein erneutes heben ist bei einer angesprochenen Überwachung der Schleifleiste jedoch nicht mehr möglich.

Die Schleifleistenüberwachung funktioniert dabei mit Druckluft. Das heisst, die Schleifleiste ist innen hohl und dieser Hohlraum ist mit der Druckluft, die den Stromabnehmer hebt, verbunden. Gibt es nun in der Schleifleiste einen Riss oder es bricht ein Teil heraus, liegt der Hohlraum frei und die Druckluft entweicht. Die elektronische Überwachung registriert den Druckverlust und verriegelt die Zufuhr der Druckluft. Der Stromabnehmer senkt sich mit Hilfe der Senkfeder.

Ein weiteres Problem waren einfache Schäden an der Fahrleitung, die den Stromabnehmer beschädigten. Dieser war dann nicht mehr optimal ausgerichtet und verhakte sich in der Folge mit der Fahrleitung. Die Folgen waren dann nicht weniger schlimm, denn die Fahrleitung wurde heruntergerissen und der Stromabnehmer funktionierte auch nicht mehr. Man wollte daher zumindest die Fahrleitung retten.

Vor Schlägen, die den Stromabnehmer von der Fahrleitung ausgeteilt bekommen, schützt die Schlagsicherung. Diese spricht an, wenn das Schleifstück auf der Fahrt mit einem Hindernis kollidiert. Durch die hohe Kraft, die nun auf das Schleifstück wirkt, wird die Luftzufuhr zur Schleifleistenüberwachung geöffnet. In der Folge wird die Zufuhr von Druckluft elektronisch gesperrt und der Stromabnehmer mit Hilfe der Senkfeder gesenkt.

Der Stromabnehmer kann nicht mehr gehoben werden. Da man nun davon ausgehen muss, dass es zu einem schweren Schaden gekommen ist, muss das Fahrzeug eine Werkstatt aufsuchen. Deshalb ist nun eine Kontrolle unumgänglich. Daher können solche Störungen umfangreiche Auswirkungen auf das Fahrzeug haben. Jedoch wird die Fahrleitung geschützt und die Strecke bleibt befahrbar. Wobei bei der Schlagsicherung auch eine Kontrolle der Fahrleitung nötig sein wird.

Mit Hilfe der Schleifleistenüberwachung und der Schlagsicherung konnten die Störungen durch gebrochene Schleifleisten massiv reduziert werden. Aus diesem Grund werden sämtliche neu verbauten Stromabnehmer mit diesen Sicherheitsmerkmalen ausgerüstet. Trotzdem werden die Stromabnehmer auch weiterhin genau kontrolliert und bei vermuteten Schäden dem Unterhalt zugeführt. Die Systeme funktionieren somit zuverlässig.

Diese Stromabnehmer haben sich durchgesetzt und kommen mittlerweile auch auf Fahrzeugen unter einer Drehstromfahrleitung zum Einsatz. Dabei kommen zwei nebeneinander montierte Modelle zur Anwendung. So ist für jeden Fahrdraht ein Stromabnehmer vorhanden. Eindrücklicher ist jedoch die Tatsache, dass diese Bügel problemlos auch auf den Einfachfahrleitungen und den neuen Stromschienen verwendet werden können, die Lyrastromabnehmer sind vor Jahren schon abgelöst worden.

 

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