Drehstromantrieb (Eisenbahn)
Die Drehstromantriebstechnik ist eine Art des Antriebs für elektrische Triebfahrzeuge, bei der Drehstrommotoren für den Antrieb eingesetzt werden. Eine elektrische Lokomotive mit Drehstromantrieb wurde erstmals 1892 von Siemens & Halske gebaut.
Grundsätzlich gibt es drei Varianten des Drehstromantriebs, bedingt durch die unterschiedliche Erzeugung und Zufuhr des Drehstroms in das Triebfahrzeug: Drehstromzuführung über die Oberleitung und Drehstromgewinnung im Fahrzeug erstens durch Umformer und zweitens durch Umrichter.
Drehstromzuführung über Oberleitung
Bei den ersten Versuchsanordnungen wurde der Drehstrom dem Triebfahrzeug über eine seitliche dreipolige Fahrleitung zugeführt, was Sonderkonstruktionen im Oberleitungs- und Stromabnehmerbau benötigt. Mit einer solchen Konstruktion erreichte 1903 ein Schnelltriebwagen bereits eine Geschwindigkeit von 210,3 km/h.
Da eine dreipolige Oberleitung wie bei den Versuchsstrecken an vielen Orten keinen Platz fand, wurde bei den kommerziellen Drehstromelektrifikationen ab 1896 der Weg über eine zweipolige Fahrleitung gewählt und die dritte Phase an Erde gelegt; den dritten Pol bilden also die Schienen. Derart elektrifizierte Bahnen existieren heute noch vier, nämlich die Zahnradbahnen auf die Jungfrau und den Gornergrat in den Schweizer Alpen, die Chemin de Fer de la Rhune in den französischen Pyrenäen sowie die Corcovado Bergbahn in Brasilien. Um eine ununterbrochene Stromzuführung aller Phasen im Weichenbereich zu gewährleisten, verkehren die Triebfahrzeuge auf derartigen Strecken mit gehobenen Stromabnehmern an beiden Fahrzeugenden.
| Spurweite | Von | Bis | Spannung | Frequenz | Bahngesellschaft, Strecke, Bemerkung |
|---|---|---|---|---|---|
1435 |
1892 (ca.) 1897 (ca.) 1901 |
1903 |
550 10'000 10'000 –14'000 |
50 38 –48 |
Siemens & Halske Versuchsbetrieb Werkgelände Berlin-Charlottenburg Versuchsbahn Lichterfelde Marienfelde–Zossen (Militärbahn) dreipolige Fahrleitung |
| 1000 | 01.06.1896 | 1910 | 400 | 40 | TEL: Tram Lugano, Versuchsbetrieb mit 350 Volt bereits ab Dezember 1895, ab 1910 Gleichstrombetrieb, 1954–59 Umstellung auf Trolleybus |
| 1000 | 20.08.1898 01.06.1930 |
(heute) | 550 750 |
40 50 |
GGB: Zermatt–Gornergrat |
| 800 | 13.07.1899 | 09.1960 | 500 | 40 | RiT: Riffelalp Station–Riffelalp Hotel, eingestellt nach Hotelbrand, heute wieder in Betrieb mit Akkubetrieb |
| 1000 | 20.09.1898 03.11.1960 1964 |
(heute) | 650 650 1125 |
40 50 50 |
JB Kleine Scheidegg–Eigergletscher, 2. August 1899 Rotstock, 18. Juni 1903 Eigerwand, 25. Juli 1905 Eismeer, 1. August 1912 Jungfraujoch, ursprüngliche Frequenz auch mit 38 Hz angegeben |
| 1000 | 05.10.1898 | 04.10.1964 | 750 | 33 | StEB Stansstad–Engelberg, 1964 mit Brünigbahn verbunden und auf Wechselstrom umgestellt |
| 600 | 1898 | 1908 | 200 | Hoteltram Évian-les-Bains (300 m) | |
| 1899 | 1... | 3000 | Ganz Versuchsstrecke auf der Altofener Donauinsel 1.5 km | ||
| 1435 | 21.07.1899 | 1932–33 | 750 | 40 | EB/BTB Burgdorf–Thun, ab 17. Juni 1919 auch EB Hasle-Rüeggsau–Langnau, 1932–33 auf Wechselstrom umgestellt |
| 1000 | 06.10.1900 | 1914 | 500 | 40 | SSS/SStB Schwyz Bahnhof–Schwyz, 1914 bis Ibach verlängert und auf Gleichstrom umgestellt, 1963 eingestellt |
| 1435 | 1902 | 1911 | 3000 | Wöllersdorfer Militärgleis in Wöllersdorf-Steinabrückl | |
| 1435 | 04.09.1902 | 25.05.1976 | 3600 | 16 2/3 | RA/FS Veltlinbahn Lecco–Chiavenna/Sondrio, ausgeweitet auf Monza–Lecco, FAV/FS Sondrio–Tirano (insgesamt 130 km, bis 1930 mit 3000 V/15 Hz). Ab 1914 zusammenhängendes Netz von der französischen Grenze in Menton (Ligurische Küste) und Modane (Mont-Cenis-Bahn), via Turin und Giovipass bis Genua, Livorno und Fornovo, darin Alessandria/Asti-S.Giuseppe di Cáiro als letzte bis 1976 in Betrieb, und isoliert davon: Trento–Brenner sowie Bozen–Meran (elektrifiziert 1929–34, umgestellt 1952 und 1965), Firenze-Bologna (elektrifiziert 1927, umgestellt 1934–35), heute alle Strecken 3000 V Gleichstrom |
| 1435 | 28.10.1928 | 194. | 10'000 | 45 | FS Rom–Tivoli–Sulmona (23. März 1929), ab 1935 nur noch Mandela–Sulmona, im Zweiten Weltkrieg beschädigt, danach mit 3000 V Gleichstrom wiederaufgebaut (siehe Ferrovia Roma-Sulmona-Pescara) |
| 1000 | 01.08.1905 | 29.03.1969 | 750 | 50 | BrMB Brunnen–Morschach–Axenstein, 1969 eingestellt und abgebrochen |
| 1435 | 01.06.1906 | 1930 | 3000 | 16 | SBB/BBC Drehstrombetrieb Brig–Iselle (Simplontunnel), vom 31. Juli 1919 bis 1927 ausgeweitet auf Brig–Sion, umgestellt auf Wechselstrom |
| 1435 | 1909 | 1927 | 6600 | 25 | Great Northern: alter Cascade-Tunnel, USA, umgestellt auf Wechselstrom, 1929 durch neuen Tunnel ersetzt, ab 1956 Dieselbetrieb |
| 1435 | 02.10.1909 | 01.05.1958 | 500 | 50 | RhW: Tram Rheineck SG Bahnhof–Talstation der Standseilbahn, heute durchgehender Betrieb Zahnrad- und Adhäsionsbahn |
| 1000 | 1910 1976 |
(heute) | 750 900 |
50 60 |
Corcovado Bergbahn: Rio de Janeiro–Corcovado |
| 1668 | 1911 | 1966 | 5200 | 25 | Compañía de los Caminos de Hierro del Sur de España, dann Compañía de los Ferrocarriles Andaluces, schließlich RENFE: Santa Fe–Gérgal, etappenweise erweitert auf Almería–Nacimiento (1963, 46.8 km), nur für Erzzüge, ab 1989 Gleichstrombetrieb, 1996 Mine geschlossen, nur noch Dieselbetrieb |
| 1000 | 08.1912 | 1966 | 3000 | 50 | CFHMP Luchon–Superbagnières de Luchon |
| 1000 | 1914/24 1930 |
(heute) | 3000 | 25 50 |
VFDM/CFTA Chemin de Fer de la Rhune: Col de St-Ignace–La Rhune |
| 900 | 1927 | 1949 | 3000 | 50 | Rheinische AG für Braunkohlebergbau und Brikettfabrikation (RAG) (Privatbetreiber): Zahnradbahn Tagebau Gruhlwerk in Kierberg bei Köln: die 700 Meter lange Strecke verband die Braunkohle-Tagebaue mit der Brikettfabrik des Gruhlwerkes. dreipolige Fahrleitung |
| 1200 | 15.11.1950 | 1975 | 500 | 50 | StGM: St. Gallen–Mühlegg, Umbau aus Standseilbahn, 1975 Umbau zu automatischer Standseilbahn mit einem Wagen |
Drehstromgewinnung durch Umformer
Bei einem Umformer, bestehend aus zwei rotierenden elektrischen Maschinen, treibt ein Gleich- oder Wechselstrommotor über eine gemeinsame Achse einen Drehstromgenerator an, welcher den Drehstrom für die Drehstrommotoren erzeugt. So wird aus dem Gleich- oder Wechselstrom der Fahrleitung in der Lokomotive der Drehstrom erzeugt.
Drehstromgewinnung durch Umrichter
Mittels Leistungselektronik werden bei Frequenzumrichtern die Drehstrommotoren in der Lok angesteuert, wobei die elektrische Energie erst an Bord aus dem über die Fahrleitung zugeführten Gleichstrom oder Einphasen-Wechselstrom in Traktionsumrichtern in Drehstrom umgewandelt wird. Die Motoren sind über die Stromrichter gut zu steuern und zeichnen sich durch eine sehr gute Leistungsfähigkeit bei geringerem Gewicht aus.
Anfang der 1970er Jahre kam es zu den ersten Erprobungen durch die dieselelektrischen Versuchslokomotiven der Baureihe Henschel-BBC DE 2500. Nach einer Kleinserie der Henschel E 1200 war die erste in größerer Serie gebaute Drehstromlokomotive der Welt mit Traktionsumrichtern die deutsche DB-Baureihe 120.
Literatur
- Peter-Klaus Budig: Stromrichtergespeiste Drehstromantriebe : Theorie und Betriebsverhalten von Asynchronantrieben. VDE-Verlag, Berlin 2001, ISBN 3-8007-2371-9.
- Eberhard Seefried: Frequenzgesteuerte Drehstrom-Asynchronantriebe : Betriebsverhalten und Entwurf. (Herausgegeben von Germar Müller) 2., bearbeitete Auflage. Verlag Technik, Berlin 1992, ISBN 3-341-00995-7.
- D. Bätzold: 100 Jahre elektrische Lokomotiven (3). In: Der Modelleisenbahner, Ausgabe 7/1979.
- Hans G. Wägli, Schienennetz Schweiz, Réseau ferré suisse. AS-Verlag, Zürich 2010 (Dritte überarbeitete Auflage), ISBN 978-3-909111-74-9.
- Nico Molino: Trifase in Italia 1902–1925. Gulliver, Torino 1991, ISBN 88-85361-08-0.
- Nico Molino: Trifase in Italia 1925–1976. Gulliver, Torino 1991, ISBN 88-85361-12-9.
Existierende Strecken: Jungfraubahn 1898 | Gornergratbahn 1898 | Chemin de Fer de la Rhune 1914/24 | Corcovado Bergbahn 1910
Später umelektrifizierte Strecken: Veltlinbahn | Ferrovia Alta Valtellina | Bahnstrecke Modane–Turin | Trento–Brenner | Bozen–Meran | Firenze-Bologna | TEL Tram Lugano 1896–1910 | StEB Stansstad–Engelberg 1898–1964 | BTB Burgdorf–Thun-Bahn 1899–1933 | SSS/SStB Schwyzer Strassenbahnen 1900–1914 | SBB/BBC Drehstrombetrieb Brig–Iselle 1906–1930 | Great Northern alter Cascade-Tunnel 1909–1927 | RhW Tram Rheineck 1909–1958 | RENFE Gérgal–Santa Fe-Alhama 1911–1966 | SBB Sion–Brig 1919–1927 | EB Hasle-Rüegsau–Langnau 1919–1932
Frühere Drehstromelektrifikationen: Riffelalptram 1898–1960 | Hoteltram Évian-les-Bains 1898–1908 | Wöllersdorfer Militärgleis 1902–1911 | BrMB Brunnen-Morschach-Bahn 1905–1969 | CFHMP Luchon–Superbagnières de Luchon 1912–1966 | Mühleggbahn 1950–1975 | RAG Zahnradbahn Tagebau Gruhlwerk 1927–1949
Versuchsbetriebe: Drehstrom-Versuchbetrieb von Siemens & Halske | Ganz-Versuchsstrecke auf der Óbuda-Insel | Drehstrom-Versuchsbetrieb Brig–Iselle