Oberleitung
Eine Oberleitung gehört neben den Stromschienen zu den Fahrleitungen. Sie dient in Eisenbahnen (Straßen-/Stadtbahnen, Hoch-/Untergrundbahnen und Gebirgs- bzw. Bergbahnen) zur Versorgung der Triebfahrzeuge mit Bahnstrom. Auch spezielle Verkehrsmittel wie O-Busse oder Oberleitungsfähren können über sie mit elektrischer Energie betrieben werden. Eine Oberleitung besteht aus Spezialdraht, der in konstanter Höhe über dem Fahrweg angeordnet ist. Auf den elektrischen Triebfahrzeugen befinden sich Stromabnehmer, die in Kontakt mit der Oberleitung stehen. Der Stromkreis wird über die Schienen als Rückleiter wieder geschlossen. Für den Rückstrom ist bei Obussen und Fähren ein doppelter Stromabnehmer erforderlich.
Nachdem erste elektrisch angetriebene Bahnen ab 1879 über die Fahrschienen oder eine dritte Stromschiene mit elektrischer Energie versorgt wurden, kam 1881 im Rahmen der ersten internationalen Elektrizitätsausstellung in Paris erstmals eine Überkopf-Fahrstromversorgung durch Schlitzrohrfahrleitung für eine Trambahn zur Anwendung.[1]
In der Schweiz ist der Begriff Oberleitung nicht gebräuchlich, es wird nur von Fahrleitung gesprochen. Im Rechtssinne[2] umfasst dieser Begriff auch Stromschienen, im normalen Sprachgebrauch ist mit Fahrleitung aber immer nur die Oberleitung gemeint. Auch im Netz der ehemaligen Deutschen Reichsbahn ist der Begriff »Fahrleitung« üblich.
Versorgung
Die elektrische Spannung in Oberleitungen beträgt einige hundert Volt bei Straßenbahnen sowie O-Bussen, bis zu 3 kV bei Gleichstrom- und meist 10 bis 25 kV bei Wechselstrom-Vollbahnen und Industriebahnen (siehe Liste der Bahnstromsysteme).
Zum System von Oberleitungen gehören Unterwerke, die bei Wechselstrombahnen in Abständen von 60 bis 80 km an den Strecken angeordnet sind und von denen die Oberleitung abschnittsweise aus dem nationalen Verbundnetz oder einem eigenen Bahnstromnetz gespeist wird. Bei Gleichstrombahnen beträgt der Unterwerksabstand wegen der wesentlich niedrigeren Spannung und der damit höheren Stromstärken und Leitungsverluste maximal 25 km. Bei Straßenbahn- und O-Bus-Netzen, die in der Regel mit 600 bis 750 Volt Gleichstrom betrieben werden, wird die Fahrleitung etwa alle drei bis fünf Kilometer aus Unterwerken gespeist.
Bei Wechselstrombahnen wird die Oberleitung über Mastschalter von den Unterwerken zentral oder örtlich vom jeweiligen Stellwerk geschaltet. Der Mastschalter verfügt über einen elektrischen Antrieb, welcher sich am unteren Mastende befindet. Mit einem Gestänge werden die Messerkontakte an der Mastspitze bedient, um die Oberleitung spannungslos zu schalten oder Schaltzustände des Oberleitungsnetzes zu verändern. Ein eventuell entstehender Lichtbogen wird über die Funkenhörner abgeleitet. Der Abstand der Funkenhörner vergrößert sich beim Ausschalten, sodass der Funke durch thermische und magnetische Wirkung nach oben wandert, damit verlängert wird, schließlich über ihnen abreißt und so die Messerkontakte vor Beschädigung schützt. Beim Einschalten ist der Effekt konträr. Mastschalter sind zum Schalten von Lastströmen ausgelegt, bei Kurzschlüssen erfolgt die Abschaltung der Oberleitung durch den Leistungsschalter im Unterwerk.
Fahrdraht
Die spezielle Beschaffenheit eines Fahrdrahtes hängt von verschiedenen Faktoren ab, die bei jeder Bahn anders sein können. Insbesondere beeinflussen die zu übertragende Stromstärke, die Spannweite zwischen den Aufhängepunkten, die alleinige Verwendung als Einzeldraht oder die Verwendung zusätzlicher Tragseile (Kettenwerk) sowie auch die Art der Fahrzeug-Stromabnehmer die Zusammensetzung, Form und Dicke des verwendeten Fahrdrahtes. Die bei der DB AG verwendeten Fahrdrähte für Hochgeschwindigkeitszüge (Bauart Re330, typischer Querschnitt 120 mm²) müssen bei einer Leistungsaufnahme eines ICE 1 (oder einer ICE-2-Doppeltraktion) von bis zu 9,6 MW beziehungsweise bei einer ICE-3-Doppeltraktion von bis zu 16,0 MW bei der verwendeten Spannung von 15 kV Ströme bis zu etwa 1400 A tragen. Eisenbahn-Oberleitungen sind in der Regel als Kettenwerk ausgeführt. Einfachfahrleitungen sind lediglich dort zu finden, wo nur mit mäßiger Geschwindigkeit gefahren wird, also auf traditionellen Straßenbahnstrecken, auf Kopf- und Nebengleisen, bei kleineren Werkbahnen und bei rückbaren Strossengleisen im Bergbau.
Mit der Einführung der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung wurde in Deutschland im Mai 1967 für 15-kV-Oberleitungen eine Mindestfahrdrahthöhe von 4,95 m eingeführt. Zuzüglich einer Anhebung durch den Stromabnehmer in Höhe von 10 cm und eines Mindestsicherheitsabstands zu nicht unter Spannung stehenden Anlagenteilen von 15 cm ergab sich eine Mindesthöhe von 5,20 m. Als Regelhöhe wurde, mit einem Mindestabstand zu nicht spannungsführenden Teilen von 30 cm, 5,35 m festgelegt.[3] Die Regelfahrdrahthöhe bei der DB Netz beträgt 5,5 m, bei Hochgeschwindigkeitsstrecken 5,3 m. Der Fahrdraht darf sich bei ihr mindestens 4,95 m, bei unterirdischen S-Bahnstrecken 4,8 m, und höchstens 6,5 m über der Schienenoberkante befinden.[4]
Der Fahrdraht hat zur besseren Befestigung seitlich zwei Rillen (Rillenfahrdraht) und besteht normalerweise aus Kupfer, entweder chemisch rein oder mit geringem Cadmium-, Silber- oder Magnesiumanteil, um seine Zugfestigkeit zu erhöhen. Zur Verstärkung der Zugfestigkeit kann der Fahrdraht neben dem Kupfermantel auch eine Seele aus Stahldraht enthalten. In Zeiten gestiegener Kupferpreise sind auch Experimente mit Aluminium- und Stahlfahrdrähten unternommen worden, die jedoch unbefriedigend verliefen.
In Tunneln werden beispielsweise Rillenfahrdrähte in Aluminiumprofile geklemmt (Stromschienenoberleitung), um die Bauhöhe zu verringern und eine gegenüber Einzeldrähten bzw. Kettenwerken höhere Steifigkeit zu erreichen.
In Gleichstromnetzen vieler Länder werden wegen der hohen Stromstärken zwei in geringem Abstand parallel geführte Fahrdrähte (Doppelfahrdraht) verwendet. Insbesondere in Tschechien und der Slowakei sind dafür Tragseile mit größerem Querschnitt und zusätzliche Verstärkungsleitungen über die Mastköpfe üblich. Die Verstärkungsleitungen sind etwa an jedem zweiten Stützpunkt mit dem Kettenwerk verbunden.
Alternativ zum Fahrdraht wird unter bestimmten Umständen in einigen Fällen auch eine Deckenstromschiene eingesetzt.
Masten
Die Masten der Oberleitung können aus Holz, Schleuderbeton (mit Stahleinlage) oder Stahl gefertigt sein. Holzmasten werden kaum noch verwendet, kommen aber in einigen lawinengefährdeten Gebieten der Schweiz sowie in Skandinavien zum Einsatz.
Bei modernen Oberleitungsmasten hängt das Kettenwerk meist an einem Ausleger. Bei vielen parallel nebeneinanderlaufenden Leitungen in Bahnhöfen etc. werden statt neben jedem Gleis angeordneter einzelner Masten Portale (in der Schweiz, wo ausschließlich so gebaut wird, werden diese Joche genannt) oder Quertragwerke aus Trag- und Richtseilen verwendet, von denen aus mehrere Gleise mit Fahrdrähten überspannt werden. In Österreich und Deutschland werden Quertragwerke bei Neu- und Umbauten über Hauptgleisen soweit möglich in Einzelstützen aufgelöst, da ihr Schwingungsverhalten vor allem bei höheren Fahrgeschwindigkeiten ungenügend ist.
Die Fahrleitungsmasten werden auch für die Aufhängung von Speiseleitungen (Bahnstromleitungen) von der Schaltstelle oder vom Unterwerk zu entfernteren, separat zu speisenden Oberleitungsabschnitten genutzt. Dafür werden höhere Masten verwendet, damit die Speiseleitungen in ausreichendem Abstand zum Kettenwerk geführt werden. Die Speiseleitungen werden meist an Traversen aufgehängt, einzelne Leiter auch auf stehenden Isolatoren auf der Mastspitze.
Bahnerdung
Eine Erdung aller im Oberleitungsrissbereich befindlichen leitfähigen Teile ist als Sicherheit gegen gefährliche Berührungsspannungen im Falle eines Fehlers notwendig. Prinzipiell werden jeder Mast und jeder elektrisch leitende Anlagenteil im Rissbereich (dazu gehören auch Brückengeländer und Ähnliches) mit jeweils eigenen Erdseilen unmittelbar mit dem Gleis verbunden. Auch Spannbetonmaste (Bewehrung aus Stahl) und deren leitende Anbauteile werden mittels einer Bahnerde mit den Gleisen verbunden. Im Falle eines Kurzschlusses wird somit das Ansprechen einer Überstrom-Schutzeinrichtung und eine automatische Abschaltung der Oberleitung erreicht. Sind Gleisfreimeldeanlagen in Form von einschienig isolierten Gleisstromkreisen vorhanden, werden die Erdleitungen nur mit der geerdeten Schiene verbunden. Um eine sichere Schalterauslösung auch bei Berührung mit der isolierten Schiene zu gewährleisten und die Sicherungstechnik vor Schäden durch den Kurzschlussstrom zu schützen, werden einschienig isolierte Gleisstromkreise mit Spannungsdurchschlagsicherungen ausgerüstet.
Zusätzlich wird in Sonderfällen ein Erdseil entlang der Strecke an der gleisabgewandten Seite der Oberleitungsmasten angebracht. Dies dient als Blitzschutz und Sicherheitsvorkehrung für den Fall, dass (beispielsweise während Bau- oder Unterhaltsarbeiten) die einzelne Erdung eines Mastes beschädigt wird. Über das Erdseil wird jeder Oberleitungsmast mit seinen Nachbarn verbunden. Außerdem verbessert das Erdseil die Rückleitung des Stroms zum einspeisenden Unterwerk, die über die Gleise erfolgt. Das Erdseil auf Fahrdrahthöhe dient daneben auch der Funkentstörung. Da dieses Erdseil als ein guter elektrischer Leiter und Empfänger in der Nähe ist, können bei allfälligen Lichtbögen auftretende elektromagnetische Wellen praktisch zu großen Teilen an der Quelle aufgefangen werden.
In der Schweiz ist das Erdseil die Regel und in Unterwerksnähe finden sich oft auch drei dieser Sorte.
Das Potenzial dieser Bahnerde ist entlang des Schienenwegs nicht mit dem geerdeten Neutralleiter des öffentlichen Stromnetzes und auch nicht mit metallischen Versorgungsleitungen verbunden. Bei Gleichstrombahnen muss die Rückleitung positiver gegenüber Versorgungsleitungen oder auch Bewehrungen (z. B. Tunnelerde) sein, um Elektrokorrosion an diesen systemfremden geerdeten Metallteilen zu vermeiden. Daher wird die Schiene nicht fest mit Rohrleitungen und anderen geerdeten Teilen verbunden. Der Rest des Schienenweges nimmt (bei positiver Oberleitung) dann durch den Laststrom ein positives Potenzial gegen Erde an, sodass Elektrokorrosion nur an den Schienen selbst auftritt.
Um zu vermeiden, dass die Rückleitung von Gleichstrombahnen beispielsweise bei Kurzschlüssen oder hohen Spannungsfällen entlang der Gleise zu hohe Spannungen gegenüber dem Erdpotential annimmt, werden Erdungskurzschließer eingesetzt; diese überwachen die Spannungsdifferenz und verbinden die Rückleitung vorübergehend mit der (Wasser)erde.
Sicherheit, Unfälle
Fälschlicherweise wird manchmal angenommen, dass die Oberleitung nur Spannung führt, wenn sich ein fahrender Zug in der Nähe befindet. Tatsächlich aber ist die Oberleitung immer eingeschaltet, selbst wenn die Strecke sehr selten befahren wird (und augenscheinlich stillgelegt zu sein erscheint) oder Züge bzw. Wagen abgestellt und außer Betrieb sind. [5]
Wie bei allen blanken, nicht isolierten und spannungsführenden elektrischen Leitungen besteht auch bei Oberleitungen die Gefahr eines Stromschlags. Bei Bahnanlagen, die mit Hochspannung betrieben werden können – wie bei allen anderen hochspannungsführenden Teilen auch – bereits bei der kontaktlosen Annäherung an die Oberleitung, also ohne direkte Berührung mit dem Körper, der Kleidung oder anderen Gegenständen, Spannungsüberschläge erfolgen und lebensgefährliche Störlichtbögen entstehen.[6]
Der empfohlene Sicherheitsabstand für Personen zu spannungsführenden Teilen, die mit 15 kV betrieben werden, liegt bei 3 m für elektrotechnischen Laien, dieser darf von elektrotechnisch unterwiesene Personen (etwa bei Rettungsmaßnahmen) bis auf minimal 1,5 m reduziert werden.[7][8][9][10]
Auch bei Fahrleitungsanlagen mit einer Nennspannung von 25 kV beträgt der Schutzabstand 1,5 Meter.[11][12]
Der festgelegte Mindestabstand (bei Hochspannung) darf erst unterschritten werden, wenn die Spannung abgeschaltet ist und danach zusätzlich alle beteiligten Leitungen (mit einer Erdungsstange, die zuvor mit einer Klemme mit der Schiene verbunden wurde) geerdet bzw. kurzgeschlossen sind.[13][14] Dabei ist nach den Fünf Sicherheitsregeln vorzugehen.
Oberleitungen werden daher so installiert, dass eine Berührung oder auch nur Annäherung infolge von Fahrlässigkeit vermieden wird. Dies wird unter anderem durch Kletterschutz-Einrichtungen an Masten und durch Schutznetze an Brücken, unter denen Oberleitungen verlaufen, erreicht.
Es kommt aber immer wieder zu (oft tödlichen) Unfällen, unter anderem beim Klettern auf Wagen oder Oberleitungsmasten oder beim S-Bahn-Surfen (durch grobe Fahrlässigkeit oder Vorsatz)[15][16] oder durch andere Umstände.
Bei Arbeiten in der Nähe von Oberleitungen gab es zwischen 2008 und 2012 alleine in Deutschland fünf Tote und acht Schwerverletzte. Beispiele:[17]
- 3. November 2010, Triberg im Schwarzwald: Ein Arbeiter geriet beim Mähen eines Steilhangs an die Oberleitung und wurde schwer verletzt[18]
- 10. Oktober 2011, Bahnhof Baunatal-Guntershausen: Ein Toter[19]
- 24. November 2011, S-Bahnhof München-Westkreuz (Aubing): Ein Toter[19]
- 16. Juli 2012, Bahnhof Hannover-Nordstadt: Zwei Handwerker starben bei Reinigungsarbeiten am Gleis, nachdem ihre Leiter in die Oberleitung geweht worden war.[19] Wenige Tage danach wurde bei der Bahn AG eine seit April 2012 fertiggestellte Arbeitsanweisung mit dem Titel Arbeiten in der Nähe von elektrischen Anlagen an Fremdfirmen beauftragen – sie war von einem ranghohen Bahn-Manager zunächst gestoppt worden[19] – zum 1. August 2012 in Kraft gesetzt.[20]
Fahrleitungssysteme
Bezeichnung
Im Netz der Deutschen Bundesbahn, später im Netz DB Netz AG, werden die unterschiedlichen Fahrleitungssysteme nach der Höchstgeschwindigkeit eingeteilt und auch bezeichnet, für die sie zugelassen sind. Dabei stand die Abkürzung Re ursprünglich für Regelfahrleitung später Regeloberleitung. Seit 1982 lautet die amtliche Bezeichnung „Regeloberleitung der DB. Bauart bis xxx km/h“, wobei xxx für die jeweilige Geschwindigkeit steht, in Stufen von 75, 100, 120, 160, 200, 230, 250 und 330 km/h.[21][22][23]
| Bezeichnung | Zugelassene Geschwindigkeit | Freie Strecke im Normalbereich der Kettenwerke | Freie Strecke im Bereich der Nachspannungen, Streckentrennungen, Streckentrennern und in Bahnhöfen | Verwendung | Bemerkung |
|---|---|---|---|---|---|
| Re 100 | bis 100 km/h | 5,70 m | 6,20 m | Nebenstrecken, Hauptstrecken | ohne Y-Beiseil |
| Re 120 | bis 120 km/h | 5,70 m | 6,20 m | Nebenstrecken, Hauptstrecken Beispiel: Bahnstrecke Erfurt–Sangerhausen |
mit Y-Beiseil |
| Re 160 | bis 160 km/h | 5,70 m | 6,20 m | Hauptstrecken Beispiel: Bahnstrecke Neustrelitz–Warnemünde |
mit Y-Beiseil |
| Sicat S 1.0 | bis 160 km/h | 5,70 m | 6,20 m | Neubaustrecken der 2000er und 2010er Beispiel: Abzweig Breckenheim–Wiesbaden |
Oberleitungstyp von Siemens, Weiterentwicklung der Bauform Re160 |
| Re 200 | bis 200 km/h | 5,90 m | 6,20 m | Ausbaustrecken Beispiel: Bahnstrecke Halle–Berlin |
mit Y-Beiseil |
| Re 200mod | bis 230 km/h | Ausbaustrecken Beispiel: Bahnstrecke Bremen–Hamburg |
seit 6. Juni 1999[24] | ||
| Re 230 | bis 230 km/h | 5,90 m | 7,90 m | Ausbaustrecken Beispiel: Bahnstrecke Berlin–Hamburg |
mit Y-Beiseil |
| Re 250 | bis 250 km/h* | 5,90 m | 7,90 m | Neubaustrecken der 1980er und 1990er Beispiel: Schnellfahrstrecke Hannover–Würzburg |
mit Y-Beiseil; * seit 1996 bis 280 km/h |
| Re 330 | bis 330 km/h | 7,40 m | 7,90 m | Neubaustrecken der 2000er und 2010er Beispiel: Neubaustrecke Nürnberg–Ingolstadt; Erfurt–Gröbers |
mit Y-Beiseil |
| Sicat H 1.0 | bis 330 km/h | 7,40 m | 7,90 m | Neubaustrecken der 2000er und 2010er Beispiel: Schnellfahrstrecke Köln–Rhein/Main; Leipzig Messe–Gröbers |
Oberleitungstyp von Siemens, Weiterentwicklung der Bauform Re330 |
Erste Systeme
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Seitlich aufgehängte Schlitzrohrfahrleitung; Paris 1881 -
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Stromabnehmer an einem der beiden Pole der Schlitzrohrfahrleitung der FOTG -
Das Elektromote von 1882 gilt mit seiner zweidrahtigen Oberleitung als Urahn des Oberleitungsbusses
Schlitzrohrfahrleitung
Nachdem erste elektrisch angetriebene Bahnen ab 1879 über die Fahrschienen oder eine dritte Stromschiene versorgt wurden, gab es eine erstmalige Anwendung einer Fahrstromversorgung mittels Oberleitung bei einer Straßenbahn in Paris im Jahre 1881. Den Angaben[1] zufolge handelte es sich um eine Schlitzrohrfahrleitung.
Diese ersten über Kopfhöhe bzw. über Fahrzeughöhe angebrachten Fahrleitungen bestanden aus einem oder zwei auf der Unterseite geschlitzten Rohren, in denen sich längs bewegliche Metallschiffchen als Stromabnehmer für das darunter fahrende Triebfahrzeug befanden. Diese Schleifer wurden an Seilen oder Stangen vom Fahrzeug mitgezogen.
Weitere Verwendung fand dieses System jeweils 1884 bei der Lokalbahn Mödling–Hinterbrühl und der Frankfurt-Offenbacher Trambahn-Gesellschaft (FOTG) sowie ab 1888 bei der Straßenbahn Vevey–Chillon in der Schweiz.
Seitliche Lage über dem Gleis
Erste Oberleitungen waren zudem oft neben dem Gleis in passender Höhe aufgehängt. Damit wurde zunächst die aufwändigere Anbringung mit Auslegern mittig über dem Gleis vermieden. Bahnen, bei denen dies durchgeführt wurde, waren beispielsweise die oben erwähnte Pariser Straßenbahn, die Versuchsstrecke der Studiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen auf der Militäreisenbahn bei Berlin, der ehemaligen Maggiatalbahn im Schweizer Kanton Tessin, die Tunnelstrecke der Baltimore and Ohio Railroad und die Flachstrecke der Oberweißbacher Bergbahn. Bei der Uetlibergbahn in Zürich wurde die seitliche Anordnung gewählt, um dasselbe Gleis sowohl mit Gleichstrom für die Uetlibergbahn als auch mit Wechselstrom für die Sihltalbahn elektrifizieren zu können.
Bei modernen elektrischen Grubenbahnen kommen sie ebenfalls zum Einsatz, da die Seitenfahrleitung ein Befüllen der offenen Transportwagen von oben nicht behindert.
Einfachfahrleitung
Vor allem bei Straßenbahnen – vereinzelt aber auch auf Vollbahnen, die preiswert elektrifiziert werden sollten – wird eine mechanisch einfache Konstruktion verwendet. Dabei wird beispielsweise auf zusätzliche Tragseile und aufwändige Spann- und Dämpfungskonstruktionen verzichtet. Die möglichen Stützpunktabstände sind kleiner als bei aufwändigeren Fahrleitungssystemen. Mit Beiseilaufhängung sind wegen der fehlenden Schwingungsdämpfung Geschwindigkeiten bis etwa 100 km/h möglich, auf Nebengleisen wird die Einfachfahrleitung in einigen Ländern wie Frankreich und den Nachfolgestaaten von Jugoslawien auch bei einer Spannung von 25kV genutzt und auf die Beiseilaufhängung verzichtet.
Die Einfachfahrleitung wurde vor allem bei Betrieb mit Rollenstromabnehmern verwendet. Ein Abgleiten des Stromabnehmers ist dabei eine gelegentlich zu beobachtende typische Erscheinung. Da die Leitung nicht im Zick-Zack geführt werden muss, ist die Schwingneigung jedoch geringer. Heute wird die Einfachfahrleitung in manchen Innenstädten verwendet, damit die Oberleitung optisch weniger stört. Hier ist meist ohnehin eine niedrige Fahrgeschwindigkeit gefordert.
Kettenfahrleitung
Kettenfahrleitung (auch Kettenwerk genannt) ist die Regel-Oberleitungsbauform bei der DB. Sie besteht aus dem Fahrdraht, dem Tragseil, Hängern, Beiseilen und Stromverbindern, die zur Gleislängsachse beweglich abgespannt sind. Durch die Kettenwerksbauform sind größere Feldspannweiten zwischen den Stützpunkten möglich. Der Durchhang des Fahrdrahtes kann somit reguliert werden. Der Einbau eines Beiseils (sogenanntes Y-Beiseil) bietet eine größere Elastizität der Fahrleitung, wodurch höhere Geschwindigkeiten von Elektro-Triebfahrzeugen ermöglicht werden. Die maximale Länge eines nachgespannten Abschnittes beträgt 750 m je Richtung vom Festpunkt aus.
Fahrdraht und Tragseile
Der üblicherweise verwendete Rillenfahrdraht hat einen grundsätzlich kreisförmigen Querschnitt, aus dem in der oberen Hälfte zwei V-förmige Rillen so ausgespart sind, dass dort Halteklemmen eingreifen können. Durch diese Konstruktion wird eine störende Berührung der Aufhängungselemente durch die Stromabnehmer vermieden. Gängige Querschnittsflächen sind 80 oder 100 Quadratmillimeter (Durchmesser etwa 10 bis 12 mm, Metergewicht etwa 0,9 kg/m); auf Strecken mit höherer Geschwindigkeiten der DB AG werden Querschnitte von 120 mm² verwendet. Die geometrischen Abmessungen für verschiedene Querschnittsformen und Querschnittsflächen von 100 mm² bis 150 mm² sowie mechanische und elektrische Eigenschaften der Fahrdrähte sind in der DIN EN 50149 geregelt.
Die Hilfstragseile sind aus Bronze gefertigt. Zusammen wiegen die Seile etwa 1,4 Tonnen pro Streckenkilometer.
Aufhängung und Führung
Es werden im Regelfall Stahlflach- bzw. -gittermasten verwendet, letztere an in Gleislängsrichtung belasteten Stützpunkten, vor allem für Nachspannungen. Daneben finden Masten aus Schleuderbeton Verwendung.
Der Fahrdraht hängt meist an einer Auslegerkonstruktion aus mehreren Rohrstäben, die etwa die Form eines Z haben. Die unteren Endstücke der Rohrschwenkausleger (die Seitenhalter) sind wechselnd auf Zug bzw. Druck am Stützrohr angebaut, so dass die Fahrdrähte in der horizontalen Ebene im Zickzack verlaufen. Damit wird das Einschleifen von Rillen in die Graphit-Schleifleisten der Stromabnehmer vermieden. In Deutschland und Österreich beträgt der Ausschlag 400 mm beiderseits der Mittellinie, in der Schweiz wegen des kleineren Lichtraumprofils nur 150 mm bei R-FL (über 125 km/h) und 200 mm bei N-FL (bis 125 km/h). Aufgrund dieses Profils sind auch die Schleifleisten der Stromabnehmer mit 1450 mm schmaler als in Deutschland und Österreich (1950 mm). Auf Hochgeschwindigkeitsstrecken der DB (Bauart Re 250, Re 330, SICAT H 1.0), beträgt die sogenannte Fahrdrahtseitenlage über Gleismitte ± 300 mm.
Ein Tragseil trägt den eigentlichen Fahrdraht und hält ihn einigermaßen gerade über dem Gleis. Dabei hängt das Tragseil in einer Kettenlinie durch; die Hänger, an denen der Fahrdraht am Tragseil aufgehängt ist, sind unterschiedlich lang, so dass der Fahrdraht annähernd horizontal verläuft (deshalb die Bezeichnung Kettenfahrleitung). Um die beim schnellen Durchgang von Stromabnehmern entstehende Fahrdrahthebung zu dämpfen, ist die Aufhängung des Tragseils flexibel ausgeführt. Zwischen Ausleger und Seil sind daher zwei schwenkbar angelenkte Seitenhalter eingebaut.
Die Tragseil-Aufhängung reicht allein nicht aus, um den Fahrdraht vor allem auch bei Stromabnehmerberührung und Wärmedehnung in seiner Soll-Lage zu halten. Daher wird der Fahrdraht zusätzlich straff gespannt. Dies geschieht für die maximal 1,5 km langen Abspannabschnitte des Fahrdrahts durch Spannwerke an den Masten, die Tragseil und Fahrdraht gemeinsam (über einen Doppeltraghebel) oder getrennt spannen. Bei Strecken niedriger Geschwindigkeit gibt es teilweise noch halbnachgespannte Fahrleitungen, bei denen nur der Fahrdraht, nicht aber das Tragseil gespannt wird. Der Fahrdraht wird mit Zuggewichten gespannt, die aus an senkrechten Stangen aufeinandergestapelten Beton- oder Stahlringen (im Bahnjargon Kekse) bestehen. Zur Vergrößerung der Gewichtskraft dient bei Radspannwerken eine große Rolle, auf die das Stahlseil gewickelt wird, an dem das Gewicht hängt; auf der gleichen Achse befinden sich Rollen geringeren Durchmessers, auf die ein Seil gewickelt wird, das die Verlängerung des Fahrdrahts bildet. Die Zähnung der Rolle dient dazu, das Gewicht aufzufangen, wenn der Fahrdraht reißt. In einigen Ländern, etwa in der Schweiz, dient ein Flaschenzug dem gleichen Zweck.
Die jeweils nicht fortlaufend verbundenen Fahrdrahtabschnitte werden von oder zu den Befestigungspunkten am Mast bzw. den Spanngewichten seitlich so heraus- oder in den nächsten Streckenabschnitt hineingeführt, dass an den Übergangsstellen eine Längs-Überlappung (sogenannte Streckentrennung bzw. Nachspannung) mit dem Fahrdraht des nächsten bzw. voraufgehenden Abschnitts besteht. Der Stromabnehmerbügel berührt hierbei jeweils mindestens einen der mit einem kurzen Litzenstück elektrisch miteinander verbundenen Fahrdrähte. So wird entlang der Kette der separaten Fahrdrahtabschnitte eine ununterbrochene elektrische Versorgung gewährleistet. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei Oberleitungsstörungen der betreffende Abschnitt relativ schnell instand gesetzt werden kann.
In der Regel verläuft der Fahrdraht zwischen den Auslegern in annähernd gerader Linie, bildet im Gleisbogen also ein Polygon. Damit die zulässige Seitenabweichung nicht überschritten wird, ist es in engen Bögen nötig, den Abstand zwischen den Masten zu verringern bzw. in der Mitte eines Fahrdrahtfeldes einen Bogenabzug anzubringen, bei dem anstelle des Auslegers zwei Seile das Tragseil und den Fahrdraht nach bogenaußen ziehen. Bei halbnachgespannten Fahrleitungen an kurvenreichen Strecken werden manchmal auch windschiefe Fahrleitungen eingesetzt, bei denen die Hänger im Bogen nicht vertikal, sondern schräg liegen, so dass das Tragseil den Fahrdraht an jedem Hänger ein Stück nach außen zieht; auf diese Weise können auch sehr enge Bögen überspannt werden, ohne dass die Masten zu eng stehen müssen. Die Ausleger können dann an Bogenstützpunkten auch einfacher ausgeführt werden, da nur das Tragseil am Mast aufgehängt wird.[25]
Mehrpolige Fahrleitungen
Die Oberleitung von Bahnen ist meist einpolig ausgeführt, die Rückleitung des Stromes erfolgt dann über die metallenen Räder und die Schienen zur Versorgungsstation (Unterwerk). O-Busse (Trolley-Bus) müssen wegen der Gummireifen und fehlender Rückleitung durch metallene Schienen eine zweipolige Oberleitung verwenden. Ebenso wurde für sehr frühe Trambahnen ebenfalls eine zweipolige Oberleitung verwendet, da die Rückleitung über die Schiene erst später eingeführt wurde. Die erste Straßenbahn von Siemens in Berlin verwendete jedoch noch beide Fahrschienen als getrennte Zuleitung zum Fahrmotor, wobei Kriechströme durch die Holzschwellen und durch das Erdreich in Kauf genommen wurden.
Es gab auch Bahnen mit zweipoliger Gleichstrom-Oberleitung und einem neutralen Mittelleiter über die Fahrschiene, wie die Chemin de fer de la mure.
Bei früheren Versuchsfahrten mit Drehstrom-Fahrzeugen wurden dreipolige Fahrleitungen neben dem Gleis übereinanderliegend angeordnet und dazu seitlich in drei Ebenen angebrachte Schleifbügel an den Triebfahrzeugen verwendet. Diese an sich sehr günstige Antriebsart mit einfachen Drehstrommotoren – Drehstrom besitzt den Vorteil, ein sogenanntes Drehfeld mit kontinuierlichem Moment zu bilden – konnte nicht weiter ausgebaut werden, weil diese Anordnung keinen ununterbrochenen Einsatz über Weichen und Kreuzungen zulässt. Das Schiffshebewerk am Krasnojarsker Stausee kann man vom Aufbau her als elektro-hydraulische Zahnradbahn mit Drehscheibe beschreiben. Auf einem seitlich abstehenden Ausleger sind auf einer Plattform nebeneinander drei nach oben weisende Scherenstromabnehmer montiert.
Die ehemalige italienische Staatsbahn FS hatte von 1905 bis 1976 in Norditalien ein Drehstrom-Fahrleitungsnetz mit einer Spannung von 3,600 kV und einer Frequenz von 16,67 Hz. Die Oberleitung bestand hier aus zwei horizontal nebeneinander angeordneten Fahrdrähten, für die auf den Lokomotiven jeweils auch je zwei nebeneinander angeordnete Stromabnehmerbügel vorhanden waren. Die Fahrschiene bildete dabei den dritten elektrischen Pol des Dreiphasensystems. Weltweit fahren noch vier Zahnradbahnen mit Drehstrom (Jungfraubahn und Gornergrat-Bahn in der Schweiz, die Chemin de Fer de la Rhune in den französischen Pyrenäen sowie die Corcovado Bergbahn in Brasilien) und benutzen bis heute Systeme mit gleicher Fahrdrahtanordnung. Um eine ununterbrochene Stromzuführung aller Phasen im Weichenbereich zu gewährleisten, verkehren die Triebfahrzeuge auf derartigen Strecken mit gehobenen Stromabnehmern an beiden Fahrzeugenden.
Heute übliche Lokomotiven erzeugen den mehrphasigen Drehstrom für die als Drehstrommotor ausgeführten Antriebsmotoren mit bordeigenen Frequenzumrichtern aus der einpoligen Fahrleitung, welche mit Gleich- oder Einphasenwechselstrom gespeist wird.
Varianten und verwandte Systeme
Stromschienen haben den gleichen Zweck wie Oberleitungen, werden jedoch meist neben dem Gleis montiert. Sie werden bei S- und U-Bahnen eingesetzt, um das Lichtraumprofil auf Strecken mit vielen Tunneln oder vielen Brücken über der Strecke klein zu halten, oder bei Strecken, auf denen wegen Lawinengefahr die Aufstellung von Fahrleitungsmasten ungünstig erscheint (Beispiel: Strecke Martigny (CH) – St. Gervais (F)). Wegen des erheblich größeren Querschnitts ermöglichen sie weiterhin eine größere Stromstärke.
Für Tunnelabschnitte auf Neubaustrecken zeichnet sich als Alternative zum Fahrdraht mehr und mehr die Deckenstromschiene ab. Brandversuche zeigen die wesentlich bessere Widerstandsfähigkeit gegen Feuer, was für die Evakuierung von Zügen im Brandfall von besonderer Bedeutung ist. Zum Einsatz kommt die Deckenstromschiene zum Beispiel auf einem 2,2 km langen Abschnitt auf der Strecke Wien – Salzburg, im Zürcher S-Bahnhof, im City-Tunnel Leipzig oder im Berliner Hauptbahnhof und Tunnel Nord-Süd-Fernbahn. Seit 29. Mai 2007 wird auch ein 1,6 km langer Doppelspurtunnel in Wien zwischen der Haltestelle Wien Hauptbahnhof (ehem. Südtiroler Platz) und Wien Quartier Belvedere (ehem. Südbahnhof) mit einer Deckenstromschiene versorgt. Hier war die geringe Bauhöhe sowie die mechanische Festigkeit wichtig, da die Deckenkonstruktion der Haltestelle Wien Hauptbahnhof (ehem. Südtiroler Platz) bei bestehender Stromschienenfahrleitung getauscht worden ist.
Bei der Murgtalbahn wurde in vielen Tunneln eine Deckenstromschiene eingesetzt, da die Strecke erst nachträglich elektrifiziert wurde und so durch die geringere Bauhöhe auf eine Erweiterung des Lichtraums verzichtet werden konnte.
Kreuzungen
Kreuzungen sind bei Fernbahnstrecken meist sehr spitzwinklig, so dass der sich im Laufe einer Durchfahrt von außen nähernde Kreuzungsfahrdraht von der Schleifleiste des Stromabnehmers kontinuierlich unterfahren werden kann; die außen nach unten gebogenen Schleifleisten ermöglichen das sichere Unterfahren von tieferliegenden Fahrdrähten, die sich seitlich dem Hauptfahrdraht nähern.
Die vor allem bei Straßenbahnen häufigen rechtwinkligen Kreuzungen müssen aber in besonderer Weise ausgeführt werden, da sich die Schleifleiste bei einfachen Drahtkreuzungen mit dem querenden Fahrdraht verhaken kann. Üblicherweise wird dazu das Fahrdrahtniveau am Kreuzungspunkt abgesenkt, so dass der querende Fahrdraht von der Schleifleiste nach oben abgesetzt wird. Dazu werden nach unten gewölbte Kreuzungsbleche, -scheiben oder Drahtabstandshalter verwendet.
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Kreuzung (Kreuzblech) -
Kreuzung (Rundblech) -
Kreuzung von Obus- und Straßenbahnoberleitungen in Genf -
Kreuzung dreier Oberleitungen: Eine des O-Busnetzes mit zwei Fahrdrähten und zwei der Straßenbahn von Athen mit je einem Fahrdraht
Oberleitung bei Standseilbahnen
Vereinzelt sind auch Standseilbahnen mit einer Oberleitung einfacher Bauart überspannt. Da die Fortbewegung über das Zugseil erfolgt, dient diese lediglich der Beleuchtung und der elektrischen Versorgung einer evtl. im Wagen verbauten Heizung.
Oberleitungskontakte
Speziell bei Straßenbahnen, aber auch bei Vollbahnen können an der Oberleitung Kontakte angebracht sein, mit denen beispielsweise die Gleisbesetztmeldung erfolgt. Bis Mitte der 1990er-Jahre erfolgte bei Straßenbahnen auch häufig die Steuerung der Weichen über diese Oberleitungskontakte, wobei über die Stromaufnahme der Fahrzeuge die Weichenstellung beeinflusst werden konnte. Je nachdem, ob der Triebwagen Leistung aufnahm oder stromlos rollte, konnte die Stellung der Weiche geändert werden (wie genau, unterschied sich zwischen den einzelnen Betrieben). Aufgrund der Elektrik moderner Straßenbahnfahrzeuge, die zusätzlich zum Traktionsstrom auch für Zusatz- und Hilfseinrichtungen Energie aufnehmen, was zu ungewollten Weichenumstellungen führen kann, ist dies jedoch in Deutschland inzwischen verboten.
Oberleitung bei Modellbahnen
Für fast alle gängigen elektrisch betriebenen Modellbahnen sind auch (in der Regel unmaßstäbliche) Oberleitungen verfügbar. Die Oberleitung ermöglicht eine vorbildgetreue Stromversorgung von Modellen der Elektroloks und Elektrotriebwagen. Elektrisch leitende Modell-Oberleitungen ermöglichen auf analog gesteuerten Bahnen den Betrieb eines weiteren unabhängig steuerbaren Fahrzeugs, da ein zusätzlicher getrennter Stromkreis zur Verfügung steht.
Mit zunehmender Anlagengröße erhöht sich jedoch der Verdrahtungsaufwand unverhältnismäßig, da sämtliche Stromeinspeisungen und Halteabschnitte doppelt ausgeführt werden müssen. In Zeiten der digitalen Mehrzugsteuerung verliert dieser Aspekt schließlich vollends an Bedeutung.
Seit den 80er-Jahren werden daher für Modellbahn-Oberleitungen meist Attrappen eingesetzt (z. B. Gummifaden der Arnold-Spur-N-Oberleitung). Diese haben den Vorteil, dass die Oberleitungen dünner und damit maßstabsgerechter ausgeführt sein können, wenn die Stromabnehmer knapp unterhalb der Fahrdrahthöhe fixiert werden und nicht gegen den Fahrdraht drücken. Während dadurch auf Oberleitungen in verdeckten Streckenabschnitten verzichtet werden kann, werden die Oberleitungen bei einer stromführenden Nachbildung dort in der Regel durch günstigere Lochblechstreifen ersetzt.
Da die Fahrdrähte ohnehin niemals maßstäblich dünn nachgebildet werden können, gehen viele Modellbahner mittlerweile sogar dazu über, auf verspannte Drähte ganz zu verzichten und nur noch die Masten aufzustellen. Dadurch entsteht oft ein realistischerer Gesamteindruck als mit verspannten Fahrdrähten.
Es werden verschiedene Bauarten einpoliger Oberleitungen angeboten. Modellbahnen mit zwei- oder dreipoligen Oberleitungen werden nicht kommerziell produziert, da solche Systeme beim Vorbild nur sehr selten vorkommen.
Siehe auch
Literatur
- Friedrich Kießling, Rainer Puschmann, Axel Schmieder: Contact Lines for Electrical Railways. Planning, Design, Implementation. Publicis Corporate Publishing, München 2001, ISBN 3-89578-152-5. (engl.)
- deutsch: Friedrich Kießling, Rainer Puschmann, Axel Schmieder, Peter A. Schmidt: Fahrleitungen elektrischer Bahnen – Planung, Berechnung, Ausführung. 2. Auflage, Teubner, Stuttgart 1998, ISBN 3-519-16177-X.
- Heinz-Herbert Schaefer: Ortsfeste Anlagen der elektrischen Zugförderung. (Eisenbahn-Lehrbücherei der Deutschen Bundesbahn, Bd. 125). 3. Auflage, Josef Keller Verlag, Starnberg 1975, ISBN 3-7808-0105-1.
- Dieter Schmidt-Manderbach: Entwicklungsgeschichte der Fahrleitungen für Vollbahnen in: 1879 1979. 100 Jahre elektrische Eisenbahn. Josef-Keller-Verlag, Starnberg 1979, ISBN 3-7808-0125-6; S. 145–159
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ a b Michael Taplin: The History of Tramways and Evolution of Light Rail. 1998.
- ↑ Verordnung vom 5. Dezember 1994 über elektrische Anlagen von Bahnen (VEAB). (PDF; 133 kB)
- ↑ Heinz Delvendahl: Die Bahnanlagen in der neuen Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung (EBO). In: Die Bundesbahn. Band 41, Nr. 13/14, 1967, ISSN 0007-5876, S. 453–460.
- ↑ Ril 810.0242 Abschnitt 2 Absatz 1
- ↑ SPIEGEL ONLINE, Hamburg Germany: Junge Frau überlebt Bahnstrom-Unfall: 15.000 Volt statt Sternenhimmel. In: SPIEGEL ONLINE. Abgerufen am 28. August 2016.
- ↑ Deutsche Bahn AG: Gefahren auf Bahnanlagen.
- ↑ D B. Abgerufen am 27. April 2016.
- ↑ Gefahrenbereiche der Gleise. S. 4, abgerufen am 8. September 2016.
- ↑ ÖBB 40 R 8 Schriftliche Betriebsanweisung Arbeitnehmerschutz. S. 24, abgerufen am 10. Oktober 2016.
- ↑ Christoph Georg Wölfl, Christoph Wölfl: Unfallrettung: Einsatztaktik, Technik und Rettungsmittel ; mit 32 Tabellen. Schattauer Verlag, 2010, ISBN 978-3-7945-2684-0 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 10. Oktober 2016]).
- ↑ Sammlung betrieblicher Vorschriften. (PDF; 1,3 MiB) Fels Netz GmbH, 8. Dezember 2007, S. 41, abgerufen am 29. September 2016.
- ↑ Friedrich Kiessling, Rainer Puschmann, Axel Schmieder: Fahrleitungen elektrischer Bahnen: Planung, Berechnung, Ausführung, Betrieb. John Wiley & Sons, 2014, ISBN 978-3-89578-916-8 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 29. August 2016]).
- ↑ Kögler/Cimolino: Standard-Einsatz-Regeln: Elektrischer Strom im Einsatz. ecomed-Storck GmbH, 2014, ISBN 978-3-609-69719-2, S. 877 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 6. August 2016]).
- ↑ Matthias Schleinkofer: Bahnerdung — Freiwillige Feuerwehr Nittendorf. In: www.ff-nittendorf.de. Abgerufen am 28. August 2016.
- ↑ Mann gerät durch Stromschlag in Brand. In: Frankfurter Rundschau. 29. Mai 2009.
- ↑ S-Bahn-Surfer erleidet Stromschlag. In: Kölnische Rundschau. 8. April 2009.
- ↑ siehe auch Liste mit Toten und Schwerverletzten 2000 bis Mitte 2011 www.eisenbahnsicherheit.de
- ↑ sz-magazin 28/2014 / Bastian Obermayer: Der Tod kommt von oben (Teil 1)
- ↑ a b c d SZ-Magazin 28/2014: Der Tod kommt von oben (Teil 2)
- ↑ Teil 3
- ↑ http://homepage.hispeed.ch/wili-the-wire/doc/schwach/Textband/Kapitel_11_11.1_Regelfahrleitungen_1950_der_DB.pdf
- ↑ eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche
- ↑ eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche
- ↑ TM 08/1999 NEE2
- ↑ Windschiefe Fahrleitung (Furrer & Frey) Beispielbild einer windschiefen Fahrleitung