Benutzer:THiN/Spielwiese

Oberleitungsanlage

Die Oberleitung ist eine Fahrleitung, die direkt über dem Fahrweg oberhalb der Fahrzeuge angeordnet ist. Die Fahrleitung dient zur Energieversorgung der elektrischen Triebfahrzeuge und bildet die Schnittstelle zwischen den stationären Anlagen der Bahnstromversorgung und den beweglichen Abnehmern. Die Energieübertragung von der Fahrleitung zum elektrischen Triebfahrzeug erfolgt in der Regel mittels eines Schleifkontakts über den Fahrdraht. Bei der Nutzung eine Stromabnehmerbügels als Schleifkontakt wird der Fahrdraht im Zick-Zack verlegt um einen übermäßigen Verschleiß der Schleifleisten zu vermeiden. Prinzipiell können Oberleitungen als Einfachfahrleitung oder als Kettenfahrleitung ausgeführt werden. Weiterhin gibt es die Sonderbauform der Deckenstromschienen.

In Deutschland und Österreich versteht man unter dem Begriff Fahrleitung sowohl die Anlagen zur Energieübertragung über dem Fahrweg (Oberleitung) und neben oder unter dem Fahrweg (Stromschienen). Die bspw. in Tunnel und Depots verwendete Deckenstromschiene gehört per Definition zu den Oberleitungen.

In der Schweiz ist der Begriff Oberleitung nicht gebräuchlich, es wird nur von Fahrleitung gesprochen. Im Rechtssinne umfasst dieser Begriff auch Stromschienen, im normalen Sprachgebrauch ist mit Fahrleitung aber immer nur die Oberleitung gemeint.

Einfachfahrleitung

Die Einfachfahrleitung besteht nur aus einem Fahrdraht, der in definierten Abständen an Quertrageinrichtungen aufgehängt ist. Aufgrund ihrer systembedingten Eigenschaften werden Einfachfahrleitungen nur im niedrigen Geschwindigkeitsbereich, bspw. bei Straßenbahnen oder Abstellgleisen, angewendet.

Einfachfahrleitung mit Beiseil

Es wird zwischen Einfachfahrleitungen mit fest abgespannten Fahrdraht und beweglich abgespannten Fahrdraht unterschieden.

Bei fest abgespannten Fahrdrähte sind die Enden mit einer definierten Vorspannung fest abgespannt. Durch die feste Abspannungen bewirken temperaturbedingte Längenänderungen einen Änderung des Fahrdrahtdurchhanges. Aufgrund des Durchhanges muss der Stromabnehmer ständig dem Höhenverlauf des Fahrdrahtes folgen. Durch die Trägheit des Stromabnehmers kommt es dabei bei höheren Geschwindigkeiten zu häufigen Kontaktverlusten (Lichtbogenbildung) oder Kraftspitzen, wodurch ein erhöhter Verschleiß an Fahrdraht und Schleifleisten auftritt. Die Längsspannweite (Abstand zwischen den Quertrageinrichtungen) beträgt bis zu 30 m. Die Befahrgeschwindigkeit sollte 40 km/h nicht überschreiten.

Bei Einfachfahrleitungen mit beweglich abspannten Fahrdrähte befinden sich am Ende der Fahrdrähte Nachspanneinrichtungen. Durch die Nachspannung des Fahrdrahtes wird eine konstante Horziontalzug und eine Kompensation der temperaturabhängigen Längenänderung erreicht. Die Aufhängung an den Quertrageinrichtungen erfolgt beweglich, fallweise mit Beiseil, so dass die Längenbeweglichkeit des Fahrdrahtes gegeben ist. Der Durchhang des Fahrdrahtes ist nunmehr temperaturunabhängig, wodurch eine wesentlich besseres Kontaktverhalten zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer gegenüber festabgespannten Fahrdrähten erreicht wird. Die Längsspannweiten betragen bis zu 65 m bei einer maximalen Befahrgeschwindigkeit von 60 km/h.

Kettenfahrleitung

Kettenfahrleitungen kennzeichnen sich dadurch aus, dass zwischen den Quertrageinrichtungen außerdem Fahrdraht noch eine Längstrageinrichtung vorhanden ist. Durch die Aufhängung des Fahrdrahtes an der Längstrageinrichtung wird der Abstand zwischen den Aufhängepunkten und somit der Durchhang des Fahrdrahtes erheblich reduziert und die Kontakteigenschaften zwischen Stromabnehmer und Fahrdraht verbessert. Je nach Anordung der Längstrageinrichtung unterscheidet man zwischen Flach- und Hochkettenwerken.

Flachkettenwerk

Bei Flachkettenwerken ist parallel zum Fahrdraht eine Spanndrahtpaar in der gleichen horizontalen Ebene vorhanden. Die Spanndrähte werden in kurzen Abständen miteinander verbunden und an diesen Verbindungsdrähten wird der Fahrdraht aufgehangen. Die Flachketten wird überwiegend bei Straßenbahnen angewendet.

Hochkettenwerk

vollkompensiertes Hochkettenwerk mit Y-Beiseil und Doppelfahrdraht

Die Hochkettenoberleitung ist die bei Vollbahnen am häufigsten genutzte Oberleitungsbauart. Der Fahrdraht wird in bestimmten Abständen mittels Hängern an einem Tragseil befestigt und in einer definierten Höhe gehalten. Dadurch reduziert sich der Durchhang des Fahrdrahtes auf den Durchhang zwischen den Hängern.

Unterschieden wird in Kettenwerke mit fest abgespannten Fahrdraht und Tragseil (nicht kompensiert), mit beweglich nachgespannten Fahrdraht und fest abgespannten Tragseil (halbkompensiert) sowie beweglich abgespannten Fahrdraht und Tragseil (vollkompensiert). Die Kompensation der temperaturbedingten Längenänderungen erfolgt dabei über Umlenkrollen mittels Nachspanngewichten an den Ende der Nachspannlängen. Durch die Nachspannung sind die Horizontalzugkräfte über die gesamte Nachspannlänge nahezu konstant. Auf Grund der Seitenverschiebung des Fahrdrahtes treten Rückstellkräfte auf, welche die Horizontalzugkraft reduzieren. Dabei ist eine Reduzierung um maximal 10% der Nennzugkraft zugelassen. Die Nachspannlänge beträgt abhängig von der Streckengeometrie daher maximal 800 m.

Weiterhin unterscheidet man nach der Anordnung von Fahrdraht und Tragseil in vollwindschiefe (Fahrdraht und Tragseil in gegensätzlichem Zick-Zack), halbwindschiefe (Fahrdraht im Zick-Zack, Tragseil lotrecht zur Fahrwegmitte) und lotrechte (Tragseil lotrecht über Fahrdraht) Kettenwerksanordungen.

Zur Verbesserung des Stromabnehmerlaufs werden bei höheren Geschwindigkeiten im Bereich der Quertrageinrichtungen Y-Beiseile eingebaut. Dadurch wird die Elastizität des Fahrdrahtes im Bereich des Seitenhalters reduziert und harte Punkte (Kraftspitzen) vermieden. Das Ziel bei Hochgeschwindigkeitsoberleitungen ist es, die Elastizität des Kettenwerkes über das gesamte Längsfeld gleichmäßig zu gestalten, dass heißt, der Anhub des Kettenwerkes bei Stromabnehmerdurchgang sollte an jedem Punkt im Längsfeld in etwa gleich groß sein. Eine weitere Maßnahme um dieses Ziel zu erreichen ist die Erhöhung der Horizontalzugkräfte.

Die Längsspannweite beträgt maximal 80 m in Abhängigkeit von der Bauart und der verwendeten Stromabnehmerwippe.

Regelbauarten der Deutschen Bahn AG

Die Oberleitungen der DB sind in Abhängigkeit von der Befahrgeschwindigkeit in verschiedenen Regelbauarten unterteilt. Die Regelbauarten der Deutschen Bahn AG sind ausschließlich vollkompensierte Hochkettenoberleitungen.

Bauart	Befahrgeschwindigkeit	Fahrdrahttyp	Horizontalzugkraft Fahrdraht	Horizontalzugkraft Tragseil
Re100	bis 100 km/h	Ri 100*	10 kN	10 kN
Re200	bis 200 km/h	Ri 100*	10 kN	10 kN
Re200mod	bis 230 km/h	RiS 100	13 kN	10 kN
Re250	bis 250 km/h	RiS 120	15 kN	15 kN
Re330	bis 330 km/h	RiM 120	27 kN	21 kN

* bei starkfrequentierten Strecken ist der Einsatz von RiS 100 möglich

Die Standardoberleitungen (Re100 bis Re200mod) können für die Befahrung mit dem DB Standardstromabnehmer (TYP 1.950) oder für die Befahrung mit Eurowippe (TYP 1.600) und DB Standardstromabnehmer (TYP 1.950) ausgelegt werden. Bei der Auslegung für den Betrieb mit der interoperablen Eurowippe reduzieren sich die maximalen Längsspannweiten von 80 m auf 67 m in der Gleisgeraden. Die Kosten für die Oberleitungsanlage erhöhen sich daher um ca. 16%.

Die Regelfahrdrahthöhe bei den Standardoberleitungen beträgt 5,50 m. An Zwangspunkte wie Bauwerken kann die Fahrdrahthöhe unter Berücksichtigung des Durchhanges durch zusätzliche Eislasten auf die Mindestfahrdrahthöhe von 4,95 m gemäß EBO abgesenkt werden. Unter Berücksichtigung einer Hebungsreserve der Gleise von 0,05 m bei Instandhaltungsarbeiten und ausgehend vom Lichtraumprofil GC ist bei der DB AG eine Mindestfahrdrahthöhe von 5,05 m üblich. An Bahnübergängen wird die Fahrdrahthöhe unter Berücksichtigung des Durchhangs auf 5,50 m angehoben, um den ungehinderten Durchgang von Straßenfahrzeugen zu gewährleisten. Die maximal zulässige Fahrdrahthöhe im Netz der Deutschen Bahn beträgt 6,50 m.

Die Hochleistungsoberleitungen (Re250 und Re330) sind sowohl für die Befahrung mit der Eurowippe als auch mit dem DB Standardstromabnehmer ausgelegt. Die maximale Längsspannweite beträgt 65 m. Die Regelfahrdrahthöhe von 5,30 m wird über die gesamte Strecke konstant gehalten. Eine Absenkung oder Anhebung der Fahrdrahthöhe ist in der Regel unzulässig.

Drähte und Seile

Fahrdraht

Befestigungsklemme Seitenhalter

Doppelfahrdraht mit Hängerklemme

Der vom Stromabnehmer beschliffene Draht der Fahrleitung wird als Fahrdraht bezeichnet. Um eine unterbrechungsfreie Energieübertragung zu gewährleisten, hat der Fahrdraht seitliche Rillen (Rillenfahrdraht), in welche die Befestigungsklemmen eingesetzt werden. Durch diese Konstruktion wird eine Berührung der Aufhängungselemente mit dem Stromabnehmer vermieden.

Der Fahrdraht besteht je nach Einsatzzweck aus Kupfer oder Kupferlegierungen mit Silber- oder Magnesiumanteilen. Fahrdrähte aus Kupferlegierungen besitzen eine höhere Zugfestigkeit und werden daher bevorzugt bei Hochleistungsoberleitungen eingesetzt, da hier höhere Abspannkräfte erforderlich sind. Weiterhin beeinflusst die Wahl des Fahrdrahtwerkstoffes das Verschleißverhalten des Fahrdrahtes, wobei legierte Fahrdrahtdrähte einen länger Nutzungdauer erreichen. Eine Fahrdrahttausch ist dann erforderlich, wenn 20% der Querschnittsfläche an mindestens drei Stellen einer Nachspannlänge verschließen sind. Der Verschleißgrad wird dabei über die Resthöhe des Fahrdrahtes oder über den Kontaktspiegel zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer bestimmt.

Querschnitt Rillenfahrdraht RiS 1) Typenrillen 2) Rillen für Befestigungsklemmen

Fahrdrahttyp	Material	Erkennungsmerkmal
Ri 100* (Cu)	Kupfer	ohne Typenrillen
RiS 100* (CuAg 0,1)	Kupfer legiert mit 0,1% Silber	zwei Typenrillen
RiM 120* (CuMg 0,5)	Kupfer legiert mit 0,5% Magnesium	drei Typenrillen

* Die Zahl nach der Werkstoffbezeichnung gibt den verwendeten Querschnitt an

Der Querschnitt des Fahrdrahtes ist von der zu übertragenen Leistung und der daraus resultierenden Stromstärke abhängig. Bei Standardoberleitung wird in der Regel eine Fahrdraht aus Kupfer mit eine Querschnitt von 100 mm² (Ri 100) verwendet. In China werden bspw. bei Oberleitungen für den Hochgeschwindigkeitsverkehr mit Magnesium legierte Fahrdrähte mit einem Querschnitt von 150 mm² (RiM 150) verwendet. In Gleichstromnetzen werden wegen der dort auftretenden höheren Stromstärken zwei in geringem Abstand parallel geführte Fahrdrähte (Doppelfahrdraht) verwendet.

Die geometrischen Abmessungen für verschiedene Querschnittsformen und Querschnittsflächen sowie mechanische und elektrische Eigenschaften der Fahrdrähte sind in der DIN EN 50149 geregelt.

Tragseil und Hänger

Die Tragseile und die Seile für die Hänger sind aus einzelnen Drähte aus Bronze gefertigt. Je nach Anforderungsprofil gibt es auch hier verschiedene Querschnittsflächen.

Quertrageinrichtungen

Die Festlegung der Höhen- und Seitenlage der Oberleitung erfolgt an den Stützpunkten der Quertrageinrichtungen. Die Quertrageinrichtungen werden als Einzelmaste, Querfelder oder Joche ausgeführt.

Joche

Einzelmastbauweise (HSL 3)

Datei:Bahnhof Opperzau.jpglinks

Einzelmastbauweise

Querfeldbauweise

Querfeld

Jochbauweise

Jochbauweise

Jochbauweise

Bestimmung der maximalen Längsspannweite

Die Längsspannweite ist eine kostenrelevante Kenngröße bei der Planung und Errichtung von Oberleitungsanlage. Ziel ist es, die maximal mögliche Längsspannweiten zu realisieren, um die Anzahl der erforderlichen Quertrageinrichtungen zu reduzieren. Bei der Bestimmung der maximalen Längsspannweite ist darauf zu achten, dass der Fahrdraht unter den gegebenen Umweltbedingungen niemals den Arbeitsbereich des Stromabnehmers verlässt. Zu berücksichtigen ist dabei vor allem der Windabtrieb des Fahrdrahtes aus seiner Ruhelage heraus. Ein Abrutschen des Fahrdrahtes von der Stromabnehmerwippe (Entdrahtung) führt zu schwerwiegenden Beschädigungen der Oberleitungsanlage.

Die maximale Längsspannweite hängt von folgenden Einflussgrößen ab:

• zulässige horizontale Auslenkung
• Windlast auf die Fahrleitung
• Seitenverschiebung des Fahrdrahtes am Stützpunkt
• Horziontalzugkraft

Die zulässige horizontale Auslenkung im betrachtet Längsfeld ist wiederum von folgenden Faktoren abhängig:

• Profil der Stromabnehmerwippe
• Streckengeometrie (Radius, Überhöhung)
• Wankbewegung des Fahrzeuges

Die maximal realisierbare Längsspannweite L_max berechnet sich wie folgt:

$L_{max}={\sqrt {2*H/(F'_{w}+H/R))*(e_{max}+b_{1}+b_{2}+{\sqrt {(2*e_{max}+b_{1}+b_{2})^{2}-(b_{1}-b_{2})^{2})}}}}$

mit

• H ... Horizontalzugkraft Kettenwerk [N]
• F'_w ... Windlast auf das Kettenwerk [N/m]
• R ... Gleisradius im Längsfeld [m]
• e_max ... zulässige horizontale Auslenkung [m]
• b₁ ... Seitenverschiebung am Stützpunkt 1 [m]
• b₂ ... Seitenverschiebung am Stützpunkt 2 [m]

In der Planung von Oberleitungsanlagen wird weiterhin eine Bautoleranz von 30 mm für die Seitenverschiebung am Stützpunkt angesetzt. Zudem ist ein Abschlag von 1 bis 2 m gebräuchlich, um unvorhersehbare Gründungsschwierigkeiten (Bogenverhältnisse, nicht verzeichneter Anlagenbestand, etc.) zu berücksichtigen.