Geschichte des elektrischen Antriebs von Schienenfahrzeugen
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Dieser Artikel behandelt die historischen Abläufe und Stationen bei der Einführung der elektrischen Traktion von Schienenfahrzeugen. Bevorzugt dargestellt werden hier neben den ersten Anfängen die Entwicklungen in Ländern, die einen besonders großen Anteil oder Umfang an elektrisch betriebenen Strecken haben.
[Bearbeiten] Technische Vorbedingungen
Für die Entwicklung elektrisch betriebener Schienenfahrzeuge waren vor allem drei effektiv funktionierende Komponenten erforderlich:
- ein elektromotorischer Antrieb
- Verfügbarkeit elektrischer Energie in passender Form und Menge
- ein entwickeltes Schienenfahrzeug-System
[Bearbeiten] Motorprinzip
1821 entdeckte der dänische Chemiker Hans Christian Ørsted das Phänomen des Elektromagnetismus. Bereits im gleichen Jahr veröffentlichte Michael Faraday seine Arbeitsergebnisse über „elektromagnetische Rotation“. Er konstruierte eine Vorrichtung, bei der ein elektrischer Leiter um einen festen Magneten rotierte und im Gegenexperiment ein beweglicher Magnet um einen festen Leiter. 1822 entwickelte Peter Barlow das nach ihm benannte Barlow-Rad. Der US-amerikanische Grobschmied Thomas Davenport entwickelte 1834 in Vermont einen Kommutatormotor und erhielt am 25. Februar 1837 das weltweit erste Patent auf den Elektromotor. Auf dem europäischen Kontinent wirkten Ányos Jedlik und Hermann Jacobi (1801–1874) in ähnlicher Weise wie Davenport an der Entwicklung des praxistauglichen Elektromotors. Jacobi stattete zudem in Sankt Petersburg 1838 ein sechs Personen fassendes Boot mit einem von ihm entwickelten 220 Watt starken Motor aus [1]. Damit war um 1837/1838 die Grundlage für einen elektromotorischen Antrieb bekannt und auch bis zur anwendungstauglichen Arbeitsmaschine entwickelt.
[Bearbeiten] Elektrische Energie
Die elektrische Energie war zunächst nur in Batterien verfügbar, die in entsprechendem Raum- und Gewichtsumfang mitgeführt werden mussten. Von damals bis heute hat sich dabei Zink als effektiver und gut zu verarbeitender Grundbestandteil von elektrischen Batterien gezeigt. Es wurde bereits um 1720 in England in größerem Umfang gewonnen, Zinkhütten entstanden an vielen Orten und 1805 wurde in Belgien das erste Zinkwalzwerk errichtet. Die elektrische Energieversorgung war damit prinzipiell vorhanden, jedoch aufwendig. So verwandte Hermann Jacobi eine Zink-Platin-Batterie, die sich sehr kostenaufwendig zeigte.
Der Kostenaufwand für eine elektrische Batterie betrug damals für die gleiche Arbeitsleistung ein Vielfaches von dem der in einer Dampfmaschine verfeuerten Kohle. Mit magnetischer Induktion wurde bereits ab 1832 z. B. von Hippolyte Pixii und Dal Negro in Generatoren Energie erzeugt, doch wurde dies zunächst nur als tauglich zum Betrieb von Lampen und für galvanische Zwecke nutzbar angesehen. Erst um 1866, als der Unternehmer Werner von Siemens mit den von ihm gebauten Generatormaschinen Strom erzeugte, wurde elektrische Energie in einer Menge und Größe verfügbar, der die Idee elektromotorischer Antriebe über den Status einer interessanten Spielerei hinauswachsen ließ.
Bezüglich der Stromart war zunächst nur Gleichstrom vorhanden, der sich zudem als einfach anwendbar zeigte und sich damit bei vielen Bahnen als "erste Wahl" etablieren konnte. Ab 1890 wurde mit der Entwicklung des Drehstromsystems und des Drehstrom-Asynchronmotors ein sehr einfacher und hoch effizienter Antrieb verfügbar. Dessen Anwendung erforderte jedoch die Verwendung von dreipoligen Stromzuführungen, die aufwendig zu realisieren waren. Dennoch wurden in der Anfangszeit vielfache Versuche unternommen, dies anzuwenden. In räumlich und zeitlich größerem Umfang erfolgte eine Drehstrom-Elektrifizierung jedoch letztlich nur bei der italienischen Ferrovie dello Stato.
Wesentlichen Anteil an der Verbreitung des elektrischen Antriebes bei Fernbahnen hatte die Entwicklung des Transformators, der die wirtschaftliche Übertragung der elektrischen Energie über große Entfernungen ermöglichte. Die damit verbundene Verwendung des hochgespannte Einphasenwechselstrom zeigte sich für den Motorbetrieb zunächst problematisch, konnte aber mit niedrigen Frequenzen von etwa 17 Hertz für den Bahnbetrieb adaptiert werden.
Es gab weder zeitlich noch (außer im Falle der italienischen Bahnen) regional spezifische historische Unterschiede in der Anwendung der einzelnen Stromarten.
[Bearbeiten] Angetriebene Schienenfahrzeuge
Das Modell beziehungsweise das Vorbild von maschinengetriebenen Schienenfahrzeugen war zwar seit dem Einsatz der Dampflokomotive durch Richard Trevithick 1804 präsent, jedoch hat es den Anschein, dass der elektrische Antrieb von Schienenfahrzeugen sich kaum auf diese Entwicklungen stützen musste. Zwar kommt das von C. G. Page entwickelte Triebfahrzeug dem bis dahin bekannten Lokomotiv-Modell sehr nahe mit zwei Elektromagneten, die in wechselnder Hin- und Herbewegung von Eisenstangen und Kurbelgetrieben die Räder wie in einer Kolbendampfmaschine drehten, jedoch wurde diese Linie für die Entwicklung elektrischer Schienenfahrzeuge nicht weiter verfolgt. Während zudem die dampfgetriebene Eisenbahn sich in ihrem Fahrzeugbestand stark an den zuvor für den Fernverkehr benutzten Postkutschen orientierte und für die ersten Lokomotiven beispielsweise die großen Holzspeichenräder der Postkutschen übernahm, war die Ausführung der ersten betriebstauglichen und der regulär betriebenen elektrischen Bahnen erkennbar mehr von zunächst muskelkraftgetriebenen Bergwerks-Grubenbahnen und von Pferde-Straßenbahnen für den Nahverkehrs-Bereich geprägt.
[Bearbeiten] Erste Anwendungsversuche mit Schienenfahrzeugen
Thomas Davenport in Vermont baute mit dem von ihm entwickelten Kommutatormotor 1835 ein Modell eines elektrisch angetriebenen spurgeführten Fahrzeugs auf einem einspurigen Schienenkreis von vier Fuß Durchmesser. Sein Modell war in hoher Abstraktion ausgeführt, es hatte zwei Schienen in Form von Kreisringen, die konzentrisch auf zwei Ebenen gelagert waren. Die innere, tiefergelegene Schiene diente als Fahrbahn für den Motorantrieb, die andere Schiene als reine Stromschiene. Dieser Denkansatz blieb jedoch weitgehend unbeachtet.
Der Schotte Robert Davidson (1804–1894) baute 1837 oder 1838 in Aberdeen ein elektrisches Lokomotivmodell und später eine größere, „Galvani“ genannte Lokomotive, die auf der Ausstellung der „Royal Scottish Society of Arts“ 1841 vorgeführt und 1842 auf der Bahnstrecke zwischen Edinburgh und Glasgow erprobt wurde. Der Motor soll nach einem ähnlichen Prinzip funktioniert haben, wie bei der 1851 entwickelten und weiter unten beschriebenen Lokomotive von C. G. Page. Das Fahrzeug erreichte eine Geschwindigkeit von vier Meilen pro Stunde, wobei jedoch keine weiteren Lasten gezogen oder Passagiere befördert werden konnten. Die verwendete Zink-Batterie zeigte sich im Betrieb als vierzigmal teurer als der vergleichbare Aufwand für die Kohle-Verfeuerung.
Es wird berichtet, dass die in einem Schuppen abgestellte 'Galvani' trotz ihrer erkennbaren Unterlegenheit aus Sorge um die damit entstehende Konkurrenz von Dampflok-Maschinisten zerstört wurde. Davidson erlebte noch die Eröffnung des elektrischen Betriebes auf der Tunnelbahn der City & South London Railway, was ihn dazu veranlasste, sich auf seinen Visitenkarten als „Robert Davidson. Father of the Electric Locomotive” zu bezeichnen.
In Frankfurt am Main gelang es 1840 Johann Philipp Wagner (dem Erfinder des „Wagnerschen Hammers“), einen kleinen, mit einem Elektromotor getriebenen Wagen mit Anhänger auf einem Schienenkreis von 20 Metern Umfang fahren zu lassen. Er wurde daraufhin beauftragt, eine funktionsfähige große „elektromagnetisch getriebene“ Lokomotive zu bauen, wofür ihm ein Betrag von 100.000 Gulden zur Verfügung gestellt wurde. Er scheiterte jedoch an der Umsetzung, angeblich mangels Kenntnissen über den Zusammenhang von Batteriekapazität und Antriebsleistung.
Der US-amerikanische Patentamts-Angestellte Charles Grafton Page (1812 - 1868) begann 1850 nahe Washington (D.C.) mit einem staatlichen Zuschuss von 20.000 Dollar den Bau einer von zwei Elektromotoren getriebenen Lokomotive. Die 15 Kilowatt starken „reciprocating“-Motoren bestanden prinzipiell aus jeweils zwei Spulen mit einem darin eingelassenen Stabanker. Dieser wurde durch wechselweises Einschalten der Spulen wie in einer Kolbendampfmaschine hin und her bewegt. Diese „reciprocating-“ bzw. oszillierende Bewegung wurde mit einer Kurbelstange auf die Treibräder eines dreiachsigen Wagens übertragen. Gespeist wurden die Motoren aus einer gewaltigen, 50 Elemente umfassenden Batterie, die den Wagen auf ein Gewicht von 12 Tonnen brachte. Bei der Probefahrt am 29. April 1851 erreichte diese Lokomotive kurzzeitig eine Geschwindigkeit von 31 km/h, doch durchbrennende Isolierungen und unter den Erschütterungen brechende Batterieelemente führten dazu, dass die Fahrt nach 40 Minuten weit vor dem Ziel abgebrochen werden musste.
Wirklich anwendungstauglich wurde der elektrische Schienenfahrzeugantrieb erst mit der Einführung einer ortsfesten Stromversorgung über die Fahrschienen oder eigene Fahrleitungen. Werner von Siemens baute 1879 in Berlin eine ursprünglich als Grubenbahn für Cottbus vorgesehene Schienenstrecke mit 500 Millimeter Spurweite und eine vierrädrige Elektrolokomotive. Sie wurde von einem ortsfesten Dynamo über eine mittig im Gleis angebrachte isolierte Zuleitungsschiene mit Strom versorgt, während die Fahrschienen als Rückleitung des Stromkreises dienten. Diese Bahn zog auf der damaligen Gewerbeausstellung auf einem 300 Meter langen Rundkurs drei Wagen mit darauf montierten Holzbänken für je sechs Fahrgäste. Die Motorleistung der Lokomotive betrug 2,2 Kilowatt, sie erreichte ohne Last eine Geschwindigkeit von 13 Kilometer pro Stunde und mit den Anhängern eine Geschwindigkeit von 6 km/h. In vier Monaten wurden damit 90.000 Passagiere befördert.
Ähnliche Ausstellungsbahnen wurden bald darauf auch anderenorts präsentiert, so auf der Wiener Gewerbeausstellung 1880 von Béla Egger, einem früheren Mitarbeiter von Werner Siemens, sowie von Thomas Alva Edison 1883 auf einer Ausstellung in Chicago. Die Bahn auf der Wiener Ausstellung fuhr auf einer 1,5 Kilometer langen Strecke mit einem motorisierten Plattformwagen und einen angehängtem Sitzwagen hin und her; Edison ließ seine Bahn auf einem Rundkurs von 200 Metern fahren.
Eine erstmalige Anwendung einer “Überkopf”-Fahrstromversorgung soll es bei einer Trambahn in Paris im Jahre 1881 gegeben haben. Den Angaben zufolge handelte es sich um eine Schlitzrohrfahrleitung.[2]
In der Folgezeit war es vor allem Werner von Siemens, der die Entwicklung elektrischer Bahnen vorantrieb und sich dabei nicht auf Deutschland beschränkte sondern auch Bahnen im Ausland initiierte (so die U-Bahn Budapest) und mit seinen Produkten belieferte (wie bei der City & South London Railway). Die von ihm gegründete Firma Siemens & Halske und deren Nachfolge-Gesellschaften bis zur heutigen Siemens Transportation Systems zeigten sich hier bis in die heutige Zeit ebenso innovativ.
[Bearbeiten] Erste elektrische Bahnen
[Bearbeiten] Triebwagen-Bahnen
Bei den meisten frühen kommerziell bzw. öffentlich betriebenen elektrischen Bahnen wurden zunächst straßenbahnartige Triebwagen verwendet. Dies ergab sich daraus, dass bei gleicher Leistung die Baugröße von Elektromotoren weit kleiner war als die von Dampfmaschinen, somit also auf dem angetriebenen Schienenwagen stets noch Platz für Passagiere war.
Nach der erfolgreichen Vorführung seiner elektrisch getriebenen Ausstellungsbahn trat Siemens mit dem Plan einer elektrischen Hochbahn durch die Leipziger Straße an die Stadt Berlin heran. Da dies jedoch abgelehnt wurde, baute Siemens daraufhin gewissermaßen als ebenerdige Hochbahn-Versuchsstrecke eine elektrische Straßenbahn in Lichterfelde bei Berlin und nahm am 16. Mai 1881 den Probebetrieb auf. Die 4,3 Meter langen Wagen fuhren auf einer 2,5 Kilometer langen Strecke mit einer amtlich verordneten Höchstgeschwindigkeit von 20 Kilometern pro Stunde. Die Stromaufnahme des 3,7 Kilowatt starken Motors erfolgte über beide Schienen. Die Räder bestanden aus Holzscheibenrädern mit eisernen Radreifen, mit denen eine nur geringe Stromdurchleitung über die Achsen erfolgte. Auch die direkten Streuströme zwischen den Schienen durch den Boden wurden hingenommen. Die Stromzuführung für den Motor erfolgte von den Radreifen mit Schleifkontakten. Ab 1883 verkehrte diese Bahn im regulären Betrieb zwischen der preußischen Kadettenanstalt in Lichterfelde und dem Anhalter Bahnhof Lichterfelde Ost.
Weit überwiegend wurde in der Folge der elektrische Antrieb von Schienenfahrzeugen bei Straßenbahnen angewendet. Die Anforderungen, die der Straßenbahnbetrieb stellte, waren zur damaligen Zeit so gut zu bewältigen, dass es schnell zur Selbstverständlichkeit wurde, neue Straßenbahnen mit einem elektrischen Antrieb auszustatten und bestehende Pferde- und Dampfstraßenbahnen darauf umzurüsten.
Im brasliianischen Niteroi wurde von Carlos Basto die Carris Urbanos de Nictheroy gegründet, die ab dem 7. Oktober 1883 eine elektrische Trambahn auf der Hauptstraße Alameda São Boaventura (Fonseca-Linie) fahren ließ. Die Stromversorgung erfolgte mit Akkumulatorbatterien. Zahlreich Betriebsprobleme führten jedoch wieder zur Betriebseinstellung im Februar 1885.[3]
In den USA baute Frank Julian Sprague nach wesentlichen Verbesserungen an elektrischen Motoren 1888 einen elektrisch getriebenen „Streetcar“ mit einer dazugehörigen Oberleitung und errichtete damit in Richmond für die Richmond Union Passenger Railway das erste erfolgreiche größere elektrische Straßenbahnsystem, das insgesamt 40 angetriebene Wagen umfasste, von denen 30 gleichzeitig auf der 20 Kilometern umfassenden elektrischen Strecke fahren konnten. Dabei wurden auf den Hügeln von Richmond Steigungen bis 10 Prozent bewältigt, was sich als überzeugender Prüfstein für die Anwendung in anderen Städten erwies.
Von da an folgte in den Vereinigten Staaten von Amerika eine rasche Entwicklung des elektrischen Antriebs vor allem bei Straßenbahnen, so daß 1890 bereits 2.000 km und am Anfang des Jahres 1895 sogar 13.000 km von etwa 20.000 elektrischen Triebwagen befahren wurden. In Deutschland verlief während der gleichen Zeit die Entwicklung zögerlicher, so wurden 1895 zunächst nur 340 km Straßenbahnen mit annähernd 550 Triebwagen elektrisch betrieben.[4]
[Bearbeiten] Londoner U-Bahn-Lokomotiven
Erst unter beengten Verhältnissen wie bei der U-Bahn London oder bei größerem Leistungsbedarf ergab sich die Hinwendung vom Triebwagen mit Fahrgast-Mitnahme zur Lokomotiv-Bauweise des Triebfahrzeugs. Erstmals scheinen reine Elektrolokomotiven im kommerziellen öffentlichen Betrieb sowie auch in größerem Umfang auf der von der City & South London Railway (CSLR) errichteten U-Bahnstrecke eingesetzt worden zu sein. Hierfür wurden 1889 zwei Versuchslokomotiven beschafft, von denen die „No. 1“ direkt auf die Achse wirkende Motoren und die „No. 2“ Getriebemotoren hatte, deren letztere jedoch als zu geräuschvoll befunden wurden. Die „No. 1“ hatte zwei Achsen mit jeweils eigenem Motorantrieb, war 14 Fuß (ca. 4,2 Meter) lang und wog 12 Tonnen. Jeder Motor entwickelte jeweils etwa 36 Kilowatt. Weitere zwölf Lokomotiven wurden daraufhin nach dem Muster der ersten Lokomotive beschafft und ab 1890 in Betrieb genommen. Alle 14 Lokomotiven wurden im mechanischen Teil von Beyer-Peacock gebaut und mit einer elektrischen Ausrüstung von Mather & Platt versehen. Die zweiachsigen Maschinen hatten jeweils einen Motor für jede Achse, der Führerstand auf den kurzen Fahrzeugen erstreckte sich über die ganze Länge mit je einer Tür am Fahrzeugende. Die Fahrerposition befand sich an dem Ende, an dem auch der Fahrschalter sowie die Bremssteuerung untergebracht waren.
Die Loks konnten drei Wagen mit einer Geschwindigkeit von 25 Meilen pro Stunde (ca. 40 Kilometer pro Stunde) auf ebener Strecke befördern, hatten jedoch Schwierigkeiten mit schwer beladenen Zügen auf Steigungen. Die Lokomotiven führten neben eigenen Handbremsen auch Luftbehälter für das Luftdruckbremssystem des ganzen Zuges mit. Diese wurden in Ermangelung eines eigenen Kompressors jeweils an der Station Stockwell mit Druckluft gefüllt. An Endhaltestellen musste für die Rückfahrt jeweils eine andere Lokomotive an das zuvor hintere Ende des Zuges gekoppelt werden. Wegen des hohen Betriebsaufkommens wurden zwei weitere Lokomotiven Nr. 15 und 16, diesmal von Siemens, beschafft, deren elektrische Ausrüstung und Motoren sich dann als weniger anfällig gegenüber den häufig auftretenden Überhitzungen und Funkenüberschlägen am Kommutator zeigten.
1895 wurden vier weitere Maschinen bei verschiedenen Unternehmen beschafft. Die wiederum danach gebauten und weiter verbesserten Lokomotiven Nr. 21 und 22 wurden dann die Prototypen für das letzte große Baulos mit den Nummern 23 bis 52, die sämtlich von der Firma Crompton gebaut wurden. Die lokbespannten U-Bahn-Züge blieben in Betrieb, bis im November 1923 die Linie zur Überholung und Tunnelvergrößerung geschlossen wurde. Die bis dahin 44 betriebsfähigen Lokomotiven der Linie wurden danach durch Londoner Standard- EMU –Triebzüge (EMU = Electrical Multiple Unit) ersetzt. Die frühere Lok Nr. 13 wurde zuerst als “Nr. 1“ im Science Museum ausgestellt und ist jetzt (2006) im „Acton store“ des London Transport Museum zu sehen. Auch andere Londoner Tunnelbahngesellschaften verwendeten zunächst elektrische Lokomotiven, so fuhren ab 1900 auf der Central London Railway 44 Tonnen schwere vierachsige Lokomotiven mit Einzelachsantrieb, auch die Metropolitan Railway fuhr ab 1902 mit elektrischen Lokomotiven.
[Bearbeiten] Grubenbahnen
Die anfänglich verwendete elektrischen Antriebstechnik mit Gleichstrom von wenigen Hundert Volt und direkter Motorspeisung aus der Fahrleitung ermöglichte den Bau von leistungsfähigen, kleinen und robusten Zugmaschinen mit einfachen Mitteln. Dies kam den Bedürfnissen von Minenbahnen vor allem für den Untertagebetrieb sehr entgegen und so verbreitete sich der elektrische Betrieb bei Grubenbahnen so früh und rasch wie vergleichsweise bei Straßenbahnen.
 Lokomotive U 28 von AEG / Verein Rothe Erde Esch/Alzette 1894 |
 2-Tonnen-Grubenlok, USA, 1895 |
 UEG-Lok 14, Grube Benrath, 1896 |
 E- Loks von SSW / ARBED-Burbach 1897 |
1894 wurde die Minenbahn des Aachener Hütten-Aktien Vereins Rothe Erde elektrisch betrieben und in der Folge auch zahlreiche weitere Grubenbahnen im Rheinland, Saarland, Lothringen, Luxemburg und im belgischen Wallonien. In großem Umfang erfolgten Lieferungen von elektrischen Lokomotiven hierfür vor allem von der Allgemeinen Electricitäts-Gesellschaft (AEG), von Siemens & Halske, den Siemens-Schuckert-Werken (SSW) und der Union Electricitäts-Gesellschaft (UEG) in diese Länder.
[Bearbeiten] Länder mit ausgeprägter Elektrifizierung
[Bearbeiten] Alpenländische Region
Der Erste Weltkrieg 1914–1918 brachte in Europa Versorgungsengpässe bei Kohle für den Dampfbetrieb. Elektrizität als alternative Energie war daher vor allem dort eine willkommene, wo sie günstig ohne teure Materialimporte zu erzeugen war. Dies war vor allem in den europäischen Alpenländern mit der Energieerzeugung aus Wasserkraft der Fall. Der Bahnbetrieb mit Elektrotraktion setzte sich daher vor allem ab 1918 in Österreich, der Schweiz, Bayern, Norditalien und der französischen Alpenregion durch.
Um einen möglichst reibungslosen Betrieb zu erreichen, war es natürlich sinnvoll im länderüberschreitenden Verkehr genauso wie bei der Spurweite ein einheitliches Stromsystem zu haben. Die Verwaltungen der Bayerischen und der Badischen Staatseisenbahnen sowie auch der Preußisch-Hessischen, kamen daher überein, ihre Vollbahnen ausschließlich mit Einphasenwechselstrom 15 Kilovolt 16 2/3 Hertz zu elektrifizieren. Das „Übereinkommen betreffend die Ausführung elektrischer Zugförderung“ wurde auf Anregung des Ministerialdirektors in der Bayerischen Staatsbahnverwaltung Dr. Dr. Bernhard Gleichmann getroffen. Es trat am 28. Januar 1913 in Kraft. Dem Übereinkommen traten später auch die Staatsbahnen Österreichs und der Schweiz sowie auch Norwegens und Schwedens bei. In der Folge zeigte sich eine teils technische, teils organisatorisch engere Verflechtung der elektrischen Bahnbetriebe zwischen Deutschland, Österreich, der Schweiz und Italien.
Mit Frankreich zusammen haben diese ganz oder teilweise in den Alpen befindlichen Länder beim Stand von 2004 ein Streckennetz von etwa 98.000 Kilometern, von denen etwa 53.000 Streckenkilometer elektrifiziert sind.
[Bearbeiten] Deutschland
[Bearbeiten] Erste Bahnen
Nach der Eröffnung der ersten öffentlichen elektrischen Bahn am 16. Mai 1881, der Straßenbahn von Lichterfelde nach Zehlendorf bei Berlin folgten weitere elektrische Straßenbahnen, so in Frankfurt am Main und Halle (Saale). 1895 wurde auf Bahnstrecke Meckenbeuren-Tettnang im Württemberg der Betrieb mit elektrischen Triebwagen aufgenommen. Sie gilt in Deutschland als erste elektrisch betriebene Vollbahn.
1901 wurde nach langjährigen Vorarbeiten die Wuppertaler Schwebebahn eröffnet. Sie fährt bis heute mit 600 Volt Gleichstrom, der aus einer Stromschiene neben der Fahrschiene zugeführt wird.
In Berlin wurde am 15. Februar 1902 die erste 5 Kilometer lange elektrisch betriebene Hochbahnstrecke vom Stralauer Tor bis zum Potsdamer Platz in Betrieb genommen. Bauherr und Eigner war die „Gesellschaft für elektrische Hoch- und Untergrundbahnen in Berlin“, die zuvor am 13. April 1897 unter Beteiligung der Firma Siemens & Halske und der Deutschen Bank gegründet wurde. Später wurde die Strecke ein Teil der U-Bahn Berlin.
1902 untersuchten die preußische Bahnverwaltung und die AEG auf Veranlassung von Gustav Wittfeld die Möglichkeit, Einphasenwechselstrom für den elektrischen Antrieb einzusetzen. Die 4 Kilometer lange Vorortstrecke Niederschöneweide-Spindlersfeld bei Berlin wird dazu mit einer Oberleitung überspannt und mit Wechselstrom von 6 Kilovolt Spannung und 25 Hertz gespeist. Der Versuchsbetrieb beginnt am 15. August 1903 und endete am 1. März 1906. Das System bewährte sich auch bei Versuchen auf der Preußischen Nordbahn bei Oranienburg, es wurde für den regulären Betrieb ab 1907 bei der 26.6 Kilometer langen Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn verwendet.
1899 schlossen sich Siemens & Halske, die AEG, zwei Großbanken, die preußische Administration und weitere Firmen in der Studiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen (St.E.S.) zusammen, um den elektrischen Bahnbetrieb bei hoher Geschwindigkeit zu erforschen. Für die praktischen Versuche wurde der 33 Kilometer lange Abschnitt Marienfelde–Zossen auf der Militäreisenbahn bei Berlin mit einer dreipoligen Drehstrom-Oberleitung versehen. Im Jahr 1903 erreichten mehrere Versuchsfahrzeuge Geschwindigkeiten über 200 Kilometer pro Stunde, davon ein Drehstrom-Triebwagen von Siemens die Rekordgeschwindigkeit von 210 Kilometer pro Stunde. Zu einer weiteren praktischen Nutzanwendung der Drehstromtechnik für geplante Schnellverkehrsstrecken kam es jedoch auf Grund politischer, technischer und wirtschaftlicher Probleme in Deutschland nicht und die St.E.S. wurde 1920 aufgelöst.
 Straßenbahn in Frankfurt (FOTG, 1884) |
 Wuppertaler Schwebebahn (Wagen von 1901) |
 Hochbahn-Bahnhof Berlin-Bülowstraße (1903) |
 Siemens Drehstrom-Schnelltriebwagen (1903) |
1904 erschien erstmals bei der Lokalbahn Aktien-Gesellschaft (LAG) eine Elektrolokomotive für den regulären Bahnbetrieb mit Einphasen-Wechselstrom. Sie verkehrte auf der Ammergaubahn zwischen Murnau und Oberammergau mit einer Stromversorgung von 5,5 kV und 16 Hz. Diese Lok LAG 1 wurde später bei der Reichsbahn als Baureihennummer E 69 01 geführt.
Die Cöln-Bonner Kreisbahnen (spätere Köln-Bonner Eisenbahnen) ließen 1905 die im Bau befindliche Rheinuferbahn durch die Siemens-Schuckert-Werke mit 990 Volt Gleichstrom elektrifizieren. Am 11. Januar 1906 wurde der elektrische Schnellverkehr mit anfangs 70 Kilometern pro Stunde auf der 28,3 Kilometer langen Strecke aufgenommen. An den Streckenenden gingen die Züge in die damals mit jeweils 550 Volt elektrifizierten Straßenbahnnetze in Köln und Bonn über.
Im Jahre 1903 existierten im Deutschen Reich bereits elektrische Vorort- und Straßenbahnen mit einer Streckenlänge von 3690 Kilometern und einer Gleislänge von 5500 Kilometern, auf denen über 8700 Triebwagen verkehrten.
[Bearbeiten] Altona/Hamburg
Dem Berliner Beispiel des Hochbahn-Baues folgte 1906 der Hamburger Senat mit einem Bauauftrag für eine Hamburger Hochbahn an Siemens & Halske und die AEG in Berlin.
Von der preußischen Eisenbahndirektion Altona wurde 1907 die Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn mit einer Oberleitung für den elektrischen Betrieb versehen. Zur Anwendung kam Einphasenwechselstrom mit einer Spannung von 6,6 Kilovolt und einer Frequenz von 25 Hertz aus dem ersten deutschen bahneigenen Kohlekraftwerk. Am 1. Oktober 1907 kamen die ersten Elektrotriebzüge zum Einsatz, die aus zwei kurzgekuppelten motorisierten Abteilwagen bestanden. Sie hatten zweiachsige motorisierte Drehgestelle unter den beiden mit Führerständen versehenen Frontseiten und ein mittiges Jakobsdrehgestell. Ab 1934 wurde daraus die elektrische S-Bahn Hamburg.
[Bearbeiten] Mitteldeutschland
Die positiven Erfahreungen mit der elektrischen Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn veranlassten die preußische Bahnverwaltung, eine Fernstrecke probehalber zu elektrifizieren. Ausgewählt wurde die Bahnstrecke Bitterfeld–Dessau, wo der elektrische Versuchsbetrieb am 18. Januar 1911 aufgenommen wurde. Eine Elektrolokomotive der Großherzoglichen Badischen Staatsbahn des Typs der A¹1 mit der Achsfolge 1'C1' zog die ersten Züge und ab 1. April 1911 wurde die Strecke für den öffentlichen Verkehr freigegeben. Das 1913 mit den Bahnverwaltungen von Baden und Bayern und Preußen für Vollbahnen vereinbarte System von 15 Kilovolt, 16 2/3 Hertz kam auf den Strecken Bitterfeld–Dessau (ebenso wie später auf in Schlesien elektrifizierten Strecken) zur Anwendung. Das zugehörige Bahnkraftwerk wurde in Muldenstein eingerichtet.
Die bald darauf eingesetzten eigenen Triebfahrzeuge waren die
- EG 506 (spätere Reichsbahn-Baureihe E 70),
- EG 511 ff (spätere Reichsbahn-Baureihe E 71.1),
- EP 202 ff (spätere Reichsbahn-Baureihe E 30) und
- ES 9 ff (spätere Reichsbahn-Baureihe E 01)
- ES 53 (spätere Reichsbahn-Baureihe E 06 1. Serie)
- elT 501 Magdeburg, ein Triebwagen; (spätere Reichsbahn-Baureihe ET 82 01)
Der Betrieb Magdeburg–Bitterfeld–Leipzig wurde im Juni 1914 aufgenommen, mit Beginn des Ersten Weltkrieges jedoch schon am 1. August wieder eingestellt. Die Fahrleitung wurde abgebaut und ein großer Teil der Lokomotiven nach Schlesien abgegeben. Nach der Gründung der Deutschen Reichsbahn wurden die vor dem Ersten Weltkrieg fertiggestellten Abschnitte „reelektrifiziert“ und weitere Strecken mit Fahrleitungen ausgerüstet. Für den Betrieb kehrten schrittweise die nach Schlesien abgegebenen Fahrzeuge zurück. Das elektrifizierte Streckennetz in Mitteldeutschland hatte 1935 eine Gesamtlänge von 287 Kilometern, wobei sich die Länge der überspannten Einzelgleise auf 1016,6 Kilometer summierte. (EB 1935/1, S. 7).
Nach dem Krieg nach zwischenzeitlicher Wiederaufnahme des elektrischen Betriebes wurde gemäß dem Potsdamer Abkommen (Befehl Nr. 95 der Sowjetischen Militäradministration (SMAD)) zum 29. März 1946 die Fahrleitung demontiert und damit der elektrische Betrieb zunächst beendet.
[Bearbeiten] Schlesien
Der erfolgreiche elektrische Versuchsbetrieb auf der Strecke Dessau–Bitterfeld bestärkte Überlegungen, die elektrische Traktion auch auf schwierigeren Strecken zu erproben. Am 30. Juni 1911 bewilligte der preußische Landtag für die Elektrifizierung der Schlesischen Gebirgsbahn zwischen Görlitz und dem Kohlenrevier Waldenburg 9,9 Millionen Mark. Die Strecke mit zahlreichen Steilrampen und Kurven wurde von schweren Kohlenzügen nebst einem beachtlichen Berufs- Urlauber- und Ausflugsverkehr befahren. Da bislang noch wenig Erfahrungen mit einem elektrischen Vollbahnverkehr vorlagen, wurde Schlesien ein ausgedehntes Experimentierfeld für elektrische Antriebssysteme und die Infrastruktur der Energieversorgung.
Als erster Abschnitt wurde die eingleisige Hauptbahn Nieder Salzbrunn–Fellhammer/Gottesberg–Halbstadt elektrifiziert. In Mittelsteine wurde ein Bahnkraftwerk errichtet, das mit geringerwertiger Kohle aus den benachbarten Gruben wirtschaftlich elektrische Energie erzeugte. Mit vier Generatoren wurde eine elektrische Leistung von 20.000 Kilowatt erbracht.
Der elektrisch betriebenen Personenverkehrs wurde am 1. Juni 1914 aufgenommen. Da die Elektrolokomotiven noch nicht geliefert waren, wurden zunächst aus Mitteldeutschland ausgeliehene Lokomotiven eingesetzt. Bei Beginn des ersten Weltkrieges wurde der elektrische Betrieb eingestellt, aber bereits wenige Wochen später wieder aufgenommen. Der kupferne Fahrdraht auf den fertiggestellten Abschnitten wurde jedoch teilweise wieder für Kriegszwecke demontiert.
1915 wurden die ersten für Schlesien bestimmten Lokomotiven ausgeliefert, die als „schlesischen Kolosse“ bezeichneten Gelenklokomotiven, die dreiteilige EG 538 abc ff., spätere E 91.3, und die zweiteilige EG 551 ff., spätere E 90.5. Die schon für Mitteldeutschland verwendete EP 202 und vier (A1)(1A) Triebwagen (spätere DRG-Baureihe ET 88) kamen hinzu.
Ab 1916 wurde auch auf dem trotz des Krieges fertiggestellten Abschnitt Nieder Salzbrunn bis Königszelt der elektrische Betrieb aufgenommen. Hier wurde teilweise Fahrdraht aus Eisen eingesetzt, der zur besseren Stromleitung mit einem Aluminumseil verstärkt wurde. Nach dem Weltkrieg wurde die Elektrifizierung nunmehr von der Reichsbahn bis 1923 von Fellhammer/Gottesberg über Hirschberg nach Görlitz sowie an der Zackenbahn in das Riesengebirge fortgeführt, wobei teilweise weiterhin eiserner Fahrdraht verwendet wurde. 1922 wurden die eigentlich für den Flachland-Betrieb konstruierten mitteldeutschen Lokomotiven an die Reichsbahndirektion Halle zurückgegeben.
Für eine eventuelle Elektrifizierung der Berliner Stadtbahn mit 15 Kilovolt und 16 2/3 Hertz bewilligte der Preußische Landtag am 9. Juni 1913 25 Millionen Mark. Davon sollten zehn vierachsige Elektrolokomotiven, vier Triebwagen und drei zweiachsige Triebgestelle (EB 1 bis EB 3) beschafft werden. Bis zum Ausbruch des Ersten Weltkriegs wurden jedoch nur die Triebgestelle sowie zwei Elektrolokomotiven fertiggestellt. Nach dem Krieg entschied die neugegründete Deutsche Reichsbahn jedoch, die Berliner Stadtbahn mit 750 Volt Gleichstrom zu elektrifizieren. Daher wurden die beiden Elektrolokomotiven (EG 507 und 508 Breslau) zunächst in Schlesien und ab 1923 als Baureihe E 70 in München eingesetzt. Die Triebgestelle wurden (mit elf weiteren gelieferten Gestellen und elektrischer Ausrüstung) 1924 zu je zweien zu den Lokomotiven EP 213 und EP 214 (spätere Baureihe E 42.1) und den nachfolgenden EP 215-219 (Baureihe E 42.2) zusammengebaut. Diese „Improvisationen“ erwiesen sich als gebrauchstauglich und robust und waren bis 1945 in Schlesien in Betrieb.
1913 wurde der Bau von großen Lokomotiven mit Einzelachsantrieb statt des gekuppelten Stangenantriebes erwogen. Wegen der kurvenreichen Strecken wurde abermals eine Gelenklokomotive konzipiert. Die Aufträge für neun Lokomotiven gingen an die Firmen Linke-Hofmann-Werke in Breslau (Mechanischer Teil) und an die Siemens-Schuckert-Werke (Elektrischer Teil). Kriegsbedingt erfolgte die Lieferung erst zwischen 1923 und 1925. Die Radsätze wurden von je einem Reihenschlussmotor über eine „Tatzlager“-Aufhängung angetrieben. Die Lokomotiven erbrachten im schweren Güterzugdienst auf der Strecke Görlitz–Königszelt Laufleistungen von mehr als 70.000 Kilometern pro Jahr. 1926 reihte die DRG diese Maschinen als Baureihe E 92.7 in ihren Bestand ein. In Schlesien blieben sie bis Februar 1945 im Einsatz.
Bei der Entwicklung einer Reisezuglokomotive in Schlesien wurden zunächst unterschiedliche Konzepte verfolgt, nämlich das einer besonders kurvengängigen 1'B+B1'-Gelenklokomotive und einer einrahmigen 1'D1'-Maschine. Entgegen den Erwartungen zeigte die frühzeitiger, nunmehr als 2'D1' ausgeführte Einrahmenlok einen ruhigen Kurvenlauf. Deren Fahrmotor mit einem Ständerdurchmesser von 3,6 m und einem Gewicht von 25,5 Tonnen ist bis heute der größte jemals gebaute Elektrolokomotiv-Fahrmotor. Von dieser Type EP 235 wurden 1917 elf Exemplare und nur zwei der zunächst bevorzugten Gelenklokomotiven gebaut. Aus der EP 235 entwickelten sich ab 1923 die EP 236 bis 246 (spätere E 50.3) und die verbesserte EP 247 bis 252 (spätere E 50.4). Diese Maschinen wurden sämtlich mit dem Erscheinen der DRG Baureihe E 17 ab 1928 nach Mitteldeutschland versetzt.
Die Elektrifizierung weiterer Hauptbahnen in Schlesien unterblieb aufgrund der favorisierten Elektrifizierung der Strecke Berlin–München und schließlich des Zweiten Weltkriegs. Mit den Nebenstreckenabschnitten hatte das elektrifizierte Streckennetz in Schlesien bis 1938 mit 403 km seine größte Ausdehnung. Im Januar 1945 wurden vor der heranrückenden Ostfront die neueren Elektrolokomotiven und elektrischen Triebwagen nach Mittel- und Süddeutschland verlegt. Nach dem Krieg wurden die elektrischen Anlagen demontiert. Ein elektrischer Betrieb wurde von der polnischen Bahngesellschaft PKP unter Verwendung der noch vorhandenen Masten mit 3000 Volt Gleichspannung wieder aufgenommen.
Siehe auch Elektrischer Bahnbetrieb in Schlesien vor 1945
[Bearbeiten] Süddeutschland
 Schnellzuglokomotive DRG Baureihe E 19 |
Bereits 1904 erschien auf der Ammergaubahn eine Elektrolokomotive für den Einphasen-Wechselstrombetrieb. Am 26. Oktober 1912 führt die k.u.k. Österreichische Staatsbahn den elektrischen Betrieb auf der Strecke von Innsbruck zur bayerischen Grenze nach Scharnitz ein. Zwei Tage später wird auch auf der von dort weiterführenden bayerischen Mittenwaldbahn nach Garmisch der elektrische Betrieb mit österreichischen C1'-Lokomotiven der Baureihe 1060 aufgenommen. Ab April 1913 erfolgte die Lieferung von fünf 1'C1'-Lokomotiven der Baureihe EP 3/5 (spätere EP 1, Reichsbahnbaureihe E 62) an Bayern. Es waren die ersten deutschen Elektrolokomotiven mit Einrichtung einer elektrischen Zugheizung.
Am 29. Juni 1913 nahmen die Königlich Bayerische Staats-Eisenbahnen den elektrischen Zugbetrieb auf der Außerfernbahn zwischen Garmisch und dem österreichischen Reutte auf. Die österreichischen Loks fuhren dabei auf der Mittenwaldbahn von Innsbruck bis Garmisch, während die bayerischen Maschinen die Züge auf der Außerfernbahn von Garmisch nach Reutte bespannten.
Am 15. April 1914 folgte die Aufnahme des elektrischen Betriebs auf der 5 Kilometer langen Strecke Salzburg–Freilassing, die auf bayerischer Seite 35 Kilometer weiter bis Berchtesgaden führte. Der Betrieb wurde mit Lokomotiven des Typs EP3/6 (spätere Reichsbahn-Baureihe E 36) durchgeführt, jedoch wurde die erste EP 3/6 20101 erst am 27. Mai des gleichen Jahres in Dienst gestellt. Drei weitere Loks kamen bis zum Oktober 1915 hinzu.
Zwischen dem Ersten und dem Zweiten Weltkrieg erfolgte der Ausbau des elektrisch betriebenen Netzes der neuen Reichsbahn vor allem im süddeutschen Raum. Im ersten hierzu von der Deutschen Reichsbahn aufgestellten Beschaffungsprogramm neuer Fahrzeuge (dem „Wechmann-Plan“ vom 2. August 1921) waren Elektrolokomotiven für verschiedene Betriebsaufgaben vorgesehen. Diese sollten unter anderem möglichst gemeinsame Baugruppen mit anderen Lokomotivbaureihen der Großbestellung verwenden.
So waren beispielsweise die als Doppelmotoren ausgeführten Fahrmotoren der schweren 2'BB2' – Personenzuglokomotive Gattung EP 5 (spätere Bezeichnung DRG Baureihe E 52) baugleich denen der Güterzuglokomotive EG 5 bzw. DRG Baureihe E 91. Bei dieser Neukonstruktion ging man von der bisherigen Bauweise mit einem langsam laufenden Großmotor ab und entschied sich für vier kleinere Elektromotoren. Das Triebwerk wurde in einem durchgehenden Rahmen in zwei Gruppen angeordnet. Jede Gruppe besaß zwei Motoren, die über Zahnräder eine gemeinsame Vorgelegewelle antreiben. Diese trieb wiederum über schräge Kurbelstangen eine Blindwelle an, welche durch Kuppelstangen mit je zwei Treibachsen gekuppelt war. Der Fahrzeugteil wurde von Maffei und die elektrische Ausrüstung von WASSEG, einer Arbeitsgemeinschaft aus AEG und SSW, hergestellt. Die Hersteller lieferten diese sowie die Lokomotiven
- EG 3 (31 Stück, spätere DRG- Baureihe E 77),
- ES 1 (21St., spätere Baureihe E 16 ),
- EP 2 (26 Stück, spätere Baureihe E 32) .
in den Jahren 1924 und 1926 an die DRG. Bei der ES 1 beziehungsweise die spätere DRG Baureihe E 16 kam nicht mehr der konventionelle Stangenantrieb, sondern ein Einzelachsantrieb zum Einsatz. Positive Erfahrungen dazu kamen aus der Schweiz, wo schon 1921 die Ae3/6 mit der Achsfolge 1'Co1' und einem Gelenkhebelantrieb nach Buchli fuhr.
[Bearbeiten] Berlin
Nach der 1902 in Berlin eingeführten elektrischen Hochbahn fährt am 8. August 1924 erstmals auch auf der Berliner S-Bahn ein elektrisch getriebener Zug vom Stettiner Bahnhof nach Bernau bei Berlin. Um 1930 sind bereits etwa 270 Kilometer S-Bahn-Strecken in Berlin elektrifiziert. Als Stromsystem werden 750 Volt Gleichstrom aus einer neben dem Gleis angeordneten Stromschiene verwendet. Für die Hamburger S-Bahn, hervorgegangen aus der oben erwähnten Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn entschied die Reichsbahn 1937, das Berliner System zu übernehmen. Um eine bessere Anfahrbeschleunigung zu ermöglichen, wurde in Hamburg ein Stromsystem mit 1200 Volt verwendet. Die ersten gleichstrombetriebenen Züge der neuen Baureihe ET 171 begannen im Juli 1940 den fahrplanmäßige Betrieb parallel zu den weiterhin verkehrenden Wechselstromzügen. Aufgrund des Zweiten Weltkriegs endete dieser Mischbetrieb erst 1955.
 U-Bahn Berlin Spittelmarkt 1908 |
 Erster elektrischer Zug der Berliner S-Bahn 1924 |
 DRG Baureihe ET 65 (Baden-Württemberg) |
[Bearbeiten] Länderübergreifende Entwicklungen
[Bearbeiten] Einzelachsantrieb
Die bisherigen Antriebe mit einzelnen riesigen Antriebsmotoren und Kurbel- und Kuppelstangenübertragungen hatten vor allem bei höheren Geschwindigkeiten einen erheblich unruhigeren Lauf als vergleichsweise die Kolbenmaschinen von Dampflokomotiven. Sie waren daher verschleißintensiv, teuer und zu langsam.
Daher wurde um 1920 der mehrmotorige Einzelachsantrieb näher untersucht. Dieser wurde bisher eher vermieden, da sich auf das Gewicht bezogen mit größeren Motoren höhere Leistungen erreichen ließen als mit mehreren Einzelmotoren. Für praktische Versuche wurden mehrere Lokomotiven gebaut: von SSW/Borsig die E 16 101 und E 18 01 bzw. spätere E 15 01 mit Tatzlagerantrieb); von der AEG die E 21 01 und 02 mit Westinghouse-Federantrieb und von den Bergmann Elektrizitätswerken zusammen mit den Linke-Hofmann-Werken die E 21 51 mit Hohlwellenantrieb. Mit spezíellen baulichen Maßnahmen bewältigt werden musste dabei zunächst auch die Erscheinung, daß beim Einzelantrieb mit hoher Motorleistung beim Anfahren – wie prinzipiell bei allen angetriebenen Fahrzeugen - ein Aufkippen des ganzen Fahrgestelles in der Fahrtrichtung erfolgte, wobei die vorderen Achsen entlastet wurden und „schleudernd“ durchdrehten. Hervorragende Testergebnisse bei der AEG-Lok E 21 führten zur Entwicklung der Schnellzuglokomotive DRG Baureihe E 17 mit dem aus dem Westinghouse-antrieb weiterentwickelten Federtopfantrieb, in weiterer Verfolgung des Prinzips zur DRG Baureihe E 18.
[Bearbeiten] Erste Einheitslokomotiven-Generation
Ab 1924 erfolgte die Lieferung der schweren Güterzuglokomotive EG 581 ff. (spätere E 91.8), die zwar immer noch nach alten Prinzipien entworfen und gebaut wurde (dreiteilige Gelenklokomotive, Kuppelantrieb), aber immerhin schon eine gemeinsame Type für das schlesische und süddeutsche Netz war.
Die deutsche Schienenfahrzeugindustrie war bemüht, den Anschluss an die neue technische Entwicklung nicht versäumen und entwickelte 1932 auf eigene Kosten drei Probelokomotiven mit laufachslosen Drehgestellen und Tatzlagerantrieb mit der Achsformel Bo'Bo': die E 44 001 von SSW; die E 44 101 von MSW/Schwartzkopff und die E 44 201 von Bergmann/Schwartzkopff, von denen die Lok von SSW am meisten überzeugte. Mit deren Fertigung begann die Geschichte der erfolgreichsten elektrischen Serienlokomotive Deutschlands, von denen knapp 200 Maschinen in Dienst gestellt wurden. Sie wurden zunächst vorrangig für die ab 1933 neu elektrifizierte Strecke von Augsburg über die Geislinger Steige nach Stuttgart eingesetzt. In ähnlicher Bauweise entstanden die größeren Güterzugloks DRG Baureihe E 93 und E 94.
 Neue Generation der Einheitslokomotiven |
Es wurde danach noch eine riesige Doppellok der DRG Baureihe E 95 mit Tatzlagerantrieb gebaut, davon allerdings nur sechs Stück, da mit der DRG Baureihe E 93 eine einfachere und kostengünstigere, dabei aber ebenso leistungsstarke Variante vorlag. Aus dieser entwickelte sich dann die verstärkte Version der DRG Baureihe E 94.
Nach dem Zweiten Weltkrieg reichten in der Bundesrepublik Deutschland die vorhandenen Elektrolokomotiven für den Betrieb des süddeutschen Netzes zunächst aus, doch 1950 beschließt die Deutsche Bundesbahn die Neubeschaffung weiterer Elektrolokomotiven, woraus sich – auch in Anlehnung an die bewährte E 44 – das neue elektrische Einheitslokomotivprogramm der 1950er Jahre entwickelt.
[Bearbeiten] Hochgeschwindigkeits-Systeme
Hermann Kemper begann 1922 mit Untersuchungen zu elektromagnetisch schwebenden Bahnen und erhielt dafür am 14. August 1934 das deutsche Reichspatent 643316 zugesprochen. Die Weiterentwicklung wurde jedoch durch den Zweiten Weltkrieg abgebrochen. und erst in den späten 1960er Jahren wieder aufgenommen.
1971 führte die MBB in München-Allach das Versuchsfahrzeug Transrapid 2 vor, 1979 wurde auf der Internationale Verkehrsausstellung in Hamburg die weltweit erste für Personenverkehr zugelassene "Magnetbahn" präsentiert, 1983 in Berlin eine 1,6 Kilometer lange so genannte M-Bahn für den Nahverkehr gebaut, die Trasse jedoch 1992 wieder abgebrochen. Da der Einsatz und Betrieb in Deutschland wegen der hohen Kosten und der mangelnden Verknüpfbarkeit der Trasse mit den anderen Verkehrsträgern umstritten ist, wurde bislang lediglich einmal eine größere Anlage (32 Kilometer) für die chinesische Stadt Shanghai erstellt (Transrapid Shanghai).
Ab 1986 begann die Deutsche Bundesbahn Experimente mit dem elektrischen Hochgeschwindigkeitszug InterCityExperimental, die zum heutigen ICE-System führten, das am 2. Juni 1991 seinen Betrieb aufnahm.
 Schnellzuglokomotive 120 der Deutschen Bahn |
 Güterzuglokomotive 152 der Deutschen Bahn |
 ICE 3 - Triebzug der Deutschen Bahn |
 Transrapid auf der Versuchsstrecke |
[Bearbeiten] Letzte Entwicklungen
Seit Anfang der 1990er Jahre werden die Einheitslokomotiven zunehmend durch modernere elektrischen Triebfahrzeuge ersetzt, wobei eine Rückkehr zu effizienten und wartungsarmen Drehstrommotoren erfolgt. Die Stromversorgung bleibt wie bisher der hochgespannte Einphasenwechelstrom, der jedoch mit Stromrichtern in der Lokomotive zu Dreiphasenwechselstrom umgeformt wird, so in den Lok-Baureihen von Bombardier TRAXX und den von Siemens ausgerüsteten Eurosprinter-Klassen.
In den 1960er Jahren wurde die Elektrifizierung des Streckennetzes forciert, 1963 war der Umfang der elektrifizierten Strecken bei der Deutschen Bundesbahn auf 5000 Kilometer, bei der Deutsche Reichsbahn auf ca. 1500 Kilometer angewachsen. Im Jahr 2004 waren im vereinigten Deutschland von 46.000 Kilometer Normalspur-Strecken etwa 20.000 Kilometer elektrifiziert. Der „Elektrifizierungsgrad“ ist damit zwar geringer als in manchen anderen Ländern, dennoch hat das deutsche Streckennetz nach dem russischen und dem chinesischen den größten Umfang eines elektrischen Bahnstreckennetzes (Stand 2004/2006).
[Bearbeiten] Schweiz
Die erste elektrische Bahn in der Schweiz war die Tramway Vevey-Montreux-Chillon, die am 6. Juni 1888 ihre 10 Kilometer lange Strecke in Betrieb nahm. Für den Eisenbahnbetrieb wurden 1895 von Charles Eugene Lancelot Brown, Sohn des Gründers der Schweizerischen Lokomotiv- und Maschinenfabrik Winterthur (SLM), zusammen mit Walter Boveri bereits Versuchsfahrten mit einem Drehstromwagen durchgeführt.
Die 1891 gegründete BBC elektrifizierte 1899 die Bahn von Burgdorf (Emmental) nach Thun mit Drehstrom von 750 Volt und 40 Hertz. Die dafür gebauten Lokomotiven der Klasse D 2/2 hatten eine Leistung von 220 Kilowatt, zwei Geschwindigkeitsstufen von 18 und 36 Kilometer pro Stunde und wogen 29,6 Tonnen. 1897 wurde das erste Teilstück der Gornergrat-Zahnradbahn bei Zermatt fertiggestellt und mit einer Drehstromlokomotive in Betrieb genommen. Auch die 1898 gebaute Jungfraubahn wird bis heute mit Drehstrom und Doppeldraht-Oberleitung betrieben.
Im Jahr 1906 stand die Inbetriebnahme des damals mit knapp 20 Kilometern längsten Tunnels der Welt am Simplon bevor. Hierfür übernahm die inzwischen im schweizerischen Baden gegründete Brown, Boveri & Cie (BBC) auf eigene Rechnung die Elektrifizierung des 22 km langen Abschnittes Brig–Iselle di Trasquera mit Drehstrom von 3300 Volt 16 2/3 Hertz. Damit sollten die Vorteile des Elektrobetriebs unter Beweis gestellt werden mit der Erwartung weiterer Aufträge von den Schweizerischen Bundesbahnen (SBB). Für diesen hauptsächlich im Tunnel gelegenen Streckenabschnitt wurden von den SBB die drei Elektrolokomotiven RA 361 - 363 von der Veltlin-Bahn der italienischen Rete Adriatica angemietet, bis 1908 eigene Drehstromloks in Dienst gestellt werden konnten.
Ein Versuchsbetrieb mit Einphasenwechselstrom-Motoren fand ab 1905 auf der stillgelegten SBB-Strecke Seebach–Wettingen statt. Der Wechselstrom-Reihenschlussmotor zeigte sich bis dahin noch als problematisch mit den hohen Spannungen im Bahnbetrieb, die vor allem Funkenüberschläge am Kommutator erzeugten. Die Stromfrequenz war zunächst noch die üblichen 50 Hz. Aus Versuchen gewann man die Erkenntnis, dass eine niedrigere Frequenz von 16 2/3 Hertz (= 50/3) einen größeren Nutzen versprach. Die SBB konnte sich jedoch vorerst nicht dazu entschließen, die Anlage zu übernehmen. So wurde der Versuchsbetrieb Mitte 1909 eingestellt, die Oberleitung wieder abgebaut und die Strecke mit Dampfbetrieb reaktiviert. Erst 1944 erfolgte eine erneute Elektrifizierung.
Im Jahre 1913 bewilligte der Verwaltungsrat der SBB eine Kreditaufnahme für die Elektrifizierung der Gotthardstrecke Erstfeld–Göschenen mit Einphasen-Wechselstrom. Wegen des Ausbruchs des Ersten Weltkriegs 1914 wurden die Vorarbeiten jedoch vermindert weitergeführt. So fuhr der erste elektrisch geführte Zug auf dieser Strecke erst am 7. Juli 1919 von Thun her in die Bundeshauptstadt ein. Die Fahrleitung im Gotthard-Tunnel wurde erstmals m 1. Juli 1920 von den Generatoren im Kraftwerk Ritom mit halber Spannung 7500 Volt gespeist. Die Elektrifizierung schritt in der Folge beidseits des Tunnels nach Süden und Norden vorwärts. Am 29. Mai 1921 wurde auf der Strecke Erstfeld – Bellinzona der elektrische Betrieb aufganommen. Ein Jahr später befand sich die ganze Strecke Luzern–Chiasso im elektrischen Betrieb.
Um 1928 war die Elektrifizierung international in der Schweiz am weitesten fortgeschritten.
"Einer der Gründe, wieso die Elektrifizierung der SBB so rasch vorangetrieben wurde, war die einseitige Abhängigkeit von Deutschland und auch von der DRB, mit deren Kohlewagen (die gemietet werden mussten) die Kohle für den schweizerischen Dampfantrieb importiert wurde." schrieb das "Neujahrsblatt" der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich auf das Jahr 1929 [5]. Die gleiche Quelle veröffentlichte folgende Vergleichstabelle (gekürzt)
| 1928 Bahngesellschaft |
Linien- länge km |
Strom / Teilabschnitte |
|---|---|---|
| Schweizerische Bundesbahnen
(2 565 km Normalspur) |
1 666 | 1 589 km zusammenhängendes Netz Einphasenstrom 15 000 V, 16 2/3 Hz 55 km Seetalbahn, Einphasenstrom 5 500 V, 25 Hz |
| Ferrovie dello Stato Italien | 1 607 | 862 km zusammenhängendes Netz Dreiphasenstrom 3700 V, 16 2/3 Hz 364 km 4 einzelne Linien Dreiphasenstrom 3700 & 3300 V, 16 2/3 Hz |
| Deutsche Reichsbahn (Gesamt 53 600 km) |
1 544 | 4 Liniengruppen von 364, 154, 692, 155 km, Einphasenstrom 15 000 V, 16 2/3 Hz 225 km Berliner Stadt- und Ring-Bahnen Gleichstrom 800 V, Dritte Schiene |
| Chicago, Milwaukee & St. Paul USA | 1 043 | 705 km Harlowton -Avery, Gleichstrom 3000 V 338 km Othello - Pacific Coast, Gleichstrom 3000 V |
| Schwedische Staatsbahnen | 892 | Einphasenstrom 15000 V, 16 2/3 Hz 434 km Svartön -Riksgränsen (87 km norwegische Fortsetzung bis Narvik) 458 km Stockholm - Göteborg |
| Chemin de fer du Midi
Frankreich |
919 | Zusammenhängendes Netz Gleichstrom 1 500 V 765 km im Betrieb |
Der mit Drehstrom betriebene Teil der Simplonlinie wurde erst im März 1930 auf das mittlerweile auch in der Schweiz bevorzugte Einphasen-Wechselstromsystem umgestellt. Mit der Umstellung wurde gleichzeitig auch die anschließende FS-Strecke in Italien zwischen Iselle und Domodossola mit dem Schweizer Wechselstromsystem ausgerüstet, auf welchem seither ausschließlich SBB-Fahrzeuge elektrisch verkehren. Das gesamte Netz der schweizerischen Staats- und Privatbahnen von insgesamt 4527 Kilometern (davon rund 1300 Kilometer in Meterspur) ist heute zu 98 Prozent elektrifiziert.
[Bearbeiten] Österreich-Ungarn
Nach dem ersten elektrischen Bahnbetrieb mit einer Ausstellungsbahn auf der Wiener Gewerbeausstellung 1880 wurde die neu gebaute schmalspurige so genannte Lokalbahn Mödling–Hinterbrühl der Südbahngesellschaft von Mödling nach Hinterbrühl auf Anregung der Firma Siemens & Halske für den elektrischen Betrieb ausgerüstet. Die Eröffnung des Betriebes erfolgte im Oktober 1883.
In Prag (damals noch zu Österreich gehörend) erhielt am 11. Mai 1891 der Ingenieur František Křižík vom Handelsministerium die Bewilligung zum Bau einer elektrischen Bahn von der Letná-Anhöhe bis zum Park Stromovka in Bubeneč sowie 1893 die Konzession zu deren Fortsetzung bis zum Ausstellungsgelände Holešovice, insgesamt eine Streckenlänge von 1,5 Kilometer, die Stromversorgung erfolgte durch zwei Generatoren von je 48 Kilowatt Leistung.
Die nächste elektrische Eisenbahn in Österreich wurde die normalspurige ehemalige Pferdebahn Baden–Helenental–Rauhenstein bei Wien (Streckenlänge rund 3,2 Kilometer). Der elektrische Betrieb wurde am 16. Juli 1894 aufgenommen, ebenso am 22. Mai 1895 auf der Strecke Baden–Vöslau (Streckenlänge knapp 5 km). Beide Bahnstrecken wurden 1897 von der „Actiengesellschaft der Wiener Lokalbahnen“ (WLB) übernommen. Es folgte am 13. August 1894 die Inbetriebnahme der meterspurigen elektrischen Lokalbahn im Kurort Gmunden mit bis zu 100 Promille Steigung.
In Budapest nahm 1896 die 3,6 Kilometer lange Untergrundbahn ihren Betrieb auf; sie war die erste normalspurige und elektrische U-Bahn des Kontinents. Die elektrischen Triebwagen wurden von Siemens & Halske ausgerüstet, der Historie zufolge engagierte sich Siemens hier nach der Ablehnung der U-Bahn-Pläne für Berlin, um die Effektivität dieses Bahnsystems zu beweisen.
1899 ließ die Budapester Maschinenfabrik Ganz & Cie unter dem Chefkonstrukteur Kálmán Kandó eine 1,5 Kilometer lange Versuchs-Bahnstrecke auf der Altofener Donauinsel für den Betrieb mit 3000 Volt Drehstrom anlegen. Als Ganz & Cie. um 1900 für die Munitionsfabrik Wöllersdorf bei Wiener Neustadt ein Kraftwerk einrichtete, wurde das mit dem Auftrag verbunden, die dazugehörende Werksbahn zu elektrifizieren. Obwohl hierfür eine Spannung von 300 bis 500 Volt genügt hätte, stattete man sie als Versuchsträger mit 3000 Volt aus. Die dabei gewonnenen Erfahrungen wurden bei der späteren Elektrifizierung der italienischen Bahnstrecken verwertet.
Am 21. Juni 1903 eröffnete Fr. Křižík in Mittelböhmen die 24 km lange elektrische Lokalbahn Tábor–Bechyně mit Spannung 2×700 Volt.
[Bearbeiten] Österreich
Am 26. Oktober 1912 führten die Kaiserlich-königlichen österreichischen Staatsbahnen den elektrischen Betrieb zwischen Innsbruck und Scharnitz an der deutschen Grenze ein. Zwei Tage später wird auch auf bayerischer Seite der elektrische Betrieb auf der Mittenwaldbahn bis Garmisch mit österreichischen C1'-Lokomotiven der Baureihe 1060 aufgenommen.
Am 15. April 1914 folgt die Aufnahme des elektrischen Betriebs auf der 5 km langen Strecke Salzburg – Freilassing und auf deutscher Seite 35 km weiter bis Berchtesgaden. Im heutigen Österreich sind von ca. 5500 Kilometer Normalspur-Strecken etwa 3500 Kilometer elektrifiziert.
Ebenso wie zuvor in der Schweiz machte man in Österreich die Erfahrung, dass für die Energieversorgung zwar das Wechselstromsystem mit einer Spannung von 15.000 Volt und einer Frequenz von 50 Hz optimal war, jedoch der mit hohen Spannungen betriebene Wechselstrom-Reihenschlussmotor schwer beherrschbare Funkenüberschläge am Kommutator aufwies. Es wurde daher versucht, mit zwischengeschalteten rotierenden Phasenumformer-Generatoren auf der Lokomotive das für den Motorbetrieb weit besser geeignete Dreiphasenwechselstromsystem mit variabler Frequenz zu erzeugen. Entsprechende Versuchslokomotiven mit den Nummern BBÖ 1180 und BBÖ 1470 wurden 1923 von Ganz & Cie und die BBÖ 1082 von Siemens-Schuckert ausgerüstet. Letztlich wurde die platzaufwendige Phasenumformer-Technik jedoch mit der besser beherrschbaren niedrigeren Wechselstromfrequenz von 16 2/3 Hertz abgelöst. Die damalige Idee der Stromsystem-Umformung auf der Lokomotive konnte jedoch 70 Jahre später mit der elektronischen Halbleiter-Stromrichtertechnik zum Erfolg geführt werden.
[Bearbeiten] Italien
Die Eisenbahngesellschaft Rete Adriatica (RA) eröffnete in Norditalien 1902 die Veltlinbahn, die als erste mit Hochspannung elektrifizierte Hauptbahnlinie der Welt konzipiert war. Die Firma Ganz & Cie aus Budapest lieferte dafür die Versorgung mit Drehstrom von 3000 Volt und 15,6 Hz. Ebenfalls von Ganz wurden einige vierachsige Bo'Bo'-Triebwagen, 1902 die zwei Bo+Bo Lokomotiven RA 341 und RA 342, ab 1905 drei 1’C’1-Drehstromlokomotiven RA 361–363 eingesetzt.
Die Strecken von Lecco (Comer See) über Colico nach Sondrio, mit einer Zweiglinie von Colico nach Chiavenna und einer Erweiterung bis Tirano (Anschluss an die Rhätische Bahn) waren die ersten Linien des späteren norditalienischen „Trifase“- Drehstromnetzes, das sich bis Piemont, Ligurien, Trentino und Südtirol erstreckte. Auch die Tendabahn war von 1935 bis 1940 mit diesem System elektrifiziert. Die Oberleitung des italienischen „Trifase“-Netzes bestand aus Doppelleitungen und der Fahrschiene als drittem Phasenleiter für den Dreiphasenwechselstrom. Die Lokomotiven hatten demgemäß Stromabnehmer mit paarigen, gegeneinander isolierten Bügeln. Da die ersten Lokomotiven mit Asynchronmotoren fuhren, waren die Geschwindigkeiten zunächst nur umschaltbar, nicht aber stufenlos regelbar. Gängige Geschwindigkeits-Stufen waren 35, 50, 75 und 100 Kilometern pro Stunde.
Die Rete Adriatica und ihr Netz wurde 1906 von der ein Jahr zuvor gegründeten Staatsbahn Ferrovie dello Stato (FS) übernommen. Ab 1923 wurde der Betrieb mit 3000 Volt Gleichstrom erstmals auf der Strecke Benevento-Napoli eingeführt und zunehmend auf weiteren Strecken ausgebaut. Die Trifase-Epoche ging in Italien im Mai 1976 zu Ende. Spätestens ab diesem Zeitpunkt waren alle italienischen Trifase-Linien auf Gleichstrom umgestellt. Von 18.000 Kilometern Normalspur-Strecken sind jetzt etwa 11.000 Kilometer elektrifiziert.
[Bearbeiten] Frankreich
Um 1897 wurde bei der französischen Westbahn (Compagnie des Chemins de Fer de l'Ouest ) mit elektrischen Lokomotiven experimentiert, die ihre elektrische Energie selbst erzeugten. Diese Form wurde von dem schweizer (nach anderen Quellen elsässischen) Ingenieur J. J. Heilmann propagiert. Seine Idee war, mit einer Dampfmaschine einen oder mehrere elektrische Generatoren anzutreiben und mit dem so erzeugten Strom elektrische Fahrmotoren an den Antriebsachsen zu speisen.
Die letzte von mehreren derart gebauten Maschinen hatte einen Rahmen aus Stahlträgern, der sich auf zwei Drehgestelle mit je vier Achsen bzw. acht Rädern stützte. Auf dem hinteren Abschnitt des Rahmens waren der Dampfkessel und der Kohlenbunker angebracht, während die Kolbendampfmaschine, die zwei Generatoren und die Luftdruckbremse sowie der Führerstand über dem vorderen Drehgestell platziert wurden.
Die Generatoren wurde von einer Dampfmaschine mit sechs Zylindern angetrieben, wobei der gegenseitige Versatz der Kurbeln um jeweils 60 Grad für einen gleichmässigen Lauf bei gleichzeitig hohen Drehzahlen sorgten. Bei einer Spannung von 450 Volt sollten etwa 900 Kilowatt elektrische Leistung geliefert werden mit der die vier Fahrmotoren im vorderen Drehgestell einen Zug von 250 Tonnen Masse mit 62 Meilen pro Stunde befördern sollten. Die Heilmann-Lokomotive blieb jedoch nur für kurze Zeit während ihrer Versuchsfahrten eine besondere Publikumsattraktion in Paris.
Eine erste elektrisch betriebene Minenbahn in Frankreich wurde ab 1897 in der Eisenerzmine Godbrange in Lothringen eingerichtet. Das historische Bild zeigt eine zweiachsige Schmalspurlokomotive und paarweise überkopf angebrachten Stromschienen. Die Stromzuleitung erfolgte über jeweils eine kleine Laufkatze, die an flexiblen Leitungen zum Dach der Führerkabine mitgezogen wurden. Die Lokomotive wurde von den Ateliers de Construction Bruno Lebrun in Nimy /Belgien gebaut. Die Betriebsspanung betrug 500 Volt, die Spurweite 740 Millimeter.
In der Folge erschienen zahlreiche weitere Elektrolokomotiven in französischen und auch benachbarten Minenbahnen in Luxemburg und Belgien.
Die Kohlenminen-Bahn Chemin de Fer de La Mure von La Mure nach Saint-Georges-de-Commiers bei Grenoble setzte 1903 die elektrische Lokomotive E1 „Le Drac“ (benannt nach dem neben der Strecke liegenden Fluss) ein. Die 50 Tonnen schwere Maschine hatte vier Achsen mit Einzelachsantrieb, deren vier Motoren zusammen 367 Kilowatt leisteten. Das Stromsystem bestand aus einem Dreileiter-Gleichstromsystem mit einer positiven 1200 Volt–Phase, einer negativen 1200 Volt –Pase und einem „Nullleiter“ zwischen den beiden Spannungen. Die Versorgung erfolgte über eine zweipolige Oberleitung mit zwei Stromabnehmern und den Fahrschienen als „Nullleiter“. Damit konnten hohe Leistungen übertragen, zugleich jedoch die Spannung der Fahrmotoren in tragbaren Grenzen gehalten werden. Die Lok war im Hinblick auf die Talfahrt mit 600 Metern Höhenunterschied auf 30 Kilometern Streckenlänge mit drei verschiedenen Bremssystemen ausgestattet: Kurbel-Handbremse, stufig regelbare Vakuumbremse und eine elektrische Bremse. Diese Lokomotive konnte auf der Bergfahrt 20 leere Waggons (das heißt 100 Tonnen) und bei Talfahrt 300 Tonnen mit einer Geschwindigkeit von 22,5 Kilometern pro Stunde ziehen. Vier ähnliche Maschinen wurden zwischen 1905 und 1909 geliefert und versahen bis 1933 ihren Dienst.
In der Folge etablierten sich in Frankreich jedoch 1500 Volt Gleichstrom in südlichen Regionen und 25.000 Volt 50 Hertz Einphasenwechselstrom auf Strecken im Norden und den TGV-Schnellstrecken als verbreitete Bahnstromsysteme.
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts zeigte sich Frankreich neben Japan als Vorreiter für hohe Geschwindigkeiten mit elektrischen Zügen. Die vierachsige Lok BB 9004 und die sechsachsige CC 7107 erreichten 1955 bei Versuchsfahrten jeweils unabhängig voneinander eine Höchstgeschwindigkeit von 331 km/h. 1981 erreichte ein TGV-Triebzug 380 km/h, wiederum 1990 der TGV-Atlantique Nr.325 die Geschwindigkeit von 515,3 km/h und 2007 ein TGV Duplex-Doppelstockzug die Rekordmarke von 575 km/h.
Von den rund 29.350 Kilometern Normalspur-Bahnstrecken in Frankreich waren 2007 fast genau die Hälfte (14.480 Kilometer) elektrifiziert.
[Bearbeiten] USA
[Bearbeiten] Überblick
Bei den Bahnen der USA hätte aufgrund des technologischen Standes und der Wirtschaftskraft sowie auch der räumlichen Ausdehnung erwartet werden können, dass in hohem Maße eine Elektrifizierung von Fernbahnstrecken erfolgte. Dies war jedoch nicht der Fall. Mehrere Erscheinungen haben dies bewirkt:
- mit den eigenen Ölquellen hatten die Amerikaner eine preisgünstige Energiequelle, die nach dem Ende der Dampflok-Ära zur ausgedehnten Anwendung von Verbrennungsmotoren bzw. Dieselmotor-Antrieben im Transportwesen und hier vor allem auch im Bahnwesen führte;
- die großen Abstände zwischen Besiedlungszentren stellten (auch mit Blick auf das vorhandene Öl) eine Wirtschaftlichkeit der Fahrdraht-Überspannung von Bahnstrecken in Frage; bei Massentransporten wie etwa Kohle in die Industriezentren führte das teilweise zur weiteren Beibehaltung des Dampflokbetriebs mit dem ohnehin vorhandenen Energieträger Kohle;
- Im Personen-Fernverkehr entwickelte sich das Flugzeug zum Standard-Verkehrsmittel mit dessen Leistungen die Bahn bei großen Entfernungen nicht konkurrieren konnte.
Diese Aussagen betreffen jedoch nur Vollbahn- bzw. Fernverkehrsstrecken; der elektrische Betrieb von Straßenbahn-, auch Überlandstraßenbahnen sowie auch von Metro- und urbanen Commuter-Strecken ist demgegenüber ausgeprägter.
[Bearbeiten] Frühe Entwicklungen
Mit der 1888 von Frank Julian Sprague gegründeten “Sprague Electric Railway & Motor Company“ und der in Richmond aufgebauten elektrischen Straßenbahn nahm die elektrische Traktion in den USA ihren Anfang. Um 1889 befanden sich 110 elektrische Bahnen mit Spragues Ausrüstung im Bau oder in der Planung. Edison, der teilweise Spragues Ausrüstungen anfertigte, kaufte 1890 die erfolgreiche Gesellschaft auf. Um 1905 waren in den USA etwa 30.000 km Strecken für Spragues „Streetcars“ elektrifiziert.
Die in Chicago 1892 erbaute Hochbahn Chicago & South Side Rapid Transit wurde 1895 auf elektrischen Betrieb umgestellt. Weitere neue Metro-Systeme in anderen Städten folgten darauf.
Die Baltimore and Ohio Railroad elektrifizierte 1895 eine 5 Kilometer lange innerstädtische Tunnelstrecke mit einer 700 V Gleichstrom-Oberleitung. Dies diente dazu, Züge mit Dampflokomotiven mit einer vorgespannten Elektrolokomotive durch den Tunnel zu ziehen, um der Rauchplage entgegenzuwirken. Die vierachsigen Elektrolokomotiven hatten je vier Motoren von je 270 Kilowatt Leistung.
Im Fernverkehr der USA beherrschten in der Folgezeit jedoch weit überwiegend die Dampflokomotiven das Feld, das sich in den späten 1940er Jahren weitgehend unmittelbar dem Diesellokomotiven-Betrieb zuwandte. Diese hatten in den USA allerdings durchweg einen dieselelektrischen Antrieb, fuhren bzw. fahren also letztlich auf fast allen Strecken mit elektrischen Fahrmotoren.
[Bearbeiten] Stand 2005
Es wurden von etwa 15 Gesellschaften insgesamt nur etwa 3000 Kilometer (1850 Meilen) Vollbahnstrecken mit einer Oberleitung elektrifiziert, von denen etwa 1800 Kilometer (1100 Meilen) wieder stillgelegt wurden. Den bemerkenswertesten Umfang hatte dabei die Chicago, Milwaukee, St. Paul and Pacific Railroad, die zwischen 1914 und 1917 einen 705 Kilometer (438 Meilen) langen, steigungsreichen Abschnitt in den Rocky Mountains im Bundesstaat Montana und 1919 einen weiteren 130 Kilometer (207 Meilen) langen Abschnitt im Kaskadengebirge im Bundesstaat Washington an hölzernen Masten mit 3.000 Volt Gleichstrom elektrifizierte. Begünstigt wurde das Vorhaben durch Wasserkraft-Elektrizitätswerke in den Bergen. Die beiden elektrischen Strecken mit insgesamt 1056 Kilometer (656 Meilen) wurden jedoch nie verbunden. Auch dieser Betrieb ist inzwischen eingestellt.
Ab den 1930er Jahren wurde der später so genannte Nordostkorridor von Boston bis Washington, DC elektrifiziert. Beim Stand von 2006 ist dies die meistfrequentierte US-amerikanische Personen-Schienenverkehrsverbindung an der bevölkerungsreichen Nordostküste der USA. Die 720 Kilometer (450 Meilen) lange Strecke ist die einzige bedeutende elektrisch betriebene Eisenbahnstrecke der Staaten. Sie befindet sich größtenteils im Besitz der Amtrak, jedoch wird die Strecke auch von anderen Eisenbahngesellschaften mit unterschiedlichen Zügen befahren. Auf den NEC befindet sich auch die derzeit einzige Hochgeschwindigkeitsstrecke der USA, auf der die Acela-Züge Geschwindigkeiten bis zu 240 Kilometer pro Stunde erreichen.
[Bearbeiten] Großbritannien
Bereits früh wurden in bedeutendem Umfang elektrische Triebfahrzeuge bei der Londoner U-Bahn eingesetzt; bei der North Eastern Railway wurden zudem schon 1905 zwei Elektrolokomotiven mit der Achsfolge Bo´Bo´ in Betrieb genommen. Sie waren sowohl für den Betrieb an einer Oberleitung als auch an einer Stromschiene für den Tunnelbetrieb ausgerüstet. Diese Loks, waren sowohl bei den Nachfolgegesellschaften LNER als Nr. 6480-6481 als auch bei den British Railways (Nr. 26500 und 26501) und der British Rail (Klasse ES1) bis 1964 in Betrieb. Trotz diesem frühen Einstieg ist das britische Eisenbahnsystem nur in vergleichsweise geringem Umfang elektrifiziert. Historisch begründet ist dabei zudem eine Aufteilung in zwei Stromsysteme. Das kleinere und ältere Südnetz hat seit 1931 Strecken mit seitlich angeordneter Stromschiene mit 660 Volt Gleichstrom-Versorgung, später wurden auch die Spannungen 750 und 850 Volt verwendet.
Auf einigen Strecken nördlich der Themse sowie den Eurostar-Verbindungen wird dagegen das seit 1954 aufgebaute 25 kV-Einphasenwechselstromsystem mit einer Frequenz von 50 Hz und mit Oberleitungen verwendet. Die britischen Eurostar-Züge können sowohl im Stromschienen-als auch im Oberleitungsbetrieb und mit verschiedenen Oberleitungs-Spannungen fahren (Mehrsystemfahrzeug).
Von den insgesamt 17.000 Kilometern Bahnstrecken des Vereinigten Königreichs sind heute 5300 Kilometer elektrifiziert (2004).
[Bearbeiten] Japan
Die Tokyo Electric Light Company baute im Mai 1890 eine 400 Meter lange Strecke mit der Spurweite von 1372 Millimetern auf der Industrie-Ausstellung im Ueno Park in Tokyo. Dort fuhren zwei aus den USA von J. G. Brill & Co. importierte elektrische Triebwagen als erste elektrisch betriebene Bahn in Japan.
Ein regulärer kommerzieller Betrieb wurde 1895 von der Kyoto Electric Railway mit Triebwagen und 500 V-Gleichstrom über eine Oberleitung aufgenommen. Die erste Strecke, die von Dampfbetrieb auf elektrischen Betrieb umgestellt wurde, war 1904 die 11 Kilometer lange Strecke der Kobu Railway von Iidamachi nach Nakano.
Am 1. Oktober 1964 eröffneten die Japanese National Railways zwischen der Hauptstadt Tokio und dem 515,4 Kilometn entfernten Osaka eine in ihrer Art völlig neue elektrische Hochgeschwindigkeitsbahn, die nicht nur punktuell sondern auf der ganzen Strecke die maximale Höchstgeschwindigkeit fuhr. Sie wurde zum Vorbild für die französischen TGV und den deutschen ICE. Weit überwiegend besteht das japanische Eisenbahnnetz aus 20.000 km Kapspur-Strecken, von denen 13.000 km elektrifiziert sind. Die etwa 3200 Kilometer Normalspur-Strecken des Shinkansen-Schnellbahnnetzes werden ausschließlich elektrisch betrieben.
[Bearbeiten] Größte Länder der Welt
In den räumlich ausgedehntesten Staaten der Erde fand überwiegend eine bemerkenswerte Elektrifizierung von Vollbahn-Strecken erst nach den wesentlichen Entwicklungen in Europa statt, so etwa in China erst ab 1958. Nichtsdestoweniger ergab sich durch die ausgedehnten Verkehrsverbindungen dann vor allem auf dem asiatischen Festland ein beträchtlicher Umfang an elektrifizierten Strecken. So hat allein die vollständig (jedoch mit regional wechselnden Stromsystemen) elektrifizierte Transsibirische Eisenbahn mit etwa 9.500 Kilometern einen Streckenumfang der dem gesamten elektrifizierten Netz mancher mittelgroßer Länder entspricht oder diese sogar noch überbietet. Im folgenden sind die interessantesten Daten dargestellt.
- Russland Gesamtstrecken 87.200 km, davon 40.300 km elektrifiziert (2006)
- China Gesamtstrecken 72.000 km, davon 24.000 km elektrifiziert (September 2006)
- Indien Gesamtstrecken 63.230 km, davon 17.500 km elektrifiziert (2008)
- Australien Gesamtstrecken 44.015 km, davon 5.290 km elektrifiziert (2008)
- Brasilien Gesamtstrecken 29.300 km, davon 1.600 km elektrifiziert (2008)
- (zum Vergleich: Deutschland Gesamt ca. 46.000 km, davon ca. 20.000 km elektrifiziert (2004)
[Bearbeiten] Chronologische Übersicht erster elektrischer Bahnen
Einschränkungsvermerk: Die folgende Tabelle enthält die ab 1890 in größerer Zahl weltweit entstandenen Straßenbahnen und U-Bahnen neben ihren weltweit erstmaligen Vertretern nur, wenn sie die erste elektrisch betriebene Bahn eines Landes darstellen. Weitergehende Auflistungen sind in der Liste der ehemaligen Straßenbahnen enthalten.
| Eröffnungs- datum |
Land | Ort bzw. Strecke | Spur- weite mm |
Strecken- länge km |
Stromsystem | Art der Bahn / Erbauer / Betreiber |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1879 | Deutschland | Berlin | 500 | 0,3k m | Gleichstrom über Fahrschienen und mittige Stromschiene | Ausstellungsbahn / Werner von Siemens |
| 1880 | Österreich | Wien | ? | 1,5 km | Gleichstrom | Ausstellungsbahn / Béla Egger |
| 16. Mai 1881 | Deutschland | Lichterfelde bei Berlin | 1000 | 2,5 km | 180 V Gleichstrom über die Fahrschienen | Versuchsstrecke, ab 1883 öff. Straßenbahn Siemens & Halske |
| 1883 | England | Brighton | 825 | 2 km | 170 V Gleichstrom über die Fahrschienen | Straßenbahn / Volk's Electric Railway |
| 1883 | USA | Chicago | ? | 0,2 km | Gleichstrom | Ausstellungsbahn / Edison |
| 7. Oktober 1883 | Brasilien | Niterói | 1050 | 9km | Akkumulatoren-Batteriebetrieb | Carris Urbanos de Nictheroy |
| 22. Oktober 1883 | Österreich | Mödling | 1000 | 4,5 km | 550 V Gleichstrom über Schlitzrohrfahrleitung | Lokalbahn Mödling-Hinterbrühl |
| 18. Februar 1884 | Deutschland | Frankfurt am Main–Offenbach | 1000 | 6,7 km | 300 V Gleichstrom über Schlitzrohrfahrleitung | Straßenbahn / Siemens & Halske / Frankfurt-Offenbacher Trambahn-Gesellschaft |
| 6. Juni 1888 | Schweiz | Vevey - Montreux - Chillon | ? | 10 km | ? | Tramway Vevey-Montreux-Chillon |
| 2. Februar 1888 | USA | Richmond, Virginia, | 1435 | 20 km | ? | Straßenbahn / Frank Julian Sprague / Richmond Union Passenger Railway |
| 1890 | England | London, Stockwell - King William Street | 1435 | 8 km | ? | U-Bahn City & South London Railway |
| 1893 | USA | Chicago | 1435 | ? | Hochbahn, Ausstellungsbahn, Prototyp für elektrische Züge der bis dahin dampfbetriebenen Hochbahn. | |
| 1895 | Deutschland | Meckenbeuren–Tettnang, Württemberg | 1435 | 4,3 km | ? | Vollbahn, Triebwagen-Betrieb Lokalbahn Aktien-Gesellschaft |
| 1896 | Ungarn | Budapest | 1435 | 3,6 km | 350 V Gleichstrom über Deckenstromschiene | erste kontinentaleuropäische elektrische U-Bahn / Siemens & Halske / Metro Budapest |
| 1900 | Österreich | Wöllersdorf bei Wiener Neustadt | ? | 1,5 km | 3000 V / 16 2/3 Hz Drehstrom, zweipolige Oberleitung | Werksbahn und Versuchsträger / Ganz & Cie, Budapest / Munitionsfabrik Wöllersdorf |
| 1900 | Deutschland | Hettstedt-Helfta | 1000 | 32 km | Elektrische Kleinbahn Mansfeld | |
| 1901 | Deutschland | Wuppertal | --- | 12 km | 600 V Gleichstrom über Stromschiene | Schwebebahn / Wuppertaler Schwebebahn |
| 1901-1903 | Deutschland | Marienfelde–Zossen bei Berlin | 1435 | 24 km | 10 kV / 50 Hz Drehstrom, dreipolige Oberleitung | Vollbahn – Versuchsbetrieb / Studiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen / Militär–Eisenbahn Marienfelde–Zossen–Jüterbog |
| 15. Februar 1902 | Deutschland | Berlin | 1435 | 5 km | 750 V Gleichstrom über Stromschiene | Hochbahn, spätere U-Bahn Berlin/ Siemens & Halske / Gesellschaft für elektrische Hoch- und Untergrundbahnen in Berlin |
| 1902 | Italien | Lecco (Comer See)–Sondrio | 1435 | ? km | 3000 V / 16 2/3 Hz Drehstrom, zweipolige Oberleitung | Hauptbahn / Ganz & Cie, Budapest / Rete Adriatica |
| April 1903 | Deutschland | Ronsdorf–Müngsten | 1000 | 15 km | ? | Kleinbahn mit Personenbeförderung / Ronsdorf-Müngstener Eisenbahn |
| 1903 | Deutschland | Altrahlstedt–Wohldorf bei Hamburg | 1435 | 6 km | 550 V Gleichstrom, über Oberleitung | Elektrische Kleinbahn Alt-Rahlstedt–Volksdorf–Wohldorf |
| 1903 | Frankreich | Saint-Georges-de-Commiers – Grenoble | 1435 | 30 km | 2×1200 V Gleichstrom, Dreileiter-System mit zweipoliger Oberleitung | Erzbahn, Lokomotivbetrieb Thury/Chemin de Fer de La Mure |
| 1904 | Deutschland | Murnau–Oberammergau | 1435 | 24 km | 5,5 kV / 16 Hz über Oberleitung | Kleinbahn, erste Wechselstrom–Lokomotive / Ammergaubahn, Lokalbahn Aktien-Gesellschaft |
| 1906 | Schweiz | Seebach–Wettingen | ? | ? | Einphasen-Wechselstrom 50 Hz | Versuchsbetrieb mit Lok Ce 4/4 "Eva" / Maschinenfabrik Oerlikon (MFO) |
| 1908 | Deutschland | Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn | 1435 mm | 20 km | 6,6 kV / 25 Hz über Oberleitung | Vollbahn, spätere S-Bahn Hamburg / Preuß. Eisenbahndirektion Altona |
| 8. August 1924 | Deutschland | Stettiner Bahnhof–Bernau bei Berlin | 1435 | ? | 750 V Gleichstrom über Stromschiene | Vollbahn / S-Bahn Berlin |
[Bearbeiten] Geschwindigkeitsentwicklung bei elektrischer Traktion
- 1889 USA, Baltimore, elektrischer Triebwagen erreicht 185 km/h
- 1903 Deutschland, Siemens- und AEG-Triebwagen mit Drehstromantrieb, 210 km/h
- 1955 Frankreich, SNCF, Elektro-Lok BB 9004 und CC 7107, jeweils 331 km/h
- 1981 Frankreich, SNCF, elektrischer Triebzug TGV, 380 km/h
- 1988 Deutsche Bundesbahn, elektrischer Triebzug IC Experimental, 406,9 km/h
- 1990 Frankreich, SNCF, elektrischer Triebzug TGV-Atlantique Nr.325, 515,3 km/h
- 2003 Japan, Magnetschwebebahn JR-Maglev MLX01, 581 km/h
- 2006 Österreich, elektrische Lokomotive ÖBB 1216 050, 357 km/h Geschwindigkeitsrekord für eine Lokomotive
- 2007 Frankreich, TGV Duplex Hochgeschwindigkeitszug mit Doppelstockwagen, 574,8 km/h Geschwindigkeitsweltrekord für das Rad- und Schiene-System
[Bearbeiten] Letzte Entwicklungen
Anfang der 1970er Jahre gelang es mittels Leistungselektronik, aus der Oberleitung zugeführten Einphasenwechselstrom oder Gleichstrom in praxistauglicher Weise in Dreiphasen-Wechselstrom umzuformen und damit die immensen Vorteile des Drehstrom-Asynchronmotors zu nutzen. Die Motoren werden direkt über die Stromrichter gesteuert und zeichnen sich durch hohe Leistungen bei geringerem Gewicht aus und sind praktisch wartungsfrei. Bei gleicher oder sogar kleinerer Baugröße der Triebfahrzeuge wurden damit die Leistungen erheblich gesteigert.
Aus Deutschland werden hier die Lok-Baureihen von Bombardier TRAXX und den von Siemens ausgerüsteten Eurosprinter-Klassen für Bahnen verschiedener Länder mit unterschiedlichen Stromsystemen angeboten. Unterschiedliche Signalsysteme und Sicherheitseinrichtungen werden dabei durch Ausrüstung mit jeweils länderspezifischen Baugruppen-Paketen berücksichtigt.
[Bearbeiten] Siehe auch
- Elektrolokomotive
- Hybridtriebwagen
- Dieselelektrischer Antrieb
- Magnetschienenbahn
- Einschienenbahn
- Bahnstrom
[Bearbeiten] Literatur
- Stockklausner: Wechselstrom-Lokomotiven in Österreich und Deutschland, Verlag Otto Josef Slezak, 1983
- 100 Jahre elektrische Zugförderung - 100 Jahre elektrische Triebfahrzeuge von Siemens. Gebundene Ausgabe - 108 Seiten, 1979, ISBN 3-88255-823-7
- Klaus-Jürgen Vetter: Das große Handbuch der Elektrolokomotiven. Bruckmann, September 2003, ISBN 3-7654-4066-3
- Karl Sachs: Elektrische Triebfahrzeuge, Huber Frauenfeld 1953
[Bearbeiten] Einzelnachweise
- ↑ http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph10/geschichte/09emotor/emotor.htm
- ↑ http://www.lrta.org/mrthistory.html
- ↑ Batterie-Tram in Niteroi 1883 (englisch)
- ↑ Otto Lueger: Lexikon der gesamten Technik, 2. Auflage 1904–1920, Deutsche Verlags-Anstalt
- ↑ Die Elektrifizierung der Schweizerischen Bundesbahnen bis Ende 1928. von Dr. E. HUBER-STOCKAR in Neujahrsblatt der NGZH Nr. 131 auf das Jahr 1929; Internet-Ansicht http://www.ngzh.ch/Neuj1929.html
