Oberleitung

Eine Oberleitung oder Fahrleitung dient bei Bahnen und O-Bussen zur Fahrstromversorgung von elektrischen Triebfahrzeugen. Im Prinzip besteht eine Oberleitung aus einem Spezialdraht, der an Masten mit Auslegern in geeigneter Höhe über den Gleisen angeordnet ist. Auf den elektrischen Triebfahrzeugen befinden sich Stromabnehmer, die während der ganzen Fahrt in Berührungskontakt mit dem Oberleitungsdraht stehen und den Strom von dort in die elektrische Antriebsanlage des Fahrzeugs leiten.

Zum System von Oberleitungen gehören Unterwerke, die in Abständen von (bei Fernbahnen) 60-80 km an den Strecken angeordnet sind und von denen die Oberleitung abschnittsweise aus dem nationalen Verbundnetz oder einem eigenen Bahnstromnetz gespeist wird. In Gleichstrom-Netzen beträgt der Unterwerksabstand wegen der wesentlich niedrigeren Spannung und den damit höheren Stromstärken und Leitungsverlusten maximal 25 km.

Die elektrische Spannung in Oberleitungen beträgt einige hundert Volt bei Straßenbahnen und bis zu 50.000 Volt bei Vollbahnen und Industriebahnen.

Fahrdraht

Der Fahrdraht besteht normalerweise aus Kupfer, entweder chemisch rein oder mit geringem Cadmiumanteil; in Zeiten des Kupfermangels sind auch Experimente mit Aluminium- und Stahlfahrdrähten unternommen worden, die jedoch unbefriedigend waren.

Der üblicherweise verwendete Rillenfahrdraht hat einen grundsätzlich kreisförmigen Querschnitt, aus dem in der oberen Hälfte zwei Rillen dreieckigen Querschnitts so ausgespart sind, dass die Halteklemmen dort eingreifen können. Gängige Querschnittsflächen sind 80 oder 100 Quadratmillimeter; in Bahnhöfen der DB AG werden Querschnitte von 120 mm² verwendet.

Kettenfahrleitung

Die Oberleitung von Vollbahnen ist zumeist an fortlaufend neben dem Gleis montierten Fahrleitungsmasten mit Auslegern oder an Portalen (starr: Querjoche, flexibel: Querfelder) mittig über den Gleisen aufgehängt. Die Masten können aus den unterschiedlichsten Materialien gefertigt sein, üblich sind vor allem Stahlgittermasten oder runde Betonmasten. In einigen lawinengefährdeten Gebieten der Schweiz kommen selbst Holzmasten zum Einsatz.

Die Ausleger haben wechselnd unterschiedliche Längen, so dass die Fahrdrähte in der horizontalen Ebene im Zickzack verlaufen, um das Einschleifen von Rillen in die Schleifstücke der Stromabnehmer zu vermeiden. In Deutschland und Österreich sind Abstände von 400 mm in beide Richtungen von der Mittellinie üblich, in der Schweiz Abstände von 200 mm. Daher sind die Schleifstücke und damit auch die Stromabnehmer der Bahnen in Deutschland und Österreich breiter als in der Schweiz.

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. (Daher die Bezeichnung "Kettenfahrleitung".) Der Fahrdraht (bei Wechselstrombahnen beträgt der Durchmesser ca. 12 mm, das Gewicht ca. 0,9 kg/m) besteht aus chemisch reinem Kupfer und hat seitlich Rillen, in die die Halteklemmen der Hänger greifen, so dass sich für den Stromabnehmer kein Hindernis ergibt. Die Hilfsseile sind aus Bronze gefertigt. Zusammen wiegen die Seile etwa 1,4 Tonnen pro Streckenkilometer. In Gleichstromnetzen ist es üblich, wegen der dort auftretenden höheren Stromstärken immer zwei in geringem Abstand geführte Fahrdrähte zu benutzen.

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.

In mehr oder minder regelmäßigen Abständen (üblicherweise ca. 1,5 km) sind Spannvorrichtungen an den Masten montiert, die Tragseil und Fahrdraht getrennt spannen, um die Wärmedehnung auszugleichen. Dies geschieht über Zuggewichte und Übersetzungsvorrichtungen; früher waren dies meist Hebelwerke, heute Rollenvorrichtungen (sog. Radspanner). Die Zuggewichte sind dabei Stapel aus Beton- oder Stahlringen, die im Jargon "Kekse" heißen.

Einfachfahrleitung

Hong kong tram.jpg Vor allem bei Straßenbahnen, vereinzelt aber auch auf Vollbahnen, die billig elektrifiziert werden sollten, wird eine mechanisch weniger aufwändige Konstruktion verwendet. Dabei ist weder ein eigenes Tragseil noch sind komplizierte bewegliche Dämpfungskonstruktionen vorhanden, sondern die Fahrleitung ist direkt isoliert aufgehängt. Elektrische Spannung und Spannweiten sind bei Einfachfahrleitungen meist geringer. Mangels Schwingungsdämpfung sind die erreichbaren Geschwindigkeiten aber auf ca. 100 km/h begrenzt.

Die Einfachfahrleitung wurde vor allem bei Betrieb mit Rollenstromabnehmern verwendet. Zwar ist hier bei der Verlegung sorgfältig zu verfahren, um eine "Entgleisung" des Stromabnehmers zu vermeiden, da die Leitung jedoch nicht im "Zick-Zack" geführt werden muss, ist die Schwingneigung geringer. Heute wird die Einfachfahrleitung in manchen Innenstädten verwendet, damit die Oberleitung optisch weniger stört. Hier ist meist ohnehin eine niedrige Fahrgeschwindigkeit gefordert.

Mehrpolige Fahrleitungen

Jungfraubahn close-up both pantographs.jpg 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 Schienen eine zweipolige Oberleitung verwenden. Ebenso haben sehr frühe Trambahnen ebenfalls eine zweipolige Oberleitung verwendet, da die Rückleitung über die Schiene erst später eingeführt wurde.

Bei früheren Versuchsfahrten mit Drehstrom-Lokomotiven wurden dreipolige Dreiphasen-Fahrleitungen mit Seitenschleifern verwendet. Dieser an sich sehr günstige Antrieb konnte damals nicht weitergeführt werden, weil diese Fahrleitung keinen Einsatz über Eisenbahnweichen und Bahnübergängen zulässt. Einige Zahnradbahnen in der Schweiz (Jungfraubahn, Gornergrat-Bahn) sind jedoch nach wie vor mit Drehstrom betrieben, dort ist jedoch die Oberleitung nur zweipolig, als dritter Pol dient die Schiene. Diese Art der Oberleitung war bis 1976 ebenso in Norditalien verbreitet (z. B. italienischer Teil der Brennerstrecke), wo Drehstrom mit einer Frequenz von 16,67 Hertz und einer Spannung von 3.600 Volt für die elektrische Traktion verwendet wurde.

Es gab auch Gleichstrombahnen mit zweipoliger Oberleitung, wie die Chemin de fer de la mure.

Moderne drehstrombetriebene Lokomotiven erzeugen ihren Motorantriebsstrom heute mit bordeigenen Umrichtern aus dem einphasigen Fahrleitungsstrom.

Varianten und verwandte Systeme

In der Anfangszeit des elektrischen Bahnbetriebs wurden teilweise sogenannte Schlitzrohrfahrleitungen verwendet. Diese bestand aus einem oder zwei geschlitzten Rohren über dem Gleis, in denen längs bewegliche Metallschiffchen als Stromabnehmer fungierten.

Stromschienen haben den gleichen Zweck wie Oberleitungen, werden jedoch meist neben dem Gleis montiert. Sie werden bei Stadtschnellbahnen 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)).

Bahnhof Berlin Potsdamer Platz Deckenstromschiene.jpg Für Tunnelabschnitte auf Neubaustrecken zeichnet sich als mögliche Alternative zur Fahrleitung 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 oder im neuen Tiergartentunnel in Berlin.

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.

Oberleitungskontakte

Strab_Oberleitungskontakt.jpeg Speziell bei Straßenbahn, aber auch bei Vollbahnen können an der Oberleitung Kontakte angebracht sein, mit denen beispielsweise die Gleisbesetztmeldung erfolgt. Bis Mitte der 90er Jahre erfolgte bei Straßenbahnen auch häufig die Steuerung der Weichen über diese Oberleitungskontakte, wobei über die Stromaufnahme der Straßenbahn die Weichenstellung beeinflusst werden konnte. Je nachdem, ob die Straßenbahn mit Strom gefahren oder ohne Strom gerollt ist, konnte die Stellung der Weiche geändert werden (wie genau, unterschied sich zwischen den einzelnen Betrieben). Aufgrund der Elektrik moderner Straßenbahnen, die häufig zu fehlerhaften Schaltungen führte, 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. Diese ermöglichen nicht nur einen vorbildgetreuen Betrieb von Modellen von Elektroloks und Elektrotriebwägen, sondern ermöglichen auch eine Verdoppelung der Zahl unabhängig steuerbarer Fahrzeuge, da zwei getrennte Stromkreise zur Verfügung stehen (in Zeiten der digitalen Mehrzugsteuerung verliert dieser Aspekt aber immer mehr an Bedeutung). Es werden je nach Vorbild alle Bauarten einpoliger Oberleitungen verwendet. Modellbahnen mit zwei- oder dreipoligen Oberleitungen werden nicht angeboten, da die Installation derartiger Oberleitungen wegen der Kurzschlussgefahr in den Weichen die meisten Modellbahner überfordern würde.

Siehe auch

Bahntechnik | Elektrofahrzeug

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