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Eine Stromschiene ist eine Zuleitung für den elektrischen Strom für elektrisch getriebene Schienenfahrzeuge.
Stromschienen sind aus Aluminum mit fest verbunder Edelstahllauffläche oder aus Weicheisen, seltener aus Stahl, die seitlich fortlaufend neben dem Gleis montiert und an die Bahnstromversorgung angeschlossen sind. Die Stromzuführung von der Stromschiene zum Fahrzeug erfolgt über so genannte Schleifschuhe, die seitlich am Drehgestell des Fahrzeuges angebaut sind. Die Rückleitung des Stromes erfolgt bei diesem System über Räder und Schienen, wie bei anderen elektrischen Bahnen auch.
Anwendung
Frühe elektrisch betriebene Bahnen benutzten die Fahrschienen selbst als Stromzuführung, so etwa bei der 1881 von Siemens & Halske erbauten und mit 180 Volt Gleichstrom betriebenen elektrischen Bahn in Berlin-Lichterfelde. Die Problematik dieser Stromzuführung zeigte sich jedoch schon schnell, als Pferde mit eisenbeschlagenen Hufen an Kreuzungen diese Schienen berührten.Die heutige fortgeschrittene Bauweise der isolierten Stromschienenversorgung wird hauptsächlich bei U-, S- und Stadtbahnen verwendet, die mit 750 bis 1.500 V Gleichstrom betrieben werden und überwiegend einen eigenen Bahnkörper ohne Straßenkreuzungen haben. Mit der Stromschienen-Versorgung kann vor allem für Tunnelbahnen ein kleines und kostengünstiges Lichtraumprofil realisiert werden. In der Regel sind an einem Fahrzeug zwei bzw. an einer Triebzuggarnitur vier Schleifschuhe angebaut. Mit dieser mehrfachen Ausstattung mit Schleifern werden Lücken im Stromschienenverlauf, beispielsweise in Weichenbereichen überbrückt. Dies stellt die Stromversorgung auch dann sicher, wenn ein Schleifschuh bei Hindernisberührung an seiner vorgesehenen Sollbruchstelle abfällt.
Stromschienen können von oben (z. B. Kleinprofil-U-Bahn Berlin), von unten (z. B. Großprofil-U-Bahn Berlin, U-Bahnen Hamburg, Nürnberg, München und S-Bahn Berlin) oder von der Seite (S-Bahn Hamburg) bestrichen werden. Zumindest in Deutschland sind Stromschienen mit einer isolierenden Schutzabdeckung versehen.
Gelegentlich können Stromschienen auch ein Teilstück einer Oberleitung darstellen; für Straßenbahnen mit Dachstromabnehmer wird in Tunnelstrecken normalerweise kein Fahrdraht, sondern eine Überkopf-Stromschiene vorgesehen. Konstruktiv wird meist ein normaler Kerbfahrdraht in ein Aluminium-Trägerprofil eingeklemmt. Eine solche Stromschienenkonstruktion benutzt auch die Schwebebahn in Wuppertal.
Verbreitung
In Deutschland werden Stromschienen in allen U-Bahnnetzen (Berlin, Hamburg, München, Nürnberg) sowie bei den S-Bahn-Systemen von Berlin (750 V) und Hamburg (1.200 V) verwendet.Manche U-Bahnen, wie in London und Mailand werden mit zwei Stromschienen am Gleis betrieben, wobei eine Schiene zwischen den Gleisen montiert ist. Man vermeidet auf diese Weise jegliche Streustromkorrosion in unterirdischen metallischen Anlagen wie Rohrleitungen.
In Südengland wurden ab den 1930er Jahren viele Überlandstrecken mit Stromschiene (660 V Gleichspannung) elektrifiziert, da dort das Lichtraumprofil zu klein (vor allem zu niedrig) war, um eine Elektrifizierung mit Oberleitung ohne größere Umbauten zuzulassen. Auch der Eurostar ist in der Lage, auf diesen Strecken zu fahren. Im Nahverkehr kommen hier ausschließlich Triebzüge zum Einsatz, die teilweise auch im Fernverkehr eingesetzt werden. Zudem werden auch Lokomotiven, die für den Betrieb über Stromschienen ausgerüstet sind, im Fern- und Güterverkehr eingesetzt und durch Dieselloks ergänzt. Auf einigen Strecken erreichen die Züge Geschwindigkeiten von bis zu 160 km/h. Höhere Geschwindigkeiten sind mit Stromschienen nicht möglich, da ab 160 km/h der Kontakt zwischen Stromschiene und Schleifer nicht mehr sicher gewährleistet ist.
Die Anwendung von Stromschienen ist nicht nur auf die Eisenbahn beschränkt. So werden auch Brückenkräne und deren Laufkatzen mit Stromschienen versorgt.
Anwendungs-Hindernisse bei Fernbahnen
Bei Fernbahnen haben sich Stromschienen vor allem aus technischen Gründen nicht großflächig durchgesetzt. Hinderungsgründe sind vor allem:
- Stromschienen können an einer Weiche nicht seitlich durchlaufen, sie müssen vielmehr von einer Seite auf die andere verspringen oder ganz aufhören. Nur Triebzüge mit entsprechend vielen Schleifern und durchgehender Stromleitung können solche Trennstellen ohne Abriss der Stromversorgung durchfahren. Ein Zugbetrieb mit frei koppelbaren Lokomotiven und Wagen wäre technisch möglich jedoch vergleichsweise sehr aufwendig.
- im Fernbahnbetrieb sind auf Grund der höheren Geschwindigkeiten die Gleisweichen und die damit verbundenen Stromschienen-Unterbrechungen weit länger, ein reibungsloser Betrieb wäre beeinträchtigt.
- für höhere Transportleistungen über längere Strecken ist eine höhere Spannung günstiger. Dafür müssen die Abstände zwischen Schiene und Stromabnehmer größer sein, dies wird günstiger mit Oberleitungen realisiert.
- Mit größerer Entfernung zwischen den Unterwerken sowie mit steigender Leistungsaufnahme machen sich zunehmend Leitungsverluste und Spannungsabfall durch den Leitungswiderstand bemerkbar. Dieses Problem löst man am besten durch Anheben der Spannung. Bei höherer Spannung wird jedoch auch der mindesten notwendige Isolationsabstand größer, er beträgt für 15 kV (Spannung der Bahnoberleitungen in Deutschland) bereits 1,5 Meter. Solche Abstände sind bei einer am Boden montierten Stromschiene kaum noch zu realisieren, weshalb die maximale Spannung die in Stromschienen verwendet werden kann etwa 1200 V ist.
- Die Gefahr eines elektrischen Schlages durch Berühren (z.B. durch Kinder, Tiere oder auch unvorsichtige Erwachsene) ist wesentlich größer als bei Oberleitungen. Aus diesem Grund müssen in Deutschland Bahnstrecken, die mit Stromschiene betrieben werden (U-Bahnen, S-Bahnen), vollständig eingezäunt oder anders gegen unbefugtes Betreten geschützt werden. Ebenerdige Bahnübergänge, ebenerdige Fußgängerüberwege oder ähnliches, durch die Unbefugte zu den Stromschienen gelangen könnten, sind verboten. Allerdings existieren bei den S-Bahnen in Hamburg und Berlin noch solche Bahnübergänge aus der Zeit vor dem 2. Weltkrieg. Diese besitzen Bestandsschutz, müssen aber bei Umbauten durch Brücken oder Unterführungen ersetzt werden.
Prinzipiell kann eine Bahnlinie mit Oberleitung und Stromschiene versehen sein. Dies war zum Beispiel bei der Hamburger S-Bahn zwischen 1940 und 1955 der Fall. Allerdings kann dies sehr große Probleme mit der gegenseitigen Beeinflussung der Stromkreise geben. So kann durch den Spannungsabfall entlang der Fahrschiene Strom vom Stromschienensystem in das Oberleitungssystem (und umgekehrt) fließen. Ist eines dieser Systeme ein Gleich- und eines ein Wechselstromsystem, kann es zu einer unerwünschten Gleichstromvormagnetisierung der Transformatoren in den Unterwerken des Wechselstromsystems kommen. Aus diesen Grund vermeidet man meistens Doppelelektrifizierungen mit Oberleitung und Stromschiene.
Bei den britischen Stromschienen-Fernbahnen wird teilweise mit einer eigenen Rückleitungsschiene gearbeitet, um die Probleme zu entschärfen. Trotzdem hat sich auf den Strecken nördlich von London sowie auf dem Channel Tunnel Rail Link die Oberleitung durchgesetzt, während der Schienenverkehr im Süden und Süd-Westen des Landes weiterhin mit Stromschienen betrieben wird.
Stromschienen bei Modelleisenbahnen
Bei Modelleisenbahnen werden keine vorbildgetreuen Stromschienen verwendet, da zu ihrer Installation eine umfangreiche Verkabelung notwendig wäre, um eine lückenlose Stromversorgung der Modellbahnfahrzeuge zu gewährleisten.
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