Stromabnehmer

Ein Stromabnehmer ist eine Vorrichtung an Fahrzeugen zum Übertragen elektrischer Energie von einer fest montierten stromführenden Leitung zu den elektrischen Einrichtungen des Fahrzeugs. Anwendung finden Stromabnehmer überwiegend bei elektrischen Schienenfahrzeugen und Oberleitungsbussen.

Bauformen

Es existieren zahlreiche unterschiedliche Bezeichnungen für spezielle Ausführungen von Stromabnehmern, die zum Teil denselben Typ meinen. Die wichtigsten Stromabnehmertypen sind:

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Rollen- oder Stangenstromabnehmer stellen die älteste alltagstaugliche Stromabnehmerbauform dar. Sie wurden von dem amerikanischen Ingenieur Frank J. Sprague erfunden und erstmals 1889 bei der Straßenbahn in Richmond (Virginia) eingesetzt. Rollenstromabnehmer bestehen aus einer langen Stange, die schräg auf dem Fahrzeugdach montiert ist und durch eine Feder nach oben gedrückt wird. Am oberen Ende der Stange befindet sich eine Rolle mit konkaver Lauffläche, die in den Fahrdraht greift und den elektrischen Kontakt herstellt. Modernere Ausführungen (insbesondere Oberleitungsbusse) verwenden statt der Rolle einen Kontaktschuh mit Kohleschleifstück.
Gegenüber den später entwickelten Bügelstromabnehmern weisen die Rollenstromabnehmer allerdings einige schwerwiegende Nachteile auf: der Stromabnehmer kann von der Fahrleitung abrutschen (entgleisen) und dabei die Oberleitung beschädigen und er muss bei Fahrtrichtungswechsel manuell umgelegt werden. Ferner ist die Oberleitungskonstruktion aufwändiger als bei Bügelstromabnehmern, da die Fahrleitung knickfrei montiert sein muss und bei Verzweigungen spezielle Oberleitungsweichen (sogenannte "Luftweichen") eingebaut werden müssen.
Rollenstromabnehmer fanden ab 1890 weltweit große Verbreitung, vor allem bei Straßenbahnen. Die technischen Unzulänglichkeiten führten jedoch nach und nach zu einem weitgehenden Verschwinden der Rollenstromabnehmer im Straßenbahnbereich: der letzte Straßenbahnbetrieb in Deutschland mit Stangenstromabnehmern in Hamburg wurde 1978 stillgelegt, der letzte Straßenbahnbetrieb mit Stangenstromabnehmern in Westeuropa, die Straßenbahn in Saint-Etienne, stellte ihre Fahrzeuge vor wenigen Jahren auf Einholmstromabnehmer um. Hingegen werden Stangenstromabnehmer bei Oberleitungsbussen mangels Alternative auch weiterhin verwendet.

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Der Bügel- oder Lyrastromabnehmer wurde von dem deutschen Ingenieur Walter Reichel erfunden und seit 1887 auf der Lichterfelder Straßenbahn (bei Berlin) erprobt. Er besteht aus einem auf dem Fahrzeugdach montierten Metallbügel, der durch Federn gegen die Fahrleitung gedrückt wird. Die Form des Metallbügels erinnert an eine Lyra. Im oberen Bereich des Metallbügels ist ein ein bis zwei Meter breites Schleifstück quer zur Fahrtrichtung montiert, das den Kontakt mit dem Fahrdraht herstellt. Das Schleifstück besteht aus gepresstem, verleimtem Kohlenstoff. Bei Verwendung von Bügelstromabnehmern vereinfacht sich die Ausführung der Oberleitung gegenüber dem Rollenstromabnehmer, da auf Oberleitungsweichen verzichtet werden kann und Knicke im Fahrdrahtverlauf toleriert werden. Ähnlich wie bei Rollenstromabnehmern müssen bei Fahrtrichtungswechsel Lyrastromabnehmer umklappt werden.
Lyrastromabnehmer fanden zwischen ca. 1890 und 1910 im Eisenbahn- und Straßenbahnbereich Verbreitung und wurden anschließend von den Scherenstromabnehmern weitgehend verdrängt. Ihre Leistungsfähigkeit konnten sie bei den Schnellfahrversuchen 1903 auf der Königlich Preußische Militäreisenbahn bei Berlin unter Beweis stellen, bei denen sie bei Fahrgeschwindigkeiten von bis zu 210 km/h eingesetzt wurden.

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Scherenstromabnehmer oder Pantografen stellen eine Weiterentwicklung der Lyrastromabnehmer dar. Sie kombinieren das Prinzip der quer zur Fahrtrichtung montierten Schleifleiste mit einer Scherenmechanik, die das Schleifstück federnd gegen die Fahrleitung drückt. Die Scherenmechanik ähnelt der eines Pantografen, weshalb Scherenstromabnehmer auch als Pantografen bezeichnet werden. Während bei älteren Bauformen meist nur ein Schleifstück pro Scherenstromabnehmer vorhanden war, werden bei moderneren Bauformen (ab ca. 1960) zwei Schleifstücke auf einer sogenannten Stromabnehmerwippe montiert, wodurch ein kontinuierlicherer Kontakt zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer erzielt wird. Zur Gewichtsreduzierung wurden die Scherenstromabnehmer durch Vereinfachung der Scherenmechanik zu Halbscheren- und Einholmstromabnehmern weiterentwickelt. Der Einholmstromabnehmer verbessert durch seine geringere Masse den Kontakt zur Oberleitung. Die Anpressvorspannung kann reduziert werden was letztendlich den Fahrdraht schont.
Scherenstromabnehmer wurden erstmalig 1895 bei der Baltimore & Ohio Railroad eingesetzt und fanden später bei nahezu allen elektrischen Eisenbahnen Verwendung. Heute gelten Einholmstromabnehmer als Stand der Technik. Sie werden sowohl bei Straßenbahnen als auch Eisenbahnen eingesetzt. Anders als bei Lyra- und Rollenstromabnehmern müssen Scherenstromabnehmer bei Fahrtrichtungswechsel nicht umgeklappt zu werden.

Stromabnehmer werden mittels Isolatoren auf den Fahrzeugdächern montiert. Bei Betriebsruhe können sie heruntergeklappt werden.

Funktionsweise und Überwachung

Während der Fahrt steht das Schleifstück in ständiger schleifender Berührung mit dem Fahrdraht, abgesehen von gelegentlichen kurzzeitigen Unterbrechungen durch Unebenheiten oder Fahrzeug-Stöße. Der Strom aus dem Fahrdraht fließt durch das Kohle-Schleifstück und die gegen das Dach isolierte metallene Stromabnehmer-Konstruktion bis zu einem Kabel, das den Strom zum außenliegenden Hauptschalter oder ins Fahrzeuginnere weiterleitet.

Sowohl das Schleifstück als auch der Fahrdraht unterliegen einem Verschleiß durch die Reibung. Fahrdraht und Schleifstück müssen daher bei entsprechendem Zustand regelmäßig erneuert werden. Konstruktion und Materialwahl sind jedoch so ausgelegt, daß der Verschleiß auf Seiten des Abnehmers höher ist und der Fahrdraht geschont wird, da dieser sich nur mit erheblichem Aufwand wechseln läßt. Um den Verschleiß der Reibfläche des Abnehmers gleichmäßig zu gestalten und ein Einschneiden des Fahrdrahtes zu verhindern, ist die Oberleitung nicht gerade, sondern zick-zack gespannt.

Kommt es während der Fahrt zu einem Schleifleistenbruch, so kann die Oberleitung erheblich beschädigt werden, da der Fahrdraht nicht mehr dem Zick-Zack seiner Aufhängung folgen kann. Moderne Lokomotiven wie bspw. die Baureihe 101 der DB haben daher eine Schleifleistenüberwachung. Hierbei wird der Zustand der Schleifkohle durch einen Kontrollsensor überwacht. Dieser ist ein Messingröhrchen, das längs in der Kohle eingelassen ist und vom Triebfahrzeug aus mit Druckluft beaufschlagt wird. Zerreißt das Röhrchen, wird der Druckabfall festgestellt und der Stromabnehmer automatisch gesenkt.

Die meisten Vollbahnlokomotiven verfügen über zwei Stromabnehmer. Üblicherweise wird davon nur der in Fahrtrichtung hintenliegende verwendet. Das hat seinen Grund darin, dass der hintere Stromabnehmer bei Beschädigung des vorderen Abnehmers von umherfliegenden Teilen getroffen werden könnte. Die Lok hätte dann keinen Reservestromabnehmer. Von dieser Regel wird allerdings wegen möglicher Abrissfunken abgewichen, wenn direkt hinter der Lok feuergefährliche Güter oder PKWs befördert werden bzw. ein Steuerwagen eingestellt ist. Bei Doppeltraktion werden die beiden entfernten Stromabnehmer verwendet, um Fahrdrahtschwingungen zu reduzieren, die den Kontakt beeinträchtigen. Bei vereisten Fahrdrähten werden oftmals alle Stromabnehmer gehoben. Ebenso werden die Fahrzeuge im Winter in der Regel mit zwei gehobenen Stromabnehmern aufgerüstet abgestellt, da so die Gefahr des ungewollten Senkens des Stromabnehmers durch Eisbildung geringer ist.

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