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Stromschiene

Dieser Artikel behandelt Stromschienen als Stromzuführung zu beweglichen Maschinen. Der Begriff wird auch für nicht biegsame elektrische Leitungen benutzt.

Aluminium-Stromschiene der Wiener U-Bahn mit Kunststoff-Abdeckung

Eine Stromschiene der Amsterdamer Metro

Stromschienen der Hamburger S-Bahn

Eine Stromschiene ist eine Zuleitung für den elektrischen Strom für elektrisch getriebene Schienenfahrzeuge und andere bewegliche Stromverbraucher, wie z.B. Krananlagen.

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 Anwendung von Stromschienen ist nicht nur auf die Eisenbahn beschränkt. So werden auch Brückenkräne und deren Laufkatzen mit Stromschienen versorgt, und teils Labor- und Werkstattsysteme mit semimobilen Stromverbrauchern für Wechselstrom oder Drehstrom.

Für die Zwecke der Fördertechnik sind Stromschienen oft mehradrig als Kastenschleifleitungen in Kunststoff-Trägersystemen mit Kupferleitern ausgeführt, oder als parallelverlegte Mehrader-Systeme mit Einzelschienen in Kunststoff- Kupfer- Kombination.

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 1500 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, Wien und S-Bahn Berlin) oder von der Seite (S-Bahn Hamburg) bestrichen werden. Zumindest in Deutschland sind Stromschienen mit einer isolierenden Schutzabdeckung versehen.

Stromschienen in der Fördertechnik sind von vornherein so ausgeführt, dass der Finger eines normalen Erwachsenen nicht hineingreifen kann; in den Schlitz der Stromschiene greift eine längliche, flache Schleifkohle ein.

Deckenstromschienen

Deckenstromschiene mit Stromabnehmer in Berlin Hbf

Gelegentlich können Stromschienen auch ein Teilstück einer Oberleitung darstellen; für Straßenbahnen mit Dachstromabnehmer wird in Tunnelstrecken in jüngerer Zeit oftmals kein Fahrdraht, sondern eine Deckenstromschiene vorgesehen. Konstruktiv wird meist ein normaler Kerbfahrdraht in ein Aluminium-Trägerprofil eingeklemmt. Eine solche Stromschienenkonstruktion benutzt auch die Schwebebahn in Wuppertal.

Deckenstromschienen werden, wegen der kleinen benötigten Einbauhöhe, auch bei Umbauten in älteren Tunneln mit geringerem Lichtraumprofil eingesetzt. Ein anderes Anwendungsgebiet ist der Einsatz in Betriebswerken und Verladegleisen. Für diesen Einsatzzweck kann die Stromschiene geschwenkt oder gehoben werden, was die Anwendung von Hebebock- und Krananlagen ermöglicht bzw. vereinfacht.

Die Anwendung der Deckenstromschiene ist auch aufgrund der hohen Verfügbarkeit und der daraus resultierenden Betriebssicherheit sinnvoll. Des Weiteren können in langen Tunneln parallel zur Oberleitung verlegte Kabel entfallen oder minimiert werden, da die Stromschiene normalerweise einen Querschnitt von 1300 mm² Kupferäquivalent verfügt, der somit rund sechsmal größer ist als bei einer Kettenoberleitung.

Bereits in den späten 1980er Jahren war auf einer Länge einem Kilometer im Simplontunnel eine Deckenstromschiene für eine Fahrgeschwindigkeit 160 km/h getestet worden. Damit sollte eine aufwändige Tieferlegung der Gleisanlage vermieden werden, um das für die Rollende Landstraße notwendige, besonders große Lichtraumprofil herzustellen. Vor diesem Versuch war mit Deckenstromschienen in der Schweiz bis 110 km/h, international bis 80 km/h gefahren worden.^[1]

Verbreitung

In Deutschland werden Stromschienen in den meisten U-Bahnnetzen (Berlin, Hamburg, München, Nürnberg) sowie bei den S-Bahn-Systemen von Berlin (750 V) und Hamburg (1.200 V) verwendet. Auch die Wuppertaler Schwebebahn wird über eine Stromschiene versorgt. Im Nord-Süd-Fernbahn-Tunnel in Berlin sowie im Endbahnhof der Flughafen-S-Bahn Dresden befinden sich statt der klassischen Fahrleitung 15.000 Volt-Stromschienen in den Vollprofil-Tunnelstrecken.

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 (und 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 250 km/h. Die schweizerische Firma Furrer+Frey AG in Bern besitzt eine entsprechende Zulassung des Eisenbahn Cert EBC.

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 kuppelbaren Lokomotiven und Wagen wäre technisch möglich, jedoch vergleichsweise 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 (statt Isolatoren- oder Kunststoffzwischenlagen) oft 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 mindestens 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 S-Bahn Hamburg zwischen 1940 und 1955 der Fall. Ein heutiges Beispiel ist der Bahnhof Birkenwerder (b. Berlin), der auf beiden Gleisseiten Stromschiene und Oberleitung hat. 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 diesem 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 Südwesten des Landes weiterhin mit Stromschienen betrieben wird.

Stromschienen bei Modelleisenbahnen

Die Modellbahnindustrie fertigt wegen des hohen Montageaufwandes keine vorbildgerecht funktionierenden Stromschienen. Die entsprechenden Fahrzeugmodelle werden wie die übrigen Fahrzeuge auch über die Fahrschienen mit Strom versorgt.

Eine vorbildwidrig in Gleismitte verlegte dritte Schiene zur Stromversorgung war dagegen in der Frühzeit der elektrischen Modelleisenbahn verbreitet. Das Trix-Express-System verwendete diese für Neuprodukte bis zur Einstellung des Dreileiter-Systems (1997 nach der Übernahme durch Märklin), während Märklin selbst die frühere dritte "Schiene" 1953 bereits durch die sogenannten Punktkontakte, in die Schwellen integrierte Metallstifte, ersetzt hatte. Dieses System wird bis heute unverändert angewendet.

Einzelnachweise

1. ↑ Meldung Erfolgreiche Stromschienenversuche im Simplontunnel. In: Die Bundesbahn 3/1989, S. 268