Elektrische Eisenbahnen

[207] Elektrische Eisenbahnen (electric railways; chemins de fer électriques; ferrovie elettriche).

Inhaltsübersicht: I. Allgemeine Entwicklung und Zukunft des elektrischen Bahnbetriebes. – II. Nutzbarmachung der Wasserkräfte für die Anlage der Stromquellen. – III. Einrichtung der Stromquellen und Stromverteilung. – IV. Stromzuführung auf der Bahnstrecke. – V. Mechanische Einrichtung der Fahrbetriebsmittel (Motorwagen und Lokomotiven.) – VI. Elektrotechnische Einrichtung der Fahrbetriebsmittel nach Stromsystemen (Gleichstrom, einphasiger Wechselstrom, Drehstrom). – VII. Automobile Triebwagen. – VIII. Betriebführung – IX. Elektrotechnische Einrichtung von Spezialbahnen (Zahnbahnen, Seilbahnen, Gruben- und Industriebahnen).

I. Allgemeine Entwicklung und Zukunft des elektrischen Bahnbetriebes.

Die E. sind auf deutschem Boden entstanden. Wohl wurde auch anderwärts die Herstellung elektrisch betriebener Verkehrsmittel angestrebt, so im Jahre 1834 von Jacobi in Petersburg der Betrieb eines Bootes mittels elektrischer Batterien, ferner 1835–1837 von Th. Davenport in Amerika durch Bemühungen zur Schaffung einer elektrischen Lokomotive, welches Ziel nach der im Jahre 1841 durch den Deutschen Bund erfolgten Preisausschreibung auch von dem Engländer Th. Hall u.a. verfolgt wurde, – aber alle diese Bemühungen scheiterten.

Ein Erfolg war damals auch tatsächlich ausgeschlossen, denn es fehlte vor allem an der Möglichkeit, elektrische Arbeit in größerer Menge vorteilhaft zu gewinnen, da die[207] damals allein angewendeten galvanischen Elemente hierzu nicht geeignet waren.

Erst als durch Werner Siemens im Jahre 1867 die dynamo-elektrische Maschine geschaffen wurde, durch die zuerst die Möglichkeit gegeben war, elektrische Arbeit in unbegrenzter Menge zu fördern, konnte daran gedacht werden, die gestellte Aufgabe zu lösen. Tatsächlich hat Werner Siemens, wie er selbst berichtet, schon damals die Schaffung von E. ins Auge gefaßt, u. zw. in erster Linie die Errichtung eines Netzes elektrischer Hochbahnen durch die Straßen Berlins.

Die Dynamomaschine war aber noch nicht fähig, so große Aufgaben zu erfüllen, und es bedurfte einer Entwicklungszeit von 12 Jahren, bis im Jahre 1879 gelegentlich der Berliner Gewerbeausstellung an den Bau einer E. geschritten werden konnte.

Wenn auch die bei dieser Bahn benützte, für die spätere Verwendung in dem Stollen eines Kohlenbergwerkes bestimmt gewesene Lokomotive nur langsam verkehrte und den Bedürfnissen der Personenbeförderung nur wenig entsprach, so machte diese kleine Ausstellungsbahn doch gewaltiges Aufsehen und bestärkte insbesondere Werner Siemens in dem Gedanken, zur Bewältigung des stetig anwachsenden Verkehres in den Straßen Berlins ein Netz elektrischer Hochbahnen in den belebtesten Straßen zu schaffen.

Um die vielfachen, diesem Plane entgegengehaltenen Bedenken zu entkräften, entschloß sich die Firma Siemens & Halske, auf eigene Kosten eine Probebahn herzustellen, und führte die erste, dem Personenverkehre regelmäßig dienende E. vom Bahnhofe Lichterfelde der Anhaltischen Bahn nach der Hauptkadettenanstalt in Groß-Lichterfelde aus. Diese Bahn wurde am 16. Mai 1881 dem Betriebe übergeben und hat zu allgemeiner Zufriedenheit ihren Dienst getan. Zum ersten Male wurde hier ein Motorwagen angewendet, der zufolge elektrischer Umsteuerung nach beiden Richtungen betrieben, und dessen Geschwindigkeit durch Vorschalten von Widerständen geregelt werden konnte.

Die kleine Ausstellungsbahn vom Jahre 1879 und die im Jahre 1881 erbaute Lichterfelder Bahn haben die Aufmerksamkeit der ganzen technischen Welt auf den elektrischen Bahnbetrieb gelenkt und insbesondere die Ausführbarkeit und verblüffende Einfachheit der elektrischen Betriebsweise dargetan. Auch führten diese Ausführungen zur Erkenntnis, in welchen Fällen vorwiegend der elektrische Betrieb am Platze sei. Diesbezüglich hat Werner Siemens schon im Jahre 1880 in einem Vortrage: »Über die dynamo-elektrische Maschine und deren Verwendung zum Betriebe von E.« seine Meinung dahin ausgesprochen, daß der elektrische Betrieb von Bahnen vorwiegend in folgenden drei Fällen Vorteile biete:

1. Zur Überwindung großer Steigungen, da es möglich erscheint, die Zugkraft auf beliebig viele Achsen zu verteilen und dadurch die Adhäsion beliebig zu erhöhen;

2. für den Betrieb von Bahnen im Tunnel und in Bergwerken;

3. für den Betrieb von Hochbahnen. Auch hat Werner Siemens schon damals hervorgehoben, daß der Elektromotor auch geeignet sei, als Generator geschaltet, Arbeit zu vernichten und daher zur Bremsung zu dienen.

Obwohl nach diesen Ausführungen schon im Jahre 1881 die elektrische Straßenbahn in allen ihren wesentlichen Teilen, wenn auch ohne vollkommene Durchbildung, vorhanden war, so verstrichen doch weitere 9 Jahre, bis die Entwicklung der E. in Europa begann.

Die Schwierigkeiten der Konzessionserteilung wurden durch die Anforderungen erhöht, die in Europa an öffentliche Bauten gestellt wurden, und denen die schwerfälligen bis dahin geschaffenen Lösungen der oberirdischen Stromzuführung nicht entsprechen konnten. Diesen Umständen ist es zuzuschreiben, daß die Bestrebungen sich nunmehr vorwiegend nach Schaffung anderer Arten der Stromzuführung richteten, daß ein mehrjähriger Stillstand in der Entwicklung der E. in Europa eintrat und die weitere Entwicklung von Amerika besorgt wurde.

In Amerika wurde zum erstenmal im Jahre 1883 gelegentlich der Ausstellung in Chicago eine kleine E., ganz ähnlich jener der Berliner Gewerbeausstellung vorgeführt.

Dieser Ausstellungsbahn folgten aber bald in großer Zahl wirkliche Betriebsbahnen. Die Amerikaner erkannten mit ihrem praktischen Sinne sofort die großen Vorteile der elektrischen Betriebsweise. Die große Ausdehnung der Stadt- und Industriegebiete, der schlechte Zustand der Straßen, der große Wert, den die Zeitersparnis für den Amerikaner bedeutet, das bedeutende Verkehrsbedürfnis, die leichte Möglichkeit, Konzessionen zu erhalten, bzw. vorhandene Konzessionen abzuändern und die geringe behördliche Beschränkung in der Ausführungsweise sowie viele andere Umstände begünstigten die Ausbreitung der E. in Amerika, während in Europa ihre Entwicklung anfangs nicht erreicht werden konnte.

Die rasche Entwicklung der E. in Amerika gegenüber jener in Europa ist aus nebenstehender[208] Schaulinie (Abb. 139) zu ersehen. Diese zeigt, daß die Vereinigten Staaten von Nordamerika schon im Jahre 1890 ein Netz E. von zusammen 2060 km besaßen und von da an Jahr für Jahr ungefähr 2500 km Bahnen ausführten.

Die Entwicklung der E. in Amerika vollzog sich nicht in gleichmäßig ansteigender Weise, sondern weist vom Jahre 1890 an ein plötzliches Ansteigen um ungefähr 2500 km jährlich auf.

Diese plötzliche Entwicklung der E. seit 1890 ist darauf zurückzuführen, daß in Amerika schon damals die Vorteile erkannt wurden, die der elektrische Betrieb bei Straßenbahnen sowohl gegenüber dem Pferdebetrieb als auch gegenüber dem Dampfbetrieb und besonders gegenüber den Kabelbahnen bietet. Demzufolge wurden nicht allein alle neuen Straßenbahnen für elektrischen Betrieb gebaut, sondern auch viele vorhandene Straßenbahnen vom Pferde-, Kabel- oder Dampfbetrieb auf elektrischen Betrieb umgewandelt.

In Europa konnten sich dagegen die Vorteile der E. nur allmählich Geltung verschaffen, und es mußten manche hartnäckige Widerstände in mühsamem Kampfe besiegt werden.

Es ist nicht ohne Wichtigkeit, zu ermitteln, inwieferne der elektrische Betrieb anderen Betriebsweisen überlegen ist, und jene Ursachen besonders hervorzuheben, die den auch in Europa, freilich erst nach 1893, beobachteten unerwartet raschen Aufschwung der E. trotz aller Hindernisse herbeigeführt haben.

Schon bei den ersten E. wurde erkannt, daß der Wegfall der Pferde in vieler Hinsicht vorteilhaft ist, insbesondere, daß eine geringere Inanspruchnahme, eine leichtere Reinhaltung und Instandhaltung der Straßen und die Vermeidung aller sanitären Übelstände sehr erhebliche Vorteile bedeuten. Auch wurde schon im Jahre 1884 durch die Bahn auf den Spandauer Bock der Nachweis erbracht, daß man bei elektrischem Betriebe sehr bedeutende Steigungen überwinden könne. Trotzdem alle diese Vorteile schon im Jahre 1884 bekannt waren, beginnt der Aufschwung der E. in Europa erst im Jahre 1893, bis einerseits die technische Durchbildung aller Bestandteile zu einem gewissen Abschluß gediehen und anderseits erkannt war, daß eine erhebliche Steigerung der Geschwindigkeit des Straßenverkehres durchführbar und damit eine bedeutende Verringerung der Betriebskosten und Erhöhung der Einnahmen erzielbar sei, somit daß die elektrische Betriebsweise, besonders in der Personenbeförderung durch keine andere Betriebsweise übertroffen wird.

Die Möglichkeit einer häufigen Wagen- oder Zugfolge, die erreichbare hohe Gesamtgeschwindigkeit, die Möglichkeit der Überwindung großer Steigungen, die Vermeidung aller das Wohlbehagen schädigenden Übelstände, wie Rauch, Dampf u. dgl., der geräuschlose, gleichmäßige Gang, die leicht erzielbare gute Beleuchtung und Beheizung sind gegenüber anderen Betriebsweisen so außerordentliche Vorzüge, daß die vielfache Anwendung des elektrischen Betriebes auch dann gesichert wäre, wenn selbst eine Verbilligung des Betriebes nicht erreichbar sein würde. Umsomehr mußte aber die Entwicklung der E. um sich greifen, als anerkannt wurde, daß diese auch sehr erhebliche wirtschaftliche Vorteile bieten, besonders dort, wo das Verkehrsbedürfnis noch steigerungsfähig ist und zufolge der Vorteile der elektrischen Betriebsweise eine Steigerung der Benutzung und eine Erhöhung der Einnahmen erzielbar ist.

In dem Maße, als die Erkenntnis dieser Verhältnisse verallgemeinert wurde, in demselben Maße gewann der elektrische Betrieb Anhänger und Ausdehnung. Es vollzog sich eine vollständige Umwälzung des gesamten Verkehrswesens, indem vorhandene Bahnen auf elektrischen Betrieb umgewandelt, entsprechend der größeren Ausdehnungsfähigkeit[209] erweitert und neue Straßenbahnen geschaffen wurden, vielfach unter Verhältnissen, unter denen andere Verkehrsmittel gar nicht denkbar gewesen wären.

Die Allgemeine Elektrizitätsgesellschaft in Berlin war die erste, die im Jahre 1891 ein amerikanisches System (jenes von Sprague), nach Europa verpflanzte und nach demselben die E. in Halle ausrüstete, durch die auch in Deutschland der Beweis erbracht wurde, daß der elektrische Betrieb mit oberirdischer Stromzuführung ohne allzu starke Beeinträchtigung des Straßenbildes ausführbar sei und gegenüber allen anderen Arten des Straßenbahnbetriebes erhebliche Vorteile biete.

Ein Jahr später (im Jahre 1892) wurde durch die eben gegründete Union-Elektrizitätsgesellschaft unter Benützung der Thomson-Houston-Patente die elektrische Straßenbahn in Bremen ausgeführt.

Mit diesen Ausführungen beginnt auch in Europa und inbesondere in Deutschland die bewunderungswürdig rasche Entwicklung der E.

Während so die E. mit oberirdischer Stromzuführung auf dem Wege über Amerika nach Europa zurückkehrten, haben Siemens & Halske sich bemüht, durch Schaffung einer unterirdischen Stromzuführung den hohen heimischen Anforderungen gerecht zu werden, und es ist ihnen gelungen, nach einer im Jahre 1887 vorgeführten Probebahn im Jahre 1889 die erste elektrische Stadtstraßenbahn mit unterirdischer Stromzuführung in Budapest mit gutem Erfolge zu schaffen und in Betrieb zu bringen. Auch gelang es dieser Firma, an Stelle der amerikanischen Kontaktrolle mit Hilfe des Kontaktbügels die oberirdische Stromzuführung in einer eigentümlichen und mehrfache Vorteile bietenden Weise zu lösen und im Jahre 1893 in den deutschen Städten Hannover und Dresden elektrische Straßenbahnen unter Anwendung des Bügels zu errichten.

Mit dem Bau elektrischer Straßenbahnen vollzog sich auch in Europa eine allmähliche Durchbildung und Vervollkommnung aller Bestandteile derselben.

Wenn auch die Anordnung der heutigen Motorwagen im wesentlichen mit jener des ersten Motorwagens übereinstimmt, so hat sich doch eine vollständige Umgestaltung aller Teile vollziehen müssen, um die heute mit Recht anerkannte Leistungsfähigkeit und Betriebstüchtigkeit zu erzielen.

Der Motorwagen mußte entsprechend der starken Beanspruchung kräftiger gebaut werden, ferner mußte die Trennung aller ungefederten von den gefederten Teilen erfolgen, indem erstere in dem sog. Untergestell vereinigt wurden. Die anfangs angewendeten kleinen zweiachsigen Wagen mußten durch größere Wagen (den Drehgestellwagen und Lenkachsenwagen) überboten werden. An Stelle der teueren und zufolge des schwachen Magnetfeldes wenig leistungsfähigen 2poligen, offen gebauten Motoren mit schmiedeisernem Magnetgestell und glatten Ankern traten entsprechend der fortschreitenden Entwicklung der Dynamomaschinen mehrpolige geschlossene Motoren mit Stahlgußgehäuse, Nutenankern und endlich auch solche mit Wendepolen. Die anfangs lang und dünn gewählten Ankerachsen wurden durch kurze und äußerst kräftige Achsen ersetzt, deren Lagerung entsprechend durchgebildet wurde. An Stelle der Kupferbürsten traten die Kohlenbürsten, die eine sehr geringe Bedienung benötigen, das Auftreten des Bürstenfeuers bekämpfen und die Anwendung der Glimmerisolation bei den Kommutatoren gestatten. An Stelle der ursprünglich angewendeten Seil- und Kettenübertragung von der Motorachse auf die beiden Radachsen trat die Zahnradübertragung und hiermit im Zusammenhange die Anwendung je eines Motors für jede Triebachse und die bekannte, allgemein angewendete Aufhängung des Motors auf der Triebachse.

Zur Vermeidung der hiermit verbundenen starken Beanspruchung der Triebachsen und des Oberbaues mußten besondere Aufhängungsweisen des Motors erdacht werden, durch die die Triebachse entlastet wurde.

Die Zahnradübertragung, scheinbar ein sehr einfaches Zwischenglied, hat lange Zeit große Schwierigkeiten bereitet; erst durch Anwendung richtiger Zahnverhältnisse und Zahnmaterialien gelang es, brauchbare Übertragungen zu erhalten.

Die der Ein-, Aus- und Umschaltung der Motoren sowie der Widerstandsvorschaltung behufs Veränderung der Geschwindigkeit dienenden Schalter oder Regler, von den Amerikanern »Controller« genannt, haben lange Zeit Wandlungen durchmachen müssen, bis endlich die von den Amerikanern ausgegangene, insbesondere von Sprague vervollkommnete Ausbildung mit stehender Steuerwalze und magnetischer Funkenlöschung allgemeine Anwendung gefunden hat.

Die Ausbildung der Vorschaltwiderstände, die Wahl und vorteilhafteste Anbringung der Verbindungsleitungen sowie aller nebensächlichen Zubehörteile, wie Sicherungen, Ausschalter u.s.w., konnten nur auf Grund langjähriger Erfahrungen und nach fortgesetzten[210] Verbesserungen die heute erreichte Vollkommenheit gewinnen.

Die durch den elektrischen Betrieb erreichbare erhöhte Geschwindigkeit erschien nur zulässig, soferne der dadurch in erhöhtem Maße gesteigerten Gefahr für Fahrgäste und Fußgänger durch besonders wirksame Bremsen begegnet wurde. Dieser Forderung verdanken zahlreiche Bremssysteme ihre Entstehung und Durchbildung.

Sowohl die Stromzuführung durch die Rolle als auch jene durch Bügel wurde fortgesetzt vereinfacht und verbessert, und unter Mitwirkung der Stahlrohrtechnik gelang es, beide Stromzuführungsweisen derart durchzubilden, daß sie heute allen Anforderungen entsprechen.

Aber nicht allein der Motorwagen bedurfte der Durchbildung, sondern es mußten auch in den Kraftwerken sowie in den Stromzu- und -rückleitungen und allen Zubehörteilen fortgesetzt neue Anforderungen befriedigt werden.

An Stelle der kleinen Maschinenstationen der ersten E. mit schnellgehenden Dampfmaschinen und mit Riemenübertragung auf die Dynamomaschinen traten gewaltige Maschinenanlagen mit Dampfdynamomaschinen von Tausenden von Pferdekräften und neuerdings jene mit Dampfturbinen und Hochleistungskesseln.

Statt des in seiner Ausdehnung beschränkten unmittelbaren Betriebes mit Gleichstrom, welch letzterer mittels Dampfturbinen nur bei beschränkter Leistung erzeugt werden kann, erwies sich für weitverzweigte Bahnnetze das Drehstromgleichstromsystem als besonders vorteilhaft, bei dem der vom Kraftwerke erzeugte hochgespannte Drehstrom in mehreren Unterstationen in Gleichstrom umgeformt wird.

Nach Vervollkommnung der verschiedenen Wärmekraftmaschinen ist es auch gelungen, den schon im Jahre 1894 von Heilmann in Frankreich verfolgten Gedanken, die ganze elektrische Kraftanlage auf der Lokomotive unterzubringen und von dieser die Elektromotoren des Zuges mit Strom zu versorgen, für gewisse Verkehrsbedürfnisse mit wirtschaftlichem Erfolge durchzuführen und dadurch die Vorteile des elektrischen Betriebes für jeden Schienenweg unabhängig von einem sonstigen Kraftwerke, somit ohne Stromleitungsanlage auszunutzen.

Dieser Gedanke findet hauptsächlich in den benzinelektrischen Motorwagen seinen Ausdruck.

Das gleiche Ziel wird auch mit Benutzung elektrischer Akkumulatoren angestrebt, die, von dem Zuge mitgenommen, während der Fahrt die Motoren mit Strom versorgen und unter Umständen einen vorteilhaften elektrischen Betrieb ermöglichen.

Eine wertvolle Neuerung war es, als die Firma Brown, Boveri & Co. im Jahre 1895 eine Straßenbahn mit Anwendung des Drehstromsystemes in Lugano in Betrieb setzte, die den Beweis lieferte, daß dieses für die Arbeitsübertragung auf weite Entfernungen so vorzüglich geeignete System auch zum Betriebe von Straßenbahnen mit Vorteil herangezogen werden kann.

Die bei elektrischen Straßenbahnen gewonnenen Erfahrungen ließen bald erkennen, daß der elektrische Betrieb für Bergbahnen ganz besonders geeignet sei, indem das geringe Gewicht der motorischen Einrichtungen, der Umstand, daß keinerlei Verbrauchsmaterialien mitgeschleppt werden müssen, und endlich die Möglichkeit, die Arbeit des herabfahrenden Zuges zum Teil zurückzugewinnen, bei Bergbahnen noch viel vorteilhafter zur Geltung kommen mußten als bei gewöhnlichen Straßenbahnen.

Die erste Zahnradbergbahn mit Rückgewinnung von Strom dürfte jene von Barmen zum Tölleturm sein, die von Siemens & Halske ausgeführt und 1894 in Betrieb gesetzt wurde.

Der Barmer Bergbahn folgte bald eine große Zahl anderer Bergbahnen, die zum Teil mit Gleichstrom, zum Teil mit Drehstrom betrieben werden und an deren Ausbildung alle hervorragenden elektrotechnischen Firmen, so besonders auch die Schweizer Firmen Oerlikon und Brown-Boveri & Co. sowie die bekannten deutschen Firmen Allgemeine Elektrizitätsgesellschaft und Union-El.-Ges. Anteil nahmen.

In ausgedehntem Maße hat der elektrische Betrieb bei den Hochbahnen Anwendung gefunden. Wie bereits erwähnt, hat Werner Siemens schon im Jahre 1867 an elektrische Hochbahnen gedacht und bereits im Jahre 1880 eine Konzession für eine elektrische Hochbahn in Berlin nachgesucht. Es war jedoch diesem großen Manne nicht gegönnt, die Durchführung seines Lieblingsplanes selbst zu erleben, denn erst nach seinem Tode konnte an die Ausführung dieses Werkes geschritten werden. Zufolge der großen Schwierigkeiten, die bei Errichtung dieser Bahn überwunden werden mußten, ist diese dem Projekte nach älteste elektrische Hochbahn erst zehn Jahre nach der ersten amerikanischen Hochbahn, der im Jahre 1892 eröffneten Chicago South Side El. Ry dem Betriebe übergeben worden.[211]

Die große Überlegenheit des elektrischen Betriebes gegenüber anderen Betriebsweisen trat bei diesen Hochbahnen ganz besonders zutage, indem die verhältnismäßig geringe Last und deren Verteilung auf viele Achsen eine bedeutend leichtere Bauweise der Hochbahnen ermöglicht als bei Dampfbetrieb; auch entfallen die schwingenden Teile der Dampflokomotiven, und es ergibt sich ein ruhiger, gleichmäßiger Gang ohne allzu störendes Geräusch und eine bedeutend geringere Inanspruchnahme des Oberbaues. Zufolge der erreichbaren hohen Anfahrbeschleunigung läßt sich trotz vieler Haltestellen eine viel höhere mittlere Geschwindigkeit erzielen als bei Dampfbetrieb.

Ebenso wie bei den Hochbahnen bietet auch bei den Untergrundbahnen der elektrische Betrieb besondere Vorteile. Vor allem bedeutet der Wegfall jeder Rauchentwicklung und die Möglichkeit, das Tunnelprofil auf den von den Wagen in Anspruch genommenen Raum zu beschränken, solche Vorteile, daß die seit dem Jahre 1890 gebauten Tunnelstadtbahnen mit geringen Ausnahmen für elektrischen Betrieb ausgeführt wurden.

Die ersten elektrisch betriebenen Untergrundbahnen waren die Tunnelbahnen in London, von denen zuerst die City and South London Railway schon im Jahre 1890 in Betrieb gesetzt wurde.

Während der Motorwagen in wenig Jahren seinen Siegeszug durch die ganze Welt vollführte, fand die elektrische Lokomotive anfangs nur wenig Anwendung.

Wie bereits erwähnt, ging die Lokomotive dem Motorwagen voraus. Die großen Vorzüge des Motorwagenbetriebes ließen die elektrische Lokomotive aber nur dort zur Anwendung kommen, wo der Motorwagen nicht am Platze war, die elektrische Betriebsweise aber besondere Vorteile bot. Es war dies anfänglich besonders im Bergwerksbetriebe, für den schon die kleine Lokomotive der Berliner Gewerbeausstellung bestimmt war und seit 1882 zahlreiche weitere Lokomotiven gebaut wurden, denen sodann andere elektrische Lokomotiven für Lastenförderung, besonders für Industriebahnen, nachfolgten.

Bei Ausrüstung der Hoch- und Untergrundstadtbahnen mit elektrischem Betrieb fand die elektrische Lokomotive auch für Personenbeförderung ausgedehnte Anwendung, und schon die erste Londoner Tunnelbahn, die 1890 eröffnete City and South London Ry, weist Lokomotivbetrieb auf.

Während bei all diesen Betrieben nur verhältnismäßig kleine Lokomotiven Anwendung fanden, wurden in den Jahren 1894 bis 1897 bei der Baltimore- und Ohio-Bahn mehrere von der General-Electric Co. gebaute elektrische Lokomotiven mit einer dem Vollbahnbetriebe entsprechenden Leistung in Betrieb gesetzt, um Personen- und Frachtzüge durch den 2¹/₄ km langen unter Baltimore gelegenen Tunnel zu befördern.

Damit ist die elektrische Lokomotive zum ersten Male als Ersatz der Dampflokomotive im Vollbahnbetrieb verwendet worden, und es währte nicht lange, daß diesem ersten Versuche weitere elektrische Vollbahnbetriebe nachfolgten.

Um die im Vollbahnbetriebe zu überwindenden großen Entfernungen beherrschen zu können, wurde in Europa der Gleichstrombetrieb verlassen und von verschiedener Seite in erster Linie das Drehstromsystem für Vollbahnbetrieb ausgebildet.

Die Firma Brown-Boveri & Co. rüstete 1899 die 40 km lange Linie Burgdorf-Thun unter Anwendung des Drehstromsystems mit elektrischem Betriebe aus, konnte aber wegen behördlicher Vorschriften die ursprünglich gehegte Absicht, den Lokomotiven und Motorwagen hochgespannten Primärstrom zuzuführen, nicht ausführen, sondern mußte diese Betriebsmittel für eine auf 750 Volt herabtransformierte Fahrdrahtspannung bauen.

Die Anwendung hochgespannter Fahrdrahtspannung (Drehstrom von 10.000 Volt) wurde zuerst von Siemens & Halske im Jahre 1899 bei einer Probestrecke in Lichterfelde mit Erfolg vorgeführt.

Für die Zwecke des Vollbahnbetriebs wurde das Drehstromsystem zuerst von der Firma Ganz & Co. in Budapest bei der im Jahre 1899 übernommenen Ausrüstung der für die weitere Entwicklung des elektrischen Vollbahnbetriebes in Italien vorbildlich gewordenen Valtellinabahn angewendet.

Auch die im November 1901 durch eine Studiengesellschaft unter Mitwirkung der Siemens & Halske-A. G. und der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft in Berlin durchgeführten Schnellbahnversuche auf der Strecke Marienfelde-Zossen, bei denen Fahrgeschwindigkeiten von mehr als 200 km in der Stunde erreicht wurden, erfolgten unter Anwendung hochgespannten Drehstromes, der den Motorwagen mittels dreier seitlich des Gleises angeordneter Fahrdrähte zugeleitet wurde.

Trotz der befriedigenden Erfolge dieser Bemühungen, den elektrischen Vollbahnbetrieb durch Anwendung des Drehstromsystemes zu lösen und trotz der großen Verbreitung, die dieses System hauptsächlich in Italien gefunden[212] hat, strebte man danach, an Stelle der zwei Fahrdrähte des Drehstromsystemes mit nur einem Oberleitungsdrahte das Auslangen zu finden und suchte dieses Ziel zum Teil durch Vervollkommnung der Einphasenmotoren, zum Teil durch Herstellung von Gleichstrommotoren für höhere Betriebsspannung zu erreichen.

Während der erste Weg, obwohl zuerst in Amerika betreten, vor allem in Europa verfolgt wurde, bemühen sich die Elektrotechniker Amerikas vorwiegend um die Ausbildung des Gleichstromsystemes unter Anwendung hoher Spannung.

Der Vollbahnbetrieb nach dem Einphasenwechselstromsystem beruht auf der Anwendung des Einphasenkollektivmotors.

Die erste Wechselstrombahn wurde von der A.E.O. Union-Elektrizitätsgesellschaft im August 1903 auf der Strecke Niederschöneweide-Spindlersfeld in Betrieb gesetzt.

Wenn dieser Probebetrieb auch nicht als ein Vollbahnbetrieb angesehen werden kann, da er einer Vorortebahn mit Triebwagenverkehr entsprach, so war diese Bahn und die nach ihr in rascher Folge von der A.E.G. Union-El.-Ges., von der Siemens & Halske A.-G. und von anderen Firmen ausgeführten weiteren Wechselstrombahnen die Vorstufe für die Entwicklung des elektrischen Vollbahnbetriebes, welche Entwicklung sodann hauptsächlich über Anregung der preußischen sowie der schwedischen Staatsbahnverwaltung und unter deren Führung einen raschen Aufschwung nahm.

Zufolge des guten Erfolges des anfänglich vorwiegend auf Vorortebahnen angewendeten Einphasenwechselstromsystemes reifte die Erkenntnis, daß dieses System vollauf geeignet sei, die Aufgaben des Vollbahnbetriebes zu erfüllen und daß sich hierfür ein Wechselstrom von 15, bzw. 16²/₃ Perioden bei 10.000 Volt bis 15.000 Volt Fahrdrahtspannung besonders eignet, so daß diese Stromart von den meisten Staaten den Ausführungen zu gründe gelegt wird.

Mit der Anwendung dieser Stromart beginnt seit dem Jahre 1911 in mehreren Staaten die Durchführung des eigentlichen Vollbahnbetriebs auf ansehnlichen Strecken.

Diese Entwicklung wurde vor allem von nachstehend genannten Staats- und Bahnverwaltungen gefördert:

Kgl. preußisch-hessische Staatsbahnverwaltung; Strecken: Dessau-Bitterfeld und Lauban-Dittersbach-Königszelt.

Grhz. badische Staatsbahnverwaltung: Wiesentalbahn.

Königl. bayerische Staatsbahnverwaltung; Strecken: Salzburg-Reichenhall-Berchtesgaden und Garmisch-Partenkirchen-Landesgrenze.

Kgl. schwedische Staatsbahnverwaltung: Ofotenbahn (Kiruna-Riksgränsen).

Berner Alpenbahngesellschaft; Strecke: Spiez-Frutingen.

Französische Südbahngesellschaft; Strecke: Villefranche-Vernet les Bains-Marquixanes-Ille sur Têt.

K. k. Österreichische Staatsbahnverwaltung: Mittenwaldbahn.

Kgl. ungar. Staatsbahnverwaltung: Vácz-Gödöllő.

Auch in Amerika hat der Einphasenwechselstrom vielfach Anwendung gefunden, besonders bei der New York-New Haven- und Hartford-Bahn. Neben dieser Entwicklung der Einphasenwechselstrombahnen zeigt sich in Amerika eine deutlich erkennbare Neigung für Ausbildung des Vollbahnbetriebes mit hochgespanntem Gleichstrome (1250 Volt bis 1500 Volt und darüber bis 2500 Volt), die auch nach Europa überzugreifen beginnt. Diese Richtung wird in Amerika hauptsächlich von der General Electric Company verfolgt und beruht auf der Vervollkommnung, die der Gleichstrommotor mit Wendepolen in den letzten Jahren erlangt hat und die auch in Europa zu sehr guten Erfolgen bei Gleichstrombahnen mit höherer Betriebsspannung geführt haben.

Ob es gelingen wird, den Gleichstrommotor für so hohe Betriebsspannung zu bauen, daß er mit dem Einphasenwechselstrommotor für die Zwecke des Vollbahnbetriebes auf ausgedehnten Strecken in Wettbewerb treten kann, läßt sich derzeit noch nicht bestimmt voraussagen, wird aber wohl in wenig Jahren unzweideutig entschieden sein, jedenfalls wird aber der Gleichstrombetrieb mit höherer Spannung für Vororte- und Stadtbahnen besonders angezeigt sein und an Vollkommenheit und Wirtschaftlichkeit die anderen Betriebssysteme überragen.

So bietet die Elektrotechnik heute unzweifelhaft die Möglichkeit, die Anforderungen der verschiedenartigsten Bahnbetriebe in vorteilhafter Weise zu erfüllen und hierbei die in großen Kraftwerken gewinnbare kalorische und Wasserkraftenergie für die Zwecke des Verkehres in bestmöglicher Weise zu verwerten.

Durch den großen Energiebedarf der E. wird die Schaffung großer elektrischer Kraftwerke in bester Weise gefördert und damit die Ausnützung der von der Natur in den Wasserkräften wie in manchen sonst unverwertbaren[213] Kohlenvorkommen gebotenen Energie unterstützt werden, so daß in einer nicht zu fernen Zukunft die E. nicht allein die Wege des Verkehres, sondern auch die Adern der Energie sein werden, an denen Industrie, Handel und Gewerbe und somit der Wohlstand der Menschen ungeahnten Aufschwung nehmen werden.

Hochenegg.

II. Nutzbarmachung der Wasserkräfte für die Anlage der Stromquellen.

Die zeitlich bestimmten Grenzen, die der Ausbeutung des Kohlen- und Rohölvorkommens gezogen sind, sowie die fortschreitende Steigerung der Preise dieser für kalorische Stromerzeugungsanlagen derzeit hauptsächlich in Betracht kommenden Beschickungsmaterialien leiteten immer mehr und mehr zu dem Gedanken, die in der fließenden Wasserwelle gebundene Wasserkraft im Hinblicke auf deren Ergiebigkeit und die für alle Zukunft unbegrenzte Verwertbarkeit für Kraftanlagen auszunutzen. Diesem Bestreben leisteten die gewaltigen technischen Fortschritte auf dem Gebiete des Baues von Wasserkraftmaschinen wirksamsten Vorschub.

Die Förderung schwerer Hauptbahnzüge erfordert insbesonders für die Anfahrbeschleunigung und für die Fahrt über Steigungen schon bei jedem einzelnen Zug sehr bedeutende Energiemengen. Da gewöhnlich mehrere gleichzeitig fahrende Züge von einer Wasserkraftzentrale aus mit Energie zu versorgen sein werden, so wird die Leistung einer für den Bahnbetrieb dienenden Wasserkraftzentrale mindestens einige tausend Pferdestärken betragen müssen.

Als weiteres charakteristisches Moment der Wasserkraftzentralen für den elektrischen Bahnbetrieb ist die stark wechselnde Belastung anzusehen, da es nur ausnahmsweise möglich sein wird, den Fahrplan derart einzurichten, daß keine größeren Verkehrspausen eintreten oder daß sich der Verkehr der berg- und talfahrenden Züge mit Rücksicht auf die günstigste Ausnutzung der Kraftstationen abwickeln kann.

Bahnbetriebe mit dichter und gleichmäßiger Zugfolge (wie bei Stadtbahnen) und solchen, bei denen die Zugeinheiten überdies geringes Gewicht und geringe Geschwindigkeit haben (wie bei Straßenbahnen und Überlandbahnen), belasten die Kraftstationen ganz ähnlich wie die meisten übrigen motorischen Betriebe und unterscheiden sich deshalb auch hinsichtlich ihrer Rückwirkung auf die Einrichtungen der Wasserkraftanlagen nicht von diesen.

Während Straßenbahnen und Überlandbahnen bereits in bedeutender Zahl aus hydroelektrischen Kraftzentralen betrieben werden, indem sie den Betriebstrom zumeist aus irgend welchen, auch anderen Zwecken dienenden Elektrizitätswerken beziehen, ist die Nutzbarmachung der Wasserkräfte für den elektrischen Hauptbahnbetrieb erst für die Valtellinabahn (Wasserkraftwerk in Morbegno mit 6000 PS.), die Mont Cenis-Bahn (Wasserkraftwerk in Chiomonte mit insgesamt 16.000 PS., hiervon 4000 PS. für Bahnzwecke) und die Simplonbahn (Wasserkraftwerke in Brieg und Iselle mit 2700 PS.) in größerem Umfange durchgeführt worden.

Immerhin hat dieses Problem schon jetzt eine bedeutende Umwälzung in den Anschauungen über die allgemeine Nutzbarmachung von Wasserkräften hervorgerufen und damit dazu beigetragen, daß der Frage der systematischen und rationellen Ausbeutung der Wasserkräfte besondere Aufmerksamkeit zugewendet wurde. Von vereinzelten Ausnahmen abgesehen, sind bis in jüngster Zeit Wasserkräfte ausschließlich für den Betrieb einzelner industrieller Anlagen verwendet und im Rahmen des Bedarfes dieser Industrien ausgebaut worden, was häufig eine ganz unwirtschaftliche Ausnutzung der verfügbaren Wassermengen und die Zerstückelung von Gefällsstufen zur Folge hatte. Angesichts der großen, in den Wasserläufen verfügbaren Wassermengen und des verhältnismäßig geringen Bedarfes der in den Gebieten der Hochgefälle ansässigen Industrien war die wirtschaftliche Verwertung dieser Naturgabe niemandes Sorge. In dem Augenblick aber, in dem die Berechnung des Energiebedarfes für den Betrieb größerer Eisenbahnnetze hohe Verbrauchsziffern ergab, denen man mangels genauerer Kenntnis der zur Verfügung stehenden Wasserkräfte keine entsprechenden Produktionsziffern gegenüber zu stellen vermochte, ging man allenthalben daran, die vorhandenen Gefällsstufen zu inventarisieren, genaue Erhebungen über die Höchst-, Mittel- und Normalwassermengen zu pflegen, d.h. Wasserkraftkataster aufzustellen, der Zerstückelung wertvoller Gefällsstufen vorzubeugen und die veralteten Wasserrechte den neu entstandenen Bedürfnissen anzupassen. So hat allenthalben der Plan der Nutzbarmachung der Wasserkräfte für den Bahnbetrieb den durch die allgemeine Erkenntnis der wirtschaftspolitischen Bedeutung der Wasserkraftnutzung angeregten Wunsch nach einer großzügigen, wasserwirtschaftlich günstigen und sparsamen Ausnutzung der in diesem Naturschatze vorhandenen Kräfte gestärkt.[214]

Auf dem europäischen Festlande, woselbst die Hauptbahnen größtenteils im Eigentum und Betriebe des Staates stehen, der zugleich Verwalter des öffentlichen Gutes ist, in das auch der Hauptsache nach die Wasserkräfte einzureihen sind, waren die Staatsverwaltungen unmittelbar daran interessiert die planmäßige Nutzbarmachung der Wasserkräfte in die Wege zu leiten.

Diesem Bestreben verdankt eine Reihe wertvoller amtlicher Veröffentlichungen ihre Entstehung, wie z.B. der 1899–1903 ausgearbeitete Bericht des schwedischen »Vattenfallskomitten«, der 1907 erschienene Bericht des königl. bayerischen Staatsministeriums des Innern »Die Wasserkräfte Bayerns«, mit den Nachträgen »Die Ausnutzung der Wasserkräfte Bayerns; Entwicklung in den Jahren 1908 und 1909« und der »Bericht über den Stand der Wasserkraftausnutzung und Elektrizitätsversorgung in Bayern in den Jahren 1910 und 1911«, der 1907 erschienene Bericht des Eidgenössischen hydrometrischen Bureaus »Die Entwicklung der Hydrometrie in der Schweiz«, die 1908 erschienenen »Beiträge zur Hydrographie des Großherzogtums Baden« und die seit 1910 erscheinenden Hefte des vom österreichischen k. k. hydrographischen Zentralbureau veröffentlichten Wasserkraftkatasters.

Die Vorteile, die man von der Nutzbarmachung der Wasserkräfte erhofft, bestehen im allgemeinen und hauptsächlichsten in der Verbilligung des Bahnbetriebes, insbesonders in kohlenarmen Ländern (wie in Schweden, in der Schweiz und in Italien), die Verbesserung der Zahlungsbilanz durch den Wegfall der bedeutenden Beträge, die allein für die Kohlenversorgung der Bahnbetriebe alljährlich an das Ausland gezahlt werden. In Italien macht man für die Nutzbarmachung der Wasserkräfte für elektrischen Bahnbetrieb überdies auch strategische Gründe geltend, indem man darauf hinweist, daß die Kohlenzufuhr in Italien hauptsächlich vom Meere aus erfolgt und diese im Kriegsfalle durch feindliche Flotten abgeschnitten werden kann. Eine ähnliche Erwägung könnte von vorstehender Annahme ausgehend für die Nutzbarmachung der Wasserkräfte auch in Österreich sprechen, weil dessen Hauptkohlenreviere knapp an den Reichsgrenzen liegen und durch einen feindlichen Einfall lahmgelegt oder vom Bahnnetze abgeschnitten werden könnten. In allen Ländern dürfte aber die Nutzbarmachung der Wasserkräfte auch deshalb im Interesse der Kriegsverwaltung liegen, weil durch den gänzlichen oder teilweisen Wegfall der Kohlensendungen die Bahnlinien, Fahrbetriebsmittel und geschultes Fahrpersonal für die übrigen Kriegstransporte frei werden und weil der Betrieb der Bahnlinien von zahllosen Arbeitskräften unabhängig wird, die gegenwärtig tätig sein müssen, um die energiespendende Kohle der Erde abzuringen.

Die von der Nutzbarmachung der Wasserkräfte erwartete Verbilligung des Bahnbetriebes gegenüber dem Betriebe mit Dampflokomotiven ist insbesonders dort zu finden, wo dichter Verkehr schwerer Züge oder das Befahren langgestreckter steiler Rampen mit Dampflokomotiven so großen Kohlenverbrauch erfordert, daß der Entfall der Brennmaterialkosten die Kosten des elektrischen Betriebes aus Wasserkraftzentralen überwiegt. Diese werden der Hauptsache nach durch die Lasten der Verzinsung und Tilgung jener Kapitalien beeinflußt, die für die Einrichtung der Bahnlinien zum elektrischen Betriebe und für die Herstellungen der hydroelektrischen Zentralen aufgewendet werden müssen. Auf die Ausbaukosten der hydroelektrischen Zentralen aber wirkt die eingangs erwähnte Ungleichförmigkeit des Energiebedarfes von Hauptbahnbetrieben sehr ungünstig ein, da die Anlagen selbstverständlich dem höchsten voraussichtlichen Bedarfe auch in der Niederwasserperiode entsprechen müssen, während sie in den günstigsten bisher berechneten Fällen durchschnittlich derzeit mit etwa einem Drittel, in ungünstigen Fällen bis zu einem Achtel oder Zehntel der bereit zu haltenden Leistungen ausgenutzt werden. Mit Rücksicht auf das ungünstige Verhältnis zwischen Höchstleistung und mittlerer Leistung beim Bahnbetrieb werden für diese Zwecke in erster Linie solche Wasserkräfte zu verwenden sein, die eine Aufspeicherung von Betriebswasser gestatten, so daß die dem mittleren Energiebedarfe entsprechenden Wassermengen nahezu voll ausgenutzt werden können, während die Belastungspitzen vom aufgespeicherten Wasser gedeckt werden. Die Abmessungen dieser Speicheranlagen werden umso kleiner und deren Kosten umso geringer sein, in je größeren Gefällen das Betriebswasser zur Ausnutzung kommt. Verringert und erschwert dieser Umstand die Auswahl der für den Bahnbetrieb zu verwendenden Wasserkräfte, so bedingen künstliche Speicheranlagen und Pumpakkumulierungen in den meisten Fällen immerhin so kostspielige Bauten, daß nicht viele Bahnstrecken genügend günstige Verhältnisse für die elektrische Traktion aufweisen, um vom rein finanziellen Standpunkte schon jetzt in siegreichen Wettbewerb mit der Dampflokomotive treten zu können.[215]

Wesentlich günstiger gestaltet sich das Verhältnis zwischen der Höchstleistung und der mittleren Leistung des Bahnbetriebes, wenn nicht einzelne Strecken, sondern ganze Netze an eine hydroelektrische Zentrale oder deren mehrere, in Parallelschaltung arbeitende, angeschlossen werden können. Zu einer derartig großzügigen Umwandlung des Bahnbetriebes auf elektrische Traktion, wird man sich, genötigt durch die stetig steigenden Kohlenpreise, umso rascher entschließen, wenn diese neue Betriebsart auf verhältnismäßig kleineren Streckenteilen ihre technische Überlegenheit über den Dampflokomotivbetrieb augenfällig dargetan haben wird. Dann erst wird die von der elektrischen Traktion und der Nutzbarmachung von Wasserkräften erwartete Verbilligung des Bahnbetriebes sich nicht mehr auf einzelne besonders geeignete Bahnlinien beschränken, sondern allgemein eintreten.

Um die sich infolge der stark wechselnden Belastung der hydroelektrischen Zentralen für die Bahnbetriebe ergebenden hohen Stromkosten einigermaßen herabzumindern, wird man bestrebt sein, Energieüberschüsse an andere Konsumenten abzugeben, u. zw. an solche, deren Betriebe höhere Strompreise vertragen als der Eisenbahnbetrieb. Diese ganzjährig vorhandenen Überschüsse werden aber in der Regel keine sehr großen sein, da man bestrebt ist, die Wasserkraftanlage dem Bedarfe des Bahnbetriebes anzupassen oder den Umfang des für die elektrische Traktion einzurichtenden Betriebes nach Maßgabe der vorhandenen Wasserkraft zu bemessen. Wesentlich größer sind die Überschüsse, die sich aus dem Unterschied der normalen, etwa neun Monate im Jahre vorhandenen Wassermenge gegenüber der Winterwassermenge ergeben. Die Ausnutzung dieser Überschüsse könnte die Kosten der konstanten Wasserkraft wesentlich herabdrücken. Die Verwertung der Überschüsse über den Rahmen der ganzjährig vorhandenen Wassermengen wird in der Regel ohne Vergrößerung der wasserbaulichen Anlagen, die den kostspieligsten Teil der hydroelektrischen Zentralen bilden, geschehen können, so daß ausschließlich die maschinellen und elektrischen Anlagen für die Kostenberechnung dieser Überschußverwertung in Rechnung gezogen werden müssen. Diese Rechnung wird in den meisten Fällen die Höhe von einigen Zehntelhellern für die Kilowattstunde nicht übersteigen, ein Preis, der für eine Reihe von elektrochemischen und elektrometallurgischen Verfahren angemessen ist, bei deren Betriebsrechnung die Kosten des elektrischen Stromes bei weitem die größte Ziffer bilden.

Dieses Problem der Verwertung der Überschüsse aus den hauptsächlich für den Bahnbetrieb bestimmten Zentralen sowie viele andere damit zusammenhängende Fragen sind zurzeit noch nicht gelöst, wohl aber in Klärung begriffen.

Außer Zweifel steht jedoch die Tatsache, daß der elektrische Eisenbahnbetrieb auf die Nutzbarmachung der Wasserkräfte auch für andere Betriebe, insbesondere für die Industrie und die Landwirtschaft von ausschlaggebender Bedeutung sein wird.

Literatur: O. Mayr, Die Verwertung der Wasserkräfte und ihre modernrechtliche Ausgestaltung in den wasserwirtschaftlich wichtigsten Staaten Europas. Wien u. Leipzig, Hartleben. – Th. Schenkel, Karstgebiete und ihre Wasserkräfte. Wien u. Leipzig, Hartleben, 1912. – Dr. W. Conrad, Die Auswahl und der Ausbau alpiner Wasserkräfte zum Zwecke des elektrischen Vollbahnbetriebes. »Elektrotechnik u. Maschinenbau«. Ztg. d. E.V. in Wien. 1908, Heft 15 u. 16. – Dr. W. Conrad, Die kaufmännische Bedeutung der österreichischen Alpenwasserkräfte, ihre Kontabilität, Finanzierung und Besteuerung. »Elektrotechnik u. Maschinenbau«. Ztg. d. E.V. in Wien. 1910, Heft 22, 23, 24 u. 25.

v. Ferstel.

III. Einrichtung der Stromquellen und Stromverteilung.

Für die Größenbestimmung des Kraftwerkes einer elektrischen Bahn ist die Ermittlung der zur Förderung der Züge erforderlichen Zugkräfte, Leistungen und Arbeiten notwendig. Die Zugkräfte ergeben sich aus den Zugwiderständen, die sowohl fortdauernde als zusätzliche sein können (vgl. auch Zugwiderstand). Die ersteren treten bei jeder Bewegung der Fahrzeuge, auch in gerader, ebener Bahn auf und werden durch die Achslagerreibung, die rollende Reibung zwischen Schienen und Rädern und den Bewegungswiderstand der Luft hervorgerufen; sie betragen für Straßenbahnen mit Rillenschienengleisen 10 bis 13 kg f. d. t Zuggewicht. Bei Stadt- und Vorortebahnen sowie bei Vollbahnen mit eigenem Bahnkörper und Vignolschienen bewegen sich diese Widerstände bei mäßigen Geschwindigkeiten zwischen 5 und 10 kg/t. Die diesen Widerständen entsprechende Zugkraft (Z₁) in kg, am Radumfange der Triebfahrzeuge gemessen, ist

Z₁ = G ∙ w₁,

wenn G das Zuggewicht in t und w₁ den Zugwiderstand in kg ausdrückt.

Für viele Fälle (insbesondere für Bahnen mit mäßigen Steigungen und großen Geschwindigkeiten) ist es erforderlich, diese Zugkraft genauer zu bestimmen; es bestehen hierfür eine Reihe von Formeln.[216]

Zu den zusätzlichen Widerständen gehören:

a) der Widerstand in den Kurven (w_k),

b) der Widerstand in Steigungen oder Gefällen (w_s) und

c) der Widerstand infolge der Beschleunigung (w_p).

Die zugehörigen Zugkräfte sind:

zu a) Z_k = G ∙ w_k

zu b) Z_s = G ∙ (± s), wenn + s die Steigung in ‰, – s das Gefälle in ‰ bedeutet.

zu c)

worin p die Beschleunigung in m/Sek.² und α den Zuschlag für die rotierenden Massen bedeutet (α = 0∙1 ∾ 0∙2).

Die Gesamtzugkraft beträgt:

Z = Z₁ + Z_k + Z_s + Z_p in kg, am Umfang der Triebräder gemessen. Ist diese Zugkraft bei einer Geschwindigkeit von v Metern in der Sekunde zu leisten, so ergibt sich die Beanspruchung des Kraftwerks mit

in Kilowatt, wenn ηt den Gesamtwirkungsgrad der Triebfahrzeuge und ηl den Wirkungsgrad der Stromleitungsanlage (vom Kraftwerk bis zu den Stromabnehmern) bezeichnet. Die erwähnten Wirkungsgrade bewegen sich, je nach dem System, der Belastung u.s.w. in weiten Grenzen (65–80%) und sind in jedem Falle besonders zu erheben, bzw. anzunehmen.

Der Arbeitsverbrauch beim Zurücklegen einer Strecke setzt sich zusammen aus: dem Verbrauch für die Überwindung der Widerstände und der Steigung während der ganzen Fahrtdauer, sowie aus der Beschleunigung während der Anfahrzeit und der sonstigen Beschleunigungsperioden.

Die Zugkräfte, die Geschwindigkeiten, somit auch die Leistungen und Arbeiten sind im allgemeinen stark veränderliche Größen. Sie lassen sich auf analytischem oder graphischem Wege bestimmen.

Um die erforderliche Höchstleistung für das Kraftwerk zu erhalten, werden die Einzelleistungen der zu bestimmten Zeiten gleichzeitig auf der Strecke befindlichen Züge (die Leistungen an den Stromabnehmern gemessen) rechnerisch oder graphisch addiert. Die größte Summe dieser Einzelleistungen wird sodann durch den Wirkungsgrad der Leitungsanlage ηl dividiert und ergibt die aufzuwendende Höchstleistung des Kraftwerkes.

Die Höchstleistung ist bei elektrisch betriebenen Vollbahnstrecken wesentlich höher als die aus dem Arbeitsverbrauch zu rechnende mittlere Tagesleistung. In normalen Fällen ist das Verhältnis dieser beiden Leistungen 5 : 1 bis 3 : 1, kann jedoch bei schwach oder sehr unregelmäßig befahrenen Strecken noch wesentlich größer werden.

Bei Bahnen mit sehr regelmäßigen Zugsintervallen und ungefähr gleich schweren Zugsgarnituren (wie bei Stadt- und Straßenbahnen) sinkt dieses Verhältnis bis auf 1∙5 : 1 und 1∙2 : 1.

Findet auf der Strecke Stromrückgewinnung (Rekuperation) statt (bei der Fahrt im Gefälle oder beim Abbremsen), so ist der Arbeitsverbrauch um die so zurückgewonnene Energie zu vermindern.

Die Stromrückgewinnung ist bisher hauptsächlich bei Bergbahnen zur Anwendung gekommen, wo die Gefällsarbeit die Reibungsarbeit stark übersteigt und die gleichmäßige Steigung einfache Verhältnisse schafft. Sie ist bei allen Stromsystemen, wenn auch in sehr verschiedener Weise möglich. Betriebsmäßig am leichtesten und vollkommen selbsttätig erfolgt die Energierückgewinnung bei den Drehstrombahnen unter Einhaltung, einer praktisch gleichbleibenden Geschwindigkeit. Ähnlich ist es bei den Gleichstrombahnen mit Nebenschlußmotoren, die jedoch nur selten beim Bahnbetrieb Verwendung finden. Der Betriebswert der Nutzbremsung wird verschieden beurteilt. Ihre Vorteile sind Ersparnis an Energie, bzw. Brennmaterialkosten in Wärmekraftwerken sowie Schonung der Radreifen. Ihre Nachteile hingegen sind Konzentrierung der Bremswirkung auf die Triebachsen, daher Gefahr beim Versagen der elektrischen Bremse, starke Erwärmungen der während des Bremsens stromerzeugenden Bahnmotoren, sowie insbesondere die Schwierigkeit der Verwendung der rückgewonnenen Energie beim Ausbleiben von gleichzeitig unter Antriebstrom fahrenden Zügen und endlich die Komplikation der Fahrzeug- und Kraftwerksanlagen. Bei geringen mittleren Steigungen hat die Energierückgewinnung für den praktischen Betrieb keine wesentliche Bedeutung, da hier der Gewinn nur wenige Prozente der Gesamtenergie beträgt.

Die Höchstleistung des Kraftwerkes ist jedoch unter allen Umständen, ohne Berücksichtigung allenfalls möglicher Energierückgewinnung, festzusetzen.

Anlage des Kraftwerkes.

Steht die Ortswahl des Kraftwerkes frei, so wird dieses möglichst in die Mitte des Hauptkonsumgebietes verlegt, wobei jedoch auf die Grunderwerbskosten, auf die Wasserverhältnisse zur Kesselspeisung und für den Betrieb von Kondensationsanlagen sowie auf die Transportverhältnisse für die Betriebsmaterialien (Kohle, Öl u.s.w.) Rücksicht zu nehmen ist. Ist das Kraftwerk an einen bestimmten Ort gebunden, wie bei Wasserkraftanlagen, so wird dieser Umstand ausschlaggebend für die Wahl der Stromart, der Spannung und der Stromleitungsanlage.[217]

Die motorische Ausrüstung des Kraftwerkes ist stets so zu bemessen, daß sie der durch den Bahnbetrieb bedingten Höchstleistung entspricht. Für Anlagen, bei denen das Verhältnis der Höchstleistung zur mittleren Leistung in weiten Grenzen schwankt, sind die Einrichtungen so zu wählen, daß sie diesen Schwankungen des Leistungsbedarfes jederzeit entsprechen können.

In mit Dampf betriebenen Kraftwerken finden zweckmäßig schnell und stark überlastbare Großdampfraumkessel mit Wasserrohren Anwendung. In Wasserkraftwerken wird mit Vorteil Wasserspeicherung verwendet, u. zw. entweder durch Sammlung des zufließenden Wassers in natürlichen oder künstlichen Staubecken, oder durch zeitweises Hinaufpumpen von Wasser in Behälter, denen es in den Stunden starken Bedarfes entnommen wird. Weitere Mittel zum selben Zweck liegen in der dynamischen Energiespeicherung in Schwungrädern oder in der elektrischen Speicherung in Batterien. Für eine möglichst hohe Betriebssicherheit ist durch ausreichende Reserven, reichliche Abmessung der Maschinen, Widerstandsfähigkeit der Generator- und Transformatorwindungen gegen die dynamischen Kraftäußerungen von Kurzschlüssen, allenfalls mit Zuhilfenahme von Reaktanzen, Parallelbetrieb von anderen Werken, Reserveanschlüssen u.s.w. vorzusorgen. Zur Verminderung der Höchstleistungen eines Werkes ist die Parallelschaltung mehrerer Werke durch Fernleitungen vorteilhaft.

Kraftanlagen für Gleichstrombahnen.

Gleichstrom wird in Europa hauptsächlich zum Betriebe von Straßenbahnen in Städten, sowie von eigentlichen Stadtbahnen und von Lokalbahnen verwendet, in Amerika außerdem noch für die Zugförderung auf Hauptbahnhöfen innerhalb der Stadtgebiete sowie für den Betrieb von Verbindungsbahnen benachbarter Städte, insbesondere für den reinen Personenverkehr.

Als Stromerzeuger in den Kraftwerken kommen bei diesem System, je nach dem Charakter der Bahn und der Entfernung der Energiequelle von dem Kraftnetz in Verwendung:

1. Nebenschlußgeneratoren allein oder in Verbindung mit Akkumulatorenbatterien,

2. Compoundgeneratoren und

3. Drehstromgeneratoren in Verbindung mit Umformerwerken.

Zu 1. Wird parallel zu den Gleichstromgeneratoren eine Akkumulatorenbatterie geschaltet, so werden die auftretenden Belastungsstöße, die über den Mittelwert der schwankenden Belastung hinausreichen, durch die puffernde Wirkung der Akkumulatorenbatterie[218] aufgenommen, wodurch der Betrieb der Anlage mit kleineren Generatoren und Antriebsmaschinen ermöglicht wird, als es sonst der Fall wäre.

Maßgebend für die Bemessung der Batterie ist einerseits die Zeitdauer, während der die Belastungsspitzen andauern und anderseits die Höhe derselben. Die Ladung der Akkumulatoren auf volle Kapazität erfolgt während der Betriebspausen von den Generatoren unter Zuhilfenahme eines Zusatzgenerators. Abb. 140 zeigt das Schaltbild einer Gleichstrombahnzentrale mit Pufferbatterie. Die Nebenschlußgeneratoren G₁ und G₂ arbeiten auf die beiden Sammelschienen. Von der + Sammelschiene wird der Strom mittels der Speiseleitungen zum Fahrdraht geführt und geht von hier durch die Motoren des Fahrzeuges und die Fahrschienen zum – Pol der Dynamo zurück. Zur Verbesserung der Pufferwirkung der Akkumulatoren verwendet man in neuerer Zeit eine umkehrbare Zusatzmaschine (Bauarten Pirani, Lancashire). Diese Maschine bewirkt, daß bei großen Netzbelastungen ein kräftiges Entladen der Batterie und bei geringen Belastungen ein rasches Aufladen der Batterie erfolgen kann. Hierdurch wird eine gleichmäßige Belastung der Hauptmaschinen und eine für die Einhaltung des Fahrplanes vorteilhafte, sehr konstante Spannung in den Sammelschienen erreicht.

Zu 2. Man trachtet häufig (insbesondere in Amerika) die Verwendung von Pufferbatterien zu vermeiden, weil ihre Wartung und Instandhaltung mit Umständlichkeiten verbunden sind, und wählt für die Zentrale Generatoren mit Hauptstrom- und Nebenschlußwicklung, sogenannte Compoundgeneratoren.

Die Anordnung der Maschinen und Apparate im Kraftwerk zeigt die Abb. 141.

Zu beachten ist die Ausgleichsleitung, die diejenigen Pole der Generatoren verbindet, an die die Compoundwicklung angeschlossen wird. Diese Leitung ist notwendig, damit die Generatoren ihrer Kapazität entsprechend wirklich gleichmäßig zur Energielieferung beitragen.

Zu 3. Diese Anordnung kommt zur Anwendung, wenn das Kraftwerk sich in einer so großen Entfernung von der Bahnanlage befindet oder wenn die Ausdehnung der Bahn so groß ist, daß eine direkte Speisung von dem Kraftwerke aus nicht mehr wirtschaftlich ist.[219] Im Kraftwerk wird Drehstrom erzeugt (in Europa meist mit 50 Perioden, in Amerika mit 60 oder 25 Perioden), der mittels Freileitungen oder Kabel den Umformerwerken zugeleitet wird. Die Umformung des Drehstromes in Gleichstrom kann nur mittels rotierender Maschinen (Motorgeneratoren, Konvertoren) erfolgen.

Die Generatoren zur Erzeugung des Gleichstromes in den Unterstationen übernehmen genau die Rolle der Gleichstromgeneratoren einer Zentrale. Drehstrom hoher Spannung kann – wie in Abb. 142 angenommen wurde – direkt in den Generatoren erzeugt werden. Bei Herstellung sehr hoher Spannungen (über 100.000 Volt etwa) müssen jedoch auch im Kraftwerke selbst noch ruhende Transformatoren aufgestellt werden, um die erzeugte Energie auf die gewünschte Höhe der Übertragungsspannung zu bringen.

Die Konvertoren in Umformerwerken werden im Anker mit Drehstrom gespeist, während der umgeformte Gleichstrom vom Kollektor des gleichen Ankers abgenommen wird. Diese Maschinen laufen synchron mit der Periodenzahl. Die europäische Praxis des Straßenbahnbetriebes zieht bisher den Gebrauch von Motorgeneratoren vor, wobei zum Antriebe der Generatoren meist asynchrone Hochspannungs-Drehstrommotoren verwendet werden. Die übrige Gleichstromausrüstung der Umformerwerke entspricht jener unter 1 und 2 angeführten.

Bei ausgedehnten Anlagen verwendet man zur Deckung großer Spannungsverluste an entfernten Stellen des Netzes Streckenbatterien und sog. Boostermaschinen (s. w. u. Speiseleitungen).

Zur Verhütung von Überspannungen, die durch atmosphärische Einwirkung oder Spannungsänderungen des Leitungsnetzes entstehen, dienen besondere Schutzvorrichtungen (Hörnerblitzableiter, Kondensatoren, Erdungswiderstände, Aluminiumzellen).

Kraftanlagen für Wechsel-, bzw. Drehstrombahnen.

Diese beiden Stromarten eignen sich in erster Linie für den eigentlichen elektrischen Vollbahnbetrieb auf langen Strecken.

Der in den Kraftwerken erzeugte Wechselstrom, bzw. Drehstrom, wird in der ursprünglichen Form zur direkten Speisung der Fahrleitung benutzt. Die Kraftwerke sind ähnlich eingerichtet wie die unter 3 beschriebenen, nur daß entsprechend der für direkte Bahnspeisung günstigeren niedrigen Periodenzahl die Anlagen meist mit 15 bis 16²/₃ Perioden betrieben werden. Bei Einphasenbetrieb wird häufig auch von Drehstromgeneratoren Gebrauch gemacht, indem hierbei bloß eine Phase zur Speisung benutzt wird.

Die Drehstrombahnen Europas werden in der Mehrzahl der Fälle mit 3000 Volt Spannung und 15 Perioden betrieben. Entlang der zu speisenden Fahrleitung der Bahntrasse werden in Abständen von 6–10 km Entfernung Transformatorenstationen errichtet, deren Transformatoren die Energie der hochgespannten Primärleitung zu entnehmen und auf etwa 3000 Volt heruntertransformiert der Arbeitslinie zuzuführen haben.

Die Einphasenbahnen werden derzeit meist mit 10.000 bis 15.000 Volt Fahrdrahtspannung gebaut und betrieben. Infolgedessen kann die Unterteilung der Bahntrasse für die Transformatorenstationen in größeren Abständen (etwa 30–60 km) als bei Drehstrom erfolgen, umsomehr als der zulässige Spannungsabfall bei Wechselstrombahnen 25–30% gegen 10–15% bei Dreiphasenstrombahnen erreichen darf.

Die Transformatorenstationen sind für Drehstrom und Wechselstrom im wesentlichen gleich, nur daß das Einphasenstromsystem ein, bzw. zweipolig auszurüsten ist, während bei Drehstrom zwei, bzw. drei Pole mit Apparaten (Schalter, Sicherungen Isolationsprüfer, Blitzschutzvorrichtungen u.s.w.) auszurüsten sind. Es ist stets zweckmäßig, die Transformatorenstationen nahe bei Bahnstationen aufzustellen, um die Überwachung der ersteren zu erleichtern.

Die Hochspannungsfernleitung (Primärleitung) vom Kraftwerk zu den Unterwerken (Transformatorenstationen) wird je nach den Entfernungen und der zu übertragenden elektrischen Energie für höhere Spannungen (25.000–100.000 Volt und darüber) gebaut. Es ist zu empfehlen, diese Leitungen durchweg mit Eisenmasten auszurüsten.

Bei der Bemessung der elektrischen Teile der Drehstrom-, bzw. Wechselstromanlagen, wie Generatoren, Transformatoren und Leitungen ist auch auf die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung (Leistungsfaktor) Rücksicht zu nehmen. Der Leistungsfaktor der Motoren schwankt zwischen 0∙3 (beim Anfahren) und 0∙9 (bei voller Fahrgeschwindigkeit).

Speiseleitungen.

Bei Gleichstrombahnen wird die Energiezuführung zu den Speisepunkten in Städten meist mittels Kabel vollzogen. Man verwendet diese als Verstärkungsleitungen des Fahrdrahtes, indem man beide in bestimmten Abständen direkt miteinander verbindet, um den höchst zulässigen Spannungsabfall beim Betriebe der Bahn innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten (30–40% der Fahrdrahtspannung).[220]

[221] Eigentliche Speiseleitungen führen zu einzelnen Streckenabschnitten, ähnlich wie bei den großen Lichtverteilungsanlagen. Ebenso werden an geeigneten Stellen des den Rückstrom leitenden Schienennetzes mit Vorteil sog. Rückspeiseleitungen, die zum Kraftwerk führen, angeschlossen. Die Zahl und Lage der Speisepunkte ist den stärksten Belastungen des Netzes entsprechend zu bestimmen. Bei Gleichstrombahnen erhalten oft einzelne Speiseleitungen und Rückspeiseleitungen Zusatzgeneratoren (Booster- und Saugdynamos), die von besonderen Motoren angetrieben werden (Abb. 144). Hierdurch kann ein zu großer Spannungsverlust vermieden und an Leitungskupfer gespart werden.

Bei allen drei beschriebenen Bahnsystemen erfolgt die Bestimmung der Querschnitte der Speiseleitungen auf Grund der maximalen Belastungen der einzelnen Speisepunkte. Den erforderlichen Querschnitt q in mm² für Kupferleitungen findet man aus folgenden Formeln:

a) für Gleichstrom

b) für Drehstrom

c) für Wechselstrom

wenn L_s die erforderliche Leistung am Speisepunkte in Kilowatt, E die Spannung am Speisepunkte in Volt (bei Drehstrombahnen die verkettete Spannung), l die einfache Länge der Speiseleitung in m, p den Leistungsverlust in der ganzen Speiseleitung (Hin- und Rückleitung) in % von L_s und cos φ den Leistungsfaktor bedeutet.

Diese Formeln gelten sinngemäß auch für die Berechnung der Hochspannungsfernleitung zwischen Kraftwerk und Unterwerken.

Beispiel einer Kraftanlage.

Als Beispiel einer elektrischen Kraftanlage für einen Vollbahnbetrieb soll nachstehend die Anlage für die kgl. preuß. Staatsbahnstrecke Lauban-Königszelt kurz beschrieben werden (E. K. B., Jahrg. 1912).

Das Kraftwerk (s. Abb. 143) wird in Mittelsteine (Schlesien) errichtet; für die Wahl des Ortes war das Vorhandensein billigen Brennstoffes und reichlichen Kühlwassers maßgebend. Zur Dampferzeugung dienen Steilrohrhochleistungskessel mit künstlichem Zug.

Die Stromart ist Wechselstrom von 16²/₃ Perioden.

Beim ersten Ausbau werden vier Maschinensätze von je 4000 KW-Leistung aufgestellt. Die Generatoren sind mit sehr überlastungsfähigen Dampfturbinen gekuppelt. Die Generatorspannung ist 3500 Volt. Mit jedem Generator ist ein Transformator unmittelbar verbunden, der die Transformierung von 3500 Volt auf die Fernleitungsspannung von 80.000 Volt besorgt.

Die Regelung der Generatorspannung erfolgt durch einen Tirill-Regulator mit Überkompoundierung.

Die Schaltanlage befindet sich in einem besonderen Gebäude. Es ist bei der Anordnung auf Einfachheit, Übersichtlichkeit sowie unbedingte Betriebs- und Feuersicherheit der größte Wert gelegt.

Zur Verteilung der Arbeit auf der Strecke werden vier Unterwerke (Niedersalzbrunn, Ruhbank, Hirschberg und Lauban) errichtet, in denen die Transformierung des Stromes von 80.000 Volt auf die Fahrdrahtspannung von 16.000 Volt erfolgt.

Die Übertragung der elektrischen Energie vom Kraftwerk zu den Unterwerken erfolgt durch zwei voneinander unabhängige, zweipolige Freileitungen, die teils als Überlandleitungen ausgeführt, teils an den Masten der Fahrdrahtanlage aufgehängt sind. Als Isolatoren dienen Hängeisolatoren, von denen je fünf Stück in Reihe geschaltet sind.

Zum Schutze der Leitungen gegen Blitzschläge wird über jeder Leitung ein geerdeter Stahldraht an gebracht. Im Kraftwerk und in den Unterwerken sind besondere Blitz- und Überspannungsschutzvorrichtungen angeordnet.

Scheichl.

IV. Stromzuführung auf der Bahnstrecke.

Von den Speisepunkten gelangt die für die elektrische Traktion benötigte Energie in jenen Teil der Stromzuführungsanlage, die[222] die direkte Verbindung mit den Motoren der Triebfahrzeuge herstellt. Es ist dies die Arbeitsleitung (Arbeitsdraht, Fahrleitung, Fahrdraht, Trolleyleitung, Kontaktleitung etc.) der Bahnanlage. Für die erste zur regelrechten Personenbeförderung benutzte E., die im Jahre 1879 von Werner v. Siemens für die Berliner Gewerbeausstellung gebaut wurde, erfolgte die Stromzuführung durch ein zwischen den Schienen, auf den Holzschwellen, ohne Verwendung besonderer Isolatoren verlegtes Flacheisen, das zur Stromhinleitung diente, während die Fahrschienen selbst für die Stromrückleitung benutzt wurden. Die Abnahme des mit einer Betriebsspannung von 150 Volt verwendeten Stromes von dem Flacheisen geschah mit Hilfe einer Schleif bürste. Es findet sich also hier bereits, gewissermaßen im ersten Entwurf, die später zu so hoher Vollendung entwickelte Stromzuführung vermittels einer dritten Schiene, u. zw. in einer Anordnung, wie sie sich im Wesentlichen heute noch bei der London Central Railway, der ältesten unterirdischen elektrischen Schnellbahn Londons, im Betriebe befindet. Bei dieser dient ebenfalls ein flaches nicht in Schienenform ausgewalztes Eisen, das in der Mitte zwischen den Schienen unter geeigneter Isolierung auf den Schwellen verlegt ist, zur Stromzuführung.

Die natürliche Entwicklung der Stromzuführung bewegte sich jedoch zuerst nicht in der durch diese erste Ausführung gegebenen Richtung weiter, sondern man versuchte, die Stromzuführungsanlage zu vereinfachen, indem man die Fahrschienen des Gleises selbst (die eine zur Hinleitung, die andere zur Rückleitung des Stromes), benutzte. Diese Anordnung gelangte für die im Jahre 1881 dem öffentlichen Verkehr übergebene E. in Groß-Lichterfelde bei Berlin zur Ausführung. Die Betriebsspannung dieser Bahn betrug nur 180 Volt, so daß zur Isolierung der beiden Fahrschienen voneinander die Holzschwellen, auf denen die Schienen verlegt wurden, ausreichend und die Zwischenschaltung einer besonderen Isolierung nicht erforderlich erschien.

Die nur aus den Holzschwellen bestehende Isolierung erwies sich jedoch im Laufe des Betriebes als ungeeignet, da trotz aller Vorsicht die Isolierung zwischen den beiden Schienen nicht dauernd aufrecht erhalten werden konnte. Vor allem aber kam man auf Grund der Erfahrung bei diesen beiden Anlagen zu der Erkenntnis, daß für elektrische Straßenbahnen, um deren Betrieb es sich vorläufig nur handeln konnte und die ihrem Charakter gemäß nicht auf eigenen Bahnkörper verlegt werden können, die Stromzuführung durch dritte Schiene oder durch die beiden Fahrschienen allein ungeeignet war. Die Gründe hierfür waren, daß zwei in die Straße eingebettete, verschiedene Spannungen führende Schienen nicht genügend gegeneinander isoliert werden konnten, umsomehr als man bereits damals die Anwendung höherer Betriebsspannungen in ernstliche Erwägung zog, daß ferner die Verlegung einer dritten besser isolierten Schiene in der Straßenoberfläche Schwierigkeiten bot und vor allem daß die verschiedene Spannung führenden Schienenstränge eine ständige Quelle der Gefahr für Menschen und Tiere bildeten.

Aus diesen Gründen ging man dazu über, die Zuführungsleitungen oberhalb der Gleise anzuordnen, und schon in demselben Jahre (1881) wurde auf der Pariser Weltausstellung die erste Bahn mit oberirdischer Stromzuleitung, ebenfalls von der Firma Siemens & Halske, ausgeführt. Merkwürdigerweise ging man aber hier sofort zum anderen Extrem über. Während man in Groß-Lichterfelde sich bemüht hatte, nur mit den Fahrschienen auszukommen, benutzte man jetzt die Schienen überhaupt nicht mehr zur Stromleitung und ordnete oberhalb der Gleise zwei nebeneinander liegende geschlitzte Rohre, je eines für die Hin- und Rückleitung, an, die an zwei über ihnen verlaufenden Kupferseilen in kurzen Abständen aufgehängt waren. Die Kupferseile selbst wurden von Masten mit Armauslegern getragen. Als Stromabnehmer dienten zwei in den geschlitzten Rohren laufende Schlitten, die durch ein biegsames Kabel vom Fahrzeug nachgeschleppt wurden. Diese Schlitzrohroberleitung fand in der Folgezeit bei den Anlagen Mödling-Vorderbrühl (1883), Frankfurt a. M.-Offenbach (1884) und Montreux Anwendung.

Eine etwas andere Anordnung der oberirdischen Stromzuführung kam im Jahre 1882 auf der Strecke Charlottenburg-Spandauer Bock zur Anwendung. An Stelle der beiden Rohre wurden zwei voneinander isolierte Drähte über dem Gleis aufgehängt. Auf diesen Drähten lief ein kleiner Kontaktwagen, der durch einen Motor fortbewegt wurde und durch ein biegsames Kabel mit dem Fahrzeug verbunden war. Die Stromabnahme von den die Hin- und Rückleitung bildenden beiden Drähten erfolgte durch die Rollen des Kontaktwagens, von denen aus der Strom sowohl dem Motor des Kontaktwagens als auch dem Fahrzeugmotor zugeführt wurde. Der Kontaktwagen eilte dem Fahrzeug voraus und hielt das Verbindungskabel stets gespannt.

Die Hauptschwierigkeit bei der Verwendung der Schlitzrohroberleitung lag in der Ausführung[223] der Weichen, die sich äußerst schwierig gestaltete, nachdem (ähnlich wie es in späteren Jahren bei dem Bau von Oberleitungen für Drehstrombahnen der Fall war) über jedem Gleise zwei voneinander isolierte Leitungen angeordnet wurden. Hauptsächlich aber war der Bau und die Unterhaltung der Anlage äußerst kostspielig und der äußere Anblick war so unschön, daß die Behörden und Stadtverwaltungen vielfach Einspruch gegen derartige Ausführungen erhoben. So trat nach Ausführung dieser Bahnen in Europa vorerst ein Stillstand in der Entwicklung der E. ein.

In den folgenden Jahren ging die Führung auf dem Gebiete des elektrischen Straßenbahnbaues zunächst an Amerika über. Der Grund hierfür lag hauptsächlich darin, daß die mangelhafte Pflasterung der Straßen in den nordamerikanischen Städten, die große Ausdehnung der Städte und das nahezu gänzliche Fehlen von Droschken oder anderen öffentlichen Verkehrsmitteln zu energischsten Anstrengungen, den elektrischen Betrieb für Straßenbahnen nutzbar zu machen, antrieb.

Nachdem dort im Jahre 1883 eine kleine Versuchsbahn mit dritter Schiene zur Ausführung gekommen war, wurde 1884 eine von Bentley und Knight erbaute elektrische Straßenbahn in Cleveland, deren Länge etwa 3 km betrug, dem Verkehr übergeben. Diese Strecke war zum ersten Male mit einer unterirdischen Stromzuführung versehen, die in einem zwischen den Schienen befindlichen aus Holz gebildeten Kanal, in dem sich die Zuführungen befanden, bestand. Dieser Kanal wies oben einen Schlitz für den Stromabnehmer auf. Ein bedeutender Fortschritt war jedoch erst Ende des Jahres 1884 zu verzeichnen, als von J. C. Henry in Kansas City eine Versuchsbahn gebaut wurde, bei der zum ersten Male zwei blanke Kupferdrähte für die Oberleitung Verwendung fanden, die an ihrem oberen Teil durch Klemmen, ähnlich wie dies heute noch geschieht, mit Hilfe von Auslegern an Masten aufgehängt waren. Auf dieser Linie wurden in den folgenden Jahren die verschiedensten Versuche ausgeführt. Man benutzte die beiden Drähte teils unabhängig von den Schienen zur Hin- und Rückleitung, teils, unter Benutzung der Schienen als Rückleitung, nur zur Hinleitung. Ebenso wurden die verschiedensten Formen von Stromabnehmern versucht, u. zw. wurden teils kleine Wagen, die auf den Drähten rollten, benutzt, teils Stromabnehmer, die fest auf dem Wagen angebracht waren und sich von unten gegen die Drähte legten.

Die Versuche auf dieser Bahn zeitigten jedoch vorerst noch keine praktischen Folgen, denn eine Bahn, die Daft im Jahre 1885 in Baltimore ausführte, wurde wieder mit einer dritten Schiene ausgerüstet, die nur an den Straßenkreuzungen durch eine aus einem blanken Kupferdraht bestehende Oberleitung ersetzt wurde, gegen die sich ein Stromabnehmer von unten anpreßte. Die bei dieser von Baltimore nach Hampden führenden Bahn verwendete Betriebspannung betrug 125 Volt.

Erst die nächste Bahn, die in der zweiten Hälfte des Jahres 1885 in Toronto von van Depoele erbaut wurde, machte sich die Ergebnisse der bis dahin stattgefundenen Versuche vollkommen zu eigen. Sie war mit einer Oberleitung, bestehend aus einem blanken Kupferdraht (der mit Hilfe von Isolatoren an Armauslegern befestigt war) versehen, die Schienen dienten als Rückleitung, und zur Stromabnahme fand eine dem heutigen Rollenstromabnehmer ähnliche Vorrichtung Verwendung. Zum ersten male bediente man sich auch auf dieser Bahn einer höheren Betriebsspannung.

In den folgenden Jahren 1886 und 1887 wurden dann, nachdem in den vorhergehenden Jahren im ganzen nur 3 elektrische Bahnlinien gebaut worden waren, 13 neue Strecken dem Verkehr übergeben, deren Gesamtlänge gegen 100 km betrug.

Die Ausführung der Stromzuleitungen war indes keine einheitliche. Die Mehrzahl der Konstrukteure entschied sich vorläufig noch für die Verwendung zweier Fahrdrähte, von denen einer zur Hin-, der andere zur Rückleitung diente. Als Stromabnehmer wurden in diesem Falle größtenteils kleine vierrädrige Wagen benutzt, die in der oben beschriebenen Weise von einem Kabel gezogen, auf diesen Drähten entlang rollten und deren beiderseitige Rollen voneinander isoliert sein mußten. Der Entwurf dieser Wagen und namentlich auch die Ausführung der Weichen verursachte jedoch auch hier wieder Schwierigkeiten, so daß man schließlich zu der Ansicht kam, daß die Verwendung eines Fahrdrahtes und die Benutzung der Schienen zur Rückleitung den vorteilhaftesten Weg darstelle. Der sich von unten gegen die Drähte legende Stromabnehmer konnte ebenfalls einfacher ausgeführt werden, da es sich nicht mehr als notwendig erwies, zwei voneinander isolierte Rollen zu verwenden, die die beiden elektrisch voneinander getrennten Fahrdrähte bestrichen.

Im Jahre 1888 wurde dann durch die Cy. Sprague in Richmond in Virginien eine Straßenbahn ausgeführt, bei der die Stromzuführung durch einen Fahrdraht erfolgte, während als Stromabnehmer eine am Ende einer schräg liegenden Stange angebrachte Kontaktrolle diente. Die Anlage lieferte trotz schwieriger Verhältnisse in jeder[224] Hinsicht zufriedenstellende Ergebnisse. Die Erfahrungen mit dieser Bahn wurden dann zum Ausgangspunkt für die im Bau E. in Amerika geradezu vehement einsetzende Entwicklung.

In Europa bewirkte der anfängliche Widerstand gegen die oberirdische Stromzuführung mit Schlitzrohren, daß im Laufe der Zeit andere Arten der Stromzuführung ausgebildet wurden. So gelangte im Jahre 1889 durch die Firma Siemens & Halske bei der Budapester Straßenbahn eine unterirdische Stromzuführung zum Bau. Bei dieser waren die Zuführungsleitungen in einem unter der einen Fahrschiene angeordneten Kanal angebracht (Abb. 145). Die Stromabnahme erfolgte durch einen Kontaktpflug, der durch einen von zwei Schienen gebildeten Schlitz in den Kanal ein- und ausgeführt werden konnte.

Man versuchte ferner die elektrische Kraft den fahrenden Wagen durch im Straßendamm liegende gewöhnlich stromlose Kontaktstücke zuzuführen, die nur für die Zeit, während der der Wagen sich über dem Kontakt befand, selbsttätig unter Strom gesetzt wurden. Als Stromabnehmer diente eine unter dem Wagen parallel zu dessen Längsachse aufgehängte Kontaktschiene, die immer mindestens ein Kontaktstück berührte. Diese Teilleiterstromzuführungen haben jedoch nur in wenigen Fällen Anwendung gefunden, da sie sich nicht bewährten.

Aber auch an der Ausbildung der oberirdischen Stromzuführung wurde in Europa dauernd weiter gearbeitet, und besonders die im Jahre 1887 erfolgte Einführung der Bügelstromabnehmer durch Siemens & Halske bedeutete einen großen Fortschritt. Um eine gleichmäßige Abnutzung des in der Regel aus Aluminium bestehenden Schleifstückes dieses Stromabnehmers über die ganze Breite zu erreichen, ist der Fahrdraht im Zickzack verspannt. Die mit der Einführung des Bügelstromabnehmers verbundene Vereinfachung der Fahrdrahtoberleitung (insbesondere durch Verminderung der Befestigungspunkte in den Krümmungen) hat viel dazu beigetragen, die Bedenken gegen unschönes Aussehen der Oberleitung zu zerstreuen.

In dem Maße als sich die Anwendung der elektrischen Triebkraft bei Straßen- und Kleinbahnen ausbreitete, wurde die Ausbildung der Fahrleitungen und Stromabnehmer hierfür mehr und mehr vervollkommnet und haben sich seit einer Reihe von Jahren feste Konstruktionen und Normen herausgebildet, die allen Anforderungen entsprechen. Die heute allgemein übliche Anordnung für Straßen- und Kleinbahnen besteht darin, daß ein hartgezogener Rund- oder Profilkupferdraht über dem Gleis in Abständen von 30–35 m an Querdrähten oder Armauslegern aufgehängt ist. Der Fahrdraht führt Betriebsspannungen von 500 bis 750 Volt und ist gegen Erde, d.h. gegen die von den Fahrschienen gebildete Rückleitung, doppelt isoliert. Als Stromabnehmer dienen sowohl der Bügel- als auch der Rollenstromabnehmer; in Europa und besonders in Deutschland und Österreich wird jetzt dem Bügelstromabnehmer allgemein der Vorzug gegeben. In einer Reihe von Anlagen ist der Rollenstromabnehmer bereits durch den Bügelstromabnehmer ersetzt worden, während bei Neuanlagen nunmehr fast ausschließlich der Bügelstromabnehmer gewählt wird.

Die nebenstehende Abb. 146 zeigt die typische Anordnung eines Rohrmastes mit Ausleger-[225] und Querdrahtaufhängung für Bügelbetrieb, wie sie für Straßenbahnen sehr häufig Verwendung findet. An Stelle der Rohrmaste werden auf Vorort- oder Überlandstrecken größtenteils die billigeren Gittermaste verwendet. Ebenso werden Holzmaste, wenn auch jetzt seltener, verwendet. Für zwei Gleise ordnet man entweder Armausleger über beide Gleise oder, was häufiger ist, Querdrahtaufhängungen an, die auf zwei an den Straßenseiten gegenüber aufgestellten Masten oder an Wandrosetten befestigt werden.

Auf Grund günstiger Erfahrungen, die man mit dem elektrischen Betriebe von Straßen- und Kleinbahnen machte, ging man daran, den elektrischen Betrieb auch auf Vollbahnen zur Anwendung zu bringen. Hierfür reichte aber das System der Stromzuführung, das man für Straßenbahnen entwickelt hatte, nicht aus, da bei Vollbahnen die an eine Stromzuführungsanlage zu stellenden Anforderungen in bezug auf Geschwindigkeit und Betriebsspannung erheblich größere sind.

Bereits beim Befahren der für Straßenbahnen üblichen Anordnung mit 35–40 km Geschwindigkeit machen sich Mängel in der Stromabnahme bemerkbar, die durch den verhältnismäßig großen Abstand der Fahrdrahtaufhängepunkte voneinander hervorgerufen werden. Der Fahrdraht ist an diesen Aufhängepunkten mehr oder weniger starr befestigt und weist dazwischen infolge des großen Abstandes der Aufhängepunkte einen ziemlich starken Durchhang auf. Diese beiden Umstände haben zur Folge, daß der Stromabnehmer an den Aufhängepunkten einen Stoß empfängt, bzw. vom Fahrdraht abspringt, wodurch die Stromabnahme erschwert wird. Es ist aus diesem Grunde für große Geschwindigkeiten wünschenswert, die Aufhängepunkte des Fahrdrahtes möglichst dicht aneinander zu legen, damit der Durchhang der einzelnen Fahrdrahtspannweiten möglichst gering wird und infolgedessen der Bügel auch an den Aufhängepunkten ohne Richtungsänderung weitergleiten kann. Im Gegensatz hierzu zwingt die Verwendung einer hohen Betriebsspannung dazu, möglichst wenig Isolatoren, d.h. Aufhängepunkte anzuordnen, da jeder weitere Isolator eine neue Fehlerquelle darstellt.

Diese beiden scheinbar unvereinbaren Forderungen ließen sich durch die Einführung der sog. Vielfachaufhängung erfüllen, die im wesentlichen darin besteht, daß oberhalb des Fahrdrahtes mit verhältnismäßig starkem Durchhang und unter Zugrundelegung großer Mastentfernungen ein Tragseil gespannt wird, an dem der Fahrdraht mittels Hängedrähten in kurzen Abständen befestigt wird. Die einfachste Form dieser Aufhängung ist aus der Abb. 147 ersichtlich; die Mäste weisen einen Abstand von beispielsweise 60 m auf, die Fahrdrahtaufhängungen sind in Abständen von 20 m angeordnet. Zur Verhinderung von Seitenschwankungen ist außerdem der Fahrdraht an jedem Mast noch durch eine isolierte Strebe gefaßt. Derartige Anordnungen haben in Europa und in Amerika vielfach Anwendung gefunden. Zum ersten Male begegnete man dieser Art von Stromzuführung im Jahre 1904 bei der Indianopolis Cincinnati Railway. Der Hauptunterschied zwischen den in Amerika und Europa vorgezogenen Anordnungen besteht darin, daß man in Amerika diese Leitungsanlagen meist mit einem verhältnismäßig kleinen Mastabstand und einem kleinen Tragseildurchhang ausführt, während man in Europa und besonders in Deutschland bestrebt ist, die Mastabstände immer mehr zu vergrößern. Ferner wird von amerikanischen Konstrukteuren die seitliche Festlegung zum Teil nur in Krümmungen vorgesehen, während man sich auf der geraden Strecke größtenteils mit dem durch das Gewicht und die Starrheit des Fahrdrahtes hervorgerufenen Beharrungsvermögen begnügt. In Europa dagegen, wo die Ausführung des Kettenwerks eine viel leichtere und demzufolge biegsamere ist, hat sich die Anbringung dieser Streben an jedem Mast als notwendig herausgestellt. Der Wunsch,[226] auf die seitliche Festlegung vom Mast aus mehr oder weniger gänzlich verzichten zu können und vor allen Dingen das Bestreben, den Fahrdraht auch zwischen den Masten innerhalb der Spannweite an seitlichen Bewegungen zu hindern, führte zu der Anordnung von zwei Tragseilen oberhalb des Fahrdrahtes, wie wir sie z.B. in Amerika bei der ersten Strecke der New York-New Haven und Hartford Railway und in England bei der London-Brighton and South Coast Railway finden. Die Anordnung der beiden Tragseile und des Fahrdrahtes erfolgt im Querschnitt in Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks, bei dem die durch den Fahrdraht gebildete Spitze nach unten liegt; der Fahrdraht wird innerhalb der Spannweite (wie oben beschrieben) von Hängedrähten gehalten, die aber hier jedesmal von beiden Tragseilen aus paarweise angreifen. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sie infolge der für zwei Tragseile erforderlich werdenden Aufhängepunkte teurer wird und doppelt soviel Isolatoren, d.h. Fehlerquellen aufweist, wie die früher beschriebene Anordnung. Zudem kann sie in Krümmungen die seitliche Festlegung doch nicht entbehren, da die starken Kurvenzüge sonst von der Gleisachse zu sehr abweichen würden. Endlich hat sich in der Praxis herausgestellt, daß selbst bei Spannweiten von 100 m die seitlichen Schwankungen des Fahrdrahtes nicht so groß sind, daß eine Festlegung desselben innerhalb der Spannweiten mit Hilfe eines zweiten Tragseils erforderlich wäre.

Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Anordnung mit doppeltem Tragseil, die durch die Schwere und Starrheit der Konstruktion auffällt, steht die Anordnung, die von Dahlander für die schwedische Staatsbahn entworfen worden ist. Der Grundgedanke, der den Konstrukteur bei dem Entwurf dieser Anordnung geleitet hat, war, die Stromzuführungsanlage so leicht als möglich auszuführen. Bei dieser Oberleitung ist von der Verwendung schmiedeeiserner Querträger oder Ausleger, wie sie sonst für Vielfachaufhängung fast durchweg Verwendung finden, völlig Abstand genommen. Die Isolatoren sind am Mast selbst angebracht und ist auf ersteren ein System von Rohren drehbar angeordnet, das gleichzeitig den Ausleger und die Strebe für seitliche Festlegung ersetzt. Ein derartiger Stützpunkt (neuere Ausführung der Siemens – Schuckert-Werke für die Ofotenbahn) ist in Abb. 148 dargestellt. Der gesamte Armausleger kann sich frei um die Isolatoren drehen, und das Rohr, das die seitliche Festlegung bewirkt, kann sich mitsamt dem Fahrdrahte dem Drucke des Bügels entsprechend anheben. Das Kettenwerk selbst besteht aus einem Tragseil und einem daran in gleichmäßigen Abständen aufgehängten Fahrdraht. Nachdem der Fahrdraht infolge der Temperaturschwankungen sowohl einen veränderten Durchhang als auch veränderte Zugspannung aufweisen würde, was namentlich bei starken Schwankungen dieser Art unangenehm wäre und für große Geschwindigkeiten die gleichmäßige Stromabnahme behindern würde, ist man bestrebt gewesen, dem Fahrdraht eine stets gleichbleibende Spannung zu geben, indem man ihn selbsttätig mit Hilfe von Gewichten nachspannt. Eine derartige Anordnung wurde zum ersten Male in größerem Maßstabe auf der Hamburger Vorortbahn Blankenese-Ohlsdorf von den Siemens-Schuckert-Werken ausgeführt. Der jetzt schon jahrelang durchgeführte elektrische Betrieb dieser Strecke hat ergeben, daß das[227] dieser Ausführung zu gründe gelegte System in hohem Maße für Vollbahnen, d.h. für den Verkehr mit schweren Zügen und hohen Geschwindigkeiten geeignet ist und ist es infolgedessen im Laufe der weiteren Entwicklung schon für eine gesamte Kettenwerkslänge von weit über 1000 km verwendet worden. Abgesehen von der einfachen Ausführung der Vielfachaufhängung, wie sie auf Abb. 147 abgebildet ist, hat bisher kein Vielfachaufhängungssystem weder in Europa noch in Amerika eine derartige Verbreitung gefunden.

Die allgemeine Anordnung, die eine Spannweite von 100 m mit Fahrdrahtaufhängungen in etwa 8∙25 m Abstand erlaubt, ist aus der Abb. 149 ersichtlich.

Der Fahrdraht a, ein Hartkupferprofildraht, ist in gleichen Abständen mittels besonderer Klemmen b an einem ungefähr parallel und senkrecht über ihm hinlaufenden sogenannten Hilfsdraht c befestigt. Die Klemmen sind so ausgebildet, daß der Fahrdraht in ihnen unverschiebbar festsitzt, während sie den Hilfstragdraht nur lose umfassen. Auf diese Weise wird ein leichtes Verschieben der Klemmen in der Längsrichtung des Hilfstragdrahtes ermöglicht. Außerdem lassen die Klemmen ein senkrechtes Anheben des Fahrdrahtes durch den Bügeldruck zu. Durch diese geschmeidige Aufhängung des Fahrdrahtes wird ein inniger und sicherer Kontakt zwischen Bügel und Draht gewährleistet. Der Hilfstragdraht c ist genau in den doppelten Abständen wie der Fahrdraht an dem darüber liegenden Tragseil d aufgehängt. Die Aufhängung erfolgt durch senkrechte Hängedrähte e, die an dem Tragseil und an dem Hilfstragdraht mittels besonderer Klemmen f befestigt sind. Diese Hängedrähte sind, entsprechend dem Durchhang des Tragseiles, verschieden lang. Das Tragseil besteht aus verseilten Stahldrähten, Kupferpanzerstahl oder Siliziumbronzedrähten und wird seinerseits durch Isolatoren g getragen, die an Querträgern oder Auslegern sitzen. Zur Verhinderung der Seitenschwankungen des Fahrdrahtes ist dieser zusammen mit dem Hilfstragdraht an jedem Stützpunkte des Tragseiles durch eine Strebe gefaßt. Diese aus einem Rohr bestehende Strebe h ist vom Mast durch einen Isolator i isoliert und mittels einer Klemme k mit dem Fahrdraht derart verbunden, daß auch an diesen Stellen der Fahrdraht nicht nur dem Bügeldruck nach oben nachgeben kann, sondern auch in der Längsrichtung auf dem Hilfstragdraht verschiebbar ist.

Die Isolatoren für das Tragseil sind an den Auslegern bzw. Querträgern angeordnet, während die Mäste, bzw. die Druckstreben der Querträger die Isolatoren zur seitlichen Absteifung der Fahrleitung tragen. Beide Arten von Isolatoren sind einheitlich ausgebildet, um die gleichen Einzelteile zu deren Aufbau verwenden zu können und um eine möglichst geringe Anzahl von Ersatzteilen zu benötigen.

Der Tragseilisolator besteht aus zwei Böcken, die zwei mit ihrer Öffnung gegeneinander gekehrte Porzellanisolatoren halten. Die Öffnungen der beiden Porzellanteile tragen ein Rohr, in dessen Mitte ein doppelseitig ausgebildeter dritter Porzellanisolator durch zwei Distanzrohre gehalten wird. Dieser mittlere Porzellankörper trägt das Tragseil. Dieses ist mithin gegen die Tragböcke doppelt isoliert. Beim Isolator für die seit'iche Absteifung des Fahrdrahtes tritt an Stelle der beiden Böcke ein gebogenes Profileisen. Die Isolatoren sind in ihren Einzelheiten sehr sorgfältig durchgebildet, da von ihrer Güte in erster Linie die Betriebssicherheit der Fahrleitung abhängig ist.

Die bereits erwähnten Einrichtungen für die selbsttätige Nachspannung des Fahrdrahtes sind auf der freien Strecke in Abständen von 1–1∙5 km angeordnet und so ausgebildet, daß der Fahrdraht seine Zugspannung durch Gewichte erhält, die durch einen über Rollen laufenden Kettenzug mit dem Fahrdraht verbunden sind (vgl. Abb. 148). Infolge des frei beweglichen Fahrdrahtes ist die Wirkung dieser Spanngewichte eine sehr sichere. Die Anordnung der selbsttätigen Nachspannung für Bahnhofgleise ist in ähnlicher Weise getroffen. Das Klemmenmaterial, das zum größten Teile der Rostgefahr wegen aus Bronze besteht, sowie alle übrigen Einzelteile der Fahrleitung sind den auftretenden Beanspruchungen ebenfalls mit großer Sicherheit gewachsen.

Die Aufhängung der Leitung erfolgt in der Regel an schmiedeisernen Gittermasten, u. zw. auf eingleisigen Strecken mit Hilfe von Auslegern und auf zweigleisigen Strecken mit Hilfe von Querträgern, die zwei gegenüberstehende Mäste miteinander verbinden. Auf [228] Bahnhöfen werden in Abständen, die sich nach den örtlichen Verhältnissen richten, ebenfalls Querträger angeordnet, die mehrere Gleise überspannen und die bei größeren Stützweiten Unterzüge aus Zugstangen in Verbindung mit Druckstreben erhalten. Es kommen möglichst wenig Mäste zur Anwendung, um die Übersichtlichkeit der Strecken und das Erkennen der Signale nicht zu erschweren (Abb. 150).

Im Laufe der Zeit ist außer dem oben erwähnten System noch eine Anzahl anderer Systeme entstanden, die nachstehend beschrieben werden sollen.

Die Bergmann Elektrizitätsgesellschaft verwendet an Stelle des Hilfstragdrahtes zum Tragen des Fahrdrahtes kurze Lineale, die in regelmäßigen Abständen unterhalb des Tragseils befestigt werden und an denen die den Fahrdraht haltenden Hängedrähte vermittels kleiner Rollen aufgehängt sind. Die Gewichte sollen in der Weise auf den Fahrdraht einwirken, daß dieser sich samt den Hängedrähten mit Hilfe der oben erwähnten Rollen auf den Linealen verschiebt. Diese Anordnung wird demnächst zum ersten Mal auf den zurzeit im Bau befindlichen Strecken Lauban-Königszelt und Magdeburg-Leipzig-Halle der Preußischen Staatsbahnen praktisch ausgeprobt werden.

Die Firma Alioth ermöglicht die Beweglichkeit des Fahrdrahtes dadurch, daß die unterhalb des Tragseils an den unteren Enden der Hängedrähte angebrachten Fahrdrahtklemmen derartig ausgebildet werden, daß der Fahrdraht in diesen Klemmen selbst hin und hergleiten kann, wobei allerdings eine ziemlich starke Reibung zwischen den einzelnen Klemmen und dem Fahrdraht zu überwinden ist, da die Hängedrähte nicht steif hängen.

Bei dem System der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft Berlin, das auf einem Teil der Strecke Dessau-Bitterfeld angewendet wurde, wird im Gegensatz zu den oben beschriebenen Systemen nicht nur der Fahrdraht, sondern auch das Tragseil selbsttätig nachgespannt. Bei diesem System ist über dem Tragseil ein Hilfsspanndraht angebracht, der dicht vor den Stützpunkten mit dem Tragseil fest verbunden ist. Am Ende der Spannbezirke sind die drei Drähte, Fahrdraht, Tragseil und Hilfsdraht, zusammengeführt und werden gemeinsam durch ein entsprechend großes Gewicht nachgespannt. Diese Art der Aufhängung hat zur Bedingung, daß Fahrdraht und Tragseil aus Material mit annähernd gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten (Fahrdraht meist aus Kupfer, Tragseil aus Bronze) bestehen müssen, da sonst gegenseitige Verschiebungen zwischen Fahrdraht und Tragseil auftreten. Neuerdings geht man daran, den Hilfsspanndraht fortzulassen und den Fahrdraht zeitweise nachzuspannen. Auch diese letztere Art der Fahrdrahtanordnung wird zum ersten Male auf den Strecken Lauban-Königszelt und Magdeburg-Leipzig-Halle praktisch erprobt werden.

Ein anderes System, das ebenfalls eine gemeinsame Nachspannung von Tragseil und- Fahrdraht vorsieht, wird gegenwärtig von den Siemens-Schuckert-Werken auf der schwedischen Staatsbahn (Ofotenbahn) zur Ausführung gebracht. Die gemeinsame Nachspannung des Tragseils und Fahrdrahtes wird bei diesem System wesentlich dadurch erleichtert, daß Tragseil und Fahrdraht ähnlich wie dies oben (vgl. Abb. 148) für die von Dahlander angegebene Anordnung beschrieben ist, auf einem drehbaren Rohrausleger gelagert sind, so daß der Rohrausleger der wechselnden Verschiebung des Kettenwerkes frei folgen kann.

Während man in Europa und besonders in Deutschland sich bemühte die Oberleitungsanlagen möglichst leicht und nachgiebig zu gestalten, verwendet man in Amerika größtenteils Anordnung, die wesentlich schwerer sind als die von europäischen Firmen ausgeführten Systeme. Besonders charakteristisch für die Entwicklung der Leitungsanlagen in Amerika ist die New York-New Haven and Hartford Railway, auf deren Linie verschiedene Systeme nacheinander erprobt worden sind. Nachdem der erste Teil dieser Strecke mit 2 Tragseilen[229] ausgeführt worden war, und man auf kurze Strecken noch verschiedene andere Ausführungen probeweise eingebaut hatte, ging man zu einem System der Vielfachaufhängung mit nur 1 Tragseil über. Man verlegte zwei schwere etwa 22 mm starke Tragseile je in der Mittelachse der Gleise und befestigte diese an den Querträgern, welche die im Abstand von 300 Fuß voneinander angeordneten Mastpaare quer über die Gleise verbanden. An diese beiden Tragseile hing man dann in Abständen von je 100 Fuß über 2 Gleise senkrecht zu der Gleisrichtung Doppel -Eisen auf; die etwa 7 kg/m wiegen, und an diesen befestigte man endlich mit Hilfe von Isolatoren in Spannweiten von nunmehr 100 Fuß ein Kettenwerk, bestehend aus einem 16 mm starken Tragseil, einem Kupferdraht und einem darunter aufgehängten Stahlfahrdraht. Diese ganz besonders schwere Anordnung wurde neuerdings vereinfacht, indem man das Tragseil des Kettenwerkes selbst in Spannweiten von 300 Fuß spannte und auf die Anordnung der Doppel -Eisen verzichtete. Der unter dem Tragseil hängende Kupferdraht wurde jedoch auch bei dieser Anordnung nicht selbst als Fahrdraht benutzt, da sich infolge des in Amerika verwendeten hohen Bügeldrucks und der verhältnismäßig starren Konstruktion die Kupferdrähte zu schnell abnutzen würden. Man befestigt vielmehr unter diesem Kupferdraht mit Hilfe von Klemmen, die ähnlich wie bei dem oben geschilderten System der Siemens-Schuckert-werke ausgebildet sind, einen Fahrdraht aus Stahl. Die seitliche Festlegung erfolgt fast nur in Krümmungen, da das Kettenwerk auch bei dieser Anordnung noch verhältnismäßig schwer ist. Selbsttätige Nachspannvorrichtungen sind bisher noch für keine amerikanische Leitungsanordnung zur Anwendung gebracht worden.

Die Anordnung einer Vielfachaufhängung ist für Drehstrombahnen bisher noch selten verwendet worden, da es sich als sehr schwierig herausgestellt hat, für die beiden voneinander isolierten Fahrdrähte, deren Führung sich besonders in Weichen umständlich gestaltet, Kettenwerke vorzusehen. Man hat infolgedessen für Drehstrombahnen ausschließlich Einfachaufhängung verwendet und kommen meistens Querdrähte mit eingebauten Porzellanisolatoren zur Befestigung der Fahrdrähte am Mast zur Anwendung. Als Beispiel hierfür wäre die Oberleitung des Simplontunnels zu nennen.

Auch für die Versuche bei der schwedischen Staatsbahn ist eine Einfachaufhängung, die allerdings nur für Wechselstrom bestimmt war in ähnlicher Weise wie die oben beschriebene Anordnung für Vielfachaufhängung mit Hilfe von Rohrauslegern ausgeführt worden. Diese Anordnung wies ebenfalls eine selbsttätige Fahrdrahtnachspannung auf.

An dieser Stelle verdient noch die von der Schweizer Firma Örlikon entworfene Oberleitung für Rutenstromabnehmer Erwähnung. Der Fahrdraht wird hier nicht wie das bei allen anderen Anordnungen der Fall ist oberhalb, sondern seitlich der Gleise verlegt und der Strom nicht vermittels eines Bügels, sondern mit einer seitlich ausladenden an dem Fahrdraht entlang streichenden Rute abgenommen. Diese Bauart, die den Vorteil der Einfachheit besitzt, hat sich jedoch in der Praxis nicht bewährt.

Im Gegensatz zur Stromzuführung durch Oberleitung, die unbeschränkt für jede Stromart und für die höchsten bisher beim Bahnbetrieb benutzten Betriebsspannungen Verwendung finden kann, ist die dritte Schiene lediglich für die Verwendung von Gleichstrom geeignet. Das Profil der dritten Schiene war ursprünglich dem der Fahrschiene nachgebildet. Mit der Zeit ist man jedoch hiervon abgegangen und hat lediglich nach Zweckmäßigkeitsgründen die Form ausgebildet. Die ursprüngliche Anordnung, bei der die Schiene ohne weitere Isolation auf den Holzschwellen angebracht wurde, hat sich nicht bewährt, da selbst bei Spannungen bis zu 250 Volt keine ausreichende Isolation dauernd erzielbar war. Die Grenze der Betriebsspannung für Anlagen mit dritter Schiene liegt heute bei 1000 bis 1200 Volt. Jedoch bewegt sich die Höhe der Spannung bis jetzt nahezu durchweg in den Grenzen von 500–800 Volt.

Eine Anordnung, wie sie beim Versuchsbetrieb auf der Wannseebahn in Berlin Verwendung gefunden hat, ist in der Abb. 151 (S. 231) dargestellt. Die Isolation besteht aus Hartgummi und die Schiene ist am Kopf des Isolators mit Hilfe einer auf diesen aufgesetzten Kappe befestigt. Diese Anordnung wird auch heute noch vielfach ausgeführt. Ursprünglich wurde die Schiene bei vielen Anlagen in der Mittelachse der Gleise verlegt; mit Ausnahme der Tunnelbahnen, wo des geringen zur Verfügung stehenden Raumes wegen eine derartige Anordnung angebracht ist, vermeidet man jetzt diese Ausführung und verlegt die Stromschiene seitlich der Fahrschienen.

Die seitliche Lage der Stromschiene hat noch den Vorteil, daß man die dritte Schiene je nach Bedarf rechts oder links verlegen und auf diese Weise, besonders in Weichen, schwierigere Bauarten vermeiden kann. In diesem Falle werden auf beiden Seiten der Fahrzeuge Stromabnehmer vorgesehen. Die dritte Schiene mit von oben erfolgender Stromabnahme weist den Nachteil auf, daß es schwierig ist, sie in der wünschenswerten Weise vor Berührung durch das Streckenpersonal und vor Schnee und Vereisung zu schützen. Man hat zu diesem Zwecke verschiedene Schutzanordnungen ausgebildet. Eine der neueren Ausführungen, wie sie auf der Schöneberger Untergrundbahn in Berlin[230] Verwendung gefunden hat, ist in Abb. 152 dargestellt.

Der Schutz besteht aus einem vorderen Schutzbrett, das unmittelbar an der Stromschiene befestigt ist, und aus der hinteren Schutzwand, die dachartig über die Stromschiene hinüberragt, so daß über dieser nur ein 11 cm breiter Schlitz für den Stromabnehmer des Wagens frei bleibt.

Die Stromschienen bei der erwähnten Anlage, die einen Querschnitt von 3600 mm² aufweisen, liegen 230 mm über der Oberkante der Fahrschiene und werden in Abständen von 4 m von Hartgummiisolatoren getragen. Diese werden von gußeisernen Füßen gehalten, die auf den verlängerten Schwellen der Gleise ruhen. Die gußeisernen Grundplatten der Isolatoren sind so ausgebildet, daß sie gleichzeitig den Schutz tragen können.

Die Stromschienen werden an den Weichen unterbrochen und ihre Enden werden nach unten gebogen (Abb. 153), so daß der Stromabnehmer des Wagens auf die Stromschiene des abzweigenden Gleises gleiten kann. Beim Abgleiten von der Stromschiene senkt sich der Stromabnehmer und betätigt dadurch automatisch einen Schalter, der ihn außer Spannung setzt. Der frei herabhängende Stromabnehmer ist daher unter allen Umständen[231] spannungslos. Um jedoch zu verhindern, daß der Schalter unter voller Belastung geöffnet wird, ist das nach unten gebogene Ende des Auflaufstückes von dem übrigen Teil der Stromschiene isoliert. Auf diese Weise ist die Stromzufuhr bereits unterbrochen, ehe der Schalter in Tätigkeit tritt.

Die Anordnung der dritten Schiene, die von unten bestrichen wird, und zuerst in Amerika bei der New York Central Railway Verwendung gefunden hat, ist auf der Abb. 154 (S. 231) abgebildet. Sie hat den Vorteil, daß die Schiene von oben völlig isoliert ist, demnach eine Gefährdung des Eisenbahnpersonals kaum möglich ist; auch ist sie gegen Schnee und Glatteis weniger empfindlich. Diese Anordnung kam auf der Hamburger Hoch- und Untergrundbahn zur Anwendung.

Zur Rückleitung des elektrischen Stromes aus den Triebmotoren in das Kraftwerk werden meist in ausgedehntem Maße die Fahrschienen herangezogen. Damit das Gleis für die beträchtlichen Stromstärken gut leitungsfähig wird, müssen alle Schienenstöße durch Schienenverbinder elektrisch überbrückt werden.

Um den ganzen Gleisstrang für die Schienenrückleitung benutzen zu können, werden auch die parallel laufenden Schienenstränge und Gleise untereinander mittels Quer- und Gleisverbinder in entsprechenden Abständen (100–400 m) verbunden.

Der Spannungsabfall beträgt in diesem Falle in der Rückleitung bei nicht zu starkem Betrieb nur wenige Volt.

Die Schienenverbinder werden als Oberlaschenbunde, Unterlaschenbunde oder Fußbunde ausgeführt und bestehen aus Drähten, Seilen oder Bändern aus Kupfer, die mittels Nietstöpsel nächst dem Schienenstoße möglichst stramm in die Endstücke der aufeinanderfolgenden Schienen eingenietet werden.

Bei Rückleitungen für Straßenbahnen, deren Gleise im Erdreich, bzw. in der Pflasterung eingebettet sind, kann ein kontinuierlicher Leitungsweg auch durch Aneinanderschweißen der Schienenenden (Goldschmidts Thermitprozeß), durch das Umgießungsverfahren mit dünnflüssigem Gußeisen (nach Falk) oder durch Aufziehen entsprechender Schienenverbindungsschuhe (Scheinig-Hoffmann) u. dgl. erzielt werden.

In England findet man auf einigen Stadtbahnstrecken zwischen den Fahrschienen noch eine vierte Schiene für die Stromrückleitung angebracht, um eine von den Fahrschienen isolierte und unabhängige Leitung zu erhalten.

Die Güte der Schienenrückleitung ist von besonderem Einflüsse auf die Einschränkung des Auftretens der sog. vagabundierenden Ströme. Diese können bei schlechter Rückleitung, insbesondere bei Gleichstrombahnen durch Korrosion der in Nachbarschaft verlegten eisernen Rohrnetze (Wasser- und Gasleitungen) große Schäden hervorrufen.

Arns.

V. Mechanische Einrichtung der Fahrbetriebsmittel.

a) Motorwagen.

Die besonderen Forderungen, die der elektrische Betrieb an die Fahrzeuge im allgemeinen, insbesondere aber an die mit Motoren ausgerüsteten Wagen (Motorwagen) stellt, waren dafür maßgebend, daß deren Herstellung heute einen eigenen Zweig des Eisenbahnwagenbaues bildet. Der Beginn des Motorwagenbaues, u. zw. zunächst für den Straßenbahnbetrieb fällt in das Jahr 1883, als die erste E. von Groß-Lichterfelde bei Berlin nach der Hauptkadettenanstalt in Betrieb gesetzt wurde. Seit dieser Zeit nahm der Motorwagenbau infolge der immer weiter sich ausbreitenden Einführung des elektrischen Betriebes einen ungeahnten Aufschwung.

Die ersten elektrischen Motorwagen lehnten sich in ihrer Bauart mehr weniger vollkommen an jene der aus dem Pferdebahn- und Dampfbetrieb entnommenen Vorbilder an; doch mußten im Laufe der Zeit, bedingt durch den elektrischen Betrieb und die stets wachsende Inanspruchnahme der Wagen, verschiedene Verbesserungen und Verstärkungen vorgenommen werden, aus denen sich die heute bestehenden Motorwagentypen entwickelten. Dadurch, daß der Motor im Laufwerk des Wagens selbst untergebracht wurde, und daß die Wagen, insbesondere bei Straßenbahnbetrieb, vorwiegend in zum Teil engen Straßen mit scharfen Krümmungen fahren müssen, ergab sich zunächst die Notwendigkeit einer erheblichen Verstärkung ihrer Bauart.

Das Untergestell, das bisher als Teil des Wagenkastens galt, wurde zum Zwecke der Auswechselbarkeit von diesem getrennt und erfuhr im Laufe der Zeit eine solche Mannigfaltigkeit in der Ausbildung, wie wohl kein anderer Teil des Wagens.

Die heute fast allgemein übliche Wagenkastenform eines geschlossenen Aufenthaltsraumes mit anschließenden Plattformen wurde, da der Antriebskraft keine beengende Grenze gesetzt war, stetig vergrößert. Diese immer weiter fortschreitende Vermehrung des Fassungsvermögens führte dann zur Anwendung von[232] vierachsigen Wagen mit Drehgestellen, die sich besonders in Nordamerika entsprechend den dortigen Betriebsverhältnissen rasch allgemein einbürgerten. In Europa gelangten die Drehgestelle zunächst bei Überlandbahnen zur Anwendung.

Die mechanischen Hauptbestandteile eines Motorwagens sind:

1. das Laufwerk,

2. das Untergestell,

3. der Wagenkasten mit den Plattformen und den Stoß- und Zugvorrichtungen,[233]

4. die Bremsen, die Sandstreuvorrichtungen und die Signaleinrichtungen.

Unter Laufwerk versteht man die zur unmittelbaren Fortbewegung des Motorwagens dienenden Teile, also Räderpaare samt Lagerung und Führung. Je nach der Anzahl der Räderpaare unterscheidet man 2- und 4achsige Motorwagen und unter ersteren je nach Anordnung des Laufwerkes:

a) Motorwagen mit festen Achsen,

b) Motorwagen mit beweglichen Achsen (Lenkachsen) und

c) Motorwagen mit einachsigen Drehgestellen.

Die zweiachsigen Motorwagen mit festgelagerten Achsen (Abb. 155), besitzen zumeist eigene Untergestelle, auf denen der Wagenkasten (mittels Bolzen oder Federgehänge verbunden) aufruht. Diese Bauart hat den besonderen Vorteil, daß die Motoren und die Bremseinrichtung im Untergestell leicht eingebaut werden können, und daß die beim Fahren und Bremsen auftretenden Stöße und Erschütterungen infolge der mehrfachen Abfederung sehr abgeschwächt auf den Wagenkasten übertragen werden, wodurch ein weicher, stoßfreier Lauf des Motorwagens erzielt wird. Weiters gestattet diese Ausführung die rasche Auswechslung der gesamten im Untergestell vereinigten motorischen und Bremseinrichtungen. Der übliche Radstand ist 1∙5–2∙2 m.

Die zweiachsigen Motorwagen mit beweglichen Achsen (sog. »freien Lenkachsen«) (Abb. 156), entbehren gewöhnlich eines eigenen Untergestelles. Dafür sind die Unterzüge (Längsträger) des Wagenkastens entsprechend stark ausgebildet. Das Laufwerk ist sehr leicht und seine Bauart eine einfache. Der Wagenkasten ruht mittels Tragfedern unmittelbar auf den Achslagern, die in Achsgabeln geführt sind, jedoch in der Längs- und Querrichtung größeres Spiel besitzen, um den Achsen Beweglichkeit in den Krümmungen und ein leichteres Befahren derselben zu ermöglichen. Der Vorteil dieser Bauart liegt in der Verminderung des Wagengewichtes, der Verwendung eines größeren Radstandes (bis 4∙0 m), dem dadurch ermöglichten größeren Fassungsraume, sowie ferner im ruhigen Lauf des Wagens; dagegen ist eine gute Abfederung wegen der Bremsen schwieriger zu erreichen, und es übertragen sich, da die Motoren und Bremseinrichtungen direkt am Wagenkasten befestigt sind, die Stöße und Erschütterungen unmittelbar auf letzteren. Überdies zeitigen die Lenkachsen beim Befahren von Krümmungen häufig Übelstände durch nicht radiales Einstellen der vorderen Achse, welcher Umstand einen größeren Widerstand in den Kurven zur Folge hat und eine starke Abnutzung sowohl der Räder als auch der Schienen nach sich zieht. Jedenfalls genügt aber schon die radiale Einstellung der Hinterachse, bei der der Schnittpunkt der Achsen auf der konkaven Seite des Bogens liegt, um viel bessere Verhältnisse als bei Wagen mit festen Achsen zu erzielen. Der zu großen Schienenabnutzung bei scharfer Kurve und enger Rille kann weiters durch die jetzt vielfach Anwendung findenden Auflaufschienen im äußeren Bogen (Schienen mit flacher Rille auf denen der Spurkranz aufläuft) abgeholfen werden.

Das Bestreben, eine gute radiale Einstellung der beweglichen Achsen und eine weiche Federung herbeizuführen, zeitigte den Bau des einachsigen Drehgestelles (Abb. 157). Hier ist jede Achse in einem Rahmen federnd gelagert, der sich um einen, gegen die Wagenmitte zu gelegenen Drehpunkt frei bewegen kann, jedoch nach Verlassen der Kurve durch geeignete Einrichtungen (Federkraft, Wagengewicht) immer wieder in die ursprüngliche[234] Lage zurückgeführt wird. Durch entsprechende Anordnung des Drehzapfens nächst der Wagenquermitte kann vermieden werden, daß sich die Drehgestelle beim Einfahren in eine Kurve nach der verkehrten Seite einstellen; sie werden in diesem Falle vielmehr durch die Fliehkraft des Wagens zwangweise in eine annähernd radiale Lage gedrückt. Diese Achsenanordnung bietet bei großem Radstande auch noch den weiteren Vorteil, daß sowohl Bremse als Motoren unabhängig vom Kasten in den Rahmen der einachsigen Drehgestelle gelagert werden können; ebenso läßt sich auch durch Einschaltung einer Federung zwischen Drehgestell und Wagenkasten eine mehrfache Abfederung der Wagen leichter erzielen.

Die vierachsigen Motorwagen (Abb. 158) besitzen als Laufwerk zweiachsige Drehgestelle, deren Bauart sich nach der Art des Antriebes, d.h. nach der Anzahl der zur Verwendung gelangenden Motoren richtet. Diese Wagen werden entweder mit 4 oder mit 2 Motoren ausgerüstet.

Bei den Wagen mit 4 Motoren sind der Drehpunkt der Drehgestelle und die Kastenauflage gewöhnlich in der Mitte des Drehgestellradstandes angeordnet, so daß auf alle vier Räderpaare die gleiche Belastung ausgeübt wird und die Adhäsion des ganzen Wagengewichtes für die Zugkraft und Bremsung ausgenutzt wird (Abb. 159).

Bei dem mit nur einem Motor ausgerüsteten Drehgestell wird die Kastenauflage häufig möglichst nahe an das Triebräderpaar verlegt, so daß der größte Teil des Adhäsionsgewichtes (70%) ausgenutzt werden kann. Die weniger belasteten Laufräderpaare werden dann gewöhnlich leichter und mit einem kleineren Laufkreisdurchmesser ausgeführt. Bei diesen Drehgestellen, die man »Maximum-Tractions-Trucks« nennt (Abb. 160), ist der Drehzapfen gewöhnlich gegen die Kastenauflagen exzentrisch angeordnet. Um hier die Motorunterbringung günstiger zu gestalten, wendet man häufig anstatt des sonst üblichen zentralen Drehzapfens, Rundführungen an.[235]

Die Drehgestelle der Wagen werden gewöhnlich aus gepreßten oder mit Profileisen verstärkten Blechteilen hergestellt, die durch Querstreben derart miteinander verbunden sind, daß ein schädliches Verziehen nicht stattfinden kann. Die amerikanische Ausführungsweise aus Stahlguß ist in Europa weniger gebräuchlich. Die Achsen werden aus Siemens-Martinstahl mit einem Durchmesser von 90–130 mm hergestellt und mit geschmiedeten oder gewalzten Laufrädern mit aufgezogenen Bandagen versehen. Die Kraftübertragung erfolgt durch ein auf der Achse aufgekeiltes Stahlgußzahnrad, in das ein auf der Motorwelle sitzendes kleineres Zahnrad eingreift. Die Achslager werden gewöhnlich einteilig mit auswechselbaren Lagerschalen ausgeführt.

Zur Abfederung, die gerade bei Motorwagen eine große Rolle spielt, werden je nach den Verhältnissen Blatt-, Spiral- oder Volutfedern verwendet.

Das Untergestell (der eigentliche Träger des Wagenkastens) wird sowohl als besonderer (abmontierbarer) eiserner Rahmen mit entsprechenden Quer- und Diagonalversteifungen als auch mit dem Kasten vereinigt (nicht abmontierbar) aus Holz oder Eisen hergestellt. Sehr häufig erhält das Untergestell an den Stirnseiten rund gebogene Prellschienen, sog. Rammbohlen, die zum Schutze bei Zusammenstößen mit Fuhrwerken dienen sollen.

Der Wagenkasten besteht gewöhnlich aus dem eigentlichen Wagenkasten und den Plattformen.

Der Wagenkasten ruht entweder unmittelbar auf dem Untergestelle und ist mit diesem fest verschraubt, oder es ist die Verbindung derart gebildet, daß die Gehänge der Blattfedern oder die Teller und Bolzen für die Volutfedern am Wagenkasten befestigt sind, bzw. aufliegen. Meistens ist der Wagenkasten von den an beiden Wagenenden angeordneten Plattformen aus zugänglich, doch findet man auch Wagen mit mittleren Einstiegen und mittlerer Plattform, an der sich dann an beiden Seiten Personenabteile und an den Wagenenden die Führerstände anschließen. Eine besondere Abart ist der von Amerika übernommene Pay-as-you-enter-car (»Bezahle-beim-Einsteigen«-Wagen), dessen Plattformen einen geteilten Tourniquet-Ein- und Ausstieg erhalten.

Das Wageninnere dient zur Aufnahme der Sitzbänke, die entweder als Längs- oder als Quersitze mit Lattenbelag oder mit Polsterung eingerichtet sein können. Stehplätze dienen als Notbehelf.

Der Wagenfußboden wird mit Lattenteppichen oder Ledermatten abgedeckt und enthält durch Klappdeckel verschlossene Revisionsöffnungen oberhalb der Motoren. Die Seitenwandfenster, die immer möglichst groß zu halten sind, sind meist zum Herablassen eingerichtet und mit Schub- oder Rollvorhängen versehen. Das Dach enthält in der Regel einen Lüftungsaufbau und wird häufig zum Schutze gegen zu starke äußere Abkühlung, als Doppeldach ausgeführt. Die Kasteneingangstüren und Türen in etwaigen Mittelwänden sind fast immer Schubtüren mit oberer oder unterer Rollenführung.

Die Plattformen sind bei den neueren Ausführungen sehr groß gehalten und enthalten außer den für die Führung des Wagens erforderlichen Schalt-, Regulier- und Bremseinrichtungen nur Stehplätze. Zum Schutze gegen die Witterungsunbilden werden die Plattformen entweder nur mit vorderseitiger oder mit vollständiger Verglasung versehen. Das mittlere Fenster wird stets herablaßbar eingerichtet. Um den Einstieg möglichst bequem und niedrig zu halten, werden die Plattformen in den meisten Fällen als sog. versenkte Plattformen ausgebildet, d.h. es ist zwischen dem eigentlichen Wagen und der Plattform eine Stufe gebildet, um eine möglichst niedrige Plattformfußbodenhöhe zu erhalten. Die Plattformen besitzen fast immer beiderseits Einstiege, die durch Ketten oder Abschlußtürchen, seltener durch Schubtüren abgesperrt werden können. Die Fußtritte sind als Holz- oder Eisenrost ausgestaltet.

An den Unterzügen des Wagenkastens ist die Zug- und Stoßvorrichtung angebracht, die aus einer zentralen um einen Zapfen drehbaren und durch Spiral- oder Volutfedern gefederten Pufferstange mit Pufferknopf besteht, welch letzterer das Maul zur Aufnahme des Kuppeleisens enthält.

Die Kuppelung mit Anhängewagen geschieht meistens durch ein Kuppelglied und einsteckbare Kuppelbolzen.

Die Bremsen für Handbetrieb werden als Ketten-, seltener als Schraubenspindelbremsen mit gewöhnlichen oder Ratschenkurbeln ausgeführt; es sind aber auch solche mit vertikalem Zahnradantrieb und Übersetzung mittels Kegelrädern oder Gelenkkette, besonders bei geschlossenen Plattformen gebräuchlich. Sie wirken fast immer ausgeglichen auf alle Räder und können von beiden Perrons aus betätigt werden. Bei den zweiachsigen Motorwagen sind die Bremsen vier- oder achtklötzig, bei den vierachsigen Motorwagen acht- oder sechzehnklötzig, je nachdem die Räder einseitig oder beiderseits gebremst werden sollen. Die Bremsklötze sind meistens in Bremsklotzschuhen gehalten, um eine leichte und rasche Auswechslung[236] zu ermöglichen. Bei den Kettenbremsen erhalten die Bremsspindeln entweder untere oder obere Zahnradarretierung. Die Betätigung erfolgt mit gewöhnlichen Kurbeln, mit Ratschenkurbeln oder Handrädern.

Als weitere mechanische Bremse gelangt vornehmlich die Luftdruckbremse, seltener die Luftsaugebremse zur Anwendung. Die Preßluft wird durch Achs- oder Motorkompressoren erzeugt und in einen Bremsbehälter gepreßt, von dem sie durch das auf dem Führerstande befindliche und vom Motorwagenführer leicht zu bedienende Bremsventil zum Bremszylinder gelangt und demgemäß leicht in Tätigkeit gesetzt werden kann (s. Bremsen). Viele Straßenbahnverwaltungen haben ihre Motorwagen auch für Kurzschlußbremsung eingerichtet. Desgleichen finden sich auch magnetische Schienenbremsen vor.

Während für schweren Betrieb (Straßenbahnen, Vollbahnen u.s.w.) die Notwendigkeit der Verwendung einer Luftdruck- oder Luttsaugebremse neben der Handbremse für Motorwagen immer außer Zweifel stand, gab die Frage der Wahl des Bremssystems für Straßenbahnwagen Anlaß zu weitgehenden Erörterungen.

Im Internationalen Straßenbahn- und Kleinbahnverein (Brüssel) ist betreffs dieser Frage nach langjähriger Behandlung am XV. Internationalen Straßenbahn- und Kleinbahnkongreß zu München 1908 folgender Beschluß gefaßt worden:

»1. Bei der Wahl der Bremsen sind die besonderen Verhältnisse zu beobachten und hat jedes der drei Bremssysteme: Handbremse, elektrische Bremse oder Luftbremse seine Berechtigung. Das Bremsen muß stoßfrei und durch zwei voneinander unabhängige Bremsen geschehen können. Die als Betriebsbremse dienende Bremse muß eine Überanstrengung des Führers ausschließen.

2. Ist durch zu großes Wagengewicht, erhebliches Gefälle, Mitführung von Anhängewagen die Handbremse als Betriebsbremse nicht mehr als ausreichend zu erachten, so empfiehlt es sich, zur mechanischen Bremse überzugehen, nach Lage der Umstände zur elektrischen Bremse oder zur Luftdruckbremse.

Beide Systeme sind im allgemeinen als gleichwertig zu erachten.«

Zur Unterstützung der Bremswirkung und Erhöhung der Adhäsion sind sämtliche Motorwagen mit Sandstreuvorrichtungen ausgerüstet. Diese bestehen in der einfachsten Ausführung aus einem Rohr mit Trichter an jeder Brustwand, in den der Sand hineingeschüttet wird, oder aber aus vor den Rädern befindlichen Sandstreuapparaten, deren Ausflußöffnung durch eine Rosette, einen Schieber oder durch eine Mulde mittels Hand- oder Fußbetrieb geöffnet und geschlossen wird. Bei Wagen, die mit Luftdruckbremsen versehen sind, werden die Sandstreuapparate häufig mit Preßluft betätigt und zuweilen auch mit der Luftdruckbremse kombiniert.

Als Signalmittel dienen außer elektrischen Lichtsignalen, an den Plattformen angebrachte Warnungsglocken mit Fuß- oder Handbetätigung oder durch Preßluft bediente Hupen oder Pfeifen, ferner Kondukteurglocken mit Riemenzügen oder mit elektrischer Betätigung.

Zur Kennzeichnung der die einzelnen Linien befahrenden Wagen dienen in Straßenbahnbetrieben sog. Routentafeln, die entweder an der Längsseite des Daches oder im Wageninnern an den Fenstern angehängt sind, oder auch als Stirnwandtafeln an der Plattformbrustwand angebracht werden.

Zur Standsicherheit der Fahrgäste sind im Wageninnern und auf den Plattformen Anhalteriemen, Handgriffe oder Anhaltestangen angebracht.

Bönisch.

b) Elektrische Lokomotiven.

Diese sind durch elektromotorische Triebkraft betriebene Eisenbahnfahrzeuge, die ebenso wie die Dampflokomotiven zur Beförderung von Eisenbahnzügen dienen.

Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Lokomotivarten besteht darin, daß die Dampflokomotive eine in sich geschlossene Einheit bildet, in der die Erzeugung der zur Beförderung des Zuges notwendigen Energie auf der Lokomotive selbst durch die mitbeförderten Mittel, wie Kohle und Wasser, geschieht, wogegen bei den elektrischen Lokomotiven (mit Ausnahme der Akkumulatorenlokomotiven) die Energie nicht auf der Lokomotive selbst erzeugt wird, sondern in einem Kraftwerke, von dem aus sie mittels Leitungen den Lokomotiven zugeführt wird.

Die elektrische Lokomotive ist daher bezüglich ihrer Unabhängigkeit der Dampflokomotive gegenüber im Nachteil, sie besitzt dagegen folgende große Vorteile:

1. Größere Leistungsfähigkeit. Da die Lokomotive nur den Motor, nicht aber auch die Energie erzeugende Anlage mit sich nimmt, so ist das Gewicht der elektrischen Lokomotive bedeutend kleiner, demzufolge die Leistung einer Lokomotive mit demselben Gewicht bedeutend größer. Die Leistung der Dampflokomotive ist durch die mögliche Heizfläche des Dampfkessels, durch das Gewicht der mitzuschleppenden Kohle und des Wassers begrenzt. Wenn daher der Dampfmotor der Lokomotive auch stärker dimensioniert werden kann, so daß die volle Zugkraft, die durch das Adhäsionsgewicht der Lokomotive gegeben ist, ausgenutzt werden kann, wird die Fähigkeit der Lokomotive, diese Zugkraft auf eine längere Zeit oder mit einer größeren Geschwindigkeit auszunutzen, durch die Begrenzung der Krafterzeugung eingeschränkt.[237]

Bei der elektrischen Lokomotive sind keine solchen Grenzen gegeben. Die Zuführung der elektrischen Energie kann von der Arbeitsleitung in beliebigen Mengen erfolgen, besonders wenn die Spannung des zugeführten Stromes entsprechend erhöht wird, so daß die elektrische Lokomotive bei entsprechend gewählter Konstruktion die durch das Adhäsionsgewicht gegebene größte Zugkraft auch bei hohen Geschwindigkeiten und dauernd ausüben kann.

2. Höhere Fahrgeschwindigkeit. Aus der zuletzt erwähnten Eigenschaft der elektrischen Lokomotive ergibt sich als weiterer Vorteil derselben die Möglichkeit der Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit der Züge, insoweit der Unter- und Oberbau der Bahnlinien eine Geschwindigkeitserhöhung zuläßt. Die beiden Vorteile (die Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Lokomotive und jene der Geschwindigkeit) ermöglichen eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Bahnlinie, was besonders bei Linien mit dichtem Verkehre von Wichtigkeit ist.

3. Konstantes Drehmoment. Die durch die elektrische Lokomotive ausgeübte Zugkraft ist konstant, wogegen die Dampflokomotive ein periodisch pulsierendes Drehmoment an den Triebrädern ausübt, wobei das maximale Drehmoment 25–40% über das mittlere steigt. Demzufolge ist bei den elektrischen Lokomotiven die Ausnutzung des gegebenen Adhäsionsgewichtes durch das konstante mittlere Drehmoment, bei den Dampflokomotiven durch das maximale Drehmoment gegeben. Bei Einphasenstrom-Motoren wird als Nachteil die Erzeugung eines pulsierenden Drehmomentes angeführt, das jedoch durch Zwischenschaltung einer Federung im Betrieb ausgeglichen werden kann.

4. Wegfall des Tenders. Außer dem Lokomotivgewichte kommt bei Dampflokomotiven auch das Tendergewicht in Betracht, das bei elektrischen Lokomotiven gänzlich wegfällt.

5. Größere Beschleunigung. Elektrische Lokomotiven können infolge ihrer gleichmäßigen Anzugkraft, des geringeren toten Gewichtes und der Möglichkeit, mehrere Lokomotiven nach dem System der Vielfachsteuerung sehr zweckmäßig in einem Zuge zu verwenden, eine größere Beschleunigung als Dampflokomotiven entwickeln. Dieser Umstand ist besonders bei Vorortebahnen und Stadtschnellbahnen von großer Wichtigkeit.

6. Das Drehmoment und die Leistungsfähigkeit der elektrischen Lokomotive ist unabhängig von den Temperaturschwankungen, was für Dampflokomotiven, besonders bei sehr kaltem Wetter, nicht behauptet werden kann.

7. Die Erhaltungskosten der elektrischen Lokomotiven sind bedeutend geringer als jene der Dampflokomotiven, was schon daraus folgt, daß auf der elektrischen Lokomotive der Dampfkessel, daher jener Bestandteil der Dampflokomotive fehlt, der die meiste Aufsicht und Reparatur benötigt. Die Erhaltungskosten der Dampflokomotive schwanken für den Lokomotivkilometer nach Angaben der einzelnen europäischen Verwaltungen zwischen 10 und 18 h, wogegen die Erhaltungskosten der elektrischen Lokomotiven je nach dem Dienst, den diese versehen, sich zwischen 5 und 10 h bewegen. Laut Angaben amerikanischer Fachmänner betragen die Erhaltungskosten der elektrischen Lokomotiven ca. 40% der unter den gleichen Umständen arbeitenden Dampflokomotiven.

Eine bemerkenswerte Angabe ist jene der New York Central and Hudson River Railway, die den Betrieb ihrer Endstrecke von Dampf auf Elektrizität umgewandelt hat. Laut dieser haben bei den früheren Dampflokomotiven die Kosten der Abschreibung, Kapitalverzinsung, Reparaturen und des Personals, jährlich f. d. Lokomotive 4750 Doll. betragen, wogegen die entsprechenden Kosten bei den neuen elektrischen Lokomotiven sich nur auf 3800 Doll. jährlich belaufen, dabei ist aber nicht zu übersehen, daß die elektrische Lokomotive eine bedeutend größere Dienstleistung als die Dampflokomotive aufwies.

8. Personalkosten. Für den Betrieb der Dampflokomotive ist ein Lokomotivführer und ein Heizer notwendig, wogegen bei den elektrischen Lokomotiven für den Betrieb mit einem Mann das Auslangen gefunden werden kann. Bei den elektrisch betriebenen Linien der italienischen Staatsbahnen befindet sich auch der Zugführer auf der elektrischen Lokomotive.

9. Die Betriebskosten des Heizhauses, bzw. des Lokomotivremisendienstes, sind beim elektrischen Betrieb bedeutend niedriger, indem die Kosten der Revision und der Vorbereitung für den Fahrdienst geringer sind.

10. Die elektrische Lokomotive kann in derselben Zeitperiode eine ungefähr doppelt so große Kilometerzahl leisten als die Dampflokomotive. Bei den elektrischen Betrieben entfallen daher jährlich auf eine Lokomotive ungefähr doppelt soviel geleistete Kilometer, selbst wenn die Fahrgeschwindigkeit der Züge nicht bedeutend gesteigert worden ist. Die Ursachen sind folgende: Größere und [239] raschere Beschleunigung, schnellere Bewegungsfähigkeit auf den Endstationen und beim Verschub, kleinere Erhaltungskosten und dementsprechend geringerer Zeitverlust in den Reparaturwerkstätten, schnellere Behandlung in den Remisen, Wegfall der Reinigung des Kessels, keine Wasser- und Kohlenaufnahme und endlich Entfallen des bei Dampflokomotiven am Ende der Diensttour zumeist erforderlichen Wendens.

Außer den erwähnten Vorteilen hat die elektrische Lokomotive gegenüber der Dampflokomotive auch noch andere Vorteile, die aber mehr mit dem allgemeinen Vorteile der elektrischen Traktion als solcher zusammenhängen, so die billigere Krafterzeugung, die Möglichkeit der Rückgewinnung der Energie in Gefällen, die Rauchfreiheit, die insbesondere bei Tunnelbetrieb von großem Wert ist, u.s.w.

In der Tab. 1 (Seite 239) sind zum Vergleiche die Leistungen, Abmessungen und Gewichte einiger Dampf- und elektrischen Lokomotiven der italienischen Staatsbahnen zusammengestellt.

Italienische Staatsbahnen.

Was die Stromsysteme für elektrische Lokomotiven anbelangt, so haben (von einzelnen Ausnahmen abgesehen) bisher die Systeme mit Gleichstrom, einphasigem Wechselstrom und dreiphasigem Wechselstrom (Drehstrom) größere Verbreitung gefunden.

Lokomotivbauarten.

Beim Bau elektrischer Lokomotiven sind vor allem folgende zwei Gesichtspunkte maßgebend.

1. Die die Antriebskraft liefernden Elektromotoren müssen mit dem Laufwerk in geeigneter Weise in Verbindung gebracht werden.

2. Die Lokomotive muß entsprechend der Beschaffenheit der Bahnlinie und der verlangten Fahrgeschwindigkeit mit einem geeigneten Laufwerk versehen werden.

Der treibende Elektromotor arbeitet bei allen in Frage kommenden Systemen um so günstiger und kann mit umso kleineren Dimensionen hergestellt werden, je größer die Umlaufgeschwindigkeit des Motors ist. Demgegenüber ist die Umlaufzahl der Triebräder einerseits durch die Fahrgeschwindigkeit der Lokomotive, anderseits aber durch den praktisch anwendbaren Raddurchmesser gegeben.

Die Entwicklung der stationären Elektromotoren geschah mit einer verhältnismäßig hohen Umlaufgeschwindigkeit. Für Traktionszwecke wurde der Elektromotor mit beschränkter Leistungsfähigkeit zuerst im Straßenbahnbetrieb angewendet. Die erste praktisch ausgebildete Triebart, die auch bei Lokomotiven verwendet wurde, war die mit Zahnradübersetzung.

Die allgemeine Lösung besteht darin, daß der Elektromotor mit einfacher Zahnradübersetzung die Triebachsen der Lokomotive antreibt. Die Zahnräder selbst sind in einem abgedichteten Schutzkasten untergebracht; der Motor stützt sich einerseits mit zwei Lagern, die mit dem Motorgehäuse konstruktiv zusammenhängen auf die Laufachse, anderseits wird er aber durch die Zwischenschaltung von Federn elastisch aufgehängt. Die elastische Aufhängung geschieht in den meisten Fällen in der Weise, daß die an der Seite des Motorgehäuses angebrachten Nasen sich auf Spiralfedern stützen. Es haben sich zwar für die Aufhängung der Motoren vielerlei andere Bauarten (so z.B. wo das Motorgehäuse im Schwerpunkte unterstützt worden ist) entwickelt, die jedoch keine allgemeine Verbreitung gefunden haben.

Da bei der Lösung mit einfacher Zahnradübersetzung der Motor und die Zahnräder zwischen den Triebrädern angeordnet werden müssen, sind die Dimensionen des Motors in der Breite durch die Spurweite gegeben, wodurch auch ihre Leistungsfähigkeit begrenzt ist. Dementsprechend mußten bei größeren Lokomotiven mit Zahnradantrieb mindestens ebensoviel Motoren angewendet werden als Laufachsen vorhanden waren. In manchen Fällen, wo eine sehr hohe Lokomotivleistung verlangt wird, so z.B. bei den neuesten Einphasen-Lokomotiven der New York-New Haven and Hartford-Bahn, wurden sogar Lösungen angewendet, bei denen die einzelnen Lokomotivachsen durch je zwei Motoren angetrieben werden.

Die Verteilung der notwendigen Lokomotivleistung in mehrere kleinere Einheiten ist an und für sich ein Nachteil. Bei großen Lokomotivleistungen entfallen auf die einzelnen Motoren selbst ziemlich große Leistungen, bei denen überdies die Anwendung des Zahnradantriebes Bedenken verursacht, umsomehr, als der Platz für die Zahnräder von dem dem Motor zur Verfügung stehenden Raum abgespart werden muß, und dementsprechend ihre mögliche Breite beschränkt wird. Zahnräder mit hoher Zahngeschwindigkeit, verhältnismäßig kleiner Breite und großer Leistung, sind wegen ihrer schnellen Abnutzung und beschränkten Betriebssicherheit kein erwünschter Bestandteil einer Vollbahnlokomotive.

Es ist aus diesen Gründen das Bestreben, bei elektrischen Lokomotiven die Zahnradübersetzung zu vermeiden, beinahe ebenso alt wie die elektrische Lokomotive selbst. Die nächstliegende Lösung bestand in direkt auf der Triebachse der Lokomotive angebrachten Elektromotoren für geringe Tourenzahl.[240]

Bei den ersten Ausführungen, wie z.B. bei der City and South London Railway (von Hopkinson 1890 entworfen), wurden die Motoren direkt auf die Triebachse gekeilt. Dieselbe Lösung wurde später von der General Electric Co. bei der ersten Lokomotive der Central London Railway verwendet; es zeigte sich jedoch im Betriebe, daß bei dieser Anordnung das unabgefederte Gewicht des Motors sehr große Stöße auf den Oberbau ausübt, was besonders bei den verhältnismäßig hohen Motorleistungen der Central London Railway zu empfindlichen Erschütterungen und sogar zu Rissen in den umgebenden Gebäuden geführt hat.

Die Nachteile der auf die Laufachsen aufgekeilten Motoren wurden bald erkannt und haben zu verschiedenen Konstruktionen geführt, bei denen die Motoren mit den Laufrädern elastisch gekuppelt wurden. Bei allen diesen Lösungen ist die Laufachse von einer hohlen Achse des Motors umgeben. Bei der ältesten, von S. H. Short entworfenen Anordnung ist die Verbindung zwischen Motor und Rad durch eine Federkupplung hergestellt, bei den alten Lokomotiven der Baltimore- und Ohio-Bahn durch Zwischenschaltung von Gummipolstern, bei den für Berlin-Zossen gebauten Schnellbahnwagen der Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft in Berlin durch eine Dreisternfederung, bei den Einphasen-Lokomotiven der Westinghouse-Gesellschaft, die bei der New York- und Hartford-Bahn im Betriebe sind, durch eine Anordnung, bei der eine doppelte Federung in den Büchsen der Triebradnaben angewendet ist, und endlich bei den ersten Lokomotiven der Valtellina- (Veltlin-) Bahn, durch einen zwischen Motor und Radnabe eingeschalteten Mechanismus, der eine elastische Bewegung zuläßt.

Eine erwähnenswerte neuere Ausführung mit direkt gekuppelten Motoren, bei der die Motornabe auf die Laufachse selbst aufgekeilt ist, ist jene bei den Lokomotiven der New York-Zentralbahn verwendete, wo das Motorgehäuse konstruktiv mit dem Lokomotivgestell in Verbindung gebracht wurde.

Alle Ausführungen mit direkt gekuppelten Motoren haben den Nachteil, daß die Lokomotivleistung ebenso wie bei den Zahnradmotoren in mehrere kleinere Einheiten verteilt werden muß, ferner daß der Motor in dem durch die Triebräder gegebenen begrenzten Raum eingebaut werden muß und daher die Zugänglichkeit erschwert ist.

Die verhältnismäßig geringe Umdrehungszahl führte zu großem Motorgewichte, das am unteren Teil der Lokomotive zu liegen kam. Demzufolge liegt der Schwerpunkt der Lokomotive ziemlich tief, was bei höheren Geschwindigkeiten nachteilig auf den Oberbau wirkt. Diesem Übelstande hat jene Lösung abgeholfen, bei der der Motor mittels Kurbelwelle [241] und Kuppelstange die Triebwelle antreibt.

Von älteren diesbezüglichen Ideen und Versuchen von Field und Eikemeyer abgesehen, wurde diese Triebart zum erstenmal praktisch und in größerem Maßstabe durch die Firma Ganz auf Anregung Gölsdorfs bei der Valtellina-Bahn und sodann auf den italienischen Staatsbahnen angewendet. (Siehe Abbildung 1 u. 2 der Valtellina-Lokomotive zweiter Lieferung auf Tafel V). Sowohl bei den Valtellina-Lokomotiven wie bei den später gebauten Giovi-Lokomotiven (s. S. 261) ist die verhältnismäßig hohe motorische Leistung in zwei Motoren verteilt, deren Kurbeln durch eine besondere Kuppelstange vereint, die Kurbel der mittleren Triebachse antreiben, mit der die übrigen Achsen gekuppelt sind.

Eine Abänderung dieser Anordnung bildet der von Brown Boveri bei den neueren Simplon-Lokomotiven verwendete Antrieb durch ein Antriebswerk. Bei dieser Lösung sind die Motoren mit dem Lokomotivgestell in Verbindung gebracht und durch eine vertikale Beweglichkeit der Triebstange von der Federung des Laufwerkes unabhängig gemacht.

Bei späteren Ausführungen von elektrischen Lokomotiven wollte man einerseits die Dimensionierung des Motors von dem durch die Lokomotivrahmen gegebenen Raum unabhängig machen, anderseits aber die Schwerpunktslage der Lokomotive noch höher bringen, was zu Antriebslösungen führte, bei denen der Lokomotivmotor hoch angeordnet, mittels vertikalen oder schiefen Kuppelstangen eine in der Höhe der Triebachsen angeordnete Vorgelegewelle antreibt; von dieser werden dann die Triebachsen angetrieben. (Bezüglich der verschiedenen Anordnungen s. Abb. 161 a–d). Diese Lösung ist bei den neuesten Einphasenlokomotiven besonders von der Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft in Berlin, von den Siemens-Schuckert-Werken und von Brown Boveri angewendet worden.

Da bei Einphasenstrom, (besonders bei Güterzugslokomotiven) der Bau von langsam laufenden Motoren Schwierigkeiten verursacht, hat sich auch eine kombinierte Lösung entwickelt, die mit Erfolg bei den Berner Alpenbahnen durch die Maschinenfabrik Örlikon ausgebildet worden ist. Der hochgelegte Motor treibt bei dieser Anordnung mittels einer Zahnradübersetzung eine Vorgelegewelle an, von der mittels Kuppelstangen die Triebachsen angetrieben werden.

Was das Laufwerk der elektrischen Lokomotiven anbelangt, muß dieses ebenso wie bei den Dampflokomotiven den Verhältnissen des Oberbaues, der Linienführung und der gewählten Geschwindigkeit angepaßt werden. Mit Rücksicht auf den Einbau der elektrischen Motoren sind natürlich auch andere Gesichtspunkte bei den Einzelheiten der Konstruktion maßgebend. Bei elektrischen Lokomotiven für größere Leistungen, bei denen eine Zahnradübersetzung angewendet wird, wird mit Vorliebe die vierachsige Anordnung gewählt, wobei zweiachsige Drehgestelle in Verwendung kommen. Solche Lokomotiven sind auch bei höheren Geschwindigkeiten und bei kleineren Krümmungshalbmessern in Verwendung.

In Fällen, wo direkt gekuppelte Motoren angewendet wurden, ist die vierachsige Lösung mit zwei Drehgestellen ebenfalls wiederholt gewählt worden, doch wurden in diesem Falle häufig auch andere Anordnungen ausgeführt.

Die ersten Valtellina-Lokomotiven waren vierachsige Fahrzeuge, die aus zwei mit einem Gelenk miteinander verbundenen Hälften bestanden. Jede Hälfte war mit je zwei, Achsmotoren versehen.

Bei der New York-Zentralbahn, die ebenfalls direkt gekuppelte Motoren verwendete, waren anfangs vier Triebachsen und auf beiden Enden je eine kurvenbewegliche radiale Laufachse angeordnet, wobei die vier Triebachsen mit Motoren versehen waren. Die Betriebserfahrungen zeigten jedoch, daß diese Lokomotiven infolge ihrer tiefen Schwerpunktslage besonders in Kurven unsicheren Gang hatten; anläßlich eines schweren Unfalles hat man sich entschlossen, die Lokomotiven entsprechend umzuändern, und zwar wurden die kurvenbeweglichen Laufachsen gegen zweiachsige Drehgestelle ohne Motoren ausgetauscht.

Bei den Einphasenlokomotiven der New York-New Haven and Hartford Railway war die Ausführung ebenfalls eine vierachsige (mit vier gekuppelten Motoren und zwei Drehgestellen), die jedoch nach den ersten Betriebserfahrungen derart umgearbeitet wurde, daß jedes Drehgestell noch mit einer separaten vorderen Laufachse versehen wurde.

Bei den Lokomotiven, bei denen die Motoren mittels Pleuelstangen und Kurbel die Triebachsen antreiben, wobei die Motoren selbst zwischen dem Lokomotivrahmen in möglichst tiefer Stelle eingebaut sind, sind bisher drei Anordnungen in Verwendung. Die eine ist eine fünfachsige, bei der die drei mittleren Achsen Triebachsen sind, die zwei letzteren hingegen Laufachsen, die mit den zunächst stehenden Triebachsen in Krausschen Drehgestellen vereint sind. Diese Lösung ist mit Vorteil bei Personenzugslokomotiven verwendet.[242]

Bei den schweren Bergbahnlokomotiven (Giovi- und andere Linien der italienischen Staatsbahnen) ist eine fünfachsige Anordnung mit fünf gekuppelten Achsen in Verwendung, bei der der fixe Radstand durch die Entfernung der zweiten und vierten Achse gegeben ist.

Eine dritte Lösung ist durch Brown-Boveri bei den letzten Simplonlokomotiven verwendet worden. Diese sind vierachsige Lokomotiven mit vier Triebachsen. Der fixe Radstand ist durch die zweite und dritte Achse gegeben. Die erste und vierte Achse sind nach dem System Klien-Lindner als kurvenbewegliche, mit hohler Welle versehene Triebachsen ausgeführt.

Bei den Lokomotiven, bei denen die Motoren hoch gelegt, unmittelbar oder mittels einer Vorgelegewelle mit Pleuelstangen und Kurbel die Triebachsen antreiben, sind die verschiedenartigsten Anordnungen bei der Laufwelle verwendet.

Die Form des Lokomotivkastens ist hauptsächlich durch die Anordnungen bestimmt, die für die Ausnutzung des inneren Raumes dieses Kastens an die Lokomotive gestellt werden. Gewöhnlich wird dieser Kasten nur zur Unterbringung der elektrischen Apparate und als Führerstand benutzt, manchmal auch – wie bei den italienischen Staatsbahnen – zur Unterbringung des Zugführers. Nur in Ausnahmsfällen wird der Kasten gleichzeitig als Gepäckabteilung ausgebildet.

Bei den Drehstromlokomotiven der italienischen Staatsbahnen ist die aus der Abbildung der Giovi-Lokomotive (s. Seite 261) ersichtliche Form die allgemeine, bei der der mittlere Teil des Kastens höher und auf beiden Enden niedriger gehalten ist. Diese einem Bügeleisen ähnliche Form wurde übrigens auch bei den meisten Gleichstromlokomotiven verwendet. Bei den Einphasenlokomotiven, wo auch der Transformator und verschiedene viel Raum benötigende Hochspannungsapparate im Lokomotivkasten untergebracht werden müssen, hat eine über die ganze Lokomotivlänge gleichmäßig hohe Kastenform Verbreitung gefunden.

Bremsung der elektrischen Lokomotiven.

Bei den elektrischen Vollbahnlokomotiven wird wie bei den Dampflokomotiven im allgemeinen eine Luftdruck- oder eine Luftsaugebremse verwendet, wobei die Erzeugung des Luftdruckes oder des Vakuums durch eine elektrisch angetriebene Pumpe geschieht.

Die elektrischen Lokomotiven finden immer größere Verbreitung, sowohl in den Vereinigten Staaten von Nordamerika wie in Europa. Diesbezüglich sollen z.B. von den elektrifizierten amerikanischen Bahnnetzen die New York-Central-Railway, bei der im Jahre 1910 47 Stück 2200 PS.-Lokomotiven und die Pennsylvania-Bahn, bei der 24 Stück 157 t schwere, 2500 PS.-Gleichstromlokomotiven in Verwendung standen, erwähnt werden. Bei der New York-New Haven-Hartford-Bahn waren im Jahre 1912 41 Stück Einphasenlokomotiven mit je 1000 PS.-Leistung im Betriebe, welche Lokomotivzahl bis Ende 1913 auf 151 ergänzt wird.

Bezüglich der europäischen elektrischen Bahnnetze sind die italienischen Staatsbahnen, die 3000 Volt Drehstrom bei ihren Linien verwenden, hervorzuheben. Diese Eisenbahnverwaltung hat bisher etwa 50 elektrische Lokomotiven im Betriebe und weitere 53 Stück mit zusammen über 200.000 PS. bestellt. Die verschiedenen deutschen Eisenbahnverwaltungen haben etwa 20 Stück elektrische Vollbahnlokomotiven im Betriebe, jedoch rund 80 Stück (alle für Einphasen-Wechselstrom) in Bestellung, so daß am Ende nächsten Jahres in Deutschland auch über 100 elektrische Lokomotiven mit etwa 100.000 PS.-Gesamtleistung im Betriebe sein werden.

Literatur: Burch, Electric Traction for Railway trains. – Ph. Dawson, Electric Traction on Railways. – Parshall & Hobart, Electric Railway Engineering. – K. v. Kandó, Neue elektrische Güterzuglokomotive der italienischen Staatsbahnen. Z. d. V. d. J. 1909. – Kummer, Über die Entwicklung und Beschaffenheit der Triebmotoren und Triebwerke elektrischer Eisenbahnfahrzeuge. Schwz. Bauztg., Bd. 52.

Valatin.

VI. Elektrotechnische Einrichtung der Fahrbetriebsmittel nach Stromsystemen.

A. Verwendung von Gleichstrom.

Der Betrieb E. mit Gleichstrom stellt das älteste System elektrischer Traktion dar (Erste Vorführung auf der Berliner Gewerbeausstellung 1879) und findet dasselbe bis jetzt noch die weitaus größte Anwendung. Wenn auch die technischen Grundlagen für die E. in Europa geschaffen worden sind, so war in der weiteren Ausbildung und großzügigen Anwendung derselben doch Nordamerika führend.

Seither werden fast alle Straßenbahnen im Weichbild der Städte, viele Vororte- und Überlandbahnen und insbesondere die Hoch- und Untergrundbahnen der Weltstädte (London, Paris, Berlin, Hamburg, New York, Chicago, Philadelphia, Boston) mit Gleichstrom betrieben.

In den Vereinigten Staaten von Nordamerika findet man ferner die wichtigsten Zentralbahnhöfe in bebauten Stadtteilen für elektrischen Betrieb mit Gleichstrom eingerichtet.[243] (New York-Zentralbahn und Pennsylvaniabahn.) Veranlassung hierzu gab ein Staatsgesetz zur Abschaffung der lästigen Rauchplage in den Städten.

Die elektrische Ausrüstung der Gleichstromfahrzeuge richtet sich zunächst nach dem Charakter der in Betracht kommenden Bahn.

Bei Kleinbahnen stehen in der Regel Motorwagen in Anwendung, denen erforderlichenfalls ein oder zwei Anhängewagen beigegeben werden, oder es wird (z.B. bei Industriebahnen) eine verhältnismäßig kleine Lokomotive als Zugmittel benutzt. Bei Vollbahnen sind stets schwere Züge entweder mittels mehrerer Motorwagen oder mittels großer Lokomotiven zu befördern.

Bemerkenswert ist, daß bei allen Gleichstromfahrzeugen keine Umformung des von der Fahrleitung abgenommenen oder von einer Batterie gelieferten Stromes stattfindet und daß keine besonders hohen Spannungen in Anwendung kommen (600, 800, 1200 Volt, in neuester Zeit auch höher). Die Höhe der Spannung ist lediglich durch die Kollektorkonstruktion der Motoren begrenzt, da die Spannung zwischen zwei Lamellen des Kollektors eine bestimmte Größe nicht überschreiten darf.

Die Anordnung der elektrischen Ausrüstung eines einzelnen Fahrzeuges (Motorwagen oder Lokomotive) erfolgt in den meisten Fällen nach Abb. 162.

Der von der Fahrdrahtleitung mittels Stromabnehmer (Rolle, Bügel, Schleifschuh) abgenommene Strom geht zunächst zu den am Fahrzeuge angebrachten, meist hintereinandergeschalteten Ausschaltern (Selbstschalter oder Handschalter, gewöhnlich beides zugleich) und dann zu den beiden parallel angeordneten Fahrschaltern (Kontrollern). Von den Fahrschaltern wird der Strom über die Anlaßwiderstände zu den Motoren geleitet und geht dann durch die Stromrückleitung (d.i. zumeist durch die Fahrschienen) zur Stromquelle zurück.

Die Stromabnehmer werden zumeist auf dem Dache des Fahrbetriebsmittels angebracht, und wird deren Kontaktrolle, Kontaktbügel u. dgl. federnd gegen die Fahrdrahtleitung[244] gedrückt, wobei der Anpreßdruck für die Rolle mit 5–8 kg und für den Bügel mit 3–6 kg gewählt wird.

Die Rolle ist besonders bei den amerikanischen Straßenbahnen in Anwendung und eignet sich mehr für gerade Strecken sowie für alle Bahnen mit kleineren Geschwindigkeiten. Der Bügel, dessen Schleifstück aus weichem Metall (Aluminium) hergestellt wird, kommt besonders für Bahnen, die viele Krümmungen aufweisen, in Anwendung; bei größeren Geschwindigkeiten (30 km und mehr in der Stunde) kommt er fast ausschließlich in Betracht. Schleifschuhe eignen sich für große Stromstärken (Bahnen mit »dritter Schiene«), dann auch für Grubenbahnen u. dgl. Die Abnutzung der Kontaktrolle, des Kontaktbügels u.s.w. ist von der Beschaffenheit des Oberbaues und der Fahrbetriebsmittel, von dem Zustande der Fahrdrahtleitung, von der spez. Stromstärke, von den in Verwendung stehenden Materialien, vom Anpressdruck, von der Federung u.s.w. abhängig.

An Stelle der früher als Schutz gegen zu große Stromstärken am Fahrzeuge in Verwendung gestandenen sogenannten Hauptsicherungen kommen in neuerer Zeit fast nur mehr Selbstschalter (Automaten) in Gebrauch, die zugleich auch von Hand betätigt werden können, also auch als sogenannte Notschalter dienen. Diese Selbstschalter müssen so gebaut sein, daß sie von den unvermeidlichen Erschütterungen des Fahrzeuges möglichst wenig beeinflußt werden. Man bringt sie auf oder unter dem Dache, oder an der Plattformschutzwand an. Die Kontakte der Selbstschalter dürfen auch bei häufiger Betätigung der letzteren nicht in schädigende Mitleidenschaft gezogen werden, weshalb die Anwendung von magnetischer Funkenlöschung vorteilhaft ist. Die Selbstschalter müssen entweder für die auftretenden maximalen Stromstärken eingestellt werden oder sie müssen mit Luftdämpfern u. dgl. versehen werden, um nicht schon bei belanglosen Stromstößen eine Auslösung zu erfahren.

Wenn Hauptsicherungen für den gesamten Stromkreis der Fahrzeugausrüstung in Anwendung kommen sollen, müssen diese – wenigstens bei Personenwagen – außerhalb des Fahrzeuges (auf dem Dache, unter dem Fußboden) angebracht werden. Die Sicherungen werden in einem feuersicheren Gehäuse untergebracht und häufig auch mit magnetischer Funkenlöschung ausgestattet.

Zum Schutze gegen Blitzschläge versieht man die Fahrzeuge mit Blitzschutzvorrichtungen (Hörnerblitzableitern auf dem Dache oder Vorrichtungen mit magnetischer Funkenlöschung, mit unterteilter Funkenstrecke), die an geschützten Stellen des Fahrzeuges untergebracht werden. Die Erdleitung der Blitzschutzvorrichtung wird öfters auch noch mit einem Erdleitungswiderstand versehen, damit beim Ansprechen des Blitzableiters der nachströmende Maschinenstrom nicht zu stark anwachsen kann.

Die auf dem Fahrzeuge angebrachten Fahrschalter (Kontroller) dienen zum Einstellen der Fahrtrichtung, zum Schließen und Öffnen des Stromkreises, zum stufenweisen Abschalten und Zuschalten der Vorschaltwiderstände, zum Schwächen oder Stärken des magnetischen Feldes, zum Anordnen der Motoren in Reihe oder nebeneinander, demnach zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit überhaupt. Mittels der am Fahrschalter gewöhnlich vorhandenen zwei Vorrichtungen besorgt der Wagenführer:

1. Das Einstellen der Fahrtrichtung (Vorwärts, Rückwärts) mittels der sogenannten Nebenwalze (Umschaltwalze);

2. das Anlassen der zunächst in Reihe geschalteten Motoren und stufenweises Abschalten der Widerstände bis zur ersten eigentlichen Fahrtstellung;

3. das Schalten der Motoren nebeneinander, ohne jede Fahrtunterbrechung und Vorschalten von Widerständen;

4. das Abschalten der Widerstände bis zur zweiten eigentlichen Fahrtstellung.

Die unter 2–4 genannten Verrichtungen werden mit der sogenannten Hauptwalze vorgenommen, indem man entweder einen Widerstand parallel zur Magnetwicklung der Motoren schaltet oder einen Teil derselben kurzschließt. Abb. 163 zeigt die verschiedenen Schaltungen und Anordnungen, die mittels eines normal ausgeführten Fahrschalters für Straßenbahnwagen u. dgl. vorgenommen werden können. Die Nebenwalze wird zweckmäßig so eingerichtet, daß mit ihr auch noch die Abschaltung eines beschädigten Motors durchgeführt werden kann. Die Fahrschalter werden häufig auch derart eingerichtet, daß elektrisches Abbremsen der Fahrzeuge ermöglicht ist. Zu diesem Zwecke werden beim Rückwärtsdrehen der Fahrschalterkurbel über die Nullstellung hinaus die Motoren, welche hierbei von der Fahrleitung losgetrennt werden, als Generatoren geschaltet. Sie arbeiten nun im geschlossenen Stromkreise auf die Anlaßwiderstände, die sodann stufenweise abgeschaltet werden, bis die Motoren im Kurzschlußstromkreise arbeiten.[245]

Die Fahrschalter erfordern eine wohldurchdachte, sorgfältige Ausführung. Die Kontaktfinger müssen gut federnd an den Kontaktlamellen anliegen; jede Funkenbildung muß durch eine kräftige Funkenlöschung auf das kleinste Maß beschränkt werden.

Im engeren Zusammenhange mit den Fahrschaltern stehen die Anlaßwiderstände. Diese bestehen aus metallischen Leitern von großem elektrischen Widerstände, die gut isoliert in Schutzkästen untergebracht werden. Man verwendet als Widerstände: Gußeisen in Mäanderform, Stahlbänder, besser jedoch Drähte und Bänder aus Nickelin, Neusilber und sonstigen Widerstandsmaterialien. Die aus Eisen oder Stahl hergestellten Widerstände haben den Nachteil, daß ihr Widerstand mit zunehmender Temperatur sich stark vergrößert; sie sind jedoch billig herzustellen. Die Dimensionen der Widerstände sollen klein sein, damit sie an den Fahrzeugen bequem untergebracht werden können, anderseits müssen sie jedoch genügend reichlich vorgesehen werden, um auch abnormale Beanspruchungen[246] einige Zeit hindurch zu vertragen. Die Größe und Abstufung der Widerstände muß so bemessen werden, daß beim Anfahren und beim elektrischen Abbremsen keine Stöße auftreten. Die Zahl der Fahrstufen nimmt man daher umso größer, je höher die Betriebsspannung ist. Die Berechnung der Widerstände erfolgt am einfachsten auf graphischem Wege. Die Widerstände sollen am Fahrzeug so untergebracht werden, daß sie durch den natürlichen Luftzug gekühlt werden können. In manchen Fällen greift man auch zur künstlichen Kühlung durch Ventilatoren u. dgl.

Als Motoren kommen fast ausschließlich Reihenschlußmotoren, in wenigen Fällen Nebenschlußmotoren, in Anwendung. In neuerer Zeit werden die Motoren stets mit Wendepolen versehen, um das durch stark wechselnde Belastung (Stromstöße) auftretende Bürstenfeuer zu unterdrücken. Die Reihenschlußmotoren haben den großen Vorteil, daß sie mit großem Drehmoment angehen und ihre Umlaufzahl sich selbsttätig nach dem zu überwindenden Widerstände einstellt. Diese Motoren laufen also beim Befahren von Kurven und Steigungen von selbst langsamer, befriedigen also die Forderungen, die an ein gutes Traktionssystem gestellt werden, vollkommen. Nebenschlußmotoren kommen derzeit nur dann in Betracht, wenn, wie bei Bergbahnen, eine Stromrückgewinnung während der Talfahrt erzielt werden soll. Der Hauptnachteil der Nebenschlußmotoren besteht darin, daß zwei oder mehrere Motoren eines Fahrzeuges niemals gut zusammenarbeiten und man zu besonderen Mitteln (Ausgleichswiderständen) greifen muß, um Nebenschlußmotoren in Parallelschaltung überhaupt verwenden zu können.

Der Einbau der Motoren in die Fahrzeuge für Straßenbahnen (Motorwagen) u.s.w. erfolgt meist in der Art, daß das Motorgehäuse einerseits auf der Achse gelagert, anderseits am Untergestell des Fahrzeuges federnd aufgehängt wird. Der Antrieb der Achse erfolgt dann mit Zahnrädern. Da sonach die Motoren zwischen die Laufräder zu liegen kommen, muß beim Entwurf der ersteren auf die Spurweite und den zur Verfügung stehenden Raum Rücksicht genommen werden. Da ferner die Motoren bei der erwähnten Unterbringung dem Staub und Schmutz ausgesetzt sind, müssen sie und die Zahnräder staubdicht abschließende Gehäuse erhalten.

Die Motoren für Lokomotiven können hoch gelegt werden und man wird dann von der Spurweite ziemlich unabhängig (Gestellmotoren). Der Antrieb der Achsen des Fahrzeuges erfolgt mittels Zahnräder (für kleinere Fahrzeuge), mittels Kurbel und Kuppelstangen (für große Fahrzeuge), häufig auch mit beiden Übertragungsmitteln zugleich. Die Verwendung von Kuppelstangen ermöglicht eine tunlichst weitgehende Abfederung des Lokomotivgewichtes.

Für sehr kleine Spurweiten (Grubenbahnen und ähnliche Bahnen) müssen die Motoren in gedrängter Bauart hergestellt werden, wodurch die Zugänglichkeit der einzelnen Bestandteile beschränkter wird.

Die wiederholt versuchte Anordnung der Motoren auf der Achse selbst hat den Nachteil, daß das Montieren und das Demontieren der Motoren sowie das Auswechseln der Räderpaare erschwert wird. Auch ist die Abfederung der Motoren schwierig durchzuführen. Weitere Verbreitung – aber auch nur für Automobile – hat lediglich der Radnabenmotor infolge seiner bequemen Zugänglichkeit gefunden.

Die Schmierung der Anker- und Stützlager der Motoren sowie deren Zahnräder erfolgt durch Fett, dem auch manchmal etwas Graphit beigemengt wird, sowie durch Öl. Die Ölschmierringe und Ölschmierketten der stabilen Motoren bewähren sich bei Traktionsmotoren, die stärkeren Erschütterungen ausgesetzt sind, nicht immer. Man greift daher zur Saugdochtschmierung und zu Schmierkissen aus Filz, Wolle mit Roßhaaren u. dgl. Ölschmierketten müssen mit Rücksicht auf die Erschütterungen beim Betriebe durch Rollen geführt werden.

Zur Verbindung der Motoren mit den Fahrschaltern, Widerständen und den sonstigen Apparaten dienen gut isolierte Kabel, die zur Vermeidung von mechanischen Beschädigungen in Schutzschläuchen aus Segelleinwand, Leder u. dgl. eingehüllt werden. Wichtig ist, daß die Gummiisolierung der Kabel, besonders auch an den Abzweigestellen, von tadelloser Beschaffenheit ist, damit das Eindringen von Feuchtigkeit verhütet wird. Bei hohen Spannungen kommt für die Kabel auch noch metallischer Schutz in Anwendung.

Die früher erwähnte Schaltanordnung wird jedoch nur dann getroffen, wenn einzelne Motorwagen oder kleine Züge, bestehend aus einem Motorwagen und ein bis zwei Anhängewagen, in Verkehr kommen und keine sehr großen Leistungen und Spannungen vorliegen. Für Züge, die aus mehreren Motor- und Anhängewagen bestehen, ferner für sehr große Leistungen und sehr hohe Spannungen bringt man die sogenannte Vielfachsteuerung in Anwendung. Bei dieser zuerst von Frank Sprague angewandten Steuerung kommt eine Anzahl besonderer Steuerschalter (Hüpfer, Schützen) in Verwendung, mit denen die einzelnen Stufen der Widerstände zu- oder abgeschaltet werden. Die Betätigung dieser Hüpfer geschieht durch einen besonderen Stromkreis mittels eines[247] sogenannten Führerschalters (Meisterschalter, Steuerschalter). Die elektrische Energie für diesen besonderen Stromkreis wird entweder der Fahrleitung oder einer besonderen Stromquelle (Akkumulatorenbatterie) entnommen. Die Betätigung der Hüpfer kann auch mit Druckluft oder durch mechanische Mittel vorgenommen werden.

Der Vorteil der Vielfachsteuerung besteht darin, daß nur wenige dünne Leitungen für das Steuern notwendig werden, die das Kuppeln der Wagen nicht erschweren. Die Führerschalter werden klein, sind bequem zu handhaben und es kann eine niedere, ganz ungefährliche Spannung für den Steuerstrom in Benutzung kommen. Die Hüpfer können in unmittelbarer Nähe der Motoren und der Widerstände untergebracht werden, wodurch nur kurze Verbindungskabel zwischen Motoren, Hüpfern und Widerständen notwendig sind. Abb. 164 zeigt das Schaltbild einer Vielfachsteuerung. Der von der Fahrleitung kommende Strom geht über die Selbstschalter (automatische Ausschalter) zu den Hüpfern, von hier über die stufenweise ab- oder zuschaltenden Widerstände zu den Motoren, um dann durch die Schienenrückleitung wieder zur Stromerzeugungsstelle zu gelangen.

Die Hüpfer bestehen in der Regel aus einem ruhenden und einem beweglichen Kontaktstück. Das bewegliche Kontaktstück steht mit dem Eisenkern eines Solenoides in Verbindung. Wird das Solenoid erregt, so wird der Eisenkern angezogen, die Kontaktstücke werden gegeneinandergepreßt und dadurch der Stromkreis der Motoren geschlossen. Wird der Steuerstrom unterbrochen, so wird das Solenoid ausgeschaltet, der Eisenkern fällt, durch sein Gewicht und eine Rückziehfeder beeinflußt, mit dem beweglichen Kontaktstück herab, wobei gleichzeitig die Verbindung der beiden Kontaktstücke gelöst und damit der betreffende Stromkreis geöffnet wird. Um ein schnelles und sicheres Abreißen des Ausschaltefunkens erzielen zu können, müssen die Hüpfer mit einer wirksamen, magnetischen Funkenlöschung versehen werden.

Damit die Hüpfer in der richtigen Reihenfolge die Widerstandsabstufungen und den Übergang von der Hintereinanderschaltung in die Parallelschaltung der Motoren herstellen, müssen noch mechanische oder elektrische Verriegelungen der Solenoide untereinander vorgenommen werden.

Die Führerschalter (Meisterschalter, Steuerschalter) sind ähnlich den Fahrschaltern gebaut, nur bedeutend kleiner, da man ja hier nur mit kleinen, stets gleichbleibenden Energiemengen zu tun hat.[248]

Die sonstige Ausrüstung ist im allgemeinen die gleiche wie bei den Fahrzeugen mit Kontrollersteuerung.

Auf Tafel II ist als typisches Beispiel der Ausrüstung eines Triebfahrzeuges für Gleichstrom eine Güterzuglokomotive der London and North Eastern Railway dargestellt.

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Poschenrieder.

B. Verwendung von einphasigem Wechselstrom.

Die augenscheinlichen Vorteile, die der Einphasenstrom vor anderen Stromarten hat, waren die Ursache, daß die Bestrebungen, ihn für Bahnzwecke zu verwenden, weit zurückreichen. Er ermöglicht die Verwendung hoher Streckenspannungen und erfordert nur einen Fahrdraht. Die Bestrebungen scheiterten jedoch zunächst an dem Mangel eines brauchbaren Einphasenstrommotors. Im Jahre 1902 erschienen zuerst Berichte über einen von Lamme erfundenen Einphasenkollektormotor, es dauerte jedoch noch einige Jahre, bis tatsächlich in Amerika eine Bahn mit diesem Motor in Betrieb kam. Im Jahre 1903 trat die Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft in Berlin zuerst mit einem brauchbaren Einphasenkollektormotor, nach den Patenten von Winter und Eichberg, hervor. Im August dieses Jahres wurde schon der Probebetrieb auf der Strecke Niederschöneweide-Spindlersfeld nächst Berlin, die von der preußischen Staatsbahnverwaltung zur Verfügung gestellt war, eröffnet. Kurze Zeit darauf richteten sich auch alle anderen größeren Elektrizitätsgesellschaften auf den Bau von Wechselstrommotoren ein, und es wurde in rascher Reihenfolge eine große Zahl von Wechselstrombahnen gebaut1.

Es entstanden so verschiedene Motorsysteme, die sowohl für Motorwagenbetrieb als auch bei elektrischen Lokomotiven ausgedehnte Anwendung gefunden haben. Im Nachfolgenden sollen nur die Hauptbestandteile der elektrischen Einrichtungen der in sehr zahlreichen Bauarten ausgeführten Fahrbetriebsmittel dieser Gruppe einzeln beschrieben werden.

Motoren. Die für Bahnen verwendeten Einphasenmotoren sind durchweg Kollektormotoren, da die Induktionsmotoren für einphasigen Wechselstrom, die belastet nicht anlaufen, hierfür ungeeignet sind. Sie sind bisher in geschlossener Ausführung zur Verwendung unter dem Wagenboden in Größen bis zu etwa 200 PS. Stundenleistung ausgeführt worden. Offene Motoren in hoher Lage, wie sie bei Lokomotiven verwendet werden, wurden in Größen von 1000 PS. und mehr Stundenleistung ausgeführt. Die Kollektormotoren besitzen einen den Gleichstrommotoren vollkommen ähnlichen Anker und unterteilte Magnete. Schickt man in einen Gleichstromserienmotor Wechselstrom hinein, so beginnt er zu laufen, er wird jedoch stark funken, da die jeweils unter den Bürsten liegenden Ankerspulen kurzgeschlossen werden. Das Funken wird bei den einzelnen Motorsystemen auf verschiedene Weise beseitigt. Es gibt hierfür zwei Haupttypen, und zwar solche, die kein Querfeld besitzen und Motoren mit Querfeld.[249]

I. Motoren ohne Querfeld. Es sind dies die Serienmotoren. Für diese ist eine niedrige Periodenzahl, eine größere Umdrehungszahl und eine größere Polzahl vorteilhaft. Sie können bis 25 Perioden ausgeführt werden, doch werden sie gewöhnlich für 16²/₃ Perioden verwendet. Sie werden je nach ihrer Größe für Spannungen von rund 150–400 Volt gebaut. Von derartigen Motoren seien folgende genannt:

a) Der kompensierte Serienmotor mit Widerstandsverbindungen. Wie auf Abb. 165 zu seilen ist, besitzt der Stator eine Erregerwicklung I und eine Kompensationswicklung II, die auf der ersteren senkrecht steht. Beide sind mit dem Anker in Serie geschaltet; es kann jedoch auch die Kompensationswicklung, wie gestrichelt angedeutet, kurzgeschlossen werden. Teile der Ankerspulen sind aus Material von hohem Widerstand ausgeführt, so daß die Kurzschlußströme in denselben klein gehalten werden. Das Reversieren geschieht durch Umdrehen der Stromrichtung in der Erregerwicklung.

b) Der kompensierte Serienmotor mit lokalen Wendefeldern. (Abb. 166.) Er ist ähnlich dem vorhergehenden, der Anker hat jedoch keine Widerstandsverbindungen. Der Stator besitzt außer der Erreger- und Kompensationswicklung noch eine Wendepolwicklung III, die von außen so gespeist wird, daß sie in den durch die Bürsten kurzgeschlossenen Spulen ein Feld erzeugt, das die elektromotorische Kraft des Kurzschlusses ganz oder teilweise aufhebt.

II. Motoren mit Querfeld. Hierzu gehören die reinen Repulsionsmotoren und die doppelt gespeisten Motoren. Die ersteren haben den Vorteil, für höhere Spannungen ausführbar zu sein, da dem Anker direkt keine Spannung zugeführt wird, sie haben dagegen den Nach teil, daß die höchste Betriebstourenzahl die durch die Polzahl gegebene synchrone Touren zahl nur um etwa 50% überschreiten darf. Man ist daher in der Wahl der für den Entwurf günstigsten Polzahl nicht frei. Die Repulsionsmotoren werden bis 850 Volt gebaut, weshalb die Ströme in den Steuerapparaten kleiner sind. Sie sind auch für höhere Periodenzahlen (bis 50) verwendbar.

a) Repulsionsmotoren. System Elihu Thomson. (Abb. 167.) Dieser Repulsionsmotor besitzt Statorerregung I und eine kurzgeschlossene Ankerwicklung II, die mit der ersteren einen Winkel α einschließt. Das Reversieren erfolgt durch Bürstenverdrehung, so daß der Winkel α negativ wird.

System Atkinson. (Abb. 168.) Der Stator besitzt 2 aufeinander senkrechte Wicklungen, die Erregerwicklung I und die Arbeitswicklung II. Der Anker ist kurzgeschlossen. Das Reversieren erfolgt durch Umdrehung der Stromrichtung in der Erregerwicklung.

System Déri. (Abb. 169.) Der Motor besitzt eine Statorerregung I und 2 Paar kurzgeschlossene Ankerbürsten, von welchen die mit A und A₁, bezeichneten fest sind, während die beiden anderen zum Reversieren verschoben werden.

System Winter-Eichberg. Abb. 170 zeigt die einfachste Form desselben. I ist die Statorwicklung, II die kurzgeschlossene Ankerwicklung. Die Erregung geschieht durch den Anker, indem der Erregerstrom durch die auf die Kurzschlußwicklung senkrecht stehenden Erregerbürsten zugeführt wird. Hierdurch wird eine erhebliche Verbesserung des Leistungsfaktors gegenüber den anderen Repulsionsmotoren erreicht. Ist die notwendige Feldstromstärke nicht gleich der Arbeitsstromstärke im Stator, so muß der für die Erregung nötige Strom einem Transformator III (Abb. 171) entnommen werden, der in Serie mit der Statorwicklung liegt und Erregertransformator heißt. Das Reversieren erfolgt durch Umkehren der Erregerstromrichtung im Anker.

b) Doppelt gespeister Motor System Winter-Eichberg. (Abb. 172.) Er vereinigt das Serien- und Repulsionsprinzip. Der Stator hat eine Erregerwicklung I und eine Kompensationswicklung II, die mit dem Anker in Serie geschaltet sind.[250] III ist der Haupttransformator. Der Anker wird an besondere Spannung gelegt, so daß das Verhältnis der Spannung an der Ankerwicklung zu der an der Kompensationswicklung bestimmt wird.

Bauart der Motoren. Der wirksame Teil des Stators eines Repulsionsmotors besteht aus einem Blechkörper, der durch Schraubenbolzen zusammengehalten wird und keine ausgeprägten Pole besitzt. Die Statorwicklung liegt in Nuten. Die Statorbleche sind in einem kräftigen Gußstahlrahmen eingebaut.

Der Rotor besitzt gewöhnlich eine normale Gleichstromwellenwicklung. Die einzelnen Wicklungselemente sind nach Schablone gebogene Kupferstäbe, die in den halbgeschlossenen Nuten durch Holzkeile gehalten sind. Die Stirnverbindungen sind durch Kappen staubdicht abgeschlossen und durch Stahldrahtbandagen zusammengehalten.

Serienmotoren können Statoren mit mehr oder weniger ausgeprägten Polen haben.

Motoren, die unter dem Wagenboden verwendet werden, erhalten geschlossene Bauart, ähnlich derjenigen, wie sie bei Gleichstrombahnmotoren üblich ist.

Große Motoren für Lokomotiven werden gewöhnlich völlig offen gebaut. Abb. 173 zeigt einen solchen doppelt gespeisten Motor. Die Bürsten des Kollektors sind bequem zugänglich.

Steuerungen. Wechselstromausrüstungen werden fast ausschließlich für hohe Streckenspannungen verwendet. 15.000 Volt sind jetzt normal. Es muß daher ein Leistungstransformator verwendet werden, der die Streckenspannung auf die Spannung der Motoren heruntertransformiert. Nur wenige Bahnen sind mit Niederspannung (etwa 600 Volt) ausgeführt. Serienmotoren benötigen auch hierfür einen Leistungstransformator, Repulsionsmotoren können ihn entbehren. In den meisten Fällen wird der Leistungstransformator gleichzeitig zur Geschwindigkeitsregulierung benutzt, oder zum mindesten mit einer anderen Regulierungsart kombiniert.

Man kann die Steuerungsmethoden in zwei Klassen teilen, in solche mit sprungweiser und solche mit kontinuierlicher Regulierung.

Sprungweise Regulierung. Sie geschieht hauptsächlich dadurch, daß den Motoren durch mehrere Anzapfungen am Leistungstransformator verschiedene Spannungen zugeführt werden. Zu dieser allgemein gebräuchlichen Regulierung gehören die normalen Kontroller- und Schützen- oder Hüpfersteuerungen.

a) Kontrollersteuerung. Sie ist der bei Gleichstromstraßenbahnen üblichen ähnlich. Ein Kontroller führt alle Schaltungen aus, die dem Niederspannungshauptstrom den gewünschten Weg geben. Je nach dem Motorsystem werden verschiedene Mittel zur Regulierung benutzt. Bei Serienmotoren, z.B.[251] Anlaßtransformatoren, Widerstände wie bei Gleichstrom und Serienparallelschaltung, bei Repulsionsmotoren ein Erreger- oder Reguliertransformator, der mit den Statoren der Motoren in Serie geschaltet ist und die Rotoren durch Verwendung von mehreren Anzapfungen mit verschiedener Spannung erregt.

Bei hochgespannter Streckenspannung kann die Kontrollersteuerung ebenfalls verwendet werden, da sie nur die Ströme auf der Niederspannungsseite beeinflußt. Abb. 174 zeigt das Schaltungsprinzip einer Hochspannungsausrüstung mit 2 Repulsionsmotoren. Auf der Hochspannungsseite des Leistungstransformators wird nicht reguliert. Die Niederspannungsseite desselben besitzt mehrere Anzapfungen, von denen der Strom durch die Statorwicklung und den Erregertransformator zur Erde geschickt wird. In Reihe liegt noch eine Wendespule des Stators, die bei höheren Tourenzahlen die Kommutierung verbessert. Der Rotor liegt parallel zum Erregertransformator, der 2 Anzapfungen besitzt, durch die die Erregerspannung des Rotors verändert wird. Durch Kombinieren der verschiedenen Spannungszuführungen vom Leistungstransformator mit der Änderung der Erregerspannung erhält man mehrere Stufen, von denen man jedoch nur einen Teil zu benutzen braucht. Diese verschiedenen Schaltungen werden durch den Kontroller direkt veranlaßt.

b) Schützensteuerung. Während man durch die Kontrollersteuerung nur einzelne Triebwagen, bzw. einzelne Lokomotiven steuern kann, ermöglicht die Schützensteuerung die gleichzeitige Steuerung einer großen Anzahl von Triebwagen oder Lokomotiven von dem vordersten Führerstand aus. Zu diesem Zwecke wird der normale Kontroller in mehrere Hilfsapparate aufgelöst, die man Schützen (Hüpfer) nennt. Sie werden durch einen Steuerstrom betätigt, der entweder einem getrennten Transformator oder einer Anzapfung des Leistungstransformators entnommen wird. Die Spannung desselben wird gewöhnlich mit 300 Volt gewählt. Die einzelnen Schaltungen werden durch einen Führerkontroller bewirkt, der lediglich die wenige Ampere betragenden Steuerströme schaltet, daher klein ausfällt. Nur die Steuerstromkabel werden zwischen den Wagen gekuppelt; den Hochspannungsstrom[252] nimmt sich jeder Wagen getrennt von der Fahrleitung ab.

Abb. 175 gibt ein genaues Schaltungsschema einer Hochspannungsausrüstung mit Schützensteuerung für 4 kompensierte Repulsionsmotoren. Der Hochspannungsstrom, der von den Bügeln abgenommen wird, geht durch eine Drosselspule, die den Blitz abhalten soll, die Hochspannungssicherung, das Hochspannungsschütz (selbstätiger Ölschalter) und teilt sich von dort durch zwei Trennschalter zu den beiden Leistungstransformatoren; die andere Seite derselben ist geerdet. Ein zweiter Hochspannungskreis zweigt hinter der Drosselspule mit einer zweiten Hochspannungssicherung zu dem Steuerstromtransformator ab, hinter dem er geerdet ist; dieser Kreis geht nicht über das Hochspannungsschütz, man hat daher auch bei geöffnetem Ölschalter Steuerstrom, um das Hochspannungsschütz fernbetätigen zu können, ferner hat man Strom für Licht und die Luftpumpe zur Verfügung. Die beiden Motorstromkreise gehen von den Niederspannungsklemmen der Leistungstransformatoren aus über die Schützen, Motorsicherungen, Statoren, Erregertransformatoren und wieder über Schützen zu den Leistungstransformatoren zurück. Die Erregerstromkreise gehen von den Erregertransformatoren aus über die Fahrtwender zu den Erregerbürsten der Rotoren und von diesen wieder über die Fahrtwender zu den Erregertransformatoren zurück. Der Steuerstromkreis geht vom Steuerstromtransformator über den Führerkontroller und Wagenausschalter zu den Schützen, die er betätigt. Der Wagenausschalter ermöglicht es, einen Wagen bei Defekten aus einem Zuge elektrisch auszuschalten. Bei den verschiedenen Fahrstellungen wird sowohl die den Motoren von den Leistungstransformatoren als auch die von den Erregertransformatoren zugeführte Spannung verändert. Auch die Fahrtwender werden durch Steuerstrom vom Führerkontroller aus betätigt. Die Steuerleitungen werden an den beiden Wagenenden zu Kupplungsdosen geführt und durch Kupplungskabel mit jenen der anderen Wagen gekuppelt, so daß es möglich ist, sämtliche Motoren eines Zuges vom vordersten Führerabteil aus zu steuern. Abb. 176 zeigt einen Führerkontroller, der nur die Steuerströme schaltet. Abb. 177 zeigt eine Gruppe von Schützen. Sie bestehen aus Elektromagneten, die vom Steuerstrom durchflössen werden und dadurch Schalthebel anheben, die in den Motorstromkreisen liegen. Sie besitzen Hilfskontakte, durch die sie so gegeneinander gesperrt sind, daß nur die für eine Fahrstellung benötigten Schützen gleichzeitig eingeschaltet werden können. Es sei hier bemerkt, daß man die Elektromagnete der Schützen auch durch Luftzylinder ersetzen kann, die durch Druckluft betätigt werden. In diesem Falle werden alle Steuerstromkreise durch Luftleitungen ersetzt, die auch zwischen den einzelnen Wagen gekuppelt werden müssen. Dieses System ist jedoch nur wenig in Verwendung.

Der Fahrtwender dient dazu, in den Motorstromkreisen jene erforderlichen Umschaltungen vorzunehmen, die einen Wechsel der Drehrichtung der Motoren bedingen. Er besteht aus einer Wippe, die von 2 Elektromagneten durch den Steuerstrom von der Umschaltwalze des Führerkontrollers aus eingestellt wird. Die Steuerleitungen bestehen aus einer größeren Anzahl von Drähten, die zu Kupplungsdosen geführt werden. Diese werden durch Kupplungskabel, die an beiden Enden Stöpsel besitzen, verbunden. Da es leicht vorkommen kann, daß einzelne Pole einen schlechten Kontakt geben, so verwendet man sie der Sicherheit halber gewöhnlich doppelt. Der Ölschalter, der zum selbsttätigen Ausschalten[253] des Hochspannungsstromes dient, muß gewöhnlich von Hand aus wieder eingeschaltet werden. Er kann auch so ausgeführt werden, daß er durch Fernbetätigung auf elektromagnetischem Wege eingeschaltet wird, er heißt dann Hochspannungsschütz. Die Anordnung der Apparate erfolgt derart, daß sie teilweise im Führerabteil und teilweise unter dem Wagenboden untergebracht werden. Im Führerabteil befinden sich außer dem Führerkontroller die kleinen Schalter, Sicherungen und Instrumente. Die Hochspannung führenden Teile, wie der Ölschalter, Auslöser, Stromwandler, die Hochspannungssicherungen u.s.w. befinden sich gewöhnlich in einem abgeschlossenen Hochspannungsraum, der von den Stromabnehmern mechanisch und durch Luftdruck gesperrt ist, so daß er nur geöffnet werden kann, wenn die Bügel niedergelegt sind. Unter dem Wagenboden am Untergestell werden die Transformatoren, die gewöhnlich als Öltransformatoren ausgebildet sind, die Schützen, Fahrtwender und die Luftpumpe angebracht. Die Kabelleitungen müssen auf sorgfältige Weise verlegt werden, weshalb die Querträger des Wagenkastenrahmens nicht direkt unter dem Wagenboden, sondern in einer Entfernung von etwa 8 cm angeordnet werden. Es wird dadurch ermöglicht, die Leitungen auf ihre ganze Länge unmittelbar am Wagenboden zu befestigen. Zwecks Montage der Leitungen wird dieser mit der Unterseite nach oben auf dem Fußboden der Montagehalle ausgebreitet, so daß mit Leichtigkeit sämtliche Kabel befestigt und mit Blechschutz versehen werden können. Erst nachher wird der Wagenboden umgedreht und der Wagenkasten aufgesetzt.

Kontinuierliche Regulierung. Die Geschwindigkeitsänderungen erfolgen bei dieser ganz allmählich. Es gehören zu dieser Gruppe von Regulierungen die Potentialreglersteuerung und die Steuerung durch Bürstenverschiebung.

a) Potentialreglersteuerung. Sie ist im Prinzip der Steuerung durch Anzapfungen am Leistungstransformator ähnlich. Sie führt auch den Motoren verschiedene Spannungen zu; diese Spannungsänderungen geschehen jedoch nicht sprungweise, sondern allmählich durch den Potentialregler.

Abb. 178 gibt das Schaltprinzip einer solchen Steuerung für einen doppelt gespeisten Motor. P ist der Potentialregler. Der eine Teil der Wicklung besteht aus 2 Spulen, die entweder parallel oder in Serie geschaltet werden können, um einen größeren Bereich für die Regulierung zu erhalten. Der Potentialregler liegt in Serie mit dem Stator und Rotor; durch Drehung wird die dem Motor zugeführte Totalspannung geändert. Das Schema zeigt außerdem einen Spannungsteiler Sp, der es ermöglicht, das Verhältnis der Spannungen am Rotor und Stator zu ändern. Die Drosselspulen D sind dazu da, um eine Unterbrechung der Leistung beim Oberschalten von einer auf die andere Stufe zu vermeiden. Die Bürsten des Motors können kurz geschlossen werden, so daß er als Repulsionsmotor anlaufen kann.

Die Potentialreglersteuerung hat verschiedene Nachteile. Vor allem hat der Potentialregler ein großes Gewicht und wird zu seiner Drehung bedeutende Kraft benötigt, so daß sie auf mechanische Weise geschehen muß, entweder elektrisch oder durch Druckluft. Es wird aus diesen Gründen diese Steuerung sehr teuer, außerdem bringt sie aber ständige Verluste mit sich, da durch den Potentialregler immer Strom fließt, der Leerlaufsverluste verursacht. Es hat sich ferner herausgestellt, daß eine so feine Regulierung gar nicht erforderlich, daß sie im Gegenteil in den ersten Momenten des Anfahrens nachteilig ist, da die Motoren erst anziehen, wenn der Potentialregler schon weit vorgeschaltet ist. Aus diesen Gründen ist sie wenig in Verwendung.

b) Bürstenverschiebung. Sie besteht darin, daß die Motorbürsten durch mechanische Übertragung vom Führer aus verschoben werden, wodurch eine Änderung der wirksamen Windungszahl der Motoren und dadurch auch die Änderung der Geschwindigkeit hervorgerufen wird.

Stromabnehmer. Bei Niederspannung können dieselben Stromabnehmer Verwendung finden, wie sie bei Gleichstromstraßenbahnen üblich sind, d.i. die Rolle und der Bügel. Bei Hochspannung kommt fast ausschließlich der Bügel zur Verwendung, der für den einzelnen Fall besonders ausgebildet ist.

Bei einfachen Bügelstromabnehmern ist für jede Fahrtrichtung ein getrennter Bügel vorgesehen. Der jeweilig nicht in Benutzung befindliche ist niedergelegt. Der Bügel selbst besteht aus 2 Teilen; der obere trägt das Aluminiumschleifstück und ist durch ein Gelenk mit dem unteren verbunden. Dadurch wird der obere Teil leicht und sehr beweglich, was von großer Wichtigkeit für die Vermeidung von Funkenbildung ist.

Die Bügel werden gewöhnlich durch Druckluft betätigt. Jeder einzelne Bügel besitzt einen Antriebzylinder,[254] durch den er mit Druckluft hochgehoben und in der Höhe gehalten wird. Die kleinen Bewegungen, die der Stromabnehmer im Lauf auszuführen hat, werden lediglich von dem über dem Gelenk liegenden Teil des Bügels bewirkt und von den Gelenkfedern aufgenommen.

Der sog. Scherenstromabnehmer besteht aus einem Scherengestell, das oben einen kurzen Bügel mit Aluminiumschleifstück beweglich trägt. Das Scherengestell wird durch einen Druckluftzylinder hochgehalten. Auch hier nimmt die kleinen Bewegungen der obere kleine Bügel auf, der durch Federn an den Fahrdraht gepreßt wird. Beim Umkehren der Fahrtrichtung legt sich der obere Bügel selbsttätig um. Dies ist ein Vorteil gegen über den gewöhnlichen Bügeln, besonders beim Verschieben, da die Stromabnehmer beim Wechsel der Fahrtrichtung nicht umgesteuert zu werden brauchen. Bei höheren Geschwindigkeiten hat sich der Scherenstromabnehmer besser bewährt wie der gewöhnliche Bügel. Wenn größere Ströme abzunehmen sind, so kann man auf eine Schere auch 2 Bügel setzen (Abb. 179).

Abb. 180 zeigt ein Schema der Druckluftleitungen, u. zw. links für einen Wagen mit gewöhnlichen Bügelstromabnehmern und rechts für einen Wagen mit Scherenstromabnehmern. Die Leitung r ist die Bügelleitung, die durch den Zug hindurchgeht. Von dieser zweigen die Leitungen zu den einzelnen Bügelzylindern ab, in denen sich Absperrhähne befinden. Bei den gewöhnlichen Bügeln, die je nach der Fahrtrichtung umgesteuert werden müssen, ist in die Leitungen ein Bügelsteuerschieber eingeschaltet, der vom Fahrtwender aus betätigt wird, so daß immer die richtigen Bügel mit der Fahrtrichtung der Motoren übereinstimmen.

Bremsen. Elektrische Kurzschlußbremsung, elektromagnetische Bremsen oder Solenoidbremsen, die bei Gleichstrombahnen häufig in Verwendung stehen, sind bei Wechselstrombahnen nicht üblich. Da letztere hauptsächlich mehr Vollbahncharakter haben, so werden im allgemeinen die bei diesen Bahnen üblichen Luftdruck-, bzw. Luftsaugebremsen verwendet. Die Druckluft, bzw. das Vakuum, wird durch eine elektrisch angetriebene Luftpumpe erzeugt. Der Motor hierfür wird ohne Anlaßvorrichtung selbsttätig eingeschaltet.[255]

Er wird gewöhnlich mit 300 Volt vom Leistungstransformator oder vom Steuerstromtransformator gespeist. Das Arbeiten des Motors wird durch einen Druckregler geregelt, der den Motor selbsttätig ein- oder ausschaltet, wenn der Luftdruck unter ein gewisses Maß gesunken, bzw. über ein bestimmtes Maß gestiegen ist. Seine Wirksamkeit beruht auf dem Einrücken einer vom Luftdruck selbst gespannten Gummischeibe. Bei längeren Zügen ist es vorteilhaft, die Pumpen aller Wagen parallel zu schalten. Zu diesem Zwecke geht der Pumpenstromkreis über ein Pumpenschütz, das mit einer Steuerstromleitung in Verbindung steht, die durch den ganzen Zug geht. Durch die Pumpenschütze werden die Pumpensteuerstromkreise sämtlicher Wagen, gemäß dem Arbeiten des Druckreglers des ersten Wagens, betätigt. Abb. 180 zeigt die Luftleitungen und Apparate für eine Druckluftbremse.

Beleuchtung. Die Beleuchtung der Triebfahrzeuge erfolgt gewöhnlich mit einer Spannung von 300 Volt entweder vom Leistungs- oder Steuerstromtransformator aus. Es werden 4–5 Glühlampen in den einzelnen Kreisen hintereinander geschaltet. Legt man Wert auf gute Beleuchtung, so schaltet man hinter 4 Lampen in jedem Stromkreise einen Eisenwiderstand in Glühlampenform, der dazu dient, die Spannung an den Glühlampen auf möglichst gleicher Höhe zu erhalten und so auch Schwankungen in der Lichtstärke auf ein geringes Maß zu begrenzen.

Die Tafeln III und IV zeigen Beispiele von elektrischen Lokomotiven für einphasigen Wechselstrom.

Abb. 1, Tafel III, zeigt die Einphasen-Wechselstromlokomotive für Schnellzüge der preuß. Staatsbahnen (Linie Dessau-Bitterfeld). Die Achsanordnung ist 2-B-1. Die von den Deutschen Siemens-Schuckert-Werken gebaute Lokomotive wird mit Einphasenwechselstrom von 10.000 Volt und 15 Perioden betrieben, soll aber später für 15.000 Volt und 16²/₃ Perioden umgebaut werden.

Die Lokomotive ist imstande, einen Zug von 240 t auf der Horizontalen mit einer Geschwindigkeit von 100 km/St. zu fördern. Die Höchstgeschwindigkeit ist 110 km; die Zugkraft beträgt am Triebradumfang gemessen, beim Anfahren 7000 kg. Die unsymmetrische Anordnung der Achsen bedingt ein Wenden der Lokomotive in den Endstationen, wenn Züge mit hoher Geschwindigkeit gefördert werden sollen. Bei Zügen mit kleinerer Fahrgeschwindigkeit kann dies entfallen.

Abb. 2, Tafel III, zeigt die derzeit bei der A. E. G. Union El.-Gesellsch. im Bau befindliche 1-B-1 Personenzuglokomotive der Wien-Preßburger-Bahn. Diese Lokomotive wird für Einphasenwechselstrom von 15.000 Volt und 16²/₃ Perioden gebaut und kann einen Zug von 160 t auf der Horizontalen mit 65 km/St. fördern. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 70 km/St. Das Dienstgewicht der Lokomotive beträgt 54 t.

Abb. 1–6 auf Tafel IV zeigen die von der Maschinenfabrik Örlikon und der Schweizer Lokomotiv- und Maschinenfabrik Winterthur gebaute Einphasen-Wechselstromlokomotive der Loetschberg-Bahn (nähere Angaben vgl. die Tafel).

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Dietl.

C. Verwendung von dreiphasigem Wechselstrom (Drehstrom).

Die erste praktische Anwendung des Drehstromes für Traktionszwecke fand auf der Straßenbahn in Lugano (Schweiz) statt. Bestimmend für die Wahl dieser für Traktionszwecke bis damals nirgends verwendeten Stromart war der Umstand, daß damit die bei Gleichstrombahnen schon zu jener Zeit unangenehm bemerkten, durch die vagabundierenden Ströme hervorgerufenen Korrosionserscheinungen beseitigt werden konnten.

Kurz darauf (1897) erfolgte die Einrichtung der Strecke Stanstadt-Engelberg für elektrischen Betrieb mit Dreiphasenstrom, wobei schon festgestellt wurde, daß der Dreiphasenmotor bei Talfahrten von selbst als Generator wirkt, indem er den Zug auf konstanter Geschwindigkeit erhält und die potentiale Energie desselben in elektrische umgewandelt der Linie zurückgibt. Die auf diesem Wege rückgewonnene Energie kann zur Speisung gleichzeitig fahrender Züge sowie zur Deckung der Leerlaufverluste verwendet werden. Übersteigt aber die zurückgewonnene Energie diese Verluste und ist kein gleichzeitig fahrender Zug auf der Strecke, der diese Energie aufnehmen würde, so könnte hierdurch eine gefährliche Beschleunigung der Generatorengruppe in der Zentrale verursacht werden. Um dies hintanzuhalten wurde schon bei dieser Bahn ein Wasserwiderstand in der Zentrale aufgestellt, der dazu diente, die überflüssige rückgewonnene Energie talfahrender Züge zu vernichten. Ausschlaggebend für die Wahl des Dreiphasenstromsystems auf der genannten Strecke war deren für damalige Verhältnisse beträchtliche Länge (22 km).

Außer dieser Bahn wurde seitens der Firma Brown-Boveri im Jahre 1898 noch die Elektrisierung der Jungfraubahn und der Gornergratbahn in der Schweiz durchgeführt. Beide Bahnen werden mit Drehstrom von 500 Volt und 38, bzw. 40 Perioden gespeist.

Die erste eigentliche Verwendung des Drehstromes für Vollbahntraktion fand bei der italienischen Valtellinabahn (Veltlinbahn) (Lecco-Colico-Sondrio-Chiavenna) statt.

Die italienische Regierung hatte in Anbetracht der Kohlenarmut des Landes die zwei großen Eisenbahngesellschaften Italiens, die damals den Betrieb der Staatsbahnen führten, beauftragt, Versuche in größerem Umfange mit elektrischer Traktion zu machen, wobei als Zweck dieser Versuche der Ersatz der Dampflokomotiven durch elektrische Fahrbetriebsmittel ins Auge gefaßt wurde. Auf Grund der hierauf von der Verwaltung der italienischen Südbahn-Gesellschaft im Vereine mit der Firma Ganz & Comp., hinsichtlich der Elektrisierung der Veltlinbahn gepflogenen Studien, wurden dieser Firma im Jahre 1898 die bezüglichen Herstellungen nach den von Koloman v. Kandó ausgearbeiteten Plänen übertragen.

Der Betrieb wurde im September 1902 aufgenommen und ist seit diesem Zeitpunkte nicht unterbrochen worden.

Gleichzeitig mit der Ausführung der Veltlinbahn hat die Firma Ganz & Comp, in der k. u. k. Munitionsfabrik bei Wöllersdorf (Niederösterreich) eine kleine (2 km lange) Schleppbahn ganz nach dem in Italien verwendeten System eingerichtet.

Auch die Firma Brown-Boveri setzte ihre Arbeiten auf dem Gebiet der Drehstrombahnen fort, indem sie im Jahre 1899 die Strecke Burgdorf-Thun (Schweiz) für elektrischen Betrieb mit Dreiphasenstrom von 750 Volt Spannung einrichtete.

Nach diesem Zeitpunkte ist in der Entwicklung der Drehstromtraktion ein gewisser Stillstand zu verzeichnen, der darin begründet sein dürfte, daß nunmehr auch der inzwischen vervollkommnete Einphasenmotor als Traktionsmotor für Eisenbahnbetriebszwecke in Wettbewerb trat. Von da an beginnt der Wettbewerb zwischen den beiden Systemen, der wohl die Verbreitung der elektrischen Vollbahntraktion verzögerte, aber jedenfalls zur technischen Vervollkommnung beider Systeme so wesentlich beitrug, daß nach der dermaligen Ausbildung jedes derselben Anspruch auf betriebssichere Verwendbarkeit für Eisenbahntraktionszwecke erheben kann und daher auch jetzt wie in Hinkunft, nach den in jedem einzelnen Falle gegeneinander abzuschätzenden Vor- und Nachteilen das Feld seiner Anwendbarkeit finden wird.

Der nächste Fortschritt auf dem Gebiet der Drehstromtraktion ist auf der Simplontunnel- (Brig-Iselle-) strecke zu verzeichnen, deren Betrieb elektrisch eingerichtet werden mußte, da die Lüftung des Tunnels bei Dampfbetrieb große Schwierigkeiten bereitet hätte. Die Eröffnung dieses Betriebes, dessen Einrichtung der Firma Brown-Boveri übertragen wurde, erfolgte im Juni 1906.

Bald darauf schritt die italienische Staatseisenbahnverwaltung an die weitere Fortsetzung der Elektrisierungsaktion und eröffnete im Jahre 1910 den elektrischen Betrieb im Giovi-Tunnel nächst Genua. Die Arbeiten wurden von der italienischen Westinghouse Gesellschaft unter der Leitung Koloman von[257] Kandós ausgeführt und ist diese Anlage derzeit die größte und modernste Drehstromtraktionsanlage der Welt.

In Amerika wurde erst im Jahre 1909 die erste und einzige Drehstrombahn eröffnet. Diese bildet eine Teilstrecke der Great Northern Ry Co. und führt den Namen »Cascade Division«.

Die Drehstrombahnen Europas werden vorwiegend mit Dreiphasenstrom von 3000 Volt Spannung und 15 Perioden betrieben; diese Spannungs- und Periodenzahlen bilden charakteristische Merkmale des Systems.

Die Wahl der Fahrdrahtspannung ist unter der Voraussetzung, daß auf den Fahrzeugen kein (das Gewicht derselben erhöhender) Leistungstransformator untergebracht werden soll, durch die geforderte Leistungsfähigkeit der Lokomotive gegeben. Von diesem Standpunkte ausgehend, hängt die Fahrdrahtspannung von jener Stromstärke ab, die bei der heute geforderten größten Leistung einer Lokomotive noch mit Sicherheit vom Fahrdraht abgenommen werden kann. Diese Stromstärke beträgt erfahrungsgemäß 200–250 Ampère pro Stromabnehmer. Eine Lokomotive mit zwei Stromabnehmern kann also mit Sicherheit 400 Ampère von der Fahrleitung abnehmen, was bei 3000 Volt Spannung einer effektiven Leistung von rund 2500 PS. entspricht. Bei einer zulässigen Inanspruchnahme der Zughaken der Fahrzeuge von 10 t und unter Annahme der üblichen Geschwindigkeiten, ist diese Leistung für eine Lokomotive in Europa noch für lange Zeit genügend. Es wäre also nicht zweckmäßig, die Fahrdrahtspannung aus diesem Grunde zu erhöhen, zumal auch die spezifische Leistung der Motoren (PS. f. d. kg Gewicht) mit der Erhöhung der Spannung abnimmt. Eine wesentliche Erhöhung der Fahrdrahtspannung würde, abgesehen von der schwierigen Isolierung der Leitungsanlage und der Fahrzeuge, kein anderes Ergebnis haben, als daß die Entfernung der Transformatorunterstationen größer gewählt werden könnte. Nachdem aber bei jeder Unterstation die Arbeitslinie durch Sektionsisolatoren getrennt wird, würden hierbei die voneinander unabhängig abschaltbaren Teilstrecken größer ausfallen, was bei allfälligen Leitungsfehlern das Abschalten größerer Strecken bedingt und somit jede Betriebsstörung auf einer größeren Streckenlänge fühlbar wird.

Der Hauptvorteil der Drehstromlokomotiven ist deren geringes spezifisches Gewicht; dieser Vorteil darf ohne besondere Gründe nicht preisgegeben werden.

Die zweite charakteristische Eigenschaft dieses Systems ist die Wahl der Frequenzzahl des Betriebsstromes mit 15 Perioden i. d. Sekunde. Sie wurde hauptsächlich darum so nieder gewählt, weil bei dieser Periodenzahl die Motoren anstandslos in Kaskade geschaltet werden können, was bei höherer Periodenzahl schon Schwierigkeiten verursacht. Ferner können für diese Periodenzahl Motoren gebaut werden, deren Umdrehungszahl gleich der der Triebräder ist, somit eine Zahnradübersetzung vermieden werden kann, was bei Leistungen von 1500 bis 2000 PS. von großer Wichtigkeit ist. Ein weiterer großer Vorteil der niedrigen Periodenzahl ist der hohe Wert des Leistungsfaktors (cos φ), der bei Vollast 95–96% erreicht.

Die bisherigen Erfahrungen auf den italienischen Bahnen haben die Richtigkeit dieser Voraussetzungen bewiesen. Die italienische Regierung hat daher dieses System auch der weiteren Elektrisierung ihrer Bahnen zugrunde gelegt.

Eine nützliche Eigentümlichkeit dieses Bahnbetriebssystems liegt in der Einfachheit, mit der sich hierbei Stromrückgewinnung (Rekuperation) erreichen läßt.

Die Lokomotive bremst während des Anhaltens durch entsprechende Schaltung der Motoren elektrisch den Zug bis zur halben Geschwindigkeit (ohne Beihilfe der mechanischen Bremse) ab, indem sie diekinetische Energie des Zuges, die der Differenz zwischen der tatsächlichen und halben Geschwindigkeit entspricht, in Form von elektrischem Strom, abzüglich der elektrischen Verluste im Wasserrheostat und in den Motoren, an die Linie zurückgibt. Ist nun auf diese Weise die halbe Geschwindigkeit erreicht, wird der Strom ausgeschaltet und der Zug mittels der mechanischen Bremse zum Stehen gebracht.

Derselben Erscheinung der Stromrückgabe begegnen wir bei jeder Talfahrt, wenn die Neigung der Linie in ‰ ausgedrückt, größer ist als der Zugwiderstand in kg f. d. t Zuggewicht. Ein gewöhnlicher Zug würde in diesem Falle seine Geschwindigkeit beschleunigen, und um dies zu verhindern, müssen die Bremsen angezogen werden. Hier verhält es sich anders. Die Geschwindigkeit des talfahrenden Zuges bleibt bis auf einige Prozente konstant und der Überschuß an Energie, der sonst durch die Bremsung zwischen den Radreifen und Bremsklötzen vernichtet werden muß, wird in Form elektrischer Energie der Linie zurückgegeben. Diese zurückgegebene Energie kommt nun der elektrischen Zentrale zu Hilfe und vermindert somit hier die zu erzeugende Anzahl von Kilowattstunden. Die Möglichkeit der Rückgewinnung (Rekuperation) eines Teiles der verwendeten Kraft[258] hat sich als eine hervorragende Eigenschaft des Drehstromsystems beim Betrieb der Giovi-Linie, die 36‰ Gefälle hat, seit einem Jahr zur vollen Zufriedenheit bewährt.

Die Speisung der Motoren der Lokomotive erfolgt in nachstehend angeführter Weise.

Der aus der Fahrleitung entnommene Strom gelangt durch den Stromabnehmer in die Lokomotive, woselbst sich der Stromkreis in der Primärwickelung der Lokomotivmotoren schließt.

Der in dem rotierenden Teil der Motoren induzierte Strom, der gewöhnlich eine Spannung von 400 bis 500 Volt hat, wird beim Anfahren durch Kohlenbürsten von den Schleifringen abgenommen und dem Wasserrheostat zugeführt, der allmählich abgeschaltet wird. Beim Erreichen der synchronen Geschwindigkeit wirkt automatisch ein Kurzschließapparat, der die drei Schleifringe kurz schließt und somit den Wasserrheostat ausschaltet.

Bei Kaskadenschaltung wird der niedrig gespannte induzierte Strom des Rotors vom ersten Motor nicht dem Wasserrheostat, sondern dem primären Teil des zweiten Motors zugeführt, wo sich der Stromkreis schließt. Der induzierte Strom vom zweiten Motor wird aber in ähnlicher Weise wie früher beschrieben, dem Wasserrheostat zugeführt. Bei dieser Schaltungsweise wird die synchrone Geschwindigkeit der beiden Motoren schon früher erreicht, u. zw. wenn die Polzahl der beiden Motoren gleich groß ist, bei der Hälfte der synchronen Geschwindigkeit der Parallelschaltung. Ist die Polzahl der Motoren verschieden, so entspricht die synchrone Geschwindigkeit der Kaskadenschaltung jener Umdrehungsanzahl, die die Periodenzahl und die Summe der Polzahl beider Motoren ergibt.

Auf diese Weise können verschiedene Geschwindigkeitsstufen erreicht werden. Sämtliche Schaltungen des Primär- und Sekundärstromes werden pneumatisch oder elektropneumatisch verrichtet.

Zur Herstellung der hierzu benötigten komprimierten Luft ist jede Lokomotive mit einem oder zwei elektrisch betriebenen Luftkompressoren versehen, die auch die zur Betätigung der Westinghouse-Bremsen nötige komprimierte Luft liefern. Der Strom für die Motoren der Luftkompressoren sowie für die Beleuchtung der Lokomotive, endlich für die Betätigung der Relais des erwähnten Kontrollsystems wird von den sekundären Klemmen eines kleinen Transformators entnommen, dessen Primärklemmen mit der Luftleitung in Verbindung stehen.

Die Bauart der für Drehstrom eingerichteten Triebfahrzeuge ist am übersichtlichsten aus der Betrachtung der bisher ausgeführten Typen zu ersehen.

a) Veltlinbahn (Valtellinabahn). Die Triebfahrzeuge der Veltlinbahn bestehen aus 10 Motorwagen und 9 Lokomotiven dreier verschiedener Konstruktionen.

Nachdem Motorwagen bei den heutigen Erfahrungen für Vollbahnzwecke im allgemeinen nicht mehr verwendet werden, sei hier nur kurz erwähnt, daß die vierachsigen Wagen mit vier direkt gekuppelten Dreiphasenmotoren versehen sind, von denen 2 als Primärmotoren für 3000 Volt Spannung und 2 als Niederspannungsmotoren gewickelt sind. Letztere werden nur bei Kaskadenschaltung verwendet. Die Leistung eines Motorwagens beträgt rund 500 PS. und das Gewicht der gesamten elektrischen Ausrüstung 21∙5 t. Es entfallen somit etwa 43 kg auf eine Pferdekraft.

Apparate, Kontrollsystem und Sicherheitsvorkehrungen sind ähnlich wie bei den später beschriebenen Giovi-Lokomotiven ausgebildet.

Die Stromabnehmerapparate sind eine Kombination von Rolle und Bügel. Sie bestehen aus zwei Kupferzylindern von je 80 mm Durchmesser und 650 mm Länge, die auf einer Längsachse aus Holz montiert sind. Die Zylinder drehen sich in isolierten Kugellagern, der Strom wird von ringförmigen Kohlenkontakten den die Rolle tragenden Mannesmannröhren zugeführt. Das Heben und Senken der Stromabnehmer geschieht durch komprimierte Luft.

Die rollende Berührung zwischen Stromabnehmer und Arbeitsdraht ist besonders bei hohen Geschwindigkeiten von großer Bedeutung, weil die Lebensdauer der Arbeitsleitung dadurch bedeutend erhöht wird. Eine Rolle oder Walze kann bis 20.000 km Fahrt zurücklegen.

Die Motorwagen sind mit gewöhnlichen Westinghouse-Bremsen versehen, zu deren Speisung die komprimierte Luft von einem kleinen Motorkompressor geliefert wird.

Die Lokomotiven erster Lieferung haben 4 direkt gekuppelte Dreiphasenmotoren von je 225 PS. Leistung. Alle 4 Motoren sind für Hochspannung gewickelt, ohne Benützung der Kaskadenschaltung. Diese Lokomotiven können mithin nur mit einer Geschwindigkeit fahren, die hier 30 km in der Stunde beträgt.

Das Gewicht der gesamten elektrischen Ausrüstung beträgt ca. 26 t. Bei 900 PS. effektiver Leistung entfallen somit etwa 30 kg pro Pferdekraft.

Die elektrische Einrichtung und Bremsen sowie Sicherheitsvorkehrungen sind in ähnlicher, wenn auch weniger vollständigen Form angewendet, wie bei den später beschriebenen Giovi-Lokomotiven.

Die Lokomotiven zweiter Lieferung (siehe Taf. V. Abb. 1 u. 2.) unterscheiden sich von jenen der ersten Ausführung dadurch, daß die Motoren die Triebachsen nicht direkt antreiben, sondern in den Lokomotivrahmen eingebaut sind und den Antrieb der zwei gekuppelten Achsen mittels Trieb- und Kuppelstangen bewirken.

Diese Lokomotiven haben 5 Achsen, von denen 3 Triebachsen und 2 Laufachsen sind. Jede Lokomotive besitzt 2 Doppelmotoren von je 400/600 PS. Leistung.

Diese Doppelmotoren sind in je einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und bestehen aus 2 separaten Motoren, von denen der eine für Hochspannung, der zweite für Niederspannung gewickelt[259] ist. Durch Kaskaden- und Parallelschaltung der Motoren können bei einem Triebraddurchmesser von 1500 mm Stundengeschwindigkeiten von 32, beziehungsweise 64 km i. d. Stunde erreicht werden. Das Gewicht der gesamten elektrischen Ausrüstung beträgt 33 t, somit entfallen bei 1200 PS. Leistung etwa 27 kg auf eine Pferdekraft.

Da die Anwendung der Kaskadenschaltung nur durch Verwendung separater Niederspannungsmotoren möglich ist, müssen bei Parallelschaltung die Niederspannungsmotoren ausgeschaltet und als tote Last mitgeführt werden. Das Gewicht der elektrischen Ausrüstung ist somit nicht völlig ausgenützt.

Bei den Lokomotiven dritter Lieferung wurde dieser Nachteil teilweise beseitigt. Diese Lokomotiven besitzen nur 2 Hochspannungsmotoren, von denen der eine 8 Pole, der zweite 12 Pole besitzt. Die Ursache dieser Verschiedenheit bestand in der Forderung, die Lokomotiven für 3 verschiedene Geschwindigkeiten, u. zw. für 27, 42 und 64 km i. d. Stunde zu konstruieren.

Um die Hochspannungsmotoren für Kaskadenschaltung verwendbar zu machen, mußte der Stator eines derselben für Niederspannung umschaltbar gebaut werden. Dies wurde dadurch erreicht, daß die Hochspannungswicklung des 12poligen Motors pro Phase drei Wicklungsgruppen erhält, deren Enden vom Motor in einen Kontroller herausgeführt werden. Wenn der Stator für 3000 Volt benützt wird, werden die drei Gruppen pro Phase in Reihe, die 3 Phasen in Stern geschaltet. Bei Kaskadenschaltung sind die drei Gruppen parallel, die drei Phasen in Dreieck geschaltet, so daß sich die Anfangsspannung im Verhältnis von

erniedrigt.

Bei 64 km Geschwindigkeit ist nur der 8polige, bei 42 km der 12polige Motor allein eingeschaltet, während in Kaskadenschaltung die beiden Motoren zusammenarbeiten. Es ist übrigens zu bemerken, daß diese Lokomotiven jetzt für nur 2 Geschwindigkeiten umgebaut werden, da es sich nach 6jährigem Betriebe herausstellte, daß die Lokomotiven mit 3 Geschwindigkeitsgruppen jenen gegenüber, die mit nur 2 Geschwindigkeiten fahren können, keinen wesentlichen Vorteil haben.

Die Leistungsfähigkeit dieser Maschinen betrug in ihrer ursprünglichen Konstruktion 1500 PS. Das Eigengewicht der elektrischen Ausrüstung betrug 30∙5 t, mithin entfallen auf eine Pferdekraft etwa 20 kg.

b) Simplontunnelbahn. Die Lokomotiven der Simplonbahn (zwischen Brig und Iselle), die von der Schweizer Firma Brown-Boveri & Cie. geliefert wurden, sind zweifacher Bauart.

Die ältere Bauart, die im Jahre 1907 geliefert wurde, besitzt 5 Achsen, von denen drei gekuppelt sind und zwei als Laufachsen dienen. Die zwei in den Lokomotivrahmen gelagerten Drehstrommotoren treiben die mittlere Achse mit um 90° verstellten Kurbeln an; die beiden andern Achsen sind mit ersterer durch Kuppelstangen verbunden.

Während bei den Lokomotiven der Valtellinabahn die Geschwindigkeitsregelung durch Kaskadenschaltung geschieht, wird hier zum gleichen Zweck Polumschaltung benützt.

Die Motoren arbeiten bei kleiner Geschwindigkeit (35 km i. d Stunde) mit 16 Polen und 112 Umdrehungen, bei großer Geschwindigkeit (70 km i. d. Stunde) mit 8 Polen und 224 Umdrehungen i. d. Minute.

Die Schaltungen im Hochspannungsstromkreis, d.i. die Polumschaltung und Reversierschaltung, geschehen auf pneumatischem Wege, hingegen diejenigen im Rotorstromkreise mittels Handschalter.

Die normale Leistung der beiden Motoren beträgt 900 PS. effektiv, doch können dieselben momentan auch auf 2000 PS. effektiv überlastet werden.

Das Eigengewicht der elektrischen Ausrüstung beträgt 28 t. Es entfallen somit 31∙1 kg auf eine normale Pferdekraft und 14 kg PS. bei Überlastung.

Die im Betriebe mit dieser Bauart gesammelten Erfahrungen führten zu wesentlichen Konstruktionsänderungen beim Bau der zweiten Lokomotivtype. Diese Lokomotive besteht aus 2 vollkommen symmetrisch gebauten Hälften mit je zwei Triebachsen, die von je einem Elektromotor angetrieben werden. Laufachsen sind nicht verwendet, so daß das ganze Eigengewicht als Adhäsionsgewicht ausgenützt wird.

Die Motoren sind im Gegensatze zu den früheren ohne Schleifringe als Kurzschlußmotoren ausgebildet. Jeder Motor hat im Stator zwei verschiedene Wickelungen. Die eine kann für 16 und 8 Pole, die andere für 12 und 6 Pole benützt werden, wobei die schon früher erwähnte Polumschaltung zur Anwendung gelangt. Es können somit 4 Geschwindigkeitsstufen erreicht werden, u. zw.:

26 km	35 km	52 km	und	70 km	mit
16 Polen	12 Polen	8 Polen	und	6 Polen.

Um die bei Kurzschlußmotoren beim Anfahren unvermeidlich auftretenden großen Stromstöße zu vermindern, wird ein Reduktionstransformator angewendet, mittels dem die vom Fahrdraht abgenommene Spannung von 3000 Volt bis auf 1000 Volt vermindert werden kann. Das Anfahren geschieht mit dieser verminderten Spannung, die stufenweise – beim Anwachsen der Geschwindigkeit – bis auf 3000 Volt erhöht wird.

Das Gewicht der gesamten elektrischen Ausrüstung bei dieser Lokomotivtype beträgt rund 35 t.

Die Stundenleistung beträgt bei den verschiedenen Geschwindigkeiten:

26 km	35 km	52 km	und	70 km
1100 PS.	1300 PS.	1500 PS.	und	1700 PS.

Das spezifische Gewicht der elektrischen Ausrüstung beträgt bei der höchsten Leistung (1700 PS.) 20∙6 kg für die effektive Pferdekraft.

Der elektrische Zugförderungsdienst auf der Simplontunnelstrecke wird mit den 4 Lokomotiven seit 1906 anstandslos abgewickelt. Der Energieverbrauch im Tunnel beträgt 33–37 Wattstunden f. d. Tonnenkilometer, was bei dem großen Zugwiderstand als günstig zu bezeichnen ist. Es soll nebstbei erwähnt werden, daß der spezifische Zugwiderstand im Tunnel entgegen der künstlichen Ventilation auf 12 kg f. d. t steigt.

c) Giovi-Linie bei Genua. Die Lokomotivtype für diese Linie (Abb. 181), die auch für den elektrischen Betrieb im Mont Cenis-(Frejus-)Tunnel Verwendung finden wird, hat fünf gekuppelte Achsen. Eine Kuppelstange verbindet die Kurbelzapfen der beiden Motoren und nimmt in einem Schlitz den Kurbelzapfen der mittleren Achse auf, wogegen die vier anderen Achsen in der üblichen Weise durch Kuppelstangen verbunden sind. Die im Lokomotivrahmen gelagerten Motoren haben eine doppelte Lagerung; die inneren Lager haben ausschließlich dafür zu sorgen, daß der umlaufende und feststehende Teil gleichachsig bleibt, wogegen erst die äußeren Lager, die im Rahmen der Lokomotive eingebaut sind, das Gewicht des Läufers tragen und die Rückwirkung der Schubstangenkräfte aufnehmen. Durch die vollständige Entlastung der inneren Lager [261] ist auch deren Abnützung praktisch bedeutungslos und somit das Bedenken wegen des verhältnismäßig kleinen Luftspaltes von 2 mm behoben.

Die Leistungsfähigkeit einer solchen Lokomotive beträgt 2000 PS. effektiv. Abb. 182 und 183 stellen die Schaulinien beider Motoren (also einer Lokomotive) dar, u. zw. in Parallel- und Kaskadenschaltung. Die Geschwindigkeit beträgt im ersteren Fall 45, in letzterem 22∙5 km in der Stunde. Das Gesamtgewicht der elektrischen Einrichtung beträgt etwa 30 t oder etwa 15 kg f. d. Pferdekraft.

Die eigentliche elektrische Einrichtung ist folgendermaßen durchgeführt. Der Stromabnehmer hat zwei Hartbronzewalzen, die je auf einem Stahlrohr mit Kugellagern gelagert sind. Diese Stahlrohrachsen der beiden Walzen sind durch ein getränktes Holzstück isolierend verbunden und die Kugellager der Walzen gegen die Stahlrohrachse isoliert. Zum Weiterführen des Stromes dienen Graphitbürsten, die am Ende des Rohres angebracht und durch biegsame Kupferseile mit dem Gestänge verbunden sind. Zur weiteren Stromleitung dient das Gestänge des Abnehmers.

Das Abnehmergestänge wird durch eine Feder angehoben, die durch Druckluft gespannt wird. Wird die Luft aus dem auf dem Lokomotivdach liegenden Zylinder herausgelassen, so hört die Spannung der Feder auf und das Gestänge sinkt infolge seines Eigengewichtes herunter. Ein Glyzerinkatarakt dämpft die Bewegungen des Gestänges.

Die Stromleitung im Inneren der Lokomotivkammer verzweigt sich durch eine Drosselspule in die Leitung zu den Motoren und durch eine andere zum Blitzableiter. Die Stromleitung zu den Motoren führt über zwei Ausschalter zu den Ständern der beiden Motoren, von denen der eine mit einem durch Druckluft betätigten Schalter zusammengebaut ist. Dieser Schalter dient dazu, die Spulen des Ständers zwecks Kaskadenschaltung in Gruppen parallel oder bei Einzelschaltung der Motoren wieder[262] in Reihen zu schalten. Derselbe Schalter bedient gleichzeitig die sekundären Stromkreise der Motoren, u. zw. so, daß bei Einzelschaltung beide Motoren parallel auf den Anlaßwiderstand geschaltet sind, während bei Kaskadenschaltung der Läufer des einen Motors mit den unter sich parallel geschalteten Spulen des Ständers des anderen Motors verbunden wird.

Der Anlaßwiderstand besteht im wesentlichen aus zwei Gefässen: einem unteren Wasserbehälter und einem oberen Raum, in dem die Elektroden des Widerstandes isoliert eingebaut sind. Beim Anlassen wird die Flüssigkeit mittels Druckluft aus dem unteren Behälter in den Widerstandsraum gehoben. Die aufsteigende Flüssigkeit benetzt mehr und mehr die Oberfläche der Elektroden und verringert somit den elektrischen Widerstand zwischen ihnen. Sobald die Flüssigkeit den durch die Konstruktion erlaubten höchsten Spiegel erreicht hat, schließen die metallischen Kontakte die Klemmen untereinander kurz.

Die Motoren der Lokomotive werden durch die elektrisch betätigte Luftdrucksteuerung von Westinghouse angelassen und geregelt. Der Strom für die elektromagnetischen Auslöser wird einem kleinen Transformator, der gleichzeitig den Kompressor und das Kreiselgebläse speist, entnommen.

Die Stromkreise der elektromagnetischen Auslöser sind derart angeordnet, daß zwei oder drei Lokomotiven mittels Steckkuppelungen und eines 6adrigen Kabels verbunden und von irgendeiner der Lokomotiven bedient werden können.

Nicht nur das Einschalten der Druckluftschalter sondern auch das Regeln des Anlaßwiderstandes aller in solcher Vielgliedersteuerung verbundenen Lokomotiven geschieht vom Fahrschalter einer beliebigen der verbundenen Lokomotiven aus, indem ein im Fahrschalter eingebauter kleiner Stilwell-Spannungsregler die elektromotorische Kraft eines durch alle Lokomotiven gehenden Stromkreises der Auslöser betätigt, und nach Belieben zu regeln erlaubt.

In der Praxis kann es erwünscht sein, bei Benützung mehrerer Lokomotiven die eine mehr als die andere zu beanspruchen. Soll z.B. aus Sicherheitsrücksichten, um den Zughaken nicht zu sehr zu beanspruchen, die Schiebelokomotive stärker belastet werden, so muß diese relativ schneller zu fahren trachten. Ein solcher Fall ungleicher Fahrgeschwindigkeit tritt auch dann ein, wenn die verbundenen Lokomotiven ungleiche Raddurchmesser haben. Dann erreichen die Motoren der Lokomotiven mit den kleinsten Rädern ihren Synchronismus früher als die der anderen Lokomotiven, und der Anlasser dieser Lokomotiven wird infolgedessen zuerst kurz geschlossen. Die Motoren mit kurzgeschlossenen Sekundärspulen fungieren aber durch geeignete Anordnung als Regler der Anlasser der anderen Lokomotiven, erlauben das Kurzschließen ihrer Anlasser nicht, und regeln die von diesen aufgenommene Stromstärke auf gleiche Höhe oder im gewünschten Verhältnis zur eigenen Stromstärke. Ahnlich wird die Zugkraft der Lokomotiven in Vielgliedersteuerung bei Talfahrt mit Zurückgewinnung des Stromes geregelt, mit dem Unterschied, daß sich in diesem Falle der Anlasser der Lokomotive mit dem größten Raddurchmesser schließt und die Motoren dieser Lokomotive die Regler der anderen werden. Beim Übergang von Talfahrt auf Bergfahrt oder von Bergfahrt auf Talfahrt wird die Regelung selbsttätig ohne irgendwelche Mitwirkung des Führers übernommen.

Mit dieser Anordnung wird die bei Drehstrom scheinbar unmögliche willkürliche Verteilung der Zugkraft tatsächlich erzielt.

Die Einrichtung der Lokomotive wird durch zwei Kompressoren mit Motoren von je 6 PS., einem Kreiselgebläse mit einem Motor von 2 PS., zwei Transformatoren für 3000/100 Volt von je 6 Kilowatt, zwei Spannungsmessern, zwei Strommessern und einem unmittelbar anzeigenden Leistungsmesser vervollständigt.

Es sollen hier noch einige Betriebsergebnisse erwähnt werden, die auf der Giovi-Linie mit diesen Lokomotiven erzielt und vom italienischen Staatsbahningenieur Calzolari gelegentlich des internationalen elektrischen Kongresses in Turin (10.–17. September 1911) mitgeteilt wurden.

Es sei wiederholt, daß die elektrisierte Giovi-Linie einen außerordentlich regen Verkehr hat und eine Steigung von 36‰ aufweist.

Den bezeichneten Mitteilungen ist zu entnehmen, daß die Lokomotiven bei den Übernahmsproben den gestellten Forderungen nicht nur entsprachen, sondern diese übertroffen haben. Im regelmäßigen Betrieb haben sie sich vorzüglich bewährt; die Zugförderung mit zwei und mehreren Lokomotiven geht anstandslos vor sich, und die Rückgewinnung der elektrischen Energie auf den Gefällen wird seit 1. Mai 1911 im normalen Betriebe angewendet.

Der Energieverbrauch beträgt bei der Giovi-Linie f. d. Tonnenkilometer ohne Rekuperation 100 Wattstunden, in der Zentrale gemessen. Dieser außerordentlich hohe Wert erklärt sich aus der beträchtlichen Höhendifferenz von 300 m, die zwischen den beiden Endpunkten der elektrisierten Linie besteht. Berechnet man den Stromverbrauch f. d. virtuellen Tonnenkilometer, so ergibt sich ein Wert von 14∙5 Wattstunden, in der Zentrale gemessen.

Weiters teilt diese Veröffentlichung in bezug auf die Ersparnisse an Brennmaterial, bei Anwendung der Rekuperation, folgendes mit.

In der ersten Betriebsperiode wurden die regelmäßigen Züge auf dem Gefälle mit der mechanischen Bremse abgebremst, und die Rekuperation bloß mit Versuchszügen angewendet, um das Personal eingehend zu schulen.

Nach der mit 1. Mai 1911 erfolgten Anwendung der Rekuperation bei allen fahrplanmäßigen Zügen, ergab sich ein Ersparnis von 18–20% an Brennmaterial in der Zentrale gegenüber dem Verbrauch ohne Rekuperation.

Auf Grund dieser günstigen Erfahrungen hat die italienische Staatsbahnverwaltung nunmehr beschlossen, den elektrischen Betrieb auf ihren Vollbahnstrecken weiter auszudehnen. Hierfür wurde zunächst die zweite Strecke der[263] Giovi-Linie (die sogenannte »Succursale«) in Aussicht genommen und wird sich der elektrische Betrieb sonach einerseits von Ponte decimo bis Genua und anderseits von Busalla bis Ronco erstrecken. Da beide Strecken zweigleisig sind, werden demnach zwischen Rivarolo und Ronco 4 Gleise elektrisiert sein.

Die Arbeiten sind im Zuge und ist deren Fertigstellung im Laufe des Jahres 1913 zu erwarten.

Weiters sind für elektrischen Betrieb mit Drehstrom noch die Linien:

Mailand – Lecco	50 km
Genua – Savona	40 km
Turin – Modane	40 km
Savona – Ceva	45 km

bestimmt, so daß Italien voraussichtlich in kurzer Zeit ein Bahnnetz von etwa 350 km schwersten Verkehres mit Drehstrom elektrisch betreiben wird.

Für die vorerwähnten neuen Linien bestellte die Staatsbahnverwaltung bei der italienischen Westinghouse Gesellschaft 45 Stück neue Lokomotiven Type Giovi à 2000 PS. und 16 Stück Schnellzugslokomotiven à 2500 PS. welch letztere für 4 Geschwindigkeiten (37∙5, 50, 75 und 100 km i. d. Stunde) eingerichtet sein werden.

Nach Ablieferung dieser Lokomotiven werden demnach mit den bereits in Betrieb befindlichen 20 Stück Giovi-Lokomotiven zusammen 65 Stück Lokomotiven à 2000 PS. = 130.000 PS. und 16 Stück Lokomotiven à 2500 PS. = 37.500 PS.d. s. insgesamt 167.000 PS. an modernen elektrischen Lokomotiven in Betrieb stehen.

Literatur: Cserháti, Elektr. Zugbeförderung und die Veltlin-Bahn (Z. d. ung. I. u. A.-V., 1900, Bd. XXII). – Die elektrische Bahn Stanstad-Engelberg (Schwz. Bauztg. 1899, Bd. XXXIII, Nr. 15 u. 16). – Die elektrische Vollbahn Burgdorf-Thun (Schwz. Bauztg. Bd. XXXV). – Koromzay, Les nouvelles locomotives électriques de la Valteline (R. Gén. des ch. d. f. et des tramways. Mars 1905). – Valatin, Drehstromlokomotiven mit drei Geschwindigkeitsstufen der italien. Staatsbahnen (E. K. u. B. Heft 6, 1907). – Thoman, Die elektrische F⁴/₄-Lokomotive am Simplon (Ztschr. dt. Ing. 1909, Seite 607). – Hutchinson, The electric System of the Great Northern Railway Co. at Cascade Tunnel (Proc. of the Amer. Inst, of electr. eng. Nr. 11, 1909). – Waterman, Three phase traction. – De Muralt, Heavy traction Problems in electrical engineering (Paper presentend at the 22 d Anunal Convention of the American Institute of Electrical engineers. June 19–23, 1905). – K. v. Kandó, Neue elektr. Güterzuglokomotive der italien. Staatsbahnen (Ztschr. dt. Ing. Seite 1349). – Calzolari, La trazione monofase e la trazione trifase sulle linee di grande traffico (Int. El.-Kongreß, Turin 1911). – K.v. Kandó, Gotthardbahn und Giovi-Linie (Schwz. Bauztg. Bd. LX, Nr. 7. u. 8).

Koromzay.

VII. Automobile Triebwagen.

Außer den vorstehend erläuterten Systemen kommen für elektrische Bahntraktion auch die einer Leitungsanlage nicht bedürftigen automobilen Triebwagen in Betracht. Unter elektrischen Automobilwagen für Eisenbahnen versteht man selbstfahrende Wagen, die durch eigene Kraft aus einem mitgeführten Energievorrat sich mittels elektrischer Kraftübertragung auf Schienen bewegen. Sie sind demnach automobile Fahrzeuge, die im Gegensatze zu Motorwagen von Fahrleitungen unabhängig sind und ähnlich wie Dampflokomotiven vollständige Einheiten darstellen. Sie stehen weder in Wettbewerb mit Dampf- oder elektrischen Lokomotiven, noch auch mit den eigentlichen elektrischen Motorwagen, denn ihr Anwendungsgebiet liegt dort, wo keines der genannten Fahrzeuge wirklich gut geeignet ist.

Sowohl die Dampflokomotive als auch die elektrische Lokomotive werden in erster Linie nur für schwere Zugslasten verwendet, aber im Falle schwachen Personenverkehres bei häufig zu bietender Fahrgelegenheit wirtschaftlich nicht entsprechend ausgenützt.

Zudem erfordert der Betrieb mit elektrischen Lokomotiven oder Motorwagen die Anlage und Instandhaltung von kostspieligen Kraftwerken und Fahrleitungen. Die Rentabilität solcher Investitionen ist daher an die Voraussetzung eines dichten Zugsverkehres gebunden, der wieder nur bei starker Personenfrequenz begründet ist.

Die auf einzelnen Bahnstrecken eingeführten Dampftriebwagen haben sich zum Teil nicht bewährt. Solche mit kleinen Kesseln genügen den Anforderungen des Betriebes zumeist nicht, wogegen solche mit großem Kessel besser durch wirkliche Lokomotiven zu ersetzen sind.

Das eigentliche Verwendungsgebiet der Triebwagen besteht in dem Zubringen und Verteilen des Hauptverkehres auf anschließende Nebenstrecken. Die auf solchen Strecken oft notwendige gleichzeitige Abwicklung eines Teiles des Personen- und Frachtenverkehres mit Dampflokomotiven ist hiedurch in keiner Weise behindert.

In Preußen, Ungarn und Nordamerika z.B.2 wurden auf geeigneten Strecken mit elektrischen Automobilwagen günstige Ergebnisse erzielt, so daß die Anwendung dieser Fahrzeuge in den letzten Jahren größere Ausdehnung gefunden hat. Es gibt zwei Haupttypen derartiger Triebwagen, u. zw. a) solche mit Akkumulatorenbetrieb und b) solche mit Verbrennungsmotoren und elektrischer Kraftübertragung.

Zu a): Die Akkumulatorentriebwagen führen als Energiequelle Akkumulatorenbatterien[264] mit sich, die unter Rücksichtnahme auf den Fahrplan an geeigneten Punkten der Bahnstrecke aus lokalen Ladestationen gespeist werden, sobald ihr Arbeitsvorrat durch den Betrieb des Wagens erschöpft ist. Oft wird mit der Weiterfahrt des Triebwagens nicht erst bis zur Aufladung der Batterie gewartet, sondern die erschöpfte Batterie auf der Ladestation gegen eine betriebsfähige umgetauscht.

Der Betrieb mit Akkumulatoren ist infolge des Entfalles von Rauch und motorischen Erschütterungen hygienisch einwandfrei. Der Betriebsbereich ist jedoch dermalen auf einen Aktionsradius von etwa 50 km bei Hin- und Rückfahrt beschränkt.

Außer der umständlichen und relativ kostspieligen Batterieunterhaltung (eine Verbesserung hat der Edison-Akkumulator gebracht) wirkt beim Akkumulatorenbetrieb solcher Fahrzeuge der Umstand nachteilig, daß das beträchtliche Gewicht der Batterie stets mitgeschleppt werden muß. Hiedurch wird mit Rücksicht auf deren begrenzte Arbeitskapazität die Möglichkeit der Mitführung von Anhängewagen sehr eingeschränkt und der Betrieb auf Linien mit starken Steigungen praktisch nicht durchführbar.

Für mehr oder weniger ebene Strecken jedoch scheinen die Betriebsergebnisse zufriedenstellend zu sein, nachdem die preußischhessische Staatseisenbahnverwaltung bisher etwa 130 Akkumulatorentriebwagen auf solchen Strecken Norddeutschlands in Betrieb hat (Betriebslänge 4600 km).

Von der Batterie abgesehen, ist die elektrische Einrichtung und der Antriebsmechanismus dieser Triebwagen jener elektrischer Straßenbahnwagen ähnlich. Bei den Wagen der in Abb. 184 dargestellten Bauart sind die Batterien in den geschlossenen Vorbauten des Wagenkastens untergebracht, wobei die größere Achsenzahl dieses Doppelwagens gewählt wurde, um trotz des Batteriegewichtes die Raddrücke in zulässigen Grenzen zu halten.

Die Batterie weist eine Spannung von etwa 310 Volt auf und kann Energie für eine Strecke von 100–150 km einfacher Fährt liefern. Zum Antrieb des Wagens dienen zwei Serienmotoren von je 80 PS. Leistung, die dem Wagen eine Geschwindigkeit von 60 km/St. erteilen können. Die Übersetzung geschieht (wie beim Straßenbahnbetrieb) durch Zahnräder und die Regulierung an Hand von Strom- und Spannungszeigern durch Serienparallelschaltung mit Feldschwächung.

Das Wageninnere dieser Bauart hat einen Fassungsraum von 108 Sitz- und Stehplätzen, wobei der Wagen unbesetzt etwa 60 t wiegt.

Die Beleuchtung durch Glühlampen wird von einer Zellengruppe der Batterie gespeist, die Heizung hingegen mit Kohlenbriketts vorgenommen.

Die Betriebskosten sollen einschließlich Verzinsung rund 0·5 M. f. d. Wagen-km betragen.

Auf Strecken mit längerer Steigung hat man zwecks Energierückgewinnung bei Talfahrt auch versucht, den Automobilwagenantrieb mittels Nebenschlußmotoren zu bewerkstelligen, aber bisher ohne nachhaltigen Erfolg.

Mit dem Akkumulatorentriebwagen ist die Akkumulatorenlokomotive verwandt, indem ihre elektrischen Einrichtungen im wesentlichen einander gleichen (s. auch Abschnitt über »Gruben- und Industriebahnen«). Die Akkumulatorenlokomotive hat in Deutschland für Verschubzwecke und in England sowie in der Schweiz zum Materialtransport beim Bahnbau Anwendung gefunden.

Zu b): Die Ausrüstung der zweiten Art dieser Fahrzeuge, der sog. »Benzin-, Benzol- oder Gasolin-elektrischen Triebwagen« ist von der vorher beschriebenen Bauart wesentlich verschieden. Die bedeutenden Verbesserungen der Explosions-, bzw. Verbrennungsmotoren für Benzin, Benzol, Gasolin, Rohöl u.s.w., wie sie mit dem Aufschwunge des[265] Automobilismus Hand in Hand gingen, ließen derartige Motoren als genügend betriebssicher erscheinen, um Eisenbahnfahrzeuge damit zu betreiben.

Solche Motoren sind aber nicht direkt für eine bequeme und genaue Regulierung des Triebwerkes und infolgedessen der Fahrgeschwindigkeit des Vehikels geeignet. Bei Anlauf des Wagens soll ein großes Drehmoment, entsprechend einer großen Zugkraft an den Triebrädern, entwickelt werden, während bei voller Fahrt das Drehmoment wegen des Wegfalles der Beschleunigung viel kleiner sein kann, dafür aber die Tourenzahl um so höher sein soll.

Nachdem dieser Forderung am leichtesten durch elektrische Kraftübertragung und Regelung nach dem Ward-Leonard-System entsprochen werden kann, so stellt die Zusammenstellung von Primärmaschine, Generator und Elektromotoren ungeachtet ihrer Vielteiligkeit das geeignete Mittel dar, um trotz gleichmäßiger Belastung und Tourenzahl der Primärmaschine die Umfanggeschwindigkeit und Zugkraft der Triebräder des Fahrzeuges den Anforderungen des Betriebsdienstes geschmeidig anzupassen.

Diese Anordnung bringt gegenüber Akkumulatorenbetrieb einige wesentliche Vorteile zur Geltung. Das Fahrzeug wird von elektrischen Ladestationen unabhängig, besitzt einen nur von der Menge des mitgenommenen Brennstoffes begrenzten Fahrbereich, benötigt keine Ladezeit und erspart die Mitführung des beträchtlichen toten Gewichtes von Akkummulatoren.

Diese Art von Triebwagen gestattet auch ohneweiters einen rationellen Betrieb auf nicht ebenen Strecken.

Die Vereinigten Arad-Csanáder Eisenbahnen in Ungarn waren 1903 unter den ersten, die dieses Betriebsmittel in größerem Maßstabe und systematisch für den Personenverkehr an Stelle des Lokomotivbetriebes, einführten. Durch häufigen Verkehr solcher Wagen allein oder mit Anhängewagen war diese Bahnverwaltung bei Ermäßigung der Fahrpreise in der Lage, die Frequenz ihrer Linien seither zu verdoppeln und die Einnahmen nach der damals eingetretenen Stagnation um jährlich etwa 12% zu steigern. Gegenüber dem Dampfbetrieb haben sich die Ausgaben f. d. Wagen-km auf etwa die Hälfte verringert.

Abb. 185 zeigt den benzinelektrischen Triebwagen der Arad – Csanáder Bahn, Abb. 186 eine amerikanische Bauart eines mit Gasolin betriebenen Motorwagens und Abb. 3 auf Tafel V den Triebwagen der preußischen Staatsbahnen. Letzterer wird mit Benzol betrieben und hat sich in der Praxis sehr bewährt.

Erst in allerletzter Zeit hat man auch den Versuch gemacht, den Dieselmotor wegen des billigen und wenig feuergefährlichen Teer- nnd Rohöls zum Antrieb des Generators zu benutzen.

Die Primärmaschine samt Generator und die zugehörige elektrische Einrichtung sind meist an einem Ende des im übrigen normal gebauten Wagenkastens untergebracht und von diesem feuerfest abgeschlossen. Zur Verminderung[266] der vom Verbrennungsmotor verursachten Erschütterungen wird zweckmäßig das Aggregat oft direkt auf einem Laufdrehgestell des Wagens montiert (Abb. 187), während der Wagenkasten auf dem Drehzapfen aufruht.

Der Verbrennungsmotor besteht aus einem mehrzylindrigen Viertaktmotor (meist der V-Type) mit hoher Tourenzahl (600 bis 800 i. d. M.). Er soll von kräftiger Bauart sein und gute Zugänglichkeit aller Teile besitzen. Er erhält Hochspannungs- oder Batteriezündung und eine verläßliche Preßschmierung. Bei größerer Leistung wird diese Maschine statt von Hand vorteilhaft mittels komprimierter Luft aus dem Behälter der Druckluftbremse angelassen. Man läßt dann eine Hälfte der Maschine im Zweitakt an, während die andere Hälfte sogleich mit Brennstoff gespeist wird. Hierdurch ist ein sicheres Anspringen bei Inbetriebsetzung gewährleistet. Der zugehörige Kompressor wird von der Maschine selbst angetrieben. Bei Leerlauf und bei Stillstand des Fahrzeuges wird die Tourenzahl des Verbrennungsmotors selbsttätig herabgesetzt (auf etwa 200 Touren i. d. Minute), um am Brennstoff zu sparen und die Erschütterungen zu vermindern.

Die Auspuffleitung der Abgase wird über das Dach des Wagens hinausgeführt und das Kühlwasser durch ein System von Wabenkühlern geleitet, die entweder durch den natürlichen Luftzug oder mittels Ventilator gekühlt werden. Im Winter wird die Wärme des Kühlwassers zur Heizung des Wagens ausgenutzt. Das Brennmaterial des Explosionsmotors ist in einem Behälter versorgt, der ebenso wie die zugehörigen Speisungsrohre manchmal von einem neutralen Gas (Stickstoff oder Kohlensäure) unter Überdruck in einem Umhüllungsmantel umspült ist, um bei Leckwerden ein Austreten des Brennmateriales und damit Feuersgefahr zu verhüten.

Für den täglichen vollen Betrieb eines derartigen Wagens auf Strecken mit mittleren Verhältnissen sind 200–300 kg Brennstoff nötig3, welche Menge im Behälter leicht mitgeführt werden kann, ohne Unbequemlichkeiten zu verursachen. Man hat tägliche Fahrleistungen bis 600 km pro Wagen erreicht.

Einer Leistung von 100 PS am Verbrennungsmotor entsprechen gewöhnlich 66 KW am Generator, während die Stundenleistung der hiezu passenden Antriebsmotoren zusammen etwa 160 PS beträgt. Das Dienstgewicht des zugehörigen Triebwagens erreicht in Preußen 47 t bei einem Fassungsvermögen von 95 Personen.

Die Primärmaschine ist mit einem Gleichstromerzeuger für meist 300 Volt Spannung direkt gekuppelt, der eigene oder häufig auch fremde Erregung besitzt. Das Aggregat betreibt ferner zwangläufig oder durch Kupplung den Kompressor für die zum Bremsen und Anlassen nötige. Druckluft, sowie die kleine Erregerdynamo (etwa 2∙5 Kilowatt bei 70 Volt). Diese letztere dient außer zur Erzeugung des Erregerstromes für den Generator auch oft zum Betriebe der Beleuchtung und zum Aufladen einer kleinen Hilfsbatterie. Das Prinzip der Regelung der Zugkraft und der Fahrgeschwindigkeit des Wagens beruht darin, daß zum Anlauf des Wagens der Generator eine große Stromstärke bei niederer Spannung erzeugt, was durch ein schwaches Feld des Generators erreicht wird. Für Vollauf wird das Feld gestärkt und infolgedessen auch die erzeugte Spannung der Hauptdynamo[267] erhöht, bei gleichzeitiger Abnahme der Stromstärke. Die Regelung geschieht durch Widerstandsänderung mit dem schwachen Strom des Magnetfeldes, weshalb die Schalteinrichtungen auch nur für geringe Ströme zu bemessen sind. Die Regelung dieses Feldstromes kann je nach dem Stande des Wagenführers von einem beliebigen Wagenende aus bewerkstelligt werden, wobei Strom-, Spannungs- und Leistungszeiger als Kontrollinstrumente dienen.

Der Strom des Generators speist die eigentlichen Triebmotoren für die Fahrräder. Als solche sind meist zwei parallel geschaltete Serienmotoren wie für Straßenbahnen verwendet, jedoch oft bloß am zweiten Drehgestell des Wagens montiert. Sie sind staubdicht gekapselt und wie üblich zur Hälfte federnd aufgehängt. Mittels Zahnradübersetzung treiben sie direkt die Triebräder an. Aus vorstehender Abb. 188 ist der Schaltplan eines derartigen Triebwagens der preußischen Staatsbahnen ersichtlich.

Die von der Erregerdynamo ladbare kleine Akkumulatorenbatterie dient für die Notbeleuchtung; weiters sind eine Druckluft- und Handbremse, Sandstreuung sowie Signalvorrichtungen vorhanden. Die sonstige Ausstattung der Wagen entspricht jener von elektrischen Überlandbahnen.

Man hat bisher mit solchen Wagen in der Ebene Geschwindigkeiten von 100 km in der Stunde mit einem 200 PS-Primärmotor, bzw. von 75 km i. d. Stunde mit einem 125 PS-Aggregat erzielt.

Nach den Erfahrungen mit verschiedenen Wagen dieser Bauart sollen sich die Betriebskosten einschließlich Verzinsung und genügender Tilgung auf etwa 0∙5 M. f. d. Wagen-km für mittlere Verhältnisse stellen. Das Fahrpersonal besteht pro Wagen aus einem Maschinisten, bzw. Wagenführer und dem Schaffner.

Literatur: E. v. Ziffer, Berichte anläßlich der internationalen Straßenbahn- und Kleinbahnkongresse (zuletzt Kristiania 1912, Kongreßbericht, Seite 247–374). – E. v. Sarmezey, Der Personenverkehr der Vereinigten Arad- und Csanader Bahnen (Fachblatt Közmunka, Jahr 1910, Nr. 16). – Über Akkumulatorentriebwagen: E. T. Z., Jahr 1907, S. 791; Z. V. D. E. V., Jahr 1907, S. 1121; Z. V. D. E. V., Jahr 1908, S. 774; Z. V. D. J., Jahr 1909, S. 201. – Über Benzin- und Gasolinelektrische Triebwagen: E.K.B., Jahr 1910, Nr. 14, S. 265; E.K.B., Jahr 1911, S. 318; Z. V. D. E. V., Jahr 1911, S. 1262; Z. V. D. E. V., Jahr 1912, S. 56, 398; El. Railway Journal, Jahr 1910, S. 202: El. Railway Journal, Jahr 1911, S. 163, 497; El. Railway Journal, Jahr 1912, S. 149, 1046.

Slovsa.

VIII. Betriebführung elektrischer Bahnen.

a) Straßenbahnen. Die elektrischen Straßenbahnen sind aus den Pferdebahnen entstanden, als die Entwicklung des Elektromotors es aussichtsreich erscheinen ließ, ihn zum Antrieb von Bahnen zu benutzen und dadurch die Geschwindigkeit und die Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Die Reisegeschwindigkeit (mittlere Geschwindigkeit einschließlich der Aufenthalte) betrug bei den Pferdebahnen in der Stunde rund 8 km und wurde durch die Einführung des elektrischen Betriebes auf 12–14 km erhöht. Die reine Fahrgeschwindigkeit ist natürlich viel größer (18–35 km in der Stunde) und es wurde dadurch möglich, die Straßenbahnlinien, die ursprünglich vor allem im engverbauten Gelände angelegt wurden, auch in die Umgebung der Städte auszudehnen. Bei geringer Entfernung mehrerer Orte voneinander ist die Straßenbahn auch noch als Verbindungsmittel am Platze.

Ein Vorteil der Straßenbahn ist ihre Geschmeidigkeit hinsichtlich der Linienführung, die die Anwendung sehr kleiner Krümmungshalbmesser (bis zu 16 m und noch weniger) gestattet. Dadurch ist es möglich, an den Linienenden zur Vermeidung des zeitraubenden Umkehrens auch bei beschränktem Raum[268] Schleifen vorzusehen, die einen ununterbrochenen Betrieb bei sehr kleinen Zugfolgezeiten gestatten.

Die Straßenbahn kann wegen ihrer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit und der guten Bremseinrichtungen fast alle sonst bei den Bahnen üblichen Sicherungseinrichtungen und Signalmittel entbehren. Nur an unübersichtlichen Stellen oder auf eingleisigen Streckenteilen sind einfache Lichtsignale gebräuchlich. Die kräftigen Bremsen in Verbindung mit Sandstreuern gestatten sehr geringe Zugabstände, so daß auf günstigen Strecken mit durchgehendem Verkehr Zugfolgezeiten von ¹/₃, sogar ¹/₄ Minuten erreichbar sind.

Da das Fassungsvermögen der Wagen in der Regel 30–50 Personen beträgt und von einem Motorwagen 2 Anhängewagen gezogen werden können (längere Züge behindern im Stadtinnern den übrigen Verkehr), so sind Zugsleistungen von 100–150 Fahrgästen möglich und können ohne besondere Einrichtungen 12.000 bis 20.000 Personen in der Stunde in einer Fahrtrichtung auf einer Linie befördert werden.

Die Gestalt des Bahnnetzes ist hauptsächlich durch die örtlichen Verhältnisse bedingt und neigt in den Städten zu starker Verzweigung, um dem Verkehrsbedürfnis viele Wege zubieten. Die Haltepunkte sind im Stadtinnern zahlreich anzuordnen (Haltestellenentfernung im Mittel 300 m) und sind an wichtigen Umsteigplätzen zur Bequemlichkeit der Reisenden mit Perrons und Wartehallen auszustatten. Das Verkehrsbedürfnis ist im Bahnbereich meist sehr verschieden. Die entsprechende Verkehrsdichte kann dann nur durch Ineinandergreifen des Verkehrs der einzelnen Bahnlinien hergestellt werden. Durchgangslinien, die den langen und wichtigen Fahrtrelationen dienen, ergeben in den einzelnen Abschnitten eine sehr verschiedene Besetzung der Fahrbetriebsmittel.

Um Durchgangslinien wirtschaftlicher zu machen, bedürfen sie daher für die stark in Anspruch genommenen Streckenteile der Ergänzung. Das kann durch eine Verbindung mit anderen Durchgangslinien geschehen, die dann auch über den stark belasteten Streckenteil laufen, oder durch Einlegen von Pendellinien (kürzeren Linien auf einzelnen Streckenteilen).

Wie alle Bahnen stehen auch die Straßenbahnen vor der Aufgabe ein schwanken des Verkehrsbedürfnis befriedigen zu müssen, dessen Erfüllung aber dadurch wesentlich erschwert wird, daß neben den bekannten und vorherzusehenden, gesetzmäßigen Veränderungen der Leistung, auch starken, unvermuteten Schwankungen gefolgt werden soll. Die Betriebführung muß daher besonders elastisch sein, um in kurzer Zeit dem Andrang der Fahrgäste mit dem entsprechenden Angebot von Plätzen begegnen zu können. Die Schwierigkeit dieser Aufgabe wächst mit der Ausdehnung der Bahn, wird also im Bereich großer Städte, die einen Massenverkehr auf oft nur ganz kurzen Strecken bewältigen müssen, am fühlbarsten. Abb. 189 zeigt die Verkehrsschwankungen einer Großstadtstraßenbahn in den einzelnen Tagesabschnitten.

Die unangenehmen Spitzen, die sich aus den naturgemäßen Schwankungen des Personen Verkehres der Stadt ergeben, werden dabei oftmals noch durch besondere Tarifmaßnahmen aus sozialpolitischen Gründen verstärkt (z.B. Frühverkehr bei vermindertem Preis für Arbeiter).

Im Interesse der Wirtschaftlichkeit muß das Angebot der Betriebsmittel in möglichste Übereinstimmung mit dem Verkehrsbedürfnis gebracht werden, damit ein befriedigender Füllungsgrad der Fahrbetriebsmittel erreicht wird. Diese Bedingung kann zumeist (in den Vormittags- und Nachmittagsstunden) nicht richtig erfüllt werden, weil ein gewisses Mindestmaß an Fahrgelegenheit von den Fahrgästen gefordert wird. Bei zu starker Ausdehnung der Zugfolgezeiten wendet sich sonst das Publikum anderen Fahrgelegenheiten zu oder geht geringe Entfernungen zu Fuß.

Da die Bequemlichkeit der Reisenden aber auch eine möglichst gleichmäßige Fahrgelegenheit fordert, ist es nur im beschränkten Maße möglich, den Fahrplan von Straßenbahnlinien[269] durch Veränderung der Zugfolgezeiten allein den Schwankungen des Verkehres anzupassen, und es muß das Angebot an Betriebsmitteln auch durch Verwendung zerlegbarer Einheiten (Mehrwagenzüge) geregelt werden.

Einem plötzlich auftretenden stärkeren Andrang von Fahrgästen (bei Schneefall oder Regen) kann meist nur durch erhöhte Besetzung der Wagen (vermehrte Anzahl der Stehplätze) wirksam begegnet werden, da bei langen Linien die Wirkungen anderer Maßregeln verspätet eintreten würden und der Ansturm der Fahrgäste in einem großen Gebiete, ja oft im ganzen Netze gleichzeitig einsetzt. Auch für die gesetzmäßigen, bekannten Verkehrsspitzen in den Früh-, Mittags- und Abendstunden (rush hours) ist die Vermehrung der Stehplätze das wirksamste Mittel, weil sich der Andrang der Fahrgäste in einer sehr kleinen Zeitspanne vollzieht.

Der Bahnbetrieb beginnt meist in den ersten Morgenstunden und endet sehr spät. In der Nacht ruht er ganz, nur in einigen Städten, besonders in Nordamerika, werden dauernd oder bei besonderen Anlässen Fahrten auf Hauptlinien während der ganzen Nacht geleistet. Für die Fahrbetriebsmittel und die Streckenanlagen ergeben sich also nur kleine Betriebspausen von einigen Stunden zur Reinigung, Untersuchung und Instandhaltung. Da der Wagenbestand aus wirtschaftlichen Gründen knapp bemessen werden muß, steht nur ein geringer Bruchteil des Wagenparkes zu großen Ausbesserungen und genauen Untersuchungen zur Verfügung. Während der nächtlichen Betriebspause werden bei fast allen Straßenbahnen die Fahrbetriebsmittel in gedeckten Hallen untergebracht, in denen auch die Revision und Reinigung stattfindet. Um bei der Betriebseröffnung am Morgen lange Zufahrten möglichst zu sparen, empfiehlt sich im allgemeinen die Anordnung mehrerer Wagenhallen im Bereiche des dichter befahrenen Teiles des Bahnnetzes. In Städten entstehen daher durch die Inanspruchnahme teurer Baugründe hohe Kosten, die sich dadurch ermäßigen lassen, daß man Verwaltungsgebäude oder Wohnhäuser von Bediensteten im Anschluß an die Hallen errichtet und die Untergeschosse zu Nebenzwecken (Magazinen, Werkstätten u.s.w.) verwendet.

Bei der Anlage der Wagenhallen ist besonders auf zahlreiche Ausfahrten zu achten, damit bei der Aufnahme des Verkehres und bei Feuersgefahr die Wagen rasch hinausgeschafft werden können. Die deshalb vor den Wagenhallen nötige Gleisentwicklung nimmt zwar viel Bauplatz weg, ist aber wertvoll als Sammelstelle für die am Abend einlaufenden Fahrzeuge. Bei knappem Bauplatz wird manchmal nur eine Ausfahrt aus der Wagenhalle angeordnet und der Anschluß der anderen Hallengleise durch eine Schiebebühne bewerkstelligt. Diese Anordnung ist teuer im Betriebe und sehr zeitraubend. Im Innern der Hallen ist für gute Beheizung und Beleuchtung sowie für zahlreiche Zapfstellen für Waschwasser und guten Ablauf des Schmutzwassers Vorsorge zu treffen. Moderne Hallen werden zwar meist feuersicher erbaut, trotzdem ist eine reichlich bemessene Feuerlöschanlage notwendig. Die Hallen sind fast immer für die eigene Bewegung der Motorwagen mit Oberleitung (mit abschaltbarer Speiseleitung) ausgerüstet.

Die jede Nacht vorzunehmende Revision an den Fahrbetriebsmitteln erstreckt sich hauptsächlich auf das Untergestell, insbesondere auf die Bremsen der Wagen und auf die wichtigsten Teile der elektrischen Einrichtung. Wegen der kurzen Arbeitszeit, die zur Verfügung steht, muß es möglich sein, zahlreiche Wagen gleichzeitig zu untersuchen; deshalb sind sehr lange Arbeitsgruben vorzusehen und mit besonderer Beleuchtung auszurüsten.

Wenn auch, wie dies meist üblich ist, große Arbeiten an den Wagen in eigenen Hauptwerkstätten vorgenommen werden, so empfiehlt es sich doch zur Vornahme kleinerer Reparaturen in den Nebenräumen der Hallen einfache Hilfswerkstätten unterzubringen.

Aus dem schwankenden Betriebe ergeben sich auch verschiedene Schwierigkeiten bei der Verwendung des Personals. Die Besetzung der Fahrzeuge besteht zumeist für den Triebwagen aus Führer und Schaffner, für die Anhängewagen aus einem Schaffner.

Das Fahrgeld wird gewöhnlich an den Schaffner entrichtet, der dafür Fahrscheine ausfolgt oder die Zahlung, unter der Kontrolle des Publikums, mittels einer Zählvorrichtungregistriert (Amerika).Bei Anwendung[270] eines Einheitsfahrpreises kann das Geld aber auch von den Fahrgästen in Registrierkassen, die am Wagen (Prepayment-car) angebracht sind, eingeworfen werden. Dem Schaffner obliegt dann nur die Überwachung.

In kleinen Städten und auf den Außenlinien großer Bahnen mit geringem Verkehr, ist es auch möglich, Motorwagen ohne Schaffner verkehren zu lassen und den Führer mit der Einhebung des Fahrpreises zu betrauen.

Da der stärkste Verkehr und daher auch der größte Bedarf an Betriebspersonal in den Morgen-, Mittags- und Abendstunden eintritt, macht die Verteilung der Arbeitsstunden auf die Bediensteten bei großen Bahnnetzen beträchtliche Schwierigkeiten, weil die Ansprüche der Angestellten auf Dienstpausen, freie Tage u.s.w. gleichmäßig befriedigt werden sollen. Ein Beispiel der Verteilung der Dienstschichten für einen Schaffner und einen Führer einer großen Straßenbahn gibt Abb. 190.

Aus der eingangs erwähnten Eigentümlichkeit, daß die elektrischen Straßenbahnen zumeist auf die Benutzung der öffentlichen Wege angewiesen sind, sich also im allgemeinen Straßenverkehr und zum Teil mit größerer Geschwindigkeit als dieser bewegen, ergeben sich zahlreiche Betriebsgefahren und müssen die Bahnverwaltungen zu ihrer Bekämpfung besondere Aufwendungen machen. Die in der Straßenoberfläche eingebetteten Schienen (Rillenschienen oder Kopfschienen mit im Pflaster ausgesparter Rille) sind sehr stark der Verschmutzung ausgesetzt; der Schienenzustand und die Reibungsverhältnisse sind deshalb im hohen Grade von der Straßensäuberung abhängig. Bei schlechtem Wetter sinkt der Reibungskoëffizient zwischen Rad und Schiene bedeutend (bis etwa 0∙05), so daß sehr kräftige wirkende Sandstreuvorrichtungen erforderlich sind, um Anfahrt und Bremsung befriedigend zu ermöglichen.

Im engsten Zusammenhang mit den ungünstigen Reibungsverhältnissen steht die Ausbildung der Bremsvorrichtungen, die sehr kräftig und rasch wirkend sein müssen. Das Bestreben geht hierbei auch dahin, die Bremswirkung von der Geschicklichkeit des Führers möglichst unabhängig zu machen, da große Sachkenntnis und Aufmerksamkeit erforderlich ist, um die Bremskraft dem jeweiligen Schienenzustand anzupassen.

Zum Schutze der Fußgänger werden heute allgemein Schutzvorrichtungen angewendet, um sie vor dem Überfahrenwerden zu behüten.

Sie sind aus dem Bahnräumer, einem einfachen Holzbrett, das durch Konsolen vor den Rädern befestigt wurde, entstanden. Daraus entwickelte sich ein viereckiger Holzrahmen, der in 6–8 cm Abstand vom Boden das Wagenuntergestell umgab. Kleinere Gegenstände und Gliedmaßen von gestürzten Personen gerieten aber oft unter den Schutzrahmen.

Es wurden daher Vorrichtungen ersonnen, die diese gefährliche Fuge vermeiden und aus einer Art Fangkorb bestehen, der drehbar am Wagengestell aufgehängt und in der Ruhelage mit seiner Vorderkante 10–15 cm vom Boden absteht. Gerät ein Körper in die Gleiszone, so kann der Wagenführer entweder durch einen Griff die Fangvorrichtung zum Fallen bringen oder die Auslösung erfolgt selbsttätig durch ein am Wagen beweglich aufgehängtes Tastorgan, das an das Hindernis anstößt. Die Schnelligkeit des freien Falles wird meist noch durch eine Feder oder durch Luftdruck erhöht, wodurch auch für einen dauernd dichten Anschluß des Korbes am Boden gesorgt ist. Die Anbringung der Schutzvorrichtungen[271] an den Motorwagen geschieht entweder an der Brustwand (Abb. 191, Fender, life guard) oder vor den Triebrädern am Untergestell (Abb. 192, wheel guard.)

Da bei den Straßenbahnen der Verkehr durch zahlreiche kleine Einheiten, die sich in kurzen Abständen auf der Strecke folgen, bewältigt wird, machen sich Stockungen des Betriebes besonders unangenehm bemerkbar, und es muß der raschen Behebung von Betriebsstörungen große Sorgfalt zugewendet werden. Behinderungen des Betriebes erfolgen häufig durch beschädigtes Fuhrwerk, das in der Gleiszone niedergeht, dann durch schadhafte Bahnwagen, Schäden an der Oberleitung oder am Gleis und schließlich durch Witterungseinflüsse (Schneefall).

Die Straßenbahnverwaltungen sind daher bei größerem Netzumfang gezwungen, einen regelrechten Rettungsdienst einzurichten, der im allgemeinen aus vom Gleis unabhängigen Wagen, die mit Hilfsmitteln zur Beseitigung von Hindernissen ausgerüstet sind, besteht. Vorzusehen sind kräftige Winden, Hebebäume, Schlosserwerkzeuge und genügende Arbeitsmannschaft. Diese Wagen (Rüstwagen, emergency cars) waren früher meist mit Pferden bespannt, jetzt wird der motorische Antrieb bevorzugt.

Für die Behebung von Schäden an der Stromzuleitung werden besonders ausgebildete, vom Gleis unabhängige Rettungswagen verwendet, die mit Oberleitungsmaterial und Leitern ausgerüstet sind. Für größere Arbeiten an der Stromzuleitung und periodische Untersuchungen dienen Fahrzeuge mit turmartigem Aufbau und drehbaren Plattformen, die neben den Gleisen fahren und das Arbeiten am Fahrdraht auch während des Betriebes gestatten. (Abb. 193). Um den Wirkungsbereich von Störungen der Stromzuleitung einzuschränken ist es üblich, eine weitgehende Unterteilung der Fahrleitung in Stromsektionen (Länge rd. 500 m) vorzunehmen. Die einzelnen Sektionen können durch Öffnen eigener Schalter stromlos gemacht werden.

Schäden am Oberbau kommen wegen der geschützten Lage seltener vor und beschränken sich zumeist auf die Weichen. Häufiger wird das Gleis durch Straßenaufgrabungen (Kanalbau), oder Schäden von Einbauten im Untergrund (Rohrbrüche) unfahrbar, und es muß daher möglich sein, Streckenteile rasch auszuschalten. Beim Bau des Netzes ist darauf zu achten und auf passende Ausweichen und Verbindungskurven Bedacht zu nehmen, um den Verkehr leicht ablenken zu können. Sonst dienen dazu Gleisverbindungen (Kletterweichen, Gewicht etwa 2500 kg), die auf die Straßenoberfläche aufgelegt werden.

Die Erhaltung der Pflasterung innerhalb der Gleiszone obliegt zumeist den Straßenbahnverwaltungen und verursacht große Kosten, da sie zur Vermeidung von Störungen durch Fuhrwerk und Beschädigungen am Oberbaumaterial sorgfältig erfolgen soll. Die Reinigung der Gleiszone erfolgt gleichzeitig mit der Straßensäuberung, bedarf aber einer Ergänzung, da die Schienenrillen sehr starker[272] Verschmutzung ausgesetzt sind und auch durch den von den Wagenführern gestreuten Sand verlegt werden. Das Putzen der Rille geschah früher meist von Hand aus, in neuester Zeit verwendet man mit Erfolg motorisch angetriebene Schienenreinigungswagen, bei denen die Rille der Fahrschiene durch Kratzvorrichtungen unter Zusatz von Wasser gesäubert und der Schmutz weggesaugt wird.

Auf Strecken mit unterirdischer Stromzuführung muß auch der Kanal, in dem die Stromschienen liegen, von einfallendem Straßenschmutz befreit werden. Hiezu dienen Handschaufeln; um den Betrieb nicht zu stören, verwendet man auch kleine Pflüge, die von den Zügen nachgeschleppt werden.

Die größte Schwierigkeit für die Aufrechterhaltung des Betriebes bilden Schneefälle, die, wenn sie heftig einsetzen, das Fahren sogar unmöglich machen können, da die Beseitigung größerer Schneemassen mit den bei der Straßensäuberung üblichen Hilfsmitteln zu große Zeit in Anspruch nimmt. Die Straßenbahnen sind daher gezwungen, für die Wintermonate besondere Vorkehrungen zu treffen, die in der Bereitstellung von Salzwagen, Schneepflügen und von Arbeitsmannschaft bestehen. Von den Salzwagen, die an Motorwagen angehängt werden, wird bei sehr starkem Frost grobes Pulversalz in die Rille der Schienen gestreut, um einen Gefrierverzug und dadurch ein Auflösen des Schnees zu erzielen. Die Anwendung von Salz hat aber sehr viele Nachteile, besonders Schäden an den Wagen zur Folge und soll daher auf Ausnahmsfälle beschränkt werden.

Die früher üblichen Schneepflüge mit Pferdebespannung genügen nicht und wurden daher in neuerer Zeit durch motorische Schneereinigungsvorrichtungen ersetzt. Nachdem im Winter meist eine Verminderung des Wagenparkes stattfinden kann, werden vielfach normale Motorwagen als Schneepflüge hergerichtet und für die Schneereinigung verwendet.[273] (Abb. 194.) Sie haben den Vorteil, daß sie rasch in Verkehr gesetzt werden können und den Betrieb wenig stören. Für schwere Räumungsarbeiten auf Außenstrecken, besonders auf eigenem Bahnplanum dienen motorisch betriebene Kehrmaschinen mit rotierenden Walzen. (Abb. 195.) Beiden Arten von Pflügen ist der Nachteil gemeinsam, daß nur die eigentliche Gleiszone vom Schnee gereinigt wird, wodurch das Schwerfuhrwerk zur Benutzung der Gleise verlockt und der Betrieb arg gehindert wird. Es ist daher vorteilhaft, mit der Gleisreinigung auch die Räumung eines Teiles der übrigen Fahrbahn der Straße zu verbinden. Zu dem Zwecke werden vorteilhaft mit Automobillenkung versehene Schneepflüge verwendet, die von einem Motorwagen geschleppt, neben der Gleiszone laufen können. (Abb. 196.)

Gleichzeitig mit der Reinigung der Straßenoberfläche vom Schnee ist die Säuberung der Schienenrille vorzunehmen, damit sie nicht durch zusammenbackenden Schnee verlegt werden kann. Dies besorgen Schienenkratzer, die vor den Rädern der Motorwagen in den Rillen schleifen. (Abb. 197.) Es empfiehlt sich, in rauhen Klimaten alle Motorwagen mit solchen Kratzern auszurüsten, damit, ehe die Schneereinigung einsetzt, schon die Schienen geputzt werden.

Die Kosten für die Betriebsführung elektrischer Straßenbahnen in Städten sind sehr verschieden; sie schwanken für den Wagenkilometer bei ausgiebigem Anhängewagenbetrieb ohne Verzinsung und Tilgung des Anlagekapitales und ohne die Auslagen für die Erneuerung zwischen 25 und 40 Heller, je nach der Inanspruchnahme und der Bezahlung des Personals und je nach den Preisen der Materialien und des elektrischen Stromes. Von den Verzinsungs- und Erneuerungskosten entfallen auf 1 Wagenkilometer [274] 6–15 Heller. Die gesamten Betriebskosten für den Wagenkilometer schwanken je nach den Verhältnissen zwischen 30 und 50 Heller und steigern sich bei reinem Motorwagenbetrieb bis auf 80 Heller.

Spängler, Thumb.

b) Vollbahnen. Die Betriebführung elektrischer Vollbahnen bietet neben der Rauchlosigkeit, größeren Reinlichkeit und gleichmäßigeren Beanspruchung des Oberbaues (durch die Abwesenheit nicht ausbalanzierter Triebwerksteile) die technischen oder wirtschaftlichen Vorteile einer gesteigerten Leistungsfähigkeit, die durch Geschwindigkeit, Zugbildung und Zugfolge bedingt ist.

Die Reisegeschwindigkeiten sind fast immer höher als im Dampfbetriebe (schnelleres Anfahren, höhere Fahrgeschwindigkeiten, kürzere Zugförderungsaufenthalte).

Die Zugbildung umfaßt den ganzen Traktionsbereich zwischen der Beförderung schwerer Züge mit den größten Zugsgewichten und der Verwendung kurzer, den augenblicklichen Bedürfnissen entsprechender Züge, bis herab zum Verkehr einzelner Triebwagen. Der Wirkungsgrad der elektrischen Motoren ist in allen Fällen ungefähr der gleiche. Im Interesse einer ökonomischen Ausnützung der Kraftwerks- und Leitungsanlagen ist allerdings die Anwendung dichter Fahrpläne mit gleichmäßiger Verteilung der Züge und wenig schwankender Zugsgewichte erwünscht.

In dieser Beziehung zeigen die von vorneherein für elektrischen Betrieb gebauten amerikanischen Überland- und Zwischenstadtbahnen die beste Anpassung an die Eigentümlichkeiten des elektrischen Betriebes, während die elektrischen Hauptbahnen in Europa fast durchwegs durch Elektrisierung von Dampfbahnen unter Beibehaltung der im Dampfbetriebe üblichen Zugbildung entstanden sind.

Die Vorbereitungs- und Abrüstezeiten für den Lokomotiv-(Wagen-) Führer sind kurz, da weder Anheizen noch Feuerlöschen in Betracht kommt.

Die Handhabungen während der Fahrt umfassen im allgemeinen die Betätigung, bzw. Beobachtung nachstehender Einrichtungen:

1. Fahrschalter (ein Hebel oder ein, seltener zwei Handräder);

2. Fahrtwender;

3. 1–2 Bremshandgriffe und eine Handbremse, eventuell noch eine Spezialbremse.

4. Vorrichtungen zum Schließen der Hauptschalter vor Fahrtbeginn und zum Öffnen im Notfalle (meist Druckknöpfe);

5. hörbares Signal (Pfeifen oder Huppen für Druckluft, die aber auch in Verbindung mit Luftsaugepumpen betätigt werden können), Sandstreuer (mit oder ohne Druckluft, oft elektrisch geheizt);

6. Schalter für selbsttätige Preßluft- oder Luftsaugepumpen, elektrische Zugheizung und -beleuchtung, samt den Signallampen;

7. Meßinstrumente für Spannung, Strom, Leistung, Luftspannung, Geschwindigkeit und oft auch für elektrische Energie.

Auf manchen Bahnen werden streckenweise verschiedene Spannungen (wie z.B. häufig auf amerikanischen Linien: Niederspannung innerhalb von Ortschaften und Hochspannung außerhalb derselben) oder verschiedene Stromsysteme verwendet (Einphasenstrom auf der freien Strecke, Gleichstrom auf den Strecken innerhalb von Städten u.s.w.). Die Umsteuerung am Wechselpunkt geschieht meist durch den Führer im Stillstand oder während der Fahrt unter Kontrolle selbsttätiger Vorrichtungen oder auch rein selbsttätig durch feste Anschläge an neben der Bahn angebrachten Masten.

Die meist durch elektrische oder pneumatische Relaiswirkung erfolgende Steuerung der Motoren und Bremsen ist sehr einfach und mühelos; der Führer kann sich um so mehr seiner wichtigsten Tätigkeit, d.i. der Signalbeobachtung, widmen. Jedoch ist die Verwendung eines zweiten Mannes oder einer entsprechenden Sicherheitsvorkehrung auf dem Triebfahrzeug notwendig, um bei plötzlich eintretender Dienstuntauglichkeit des Führers den Zug zum Stillstande zu bringen.

In diesem Belange wurden bisher folgende Arten der Zugsbedienung erprobt:

a) der Zugführer befindet sich während der Fahrt derart in der Nähe des Lokomotiv-, bzw. Motorwagenführers, daß er von seinem Stand aus diesen beobachten und im Notfalle in die Führung des Zuges eingreifen kann (besonders geeignete Ausführungen sind diesbezüglich bei den Drehstromlokomotiven der italienischen Valtellinabahn und Giovi-Linie zu finden);

b) als zweiter Mann wird ein minder vorgebildetes Organ verwendet (Schlosser, der dauernd mitfährt, oder Wagenschlosser, der im Bedarfsfalle in den Wagen beschäftigt ist und nur in diesem Falle durch den Zugführer ersetzt wird);

c) es wird nur ein Führer allein verwendet und der Fahrschalter erhält eine in Amerika »dead man's handle« genannte Vorrichtung, d.i. einen Griff mit Hilfskontakt, der während der Fahrt unter Strom durch die Hand oder das Knie des Führers beständig niedergedrückt gehalten werden muß; durch das bei plötzlich eintretender Dienstuntauglichkeit des Führers erfolgende Loslassen des Griffes werden die Motoren selbsttätig abgeschaltet und bei vielen Ausführungen die Zugbremsen angezogen, allenfalls auch die Sandstreuvorrichtungen betätigt.

Bei Mehrfachtraktion mit mehr als einer Lokomotive (Motorwagen) werden durch die hoch ausgebildeten Systeme der Vielfachsteuerungen nach Bedarf mehrere oder alle Fahrzeuge von einem Führer gesteuert. Mitunter werden zwei Fahrzeuge getrennt, aber unter Beobachtung von wechselseitig anzeigenden Strommessern gesteuert (Berner Oberlandbahn).[275] Bei Triebwagenzügen ist fast ausschließlich das Steuern von der jeweiligen Zugspitze gebräuchlich, mitunter von Führerständen in nicht motorischen Wagen (z.B. auf Stockholm-Saltsjöbaden).

Auch Motoren verschiedener Systeme, jedoch gleicher Stromart und ähnlicher Geschwindigkeits-Zugkraftcharakteristik lassen sich gemeinsam steuern (z.B. auf Blankenese-Ohlsdorf). Bei zusammenarbeitenden Drehstromfahrzeugen sind besondere Einrichtungen zur gleichmäßigen Verteilung der Belastung auf die Motoren notwendig (z.B. Giovi-Linie).

Die Triebfahrzeuge können mit bestimmtem Fahrpersonal einfach oder doppelt besetzt oder nach der »amerikanischen« Methode vom ganzen Personal einer Fahrleitungsgruppe abwechselnd geführt werden. Letztere Methode wird bei Motorwagenverkehr in der Regel, bei Lokomotiven häufig angewendet und ermöglicht die volle Ausnützung der gegenüber den Dampffahrzeugen durch den Fortfall des Feuerputzens und Auswaschens intensiveren Verwendungsfähigkeit der elektrischen Fahrzeuge in gedrängten Turnussen.

Zum Schutze des Publikums und des Personals vor Beschädigungen durch die Wirkungen der Starkströme werden an den Fahrleitungen besondere Vorkehrungen getroffen. Niveauzuleitungen (»dritte Schienen«) sind an entsprechenden Stellen durch Holzwangen oder -lutten eingeschalt; Oberleitungen mit höheren Spannungen haben fast ausnahmslos »Kettenaufhängung« des Fahrdrahtes an wenig beanspruchten stählernen Tragseilen, derart, daß bei dem übrigens äußerst selten vorkommenden Bruche der Fahrleitung diese nur wenig herabhängen kann, oder die Oberleitung wird durch besondere Einrichtungen bei Kurzschluß oder Drahtbruch sofort selbsttätig abgeschaltet.

Die Bewegung der Lokomotiven und Triebwagen in den Schuppen erfolgt entweder durch Spille (zur Vermeidung der Einleitung von Hochspannung) oder durch die Fahrzeuge selbst.

Das letztere geschieht bei niederer Fahrleitungsspannung durch unmittelbare Einführung der Fahrleitung, bei hoher Spannung entweder ebenfalls unter Einleitung der Fahrleitung, die aber normal spannungslos gehalten und nur nach Bedarf, nach Abgabe von hörbaren und sichtbaren Warnungssignalen, unter Spannung gesetzt wird (z.B. Dessau – Bitterfeld und Vácz-Gödöllö) oder unter Verwendung von Niederspannung, die dem Fahrzeug durch einen besonderen Stromabnehmer zugeführt wird (z.B. in den Schuppen der Vorortebahn Blankenese-Ohlsdorf mit 300 Volt).

Die Schuppen enthalten meist besondere Prüfanlagen zur Erzeugung der Prüfspannungen bei der Revision der Leitungen und Motoren und der Druckluft zum Ausblasen des Staubes aus den Motoren und Apparaten.

Die Lokomotiven und Motorwagen werden untersucht:

a) täglich nach Betriebsschluß (Stromabnehmer, Bürsten, Bremsen, allenfalls Ausblasen der Motoren und Fahrschalter);

b) etwa wöchentlich in Bezug auf die Lagerabnützung, die Wirksamkeit der Schalter und Schalterantriebe, zur Auswechslung kleinerer Teile u.s.w.;

c) in größeren Zwischenräumen, deren Dauer sehr verschieden ist, zum Zwecke des Ausbaues und der gründlichen Reinigung und Untersuchung der Motoren und Luftpumpen, des Abdrehens von Stromabnehmern u.s.w.

Die Reparaturdauer der Triebfahrzeuge in den Werkstätten ist verhältnismäßig kürzer als bei Dampffahrzeugen, weil die Ausbesserungen der Hauptsache nach im Auswechseln von Bestandteilen bestehen und längere Arbeiten (wie solche z.B. an Dampfkesseln notwendig sind) nicht vorkommen.

Hruschka.

IX. Elektrotechnische Einrichtung von Spezialbahnen.

a) Zahnbahnen. Beim Bau von Gebirgs- oder Bergbahnen (s.d.) kommt der Zahnradbetrieb zur Anwendung, wenn die zur Beförderung der Last nötigen Kräfte sich mit der Reibung zwischen Schiene und Rad überhaupt nicht mehr oder nicht mit genügender Sicherheit übertragen lassen, die Anwendung geringerer Steigungen aber aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen ausgeschlossen erscheint.

Aus diesen grundsätzlichen Eigentümlichkeiten folgt die Überlegenheit des elektrischen Antriebes bei Zahnradbahnen gegenüber dem Dampfbetrieb.

Der Elektromotor hat eine gleichmäßige Umfangskraft, daher einen ruhigen Lauf; die Gefahr des »Aufsteigens« des Triebzahnrades ist deshalb geringer als bei Dampflokomotiven mit großem Ungleichförmigkeitsgrad.

Die Unabhängigkeit des Zuges ist zwar nicht in solchem Maß vorhanden wie beim Dampfbetrieb; wesentlich zu gunsten des elektrischen Antriebes spricht dagegen das absolut und relativ geringere Lokomotivgewicht oder bei gleichem Gewicht die größere Leistung und die Möglichkeit, durch direkte Stromrücklieferung oder Kurzschlußbremsung über eine sichere Bremsart in der Talfahrt zu verfügen.

Für den elektrischen Betrieb sprechen aber außer diesen technischen Argumenten gewichtige wirtschaftliche Momente:

Diejenigen Gebiete, in welchen der Bau von Zahnradbahnen in Betracht kommen kann, sind zumeist kohlenarm und reich an Wasserkräften,[276] – es wird daher die zur Förderlast nötige, verhältnismäßig große Betriebskraft unter Ausnützung der Wasserkräfte billiger zu stehen kommen als bei Anwendung von Kohle, die durch lange Bahnfrachten hohe Preise verursacht.

Bei Touristenbahnen tritt weiters der Vorteil der rauchfreien und geräuschlosen Fahrt als empfehlendes Moment für den elektrischen Betrieb hinzu.

In bezug auf die anwendbaren Neigungen besteht zwischen Dampf- und elektrischem Betrieb kein Unterschied, allerdings ermöglicht die Überlastbarkeit der Lokomotiven und der Kraftanlagen bei gegebener mittlerer Leistung – namentlich bei Gleichstrombetrieb im Zusammenhang mit Pufferbatterien – eine größere Freiheit in der Wahl der Bahnlinie. Es ist daher zulässig, die Linie der Bodengestaltung anzuschmiegen und kostspielige Erd- und Felsarbeiten zu vermeiden. Desgleichen kann jedes beliebige Zahnstangensystem Anwendung finden. Zu beachten ist, daß die mit hoher Winkelgeschwindigkeit rotierenden Massen der Elektromotoren und der ausnahmslos nötigen doppelten Zahnradübersetzung zur Folge haben, daß das Triebwerk selbst bei geringfügigen Ungenauigkeiten in der Teilung heftige Stöße erleidet, bzw. in der Zahnstange verursacht. Zur Abdämpfung dieser Wirkungen, die bei Dampfbetrieb zufolge Elastizität des Getriebes nicht in Erscheinung treten, ist es nötig, die Elektromotoren mit sog. Rutschkupplungen zu versehen.

Die Rutschkupplungen begrenzen den Zahndruck auf den zulässigen Höchstwert und machen daher auch die Wirkungen von Motorkurzschlüssen bei Gleichstrombetrieb unschädlich.

Die elektrische Betriebsweise ist ohne Einfluß auf die Wahl der Spurweite und der kleinsten Krümmungen, gestattet jedoch bei geeigneter Anordnung der Triebzahnräder viel kleinere vertikale Übergangsbogen in den Niveaubrüchen als solche bei Dampflokomotiven (wegen gegebener Achsanordnung durch das Getriebe) zulässig sind.

Gleichstrom mit 500–1500 Volt und Drehstrom mit etwa 500–750 Volt Linienspannung sind die geeignetsten und zumeist angewendeten Stromarten. Einphasiger Wechselstrom hat bisher keine Verwendung gefunden.

Die Stromerzeugungsanlagen für elektrische Zahnradbahnen unterscheiden sich von anderen für Krafterzeugung und Bahnbetrieb bestimmten Anlagen durch keine besonderen Merkmale; dasselbe gilt in bezug auf die Leitungs-, sowie auf allenfalls nötige Umformer- und Fahrleitungsanlagen.

Für Drehstrom spricht die Transformierbarkeit in stationären, keine Wartung erfordernden Anlagen, wodurch sich eine praktisch unbegrenzte, wirtschaftliche Reichweite für die zu übertragenden Leistungen ergibt.

Die Unmöglichkeit, Drehstrominduktionsmotoren – die wohl ausschließlich in Betracht kommen – in der Geschwindigkeit wirtschaftlich zu regeln, kommt bei der engen Begrenzung der zulässigen Geschwindigkeiten nicht nachteilig zur Geltung; desgleichen verursacht die doppelte Fahrdrahtleitung bei der verhältnismäßig geringen Fahrgeschwindigkeit und meist geringen Ausdehnung der Stationsanlagen keine Nachteile.

Die Motoren an sich sind für die Talfahrt zur Bremsung bei selbsttätig unveränderter Geschwindigkeit geeignet (Gornergratbahn, Stansstad-Engelberg, Jungfraubahn-Lok. 1 u. 2). Man hat jedoch von derartigen Ausführungen Abstand genommen, weil eine Gefährdung des Zuges eintreten kann, wenn für den rückgelieferten Strom keine oder keine ausreichende Verbrauchsstelle – bergfahrende Züge u.s.w. – vorhanden ist.

Drehstrombahnen benutzen daher zumeist die Kurzschlußbremsung in der Talfahrt. Zu diesem Zwecke ist ein Gleichstromgenerator auf der Lokomotive vorhanden, der die Erregung für die Motoren liefert; diese laufen als gewöhnliche Drehstromgeneratoren, deren Bremsenergie in ventilierten Widerständen vernichtet wird (Jungfraubahn, Corcovado).

Bei Verwendung von Gleichstromnebenschlußmotoren (Triest-Opcina, Rittnerbahn) sind zur Bremsung in der Talfahrt solche immerhin komplizierte Einrichtungen nicht nötig; der Bremsstrom kann zuverlässig in Akkumulatoren aufgespeichert werden; lediglich zum Zwecke der gleichmäßigen Belastung der beiden Motoren – im Falle deren zwei vorhanden sind – ist ein regelbarer Ausgleichswiderstand nötig.

Gleichstromserienmotoren werden namentlich bei höheren Fahrdrahtspannungen (Wengernalpbahn) bevorzugt; die normale Kurzschlußbremsung kann hier ohne besondere Hilfsmittel angewendet werden. Bei Kurzschlußbremsung müssen jedoch zufolge der großen zu vernichtenden Energiemenge reichlich bemessene und allenfalls auch künstlich gekühlte Widerstände vorhanden sein.

In der Bemessung der Leistung der Fahrzeugmotoren kann nach den allgemeinen für elektrische Triebfahrzeuge geltenden Grundsätzen vorgegangen werden; im besonderen ist jedoch zu berücksichtigen, daß beim Getriebe für je eine Zahnradübersetzung ein Verlust von 5–8% in Rechnung zu setzen ist; wenn man auch den Kraftverlust im Zahneingriff in die Zahnstange mit diesem Wert berücksichtigt, kann der Rollwiderstand für alle Achsen je nach den Verhältnissen mit 2∙5–5‰ eingesetzt werden.

Zu beachten ist weiters, daß bei gemischtem Betrieb und geschobenen Adhäsions-Motorwagen für diese mit Rücksicht auf die leer angetriebenen Motorachsen ein Zugwiderstand von 5–10 kg f. d. t. einzusetzen ist.[277]

Für die Ermittlung der Hubkomponente der Last genügt es, den Sinus statt der Tangente des Neigungswinkels in Rechnung zu stellen; für den Rollwiderstand kann auch mit dem Kosinus des Neigungswinkels gerechnet werden.

Es darf nicht übersehen werden, daß für Bergbahnen die in den Normalien des Verbandes deutscher Elektrotechniker angegebene Stundenleistung unzureichend ist und die Motoren für die wirkliche Dauerleistung zu berechnen sind.

Die Anfahrzugkräfte spielen keine große Rolle, weil Anfahrten in der größten Steigung betriebsmäßig nicht vorkommen, ausnahmsweise aber eine sehr geringe Beschleunigung genügt und die Motoren die entsprechende Überlastung abgeben können.

Wichtig ist schließlich nach den für Zahnbahnfahrzeuge allgemein geltenden Grundsätzen, insbesondere wegen des relativ kleineren Gewichtes der elektrischen Triebwagen und Lokomotiven, die Sicherheit gegen das Aufsteigen bei heftigen Bremsungen rechnerisch festzustellen.

Als Beförderungsmittel der Züge kommen Lokomotiven, diese auch in der sog. Rowankombination, und Motorwagen in Betracht. Letztere sind zumeist zwecks Herabsetzung des verhältnismäßigen Leergewichtes der Züge, insbesondere auch dann gewählt worden, wenn eine gemischte Betriebsweise – Reibungs- und Zahnstangenbetrieb – in Frage kam. Dieser Vorteil des geringeren Gewichtes ist meist nur durch sehr gedrängte Anordnung der Triebmotoren und des Triebwerkes erreicht worden.

Die bisher gebauten Lokomotiven sind zumeist zweiachsig, wenn auch eine dreiachsige Anordnung – Usui-Toge (Japan) – für sehr große Leistungen zur Ausführung gelangte.

Für Zugkräfte bis 6000–7000 kg wird ein Triebzahnrad und ein Bremszahnrad vorgesehen; für größere Kräfte zwei Triebräder, die dann beide gebremst werden. Besondere Ausgleichsvorrichtungen zur gleichmäßigen Beanspruchung beider Zahnräder sollen vorhanden sein (Wengernalpbahn).

Bei den vorhandenen Ausführungen sind ausschließlich zwei Motoren zu je 100–150 P.S. Leistung in eine Lokomotive eingebaut. Die Motoren laufen mit 600–800 Umdrehungen/Min. Dies bedingt bei den praktischen Geschwindigkeiten doppelte Übersetzung bis zur Triebachse. Auf den Motorachsen sitzen Ritzel mit Keilverzahnung, Rutschkupplung und die bei Überschreitung der Geschwindigkeit und Stromunterbrechung wirkende automatische Bremse. Zur Behinderung des Aufsteigens sind die Lokomotiven stets mit geeigneten Zangen versehen. Die Handbremsen wirken direkt auf die Triebachsen; zur Kühlung der Bremsklötze ist Kühlwasser nötig.

Wo eine Geschwindigkeitsregulierung nicht verlangt wird, ist die Schaltung der elektrischen Ausrüstung sehr einfach, indem reine Parallelschaltung Verwendung findet. Bei gemischtem Betrieb kann die Erhöhung der Geschwindigkeit in einfachster Weise durch Feldschwächung, in besonderen Fällen durch Serienparallelschaltung der Motoren bewirkt werden.

Wenn Reibungsantrieb für einzelne Streckenteile nötig wird, kann mittels einer Reibungskupplung zwischen dem Zahnradantrieb und den Laufachsen eine lösbare Verbindung geschaffen werden (Montreux-Glion).

Als einfacher, insbesondere bei nicht nennenswert verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten der Reibungs- und Zahnstangenstrecken, hat sich eine direkte Verbindung der Zahnrad- und Laufachsen mittels Parallelkurbelgetriebe erwiesen (Rittnerbahn).

Ausführungen mit besonderen Motoren für Zahnstangen- und Reibungsbetrieb sind in einzelnen Fällen ebenfalls verwendet worden. Auf den Steilstrecken arbeiten dann alle Motoren; auf den Reibungsstrecken steht das Zahnradgetriebe.

Da sich die Fahrleitungen von den allgemein üblichen Einrichtungen für Straßenbahnen nicht unterscheiden, sind in bezug auf Stromabnahme alle Systeme anzutreffen. Wegen der von einem Zuge verbrauchten, verhältnismäßig großen Stromstärke ist es üblich, zwei Bügelstromabnehmer und zwei Kontaktdrähte zu verwenden, um so vier Kontaktstellen zu erhalten.

Rollen- oder Schleifstückstromabnehmer sind nur bei Drehstrombahnen anzutreffen.

An Leergewicht kann etwas gespart werden, wenn die Lokomotive mit dem ersten geschobenen Wagen in eine direkte, gelenkige Verbindung gebracht wird, bei der der Personenwagen mit dem unteren Ende am Rahmen der Lokomotive ruht (Gornergrat, Brunnen-Morschach, Jungfraubahn). – Diese Anordnung (Rowanwagen) hat den Vorteil, daß die Gefahr des Aufsteigens des Zahnrades durch die Erhöhung der Achslast vermindert wird; dieser Steigerung der Last setzt jedoch meistens die zulässige Beanspruchung des Oberbaues eine Grenze.

Im Zusammenhange mit der Konstruktion von straßenbahnähnlichen Motorwagen entstand eine Bauart, bei der das Lokomotivuntergestell und der Kasten des Maschinenraumes verlängert wird und im so gewonnenen Raum eine angemessene Anzahl Personen untergebracht werden.

Diese Anordnung vereinigt die Vorteile des Motorwagenbetriebes mit der Möglichkeit, die gesamte maschinelle Einrichtung und die hochgelegten Motoren konstruktiv ausgestalten und im Betrieb bequem warten zu können; alles Vorteile, auf die bei im Untergestell angeordneten Achsmotoren verzichtet werden muß. (Entwürfe des Ing. H. H. Peter, Zürich.)

[278] Die Motorwagen der Zahnbahnen sind – mit vereinzelten Ausnahmen für kleine Leistungen (Salèvebahn und Traites Planches) – vierachsig und mit Drehgestellen versehen.

Nachdem diese Bauart insbesondere für solche Bergbahnen in Betracht kommen kann, bei denen Steilrampen mit Reibungsstrecken öfters wechseln und letztere außerdem die für Reibungsstrecken wirtschaftlichen größten Neigungen (60‰) ausnützen, muß für den Antrieb aller Laufachsen gesorgt werden. Die Laufachsen übernehmen dann in den Zahnstangenstrecken den entsprechenden Anteil der Zugkraft. (Monthey – Champéry, Martigny – Châtelard, Münsterschlucht.)

Bei der für gemischten Betrieb charakteristischen Bahn Martigny-Châtelard sind viermotorige Triebwagen in Verwendung. Die Motoren treiben mittels doppelter Übersetzung das auf der Laufachse lose gelagerte Triebzahnrad an und gleichzeitig mit einer anderen, die gleiche Umfangsgeschwindigkeit erzeugenden Übersetzung auch die Laufachsen (Abb. 198). Bei Abnützung der Laufkränze der Räder tritt ein Geschwindigkeitsunterschied zwischen Lauf- und Zahnrad ein, der ein Gleiten des ersteren verursacht.

Nach vorliegenden Erfahrungen ist diese Erscheinung unbedenklich. Mehr als hiedurch leidet der ruhige Gang solcher Triebwagen dadurch, daß die Motoren nicht nach innen zwischen beide Achsen eines Drehgestelles gelagert werden können, sondern – um kleine Radstände erzielen zu können – nach außen gelegt werden müssen, was ein Schleudern bei Einfahren in Bögen verursacht.

In dem Drehgestelle der Monthey – Champérybahn Abb. 199 arbeitet nur ein Motor auf die Zahnstange, der zweite Motor auf die Laufachse; beide Laufachsen sind mittels Parallelkurbelgetriebe gekuppelt. Reibungs- und Zahnstangenantrieb können einander bei dieser Anordnung nicht stören, doch ist die Leistungsfähigkeit geringer, da nur zwei Motore auf die Zahnstange arbeiten.

Eine dritte Anordnung vermeidet die Kupplung der beiden Laufachsen eines Drehgestelles; es wird lediglich die Achslast auf die Reibungsachse verlegt, um möglichst große Zugkräfte entwickeln zu können. (Münsterschluchtbahn.)

Bei den letztangeführten Antriebsarten befördern die Reibungsmotoren die Züge mit bedeutend größerer, etwa doppelter Geschwindigkeit, als in den Steilrampen gefahren wird; um die Reibungsmotoren in den Steilrampen benützen zu können, werden diese in Reihe geschaltet. Dieser Vorgang bringt einen grundsätzlichen Nachteil mit sich, denn in der Reihenschaltung entwickeln die Motoren nur die halbe Leistung; die Motoren sind also gerade dann nur zur Hälfte ausgenützt, wenn die größte Kraftentfaltung gebraucht wird.

Motorwagen für Reibungsantrieb und Zahnbahnen sind eine Sonderheit solcher Bergbahnen mit gemischtem Betrieb, bei denen Reibungsstrecken in größerer Ausdehnung vorkommen und die einzige verhältnismäßig kurze Steilrampe mit Zahnradlokomotiven bedient wird (Opcina, Vesuv, Rittnerbahn, Martigny-Châtelard).

Der Betrieb solcher Bahnen wickelt sich in der Weise ab, daß der am unteren Ende mit eigener Kraft ankommende Motorwagen von der Lokomotive auf den Berg geschoben wird und oben die Fahrt mit eigener Kraft fortsetzt. Diese Betriebsart erfordert in der Einrichtung der Motorwagen bestimmte Eigentümlichkeiten, insbesondere, wenn sämtliche Laufachsen wegen der vorkommenden Neigungen angetrieben sein müssen.

Die ersten zweiachsigen Wagen dieser Art kamen bei der Zahnbahn Triest-Opcina im Jahre 1902 in Anwendung. Die Motorwagen dieser Bahn sind normale Lenkachsenwagen mit 3∙6 m Achsstand, die charakteristische Zahnradbremse ruht in einem Gabelrahmen einerseits auf den Achsstummeln einer Achse, anderseits am Wagenkasten.

Grundsätzlich die gleiche Anordnung weisen die zweiachsigen Wagen der Rittnerbahn auf, jedoch mit der Ergänzung, daß der Rahmen des Bremszahnrades auch noch eine Sicherheitszange trägt.[279]

Bei vierachsigen Wagen wird an jedem Drehgestell nur eine Achse mit einem entsprechend kräftigen Motor versehen, auf der zweiten Achse wird das lose gelagerte Bremszahnrad montiert. Eine Zange ist bei dieser Anordnung im allgemeinen nicht nötig. – Im Bedarfsfalle werden zwecks Ausnützung des gesamten Reibungsgewichtes beide Achsen mit einem Parallelkurbelgetriebe gekuppelt (Martigny-Châtelard).

Welchem dieser Triebfahrzeugsysteme der Vorzug zu geben ist, entscheiden die jeweils vorliegenden Anlage- und Betriebsverhältnisse. – Es ist als feststehend anzusehen, daß für reine Zahnbahnen Lokomotivbetrieb, allenfalls mit Rowanwagen, ausschließlich in Betracht kommen kann. Für Bahnen mit einer Steilrampe und ausgedehnten Reibungsstrecken wird die Nachrechnung der Personal- und Stromkosten einen Vorteil für jene Betriebsweise erbringen, bei der Reibungsmotorwagen von Lokomotiven geschoben werden.

Bei wiederholt wechselnden Neigungsverhältnissen muß man wohl aus wirtschaftlichen Gründen die auf den ersten Blick erkenntlichen technischen Nachteile der gedrängten Bauart der Motorwagen in Kauf nehmen. Aber selbst bei reinen Zahnbahnen empfiehlt es sich, die Lokomotiven mit Einrichtungen für Reibungsbetrieb auszurüsten, wodurch es möglich wird, namentlich in den ohnedies ebenen Stationen, die im Bau und Betrieb teueren Zahnstangenweichen zu vermeiden.

Literatur: Dolezalek, Die Zahnbahnen der Gegenwart. 1905. – S. Herzog, Die elektrisch betriebenen Straßen-, Neben-, Berg- und Vollbahnen. 1905. – R. u. S. Abt, Lokomotivsteilbahnen und Seilbahnen. Hb. d. Ing. W. 1906. – Levy-Lambert, Chemins de fer à crémaillère. 1908. – Strub, Bergbahnen der Schweiz bis 1900. Ztschr. f. d. ges. Lokal- u. Straßenbahnwesen. 1901. – S. Herzog, Die Arth-Rigibahn. Schwz. ETZ. 1907. – Dauber, Ztschr. dt. Ing. 1906. – J. G. Bösch-Ouzelet, Umbau auf elektr. Betrieb der Zahnradbahn auf den Corcovado bei Rio de Janeiro. Elektr. Kraftbetr. u. B. 1910. – Hotopf, Die elektrischen Bahnanlagen Die Barmer Bergbahn. Ztschr. d. Ing. 1902. – W. A. Müller. Die Bergbahn Brunnen-Morschach. der Filderbahn. Elektr. Kraftbetr. u. B. 1906. – S. Herzog. Die elektr. Bahn Martigny-Câhtelard. Schwz. ETZ. 1908; Die Monthey-Chamery Bahn. Schwz. ETZ. 1909. Zehnder-Spoerry, Die elektr. Zahnradbahn Montreux-Glion. Schwz. ETZ. 1909. – Strub, Die Münsterschluchtbahn. D. Straßen- u. Kleinbahnztg. 1907. – Seefehlner, Die Rittnerbahn. Eletr. Kraftbetr. u. B. 1908. – Thomann, Die elektr. Bahn Stansstad-Engelberg. Schwz. Bauztg. 1899 u. 1905. – Poschenrieder, Neue elektr. Bahnen der Schweiz. Ztschr. d. Österr. Ing.-V. 1912; Die Zahnradbahn Trait-Planches. Elektr. Kraftbetr. u. B. 1904 – Seefehlner, Die elektr. Bahn Triest-Opcina. Elektr. Kraftbetr. u. B. 1905. – Strub, Die Vesuvbahn. Schwz. Bauztg. 1903. – Morgenthaler, Die Elektrifikation der Wengernalpbahn. Elektr. Kraftbetr. u. B. 1910 u. 1911. – Gaze, Elektr. Lokomotiven für Zahnrad- und Adhäsionsbetrieb. Ztschr. dt. Ing. 1902.

Seefehlner.

[280] b) Seilbahnen. Die elektrische Ausrüstung einer Seilbahn beschränkt sich auf die motorische Einrichtung der Antriebstation, die je nach Bedarf am oberen oder unteren Bahnende angeordnet werden kann.

Als einziges Beispiel einer Seilbahn, bei der die Hebung der Last durch ein selbstbewegliches Fahrzeug besorgt wird, ist die Steilrampe Palermo-Montreale zu nennen.

Die Abb. 200 erläutert die Art des Betriebes. Ein besonderes Windewerk ist nicht vorhanden; die beiden Stützwagen haben zwei Motoren, denen von der Straßenbahnoberleitung der Strom zugeführt wird.

Grundsätzlich wichtig und in den meisten Fällen für die Baumöglichkeit und die Baukosten von ausschlaggebender Bedeutung ist der Umstand, daß das Längenprofil der Seilbahn vom Standpunkte des elektrischen Betriebes ohne Nachteil frei gewählt werden kann; die Einschränkung, die namentlich bei den mit Wassergewicht betriebenen Bahnen in bezug auf die Ausgestaltung des Längenprofiles besteht, liegt bei elektrischer Betriebskraft nicht vor. Lediglich vom Standpunkte der sicheren Seilführung und Schonung der Seile müssen bestimmte kleinste Ausrundungen gewählt werden, im übrigen kann der Entwurf frei vorgenommen und die billigste Trasse in Anschmiegung an das Gelände gewählt werden.

Der elektrische Betrieb gestattet, den Seilbahnen (bei geringer Leistungsfähigkeit) eine praktisch nur durch die Seildimensionen begrenzte größere Längenausdehnung zu geben, als dies bei Wassergewichtsbahnen der Fall war, wo die mitnehmbare Wassermenge nicht beliebig gesteigert werden kann. Die Seilbahnen mit elektrischem Antriebe weisen daher größere Baulängen auf. Die längste, mit Wasserlast betriebene Seilbahn ist in einer Sektion etwa 1700 m lang (Beatenberg), die elektrisch betriebene Mendelbahn ist 2350 m lang, Siders-Vermalabahn I. Sektion 2410, Muottas-Muraigl 2201, Neuchâtel-Chaumont 2105 m lang.

Der elektrische Betrieb hatte jedoch auf die Ausgestaltung des Oberbaues und der Fahrzeuge insoferne grundlegenden Einfluß, als die Bedienung der Anlage und Regelung der Geschwindigkeit nicht mehr – wie bei Bahnen mit Wasserlastbetrieb – von einem (dem talfahrenden) Wagen aus erfolgt, sondern vom Wärter des Windewerkes in der nach Bedarf am oberen oder unteren Bahnende angeordneten Antriebstation besorgt wird.[281]

Elektrisch betriebene Seilbahnen haben demzufolge nur in solchen Anlagen die Bremszahnstange und das Bremszahnrad beibehalten, wo es sich um elektrisierte Wasserlastbahnen handelt.

Bei elektrischen Seilbahnen wird nur mehr ein Oberbau mit Keilkopfschienen, mit automatischer Ausweiche, System Abt, verwendet.

Die Wagen erhalten eine bei Seilbruch wirkende und im Bedarfsfalle auslösbare Zangenbremse und eine ebenfalls auf die äußere Laufschiene wirkende Handzangenbremse. Diese Anordnung hat zur weiteren Folge, daß die Fahrzeuge einseitig Walzenräder, auf der anderen Seite Räder mit doppeltem Spurkranz erhalten müssen.

Der Betrieb der Seilbahnen ist durch eine verhältnismäßig kleine Geschwindigkeit (1 bis 2∙5 m/Sek.) gekennzeichnet, die unter allen Umständen aus Sicherheitsgründen unverändert beibehalten werden muß. Die Geschwindigkeit nach oben begrenzen Fliehkraftregler; nichtsdestoweniger soll der Betriebsmotor selbsttätig die vorgeschriebene Geschwindigkeit einhalten.

Gleichstrom-, Nebenschluß- und Drehstrominduktionsmotoren erfüllen diese grundlegende Bedingung, finden daher – je nachdem, welche Stromart zur Verfügung steht – Verwendung.

Bei Gleichstrom-Reihenschlußmotoren muß während der Fahrt und nach Maßgabe der vorhandenen Last mit Vorschaltwiderständen oder mit Kurzschlußbremsung gefahren werden (Graz, Schloßberg).

In bestimmten Fällen (Hungerburgbahn Innsbruck) wird Gleichstrom mit Anwendung einer Akkumulatorenbatterie vorzuziehen sein, weil man dadurch das Längenprofil der Bahn zweckmäßig ausgestalten kann, ohne befürchten zu müssen, daß eine unverhältnismäßig große Höchstbelastung vom Kraftwerk bezogen werden muß. Bei Umformung des Drehstromes auf Gleichstrom wird mit Hilfe der Batterie erzielt, daß der Anschlußwert der Anlage nur der mittleren Last entspricht. Da der Wattstundenverbrauch gering ist, kommt die Verschlechterung des Nutzeffektes durch die Umformung nur bei sehr hohen Strompreisen in Betracht.

Für die Anordnung des elektrisch angetriebenen Windwerkes hat sich eine Normalanordnung herausgebildet, von der sich die bei den verschiedenen Anlagen gewählten Bauarten nicht wesentlich unterscheiden. Der Elektromotor treibt mittels Riemen und doppeltem Vorgelege die Windetrommel an. Der Riemenantrieb ist als elastisches Zwischenglied nötig, um den Motor vor den Stößen, die durch das Seil verursacht werden, sowie insbesondere die Zahnräder zu schützen.

Bei der in der Schweiz eingeführten Bauart sitzen auf der vom Motor angetriebenen Welle die Bremsscheiben; das ganze Vorgelege muß daher für die in Betracht kommenden exzessivsten Bremskräfte bemessen werden.

Bei neueren österreichischen und ungarischen Ausführungen (Hungerburg, Tarajka) wirkt die automatische Bremse direkt auf die Windetrommel; die Sicherheit ist somit ohne besondere Vorkehrungen erreicht, indem zwischen Seil und Bremse kein Übertragungselement vorhanden ist. Die Betriebsbremse wirkt auf eine schnellaufende Achse des Vorgeleges; ihre Wirkung läßt sich daher sehr sanft abstufen. Das Gesamtgewicht der österreichischen Anordnung wird bei gleichen Beanspruchungen kleiner werden.

Für beengte Raumverhältnisse empfiehlt sich an Stelle des Riemenantriebes die bei elektrischen Zahnradlokomotiven bewährte Rutschkupplung als nachgiebiges Organ einzuschalten und reinen Zahnradantrieb zu wählen.

Als Antriebsmotoren kommen normale, offene Stabilmotoren kräftiger Bauart, etwa in der Ausführung, wie sie für Fördermaschinen und Kranbetriebe gebräuchlich sind, in Betracht. Zur Abwicklung aller Schaltmanöver werden den Straßenbahnkontrollern ähnliche, mit magnetischer Funkenlöschung ausgerüstete Steuerungsorgane verwendet.

Zufolge der zwangläufigen Verbindung des berg- und des talfahrenden Zuges ist zur Fortbewegung der beiden Züge nicht wie bei allen anderen Bahnsystemen eine Leistung entsprechend der gesamten Last erforderlich, sondern es genügt, wenn der Antriebsmotor jeweilig die Differenz der für die zu hebende und sich senkende Last aufzuwendenden Zugkraft, bzw. Leistung entwickelt.

In bezug auf die Bahnwiderstände besteht wegen der besonderen Antriebs- und Leitorgane auch ein Unterschied gegenüber allen anderen Bahnsystemen.

Die Geschwindigkeit ist im allgemeinen unveränderlich; es genügt daher zur Ermittlung der Leistung, die zur Überwindung der Widerstände erforderlichen Zugkräfte festzustellen.

Der Bemessung des Motors ist der ungünstigste Belastungsfall zu gründe zu legen: dieser Fall tritt ein, wenn der bergfahrende Zug die höchste zulässige Belastung führt und der talfahrende leer ist.

Zur Förderung der Belastung G kg des bergfahrenden Zuges mit einem Leergewicht von Q kg bei einem Seilgewicht von p kg/m sind folgende im positiven und negativen Sinn wirkende Kräfte Z kg zu entwickeln, wenn h den Höhenunterschied der beiden Bahnenden in m beträgt.[282]

Der belastete Wagen befindet sich am unteren Bahnende mit einem Neigungswinkel von α°

1. a) Die Hubkraft ist

Z_u = (G + Q) sin α + p h + C – Q sin β

b) in der Bahnmitte mit dem Neigungswinkel γ

Z_m = G sin γ + C

c) am oberen Bahnende mit dem Neigungswinkel β

Z₀ = (G + Q) sin β – p h + C – Q sin α

C bedeutet die Summe aller Bahnwiderstände, die mit Ausnahme besonderer Anlagen mit geringer Steigung (10–20%) als feste Zahl angenommen werden kann, weil ihre Größenordnung an sich im Verhältnis zu den Hubkräften gering ist. Man tut am besten, die Bahnlänge in Zonen zu teilen, für die konstante mittlere Neigungswinkel angenommen werden können, und die nach den obigen Gleichgewichtsformeln errechneten Teilkräfte der Hubkomponenten im positiven und negativen Sinn aufzutragen und die Resultante zeichnerisch zu ermitteln.

Zu beachten ist, daß zur Berechnung der Hubkomponente nicht die Steigung in ‰, bzw. die Tangente des Neigungswinkels genommen werden soll, sondern der Sinus, weil zufolge der Größe der Winkel sich der Sinus von der Tangente schon wesentlich unterscheidet.

2. Der Zugwiderstand C kg berechnet sich wie folgt:

a) Der Bahnwiderstand w ‰ des Wagens kann, bezogen auf den Raddruck,

und

mit 3–5 kg pro Tonne eingesetzt werden. Die Berücksichtigung des Winddruckes ist wegen der geringen Geschwindigkeit (1–3 m/Sek.) überflüssig; desgleichen braucht kein Zuschlag für die Befahrung der Bogen gemacht zu werden, weil die Radien groß sind und die Wagen relativ kleine Radstände haben.

b) Der Rollwiderstand des Seiles beim Übergang über Trag- und Leitrollen läßt sich nach den im Eisenbahnwesen gebräuchlichen Grundsätzen berechnen, wenn die zulässige Annahme gemacht wird, daß das Seil ruht und die Trag- und Lenkrollen auf diesem laufen. Wegen der ungünstigen Abrollverhältnisse ist für die auf den Rollen wirkende Last ein Zugwiderstand von 10–20 kg/t anzunehmen. Der Druck auf die Leitrollen nimmt mit der Anzahl der Teilungen zu. Der hieraus entstehende Zugwiderstand am obersten Seilende einschließlich der Hubkomponente für das Seil berechnet sich für eine Strecke mit n Rollenteilungen von a m horizontaler Länge der unveränderlichen Steigung von h kg/t, einem Zugwiderstand von k kg ‰, wenn am untersten Ende des Seiles durch die angehängte Last eine Spannkraft von Z kg erzeugt wird nach der Formel

wo für

und

zu setzen ist.

t ist die schief gemessene Länge der Rollenteilung in m und e der Durchhang des Seiles in der Teilung; senkrecht zur Spannweite gemessen.

Für e gilt die angenäherte Beziehung

wo f der lotrechte Durchhang des Seiles ist. Der Durchhang f in m ist gleich

wo für Z die im Seil herrschende Zugkraft in kg zu setzen ist.

In Bögen nimmt λ den ebenfalls nur angenähert richtigen Wert

an, wo R den Bogenhalbmesser in m bedeutet.

3. Die Zugkraft für das Anfahren, für welches Beschleunigungen über 0∙2 m/Sek.² in Hinblick auf das Unbehagen der Reisenden nicht angewendet werden sollen, ist mit Rücksicht auf die bedeutenden in Bewegung zu setzenden Massen zu berechnen und bei Bestimmung des Kraftbedarfes nicht zu vernachlässigen.

Die zu beschleunigende Masse der Nutzlast, der beiden Fahrzeuge, des Seiles, kann ohneweiters in Rechnung gezogen werden, indem sie sich sämtlich mit der zu erreichenden linearen Geschwindigkeit bewegen; nicht so die Rotationskörper des Windwerkes und der Trag- und Lenkrollen, für welche die auf die gegebene Umfangsgeschwindigkeit bezogenen Massen auf Grund angenäherter Annahmen zu errechnen sind.

Die auf die Seilgeschwindigkeit reduzierte Masse ergab sich aus Versuchen, z.B. bei der Hungerburgbahn zu 5340 kg bei einem wirklichen Gewicht der rotierenden Teile des Windewerkes und der Rollen von 17250 kg.

Der elektrische Betrieb gestattet, in einfacher Weise die aus Rücksichten der Sicherheit erforderliche Abstellung der Kraft zu bewirken. In allen Anordnungen und Schaltplänen wird daher darauf Rücksicht genommen, daß der Strom bei Überschreitung der Geschwindigkeit[283] und Überfahren der Stationen selbsttätig ausgeschaltet werde, anderseits sorgen Bremsmagnete, die in Normallage Gewichtsbremsen offen halten, dafür, daß beim Ausbleiben des Stromes und auch bei Betätigung obiger Schalter das Windewerk zum Stillstand gebracht wird.

Auf den verhältnismäßig großen Streckenlängen, namentlich auch wegen der wechselnden Richtungsverhältnisse, ist eine Verständigung zwischen Fahrzeug und Antriebstation mit optischen oder akustischen Signalen unmöglich. Es müssen daher elektrische Signaleinrichtungen vorgesehen werden, mit deren Hilfe das Personal der beiden Fahrzeuge sich mit dem Maschinisten der Antriebstation verständigen kann.

Die Signaleinrichtungen bestehen aus Glockenwerken und Fernsprechanschlüssen, die durch dauernde Kontaktvorrichtungen mit den Wagen in Verbindung stehen (wie bei der Seilbahn in Neuchâtel) oder mittels Kontaktstangen im Bedarfsfalle betätigt werden. Die gleiche Kontaktvorrichtung wird zur elektrischen Heizung und Beleuchtung der Wagen benützt.

Literatur: R. u. S. Abt, Lokomotiv-Steilbahnen und Seilbahnen. V. Teil des Hb. d. Ing. W. 1906. – Lévy-Lambert, Chemins de fer funiculaires. 1911. – Seefehlner, Beitrag zur Theorie und Praxis der Drahtseilbahnen: Die Hungerburgbahn und Seilbahn auf die Tarajka. 1909. – Strub, Bergbahnen der Schweiz. 1900. – Armknecht, Die Drahtseilbahn nach der Hohensyburg. E. T. Z. 1904. – Schmidt, Die Bergbahn in Heidelberg. Ztschr. dt. Ing. 1908. – Lookout mountain inchine railway. Bulls Magaz. 1911. – Chemin de fer funiculaire de Lyon. Rev. Electr. 1907. – Thomann, Die Mendelbahn. Elektr. Kraftbetr. u. B. 1904. – Zehnder-Spörry, Die Niesenbahn. Schwz. Bauztg. 1911. – Gradenwitz, Eine eigenartige Drahtseilbahn mit elektr. Antrieb in Nancy. Der Elektropraktiker. 1900. – Le funiculaire electrique de Pau. Gén. civ. 1908. – Schwarz, Die Virglbahn. Organ. 1908. – Strub, Die Vesuvbahn. Schwz. Bauztg. 1903. – Vautier, Nouvelles Annales de la Construction, Baudry & Co., Paris, 1892. – Walloth, Die Drahtseilbahnen der Schweiz.

Seefehlner.

c) Gruben- und Industriebahnen. Eine systematische Einteilung derselben in Hauptgruppen nach besonderen Merkmalen ist nicht gut möglich, weil seit allgemeiner Einführung der elektrischen Kraftübertragung alle Zweige der Industrie und Landwirtschaft sich den elektrischen Betrieb für bahnmäßige Transporteinrichtungen nutzbar gemacht haben und die einzelnen Ausführungen dem jeweiligen Zwecke entsprechend eine außerordentlich große Vielgestaltigkeit aufweisen.

Als gemeinsames Merkmal aller Industriebahnen ist gerade diese Anpassungsfähigkeit an alle Bedürfnisse, die keiner anderen Energieform eigen ist, hervorzuheben.

Industriebahnen haben eine verhältnismäßig geringe Ausdehnung. Die Betriebe verschiedener Unternehmungen stehen miteinander in keinem Zusammenhang; es besteht daher kein Zwang, an bestimmten einheitlichen Normen festzuhalten, es können für jeden Fall die technisch und wirtschaftlich besten Anordnungen gewählt werden. Bei elektrischem Betrieb sind der Bemessung der Zugseinheiten, bzw. der Leistungsfähigkeit der hauptsächlich in Betracht kommenden Lokomotiven praktisch weder nach oben noch nach unten einschränkende Grenzen gezogen.

In diesem Umstand, der von grundsätzlicher Bedeutung ist, liegt die Überlegenheit des elektrischen Betriebes gegenüber dem animalischen und Dampfbetrieb; in beiden letzteren Fällen ist man an obere und untere Grenzen gebunden. Man kann z.B. nicht weniger als ein Pferd nehmen, um eine Last zu fördern, anderseits ist es nicht gut möglich, mehr als zwei Pferde vorzuspannen.

Bei Dampfbetrieb kann man unter gewisse Leistungen nicht gehen, anderseits ist es praktisch oft nicht möglich, Leistungen, die ein durch die Verhältnisse gegebenes Maß übersteigen, zu bewältigen.

Nicht zu übersehen ist, daß der elektrische Betrieb praktisch als vollständig feuersicher gelten kann, u. zw. in einem solchen Maße, daß derselbe bei geeigneter Einrichtung zurzeit auch schon in Schlagwettergruben behördlich zugelassen wird. Ein weiterer, auch in hygienischer Beziehung großer Vorteil ist die vollständige Rauchlosigkeit des elektrischen Betriebes in Gruben, da hiedurch verminderte Aufwendungen für die Bewetterung zur Geltung gelangen können.

Es bedarf weiters keiner besonderen Bestätigung, daß die elektrischen Lokomotiven selbst in den kleinsten Einheiten der nicht schonenden Behandlung, die Hütten-, Gruben- und Landwirtschaftsbetriebe mit sich bringen, in vollem Maße gewachsen sind.

Die Lokomotiven werden für jede Spurweite, also von der bekannten kleinsten Spur von 16'' = 406 mm bis zur Normalspur gebaut.

Die Leistung einer solchen Kleinspurmaschine mit zwei Achsen beträgt 8 P. S. bei 1∙65 m/Sek.-Geschwindigkeit (Abb. 201). Die Lokomotive zieht 25 t in einer Steigung von 5‰. Diese für die genannte Spur gewiß nennenswerte Leistung läßt sich ohne weiteres verdoppeln, wenn eine Doppelmaschine, die von einem Führer bedient werden kann, in den Dienst gestellt wird.

Die Abraumlokomotiven für 900 mm Spur der »Ilse-Bergbau-A.-G.« leisten 376 P.S. bei einem Gewicht von 44 t und entwickeln eine Zugkraft von 8480 kg, und kann diese bis 13.000 kg gesteigert werden.

Im allgemeinen kann gesagt werden, daß die elektrischen Lokomotiven für Industrie- und Grubenbahnen von anderen Bahnfahrzeugen[284] sich insoferne unterscheiden, als die ersteren – mit Ausnahme von Fällen, wo Anschlüsse an Normalbahnen in Betracht kommen – für eine möglichst kleine Spurweitegebaut sind, weshalb Schmalspur vorherrscht.

Dieselbe Vielgestaltigkeit, die in bezug auf die in Betracht kommende Spurweite und zulässige Achslast zu verzeichnen ist, besteht auch betreffs der zulässigen Höhe der Fahrzeuge, die Anordnung der Stromzuführung und insbesondere in bezug auf die Art, wie der Betrieb sich abwickelt.

Die leichte Möglichkeit der Vermehrung der Anzahl der Triebachsen ist sowohl für Neubauten als auch für elektrifizierte, früher animalisch betriebene Grubenbahnen deshalb wichtig, weil es dadurch möglich wird, einen leichten Oberbau zu wählen, bzw. den vorhandenen beizubehalten. Die Vergrößerung der Zugseinheiten für starke Betriebe, unter Beibehaltung eines vorhandenen leichten Oberbaues setzt die Transportkosten herab, anderseits kann es oft von Vorteil sein, kleine Zugseinheiten ohne Nachteil verwenden zu können.

Die Grubenlokomotiven für Untertagbetrieb werden mit nahezu derselben niedrigen Bauhöhe hergestellt, die die jeweils in Verwendung stehenden Hunte haben. In Stollen, deren lichte Höhe gerade nur für die Mannschaft ausreicht, kann die Oberleitung seitlich oder durch Bretter geschützt angeordnet werden. Wo die Anbringung einer Fahrdrahtleitung überhaupt unmöglich ist, werden Akkumulatorenlokomotiven angewendet.

Lokomotiven für Obertagbetrieb erhalten je nach den zur Verfügung stehenden lichten Höhen dieselbe niedrige Bauart wie [285] Grubenlokomotiven für Untertagbetrieb mit sitzender Bedienung oder – wenn es die Verhältnisse gestatten – eine Kabine für stehende Bedienung.

In Gruben, in deren Betrieb sich die Transportvorgänge regelmäßig in genau der gleichen Weise wiederholen, hat man mit Erfolg führerlose Lokomotiven (Abb. 202) verwendet.

Solche Maschinen werden von der Belegmannschaft vor Ort in Gang gesetzt. Stößt der Zug auf ein Hindernis, so wird durch einen geeignet angeordneten Greifer der Strom ausgeschaltet und die Bremse betätigt; normalerweise geschieht dies erst am Ziel der Fahrt. Die ausgeführten Lokomotiven dieser Art sind für Akkumulatorenbetrieb eingerichtet und mit zwei Motoren von je 4 P.S. ausgerüstet. Grundsätzlich können derartige Maschinen auch für Strombezug von einer Fahrleitung gebaut werden.

Die Lokomotiven werden so eingerichtet, daß sie das Öffnen und Schließen der Wettertüren, Stellen der Wechsel, Blockieren von Zweiggleisen, in einfachster Weise selbsttätig bewirken.

Die Geschwindigkeit, mit der die Lasten auf Gruben- und Industriebahnen befördert werden, ist im allgemeinen gering; 4–10, äußerst 15–20 km/Std. Dementsprechend kann das Laufwerk der Lokomotiven einfach gebaut werden. Eine geringe Federung der Achsen mit Spiralfedern reicht meistens aus; namentlich bei kleinen Einheiten kann die Federung ohne Nachteil ganz fortgelassen werden. Zur Schonung der Akkumulatoren ist bei Lokomotiven mit Batterien eine sorgfältigere Durchbildung der Federung vorhanden.

Die Rahmen weisen je nach dem Zweck die verschiedensten Formen auf und werden aus Blechen oder aus Stahlguß hergestellt. – Die Zugvorrichtung ist meistens ungefedert.

Was die Stromart anbelangt, findet man naturgemäß alle Systeme vertreten; es wird eben nach Möglichkeit die für andere Betriebe bereits vorhandene Stromart verwendet.

Mit Rücksicht auf die verhältnismäßig geringe räumliche Ausdehnung solcher Anlagen reicht die mittlere Normalspannung von etwa 500 Volt meistens aus; in Gruben und auch sonst bei Anlagen, wo die Möglichkeit besteht, daß das Personal mit der Leitung in Berührung kommen kann, muß die Spannung bis auf 100–220 Volt herabgesetzt werden.

Vereinzelte Sonderfälle (Moselhütte-Maizières 2000 Volt, St. Georges de Comuniers-La Mure 2400 Volt Gleichstrom) ausgenommen, wird Hochspannung in der Fahrleitung kaum in Betracht kommen.

Die vielgestaltigen örtlichen Verhältnisse sowie die in Anwendung gelangenden Stromarten und Spannungen kommen in der elektrischen Einrichtung, zunächst in den Stromabnehmern zum Ausdruck. Man findet alle Arten: Rolle, Bügel, Walzen, Schleifschuhe u.s.w. vertreten; es muß der Erwägung in jedem einzelnen Falle überlassen bleiben, das unter den gegebenen Verhältnissen geeignetste System zu wählen.

Beachtung verdient eine namentlich in Amerika – wo man Akkumulatoren in Grubenbetrieben vermeidet – eingebürgerte Art der Stromzuführung zur Bedienung der Gruben bis vor Ort. – Die Lokomotiven werden mit einem Schleppkabel (Abb. 203) ausgerüstet, das auf eine elektrisch betriebene Windetrommel aufgebracht wird; dieses Kabel gestattet, daß die Lokomotiven Strecken von mehreren 100 m Länge ohne Oberleitung befahren und daß kurze, nur vorübergehend betriebene oder durch die Sprengtätigkeit gefährdete Strecken nicht mit elektrischer Oberleitung ausgerüstet werden müssen.

Die elektrische Ausrüstung und die verwendeten Schaltmethoden stimmen mit den bei Straßenbahnen eingeführten Systemen überein. Abweichungen von diesen sind dem besonderen Verwendungszweck entsprechend durchzuführen.

Mehrmotorige Gleichstromlokomotiven haben Kontrollersteuerung mit Reihenparallelschaltung[286] der Motoren, obzwar auch reine Parallelschaltung – insbesondere, wo mit schlechten Adhäsionsverhältnissen (meist Untertag) zu rechnen ist – verwendet wird.

Drehstromlokomotiven oder einmotorige Gleichstromfahrzeuge haben reine Widerstandsregelung.

Die Motoren weisen in der Hauptsache die für Straßenbahnen übliche, geschlossene Bauart auf, mit einseitig auf einer Laufachse ruhenden Stützlagen.

Da in bezug auf die Spurweite hohe Leistungen verlangt werden, ist eine achsial gedrängte Bauart diesen Spezialmotoren eigentümlich (Abb. 204). Das Gehäuse dieser Motoren ist deshalb meist einteilig, die Lagerung tief in das Innere des Ankers eingebaut. Vielfach haben die Motoren doppeltes Zahnradvorgelege, um die verhältnismäßig niedrigen Fahrgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Auch hochgelegte Motoren, die mittels Ketten die Achsen antreiben, werden in einzelnen Fällen verwendet.

Die Bemessung der Leistungsfähigkeit der Motoren erfordert für jeden Einzelfall sorgfältige Erwägung.

Im allgemeinen ist zunächst infolge des schwachen Oberbaues und der zumeist mangelhaften Instandhaltung der Wagen, der ungünstigen atmosphärischen Verhältnisse und der Verunreinigungen durch den Industriebetrieb mit viel höheren Bahnwiderständen zu rechnen als bei den Bahnen für den öffentlichen Verkehr.

Aus diesem Grunde sollen 15–20 kg f. d. t als Bahnwiderstand angenommen werden.

In den meisten Fällen muß die Dauerleistung der Triebfahrzeuge in erster Linie in Rechnung gezogen werden, weil der Betrieb nicht den durch hohe Zugkräfte gekennzeichneten Charakter von Straßenbahnen aufzuweisen pflegt.

Das Triebgewicht der Lokomotiven ist im Verhältnis zum angehängten Bruttogewichte gering, hohe Anfahrbeschleunigungen sind daher nicht zu erzielen.

Aus gleicher Ursache ist die elektrische Kurzschlußbremsung grundsätzlich nicht zu empfehlen.

Eine besondere Gruppe bilden diejenigen Triebfahrzeuge für elektrische Industrie- und Grubenbahnen, die außer der Lastenbeförderung auf dem Gleis unter Anwendung der elektrischen Kraft auch anderen Zwecken dienen. Eine erschöpfende Aufzählung derartiger Einrichtungen ist unmöglich; es sei nur erwähnt, daß der Kombination von Verschublokomotiven mit einem Krane oder einer Seilwinde, Fahrzeugen für Schienen und Walzträgertransport mit zum Auf- und Abladen geeigneten elektrisch angetriebenen Einrichtungen, Gießpfannentransportwagen (Abb. 205) und Baggermaschinen vielfach begegnet wird.

Literatur: Hildebrand, Elektrische Abraumlokomotiven (E.T.Z. 1910). – Butow und Dobbelstein, Vergleichende Untersuchungen an Grubenlokomotiven (»Glückauf« 1912). – Studer, Akkumulatorlokomotive des Schlachthofes der Stadt Zürich (Schweizerische Bauztg. 1910). – Reinhart, Elektrische Förderbahnen (Ztschr. d. Öst. Ing.- u. Arch.-V. 1911). – Philippi, Elektrische Grubenlokomotiven in Amerika (E. K. B. 1910). – Reckentenwaldt, Elektrische Streckenförderung mit Akkumulatorlokomotiven zur Grube Von-der-Heydt (E. K. B. 1910). – Ohl, Elektrische Lokomotiven im Bergbau (»Der Bergbau« 1911). – Söder, Elektr. Lokomotiven im Berg- und Hüttenbetrieb (»Kohle und Erz«, 1907, Heft 25–26). – Erb, Neuere Industriebahnenlokomotiven (Dinglers Polytechn. Journal, H. 46 u. 47, 1908).

Seefehlner.

Abb. 139.

Abb. 140.

Abb. 141.

Abb. 142.

Abb. 143. Kraftwerk Mittelsteine der kgl. preuß. Staatsbahn Lauban-Königszelt.

Abb. 144.

Abb. 145.

Abb. 146.

Abb. 147.

Abb. 148.

Abb. 149.

Abb. 150.

Abb. 151. Stromschiene der Wannseebahn.

Abb. 152. Stromschiene der Schöneberger Untergrundbahn.

Abb. 153.

Abb. 154. Stromschiene der New York Central Railway.

Abb. 155. Untergestell eines Motorwagens mit festgelagerten Achsen.

Abb. 156. Motorwagen mit freien Lenkachsen.

Abb. 157. Einachsiges Drehgestell für Motorwagen

Abb. 158. Vierachsiger Motorwagen.

Abb. 159.

Abb. 160.

Abb. 161 a.

Abb. 161 b.

Abb. 161 c.

Abb. 161 d.

Abb. 162.

Abb. 163.

Abb. 164.

Abb. 165. Kompensierter Serienmotor.

Abb. 166. Kompensierter Serienmotor mit Wendefeldern.

Abb. 167. Repulsionsmotor von Elihu Thomson.

Abb. 168. Repulsionsmotor von Atkinson.

Abb. 169. Repulsionsmotor von Déri.

Abb. 170. Repulsionsmotor von Winter-Eichberg.

Abb. 171. Repulsionsmotor von Winter-Eichberg mit Erregertransformator.

Abb. 172. Doppelt gespeister Motor von Winter-Eichberg.

Abb. 173. Großer offener, doppelt gespeister Motor.

Abb. 174. Schaltungsprinzip einer Kontrollersteuerung.

Abb. 175. Schaltungsschema einer Schützensteuerung für 4 kompensierte Repulsionsmotoren.

Abb. 176. Führerkontroller.

Abb. 177. Gruppe von Schützen.

Abb. 178. Schaltungsprinzip einer Potentialreglersteuerung für einen doppelt gespeisten Motor.

Abb. 179. Scherenstromabnehmer mit 2 Bügeln.

Abb. 180. Schema der Druckluftleitungen.

Abb. 181. Elektrische Lokomotive der Giovi-Linie.

Abb. 182.

Abb. 183.

Abb. 184. Akkumulatorenwagen der preuß.-hess. Staatseisenbahnen.

Abb. 185.

Abb. 186.

Abb. 187.

Abb. 188.

Abb. 189.

Abb. 190.

Abb. 191.

Abb. 192.

Abb. 193.

Abb. 194.

Abb. 195. Schneekehrmaschine mit rotierenden Walzen.

Abb. 196.

Abb. 197.

Abb. 198.

Abb. 199. Drehgestell der Wagen der Monthey – Champérybahn.

Abb. 200. Seilbahn über die Steilrampe der Palermo-Montreale.

Abb. 201.

Abb. 202. Führerlose Grubenlokomotive.

Abb. 203. Grubenlokomotive der G. E. C. mit Schleppkabel.

Abb. 204. 1000-Volt-Motor für Meterspur und ein 160-PS.-Motor für 500 mm Spurweite der Siemens-Schuckert-Werke.

Abb. 205. Gießpfannentransportwagen.

Tafel II.

Tafel III.

Tafel IV.

Tafel V.

1	Siehe Stein, Zusammenstellung der elektrisch betriebenen Haupt-, Neben- und nebenbahnähnlichen Kleinbahnen E. T. Z. 1911. Heft 30–33.
2	Preußisch-hessische Staatsbahnen, Vereinigte Arad-Csanáder E.-B., Union Pacific Railway.
3	Entsprechend 250–300 g Brennstoff f. d. Pferdekraftstunde.

Quelle:

Röll, Freiherr von: Enzyklopädie des Eisenbahnwesens, Band 4. Berlin, Wien 1913, S. 207-288.

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http://www.zeno.org/nid/20011411643

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