Stromschiene
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Einordnung: Elektrofahrzeug
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Eine Stromschiene versorgt elektrisch getriebene Schienenfahrzeuge mit Strom.
Stromschienen können ein Teilstück einer Oberleitung darstellen; für Straßenbahnen mit Dachstromabnehmer wird in Tunnelstrecken normalerweise kein Fahrdraht, sondern eine Überkopf-Stromschiene vorgesehen.
Eine solche Stromschienenkonstruktion findet man auch bei der Schwebebahn in Wuppertal.
Die Stromschiene im eigentlichen Sinne befindet sich jedoch nicht über, sondern neben dem Gleis. Die Stromzuführung von der Stromschiene zum Fahrzeug erfolgt dabei über so genannte Schleifschuhe, die seitlich am Drehgestell des Fahrzeuges angebaut sind. Hierdurch kann ein kleines Lichtraumprofil realisiert werden, weswegen Stromschienen vor allem bei Stadtschnellbahnen mit vielen Tunneln oder Brücken über der Bahnstrecke eingesetzt werden; zudem ist sie robuster, so dass Störungen wie durch eine heruntergerissene Oberleitung ausgeschlossen sind.
Stromschienen können von oben (z. B. Kleinprofil-U-Bahn Berlin), von unten (z. B. Großprofil-U-Bahn und S-Bahn Berlin) oder von der Seite (S-Bahn Hamburg) bestrichen werden. Zumindest in Deutschland sind Stromschienen mit einer isolierenden Schutzabdeckung versehen.
Aufgrund der Nähe der Stromschiene zum Fahrzeug und zum Rückleiter (Fahrschiene) ist die Spannung stark begrenzt, in der Regel sind es 750 V oder 1500 V Gleichstrom. Hieraus ergibt sich, dass seitliche Stromschienen für Fernstrecken aufgrund des zu hohen Spannungsabfalls auf langen Strecken ungeeignet sind. Auch für Fahrzeuge mit einem niedrigen Einstieg (Straßenbahnen) ist eine seitliche Stromschiene problematisch.
In Deutschland werden Stromschienen in allen U-Bahnnetzen (Berlin, Hamburg, München, Nürnberg) sowie bei den S-Bahn-Systemen von Berlin (800 V) und Hamburg (1200 V) verwendet. Je Fahrzeug sind dabei in der Regel zwei Schleifschuhe pro Seite angebaut, das heißt in Berlin pro Viertelzug vier Schleifschuhe, in Hamburg (ET 474) vier an einer dreiteiligen Triebzuggarnitur. Dies dient einerseits zur Überbrückung von Stromschienenlücken beispielsweise in Weichenbereichen, und andererseits damit sich das Fahrzeug auch dann noch bewegen läßt, wenn ein Schleifschuh abfällt. Der Schleifschuh besitzt eine Sollbruchstelle und fällt bei einem zu großen Lagefehler der Stromschiene ab, um die Stromschiene vor Beschädigungen zu bewahren.
Manche U-Bahnen, wie in London und Mailand besitzen zwei Stromschienen, von denen eine seitlich und eine zwischen den Gleisen montiert ist. Man vermeidet auf diese Weise jegliche Streustromkorrosion in unterirdischen metallischen Anlagen wie Rohrleitungen.
Mit Stromschiene elektrifizierte Bahnen sollten nach Möglichkeit eingezäunt sein und für Passanten und Fahrzeuge abgesperrt sein. Nicht desto trotz gibt es bei der Berliner S-Bahn einige schienengleiche Bahnübergänge!
In Südengland werden Stromschienen mit einer für Stromschienen relativ hohen Spannung bei vielen Überland-Verbindungen eingesetzt. Auch der Eurostar ist in der Lage, auf diesen Strecken zu fahren.
Die Anwendung von Stromschienen ist nicht nur auf die Eisenbahn beschränkt. So werden z.B. fast alle Brückenkrane und deren Laufkatzen mittels Stromschienen mit Energie versorgt.
Stromschiene und Oberleitung
Aus verschiedenen Gründen haben sich Stromschienen bei Fernbahnen nicht großflächig durchsetzen können.
Beispielsweise kann eine Stromschiene nicht durch eine Weiche durchlaufen, sondern muss dort von einer Seite auf die andere verspringen oder ganz aufhören. Nur Triebzüge mit entsprechend vielen Schleifern und durchgehender Stromleitung können solche Trennstellen ohne Abriss der Stromversorgung durchfahren. Im Fernbahnbetrieb sind Weichen auf Grund der höheren Geschwindigkeiten weit länger; außerdem sind dort längst nicht alle Züge Triebzüge.
Ein weiteres Problem ist die Gewährleistung der Sicherheit. Eine mit Stromschiene elektrifizierte Bahn sollte vollständig eingezäunt sein und keine ebenerdigen Kreuzungen mit Straßen oder Fußwegen besitzen. Dies ist bei U-Bahnen leicht, bei S-Bahnen bedingt, aber bei Fernbahnen nur mit hohem Aufwand zu realisieren. Nicht desto trotz gibt es niveaugleiche Bahnübergänge bei mit Stromschienen elektrifizierten Bahnen.
Der maximale Schutzabstand zwischen Gleis (=Rückleiter) und Stromschiene und damit auch die Spannung sind zudem begrenzt. Höhere Ströme sind kaum zu realisieren, da dann die Schleifer stärker angedrückt werden müssten und dies den Reibungswiderstand und den Verschleiß schnell sehr hoch werden lässt. Die Leistung von Stromschienen-Triebfahrzeugen lässt sich also nicht sonderlich weit steigern. Für die Geschwindigkeiten gilt dasselbe: Ebenso wie höherer Andruck führt auch höhere Geschwindigkeit zu mehr Verschleiß.
Bei den britischen Stromschienen-Fernbahnen wird teilweise mit einer eigenen Rückleitungsschiene gearbeitet, um die Probleme zu entschärfen. Trotzdem hat sich auf den Strecken nördlich von London sowie auf dem Channel Tunnel Rail Link inzwischen die Oberleitung durchgesetzt hat, während der Schienenverkehr im Süden und Süd-Westen des Landes weiterhin mit Stromschienen betrieben wird. Im Nahverkehr kommen hier ausschließlich Triebzüge zum Einsatz, die teilweise auch im Fernverkehr eingesetzt werden. Zudem werden auch Lokomotiven, die für den Betrieb über Stromschienen ausgerüstet sind, im Fern- und Güterverkehr eingesetzt und durch Dieselloks ergänzt. Auf einigen Strecken erreichen die Züge trotz Stromschiene Geschwindigkeiten von bis zu 160 km/h.
Außerhalb Großbritanniens werden Stromschienen heute nur im Nahverkehr eingesetzt, wo die Geschwindigkeiten nicht so hoch sind (bis 120 km/h), und die Vorteile der niedrigen Spannung (einfache Isolierung, geringerer Schutzbedarf bei Arbeiten im Gleis) und des geringen Platzbedarfs gegenüber den Nachteilen überwiegen.
Um die Größenordnungen bei den verschiedenen Systemen zu verdeutlichen: Ein Vollzug der Baureihe 480 der Berliner S-Bahn, der aus vier Einheiten besteht, hat eine Leistung von insgesamt 2,88 MW; bei einer Nennspannung von 750 V bedeutet dies ein Strom von etwa 4 kA, der auf 8 Stromabnehmer verteilt wird. Ein ICE-3-Vollzug aus zwei Einheiten hat eine Leistung von insgesamt 16 MW; bei einer Spannung von 15 kV sind dies 1,1 kA verteilt auf zwei Stromabnehmer.
Doppelelektrifizierung mit Oberleitung und Stromschiene
Prinzipiell kann eine Bahnlinie mit Oberleitung und Stromschiene versehen sein. Dies war zum Beispiel bei der Hamburger S-Bahn zwischen 1940 und 1955 der Fall. Allerdings kann dies sehr große Probleme mit der gegenseitigen Beeinflussung der Stromkreise geben. So kann durch den Spannungsabfall entlang der Fahrschiene Strom vom Stromschienensystem in das Oberleitungssystem (und umgekehrt) fließen. Ist eines dieser Systeme ein Gleich- und eines ein Wechselstromsystem, kann es zu einer unerwünschten Gleichstromvormagnetisierung der Transformatoren in den Unterwerken des Wechselstromsystems kommen. Aus diesen Grund vermeidet man meistens Doppelelektrifizierungen mit Oberleitung und Stromschiene.
Stromschienen bei Modelleisenbahnen
Bei Modelleisenbahnen werden keine vorbildgetreuen Stromschienen verwendet, da zu ihrer Installation eine umfangreiche Verkabelung notwendig wäre, um eine lückenlose Stromversorgung der Modellbahnfahrzeuge zu verwenden.
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