Oberleitung oder Fahrleitung

Oberleitung oder Fahrleitung? Mit beiden Begriffen werden die Anlagen bezeichnet, die dazu dienen, elektrische Eisenbahnfahrzeuge mit Strom zu versorgen. Wo liegt der Unterschied? Eine Definition wäre, dass Oberleitungen für die Versorgung mit niedrigeren Spannungen wie bei Straßen- und Lokalbahnen, aber auch bei Obussen und U-Bahnen verwendet werden, hingegen eine Fahrleitung für Vollbahnen gedacht ist, deren Spannungen bei 3.000 Volt Gleichstrom (z.B. Italien), 15.000 Volt Wechselstrom (z.B. Österreich, Deutschland) oder darüber liegen.

In Österreich ist eine Fahrleitungsspannung von 15.000 Volt Einphasenwechselstrom mit einer Ferquenz von 16 2/3 Hertz üblich. Die Frequenz, die genau ein Drittel der haushaltsüblichen 50 Hertz beträgt, kommt unter anderem daher, dass zu Beginn der elektrischen Traktion die Handhabung niedriger Frequenzen einfacher war. Wechselstrom hat den großen Vorteil, transformierbar zu sein, und dadurch Leitungsverluste möglichst gering zu halten.
Gleichstromfahrleitungen benötigen dagegen mehr Einspeisungen und einen größeren Querschnitt des Fahrdrahtes, das wird erreicht, indem zwei Fahrdrähte parallel aufgehängt werden.

Bahnstrom wird hierzulande zumeist in Wasserkraftwerken gewonnen. Anschließend wird der Bahnstrom für die Zuleitung zu den Unterwerken auf ca. 150 kV transformiert. Die entlang der Strecken bestehenden Unterwerke erzeugen dann daraus die für den Betrieb der Bahnstrecken nötige Spannung mit 15 kV. Strom aus dem Verbundnetz wird hingegen in Umformerwerken auf die passende Spannung und Frequenz "umgerichtet".

Elektrifizierte Bahnstrecken sind in sogenannte Speisebreiche unterteilt. Diese Bereiche sind ca. 60 km lang und werden jeweils von einem Unterwerk oder einem Umformerwerk mit Energie versorgt. Zwischen den Speisebereichen muss die Fahrleitung doppelt isoliert sein, um Störungen im Stromnetz zu vermeiden. Diese Abschnitte nennt man Schutzstrecken, die entsprechend gekennzeichnet sind, und grundsätzlich nur mit ausgeschaltetem Hauptschalter und mit maximal einem Stromabnehmer pro Triebfahrzeug befahren werden dürfen.

Der Stromkreis schließt sich über das Triebfahrzeug mit dem Transformator, die Schienen und die Erdung.

Spätestens mit dem Aufkommen elektrischer Lokomotiven und Triebwagen stellte sich die Frage nach der idealen Stromversorgung. Anfängliche Versuche mit geschlitzten Rohren und Kontaktschiffchen, die hinter dem Fahrzeug hergezogen wurden, oder seitlichen Stromabnehmern in Form von Ruten erwiesen sich als wenig praktikabel, und so haben sich im Wesentlichen zwei Systeme durchgesetzt: Die über dem Gleis mittig aufgehängte Fahrleitung (meist als Kettenfahrleitung ausgeführt) und die Stromschienen, die seitlich oder unter dem Fahrzeug montiert sind. Hier soll es aber um die heute gebräuchliche Eisenbahnfahrleitung gehen, mit Schwerpunkt Österreich.

Kettenfahrleitung

Die Kettenfahrleitung besteht im Wesentlichen aus folgenden Teilen: Das Tragseil, daran über Hänger aufgehängt der eigentliche Fahrdraht. Beides wird an Auslegern oder Quertragwerken beweglich aufgehängt, die gegenüber dem Masten mit Isolatoren isoliert sind. Der Fahrdraht weist einen runden Querschnitt mit zwei Kerben auf, um an Auslegern, Seitenhaltern und Hängern montiert werden zu können. Als Material werden Kupfer oder Kupferlegierungen verwendet, das Tragseil kann auch aus Stahl sein. Die Ausleger sind heute meist Aluminuimrohre, früher verzinkte Rohre.

Wozu aber eine Kettenfahrleitung? Bei einfachen Fahrleitungen, wie bei Straßenbahnen, wird der Fahrdraht nur an den Auslegern oder Quertragwerken (Stützpunkte) aufgehängt. Dazwischen hängt der Fahrdraht der Schwerkraft folgend durch. Je höher die Geschwindigkeiten sind, die gefahren werden, desto wichtiger ist eine möglichst konstante Höhenlage des Fahrdrahtes über dem Gleis. Das wird erreicht, indem der Fahrdraht zwischen den Stützpunkten mit Hängern an einem eigenen Tragseil aufgehängt wird. Genauso wichtig ist es auch, die beim Befahren entstehenden Schwingungen an den Stützpunkten vorbeizuleiten, um Schäden zu vermeiden. Man kann sich das gut vorstellen, indem man einen Kupferdraht nimmt, und ihn an einer Stelle so lange hin- und herbiegt, bis das Material so ermüdet ist, dass es bricht. Diese Schwingungen entstehen unter anderem durch die Reibung zwischen Stromabnehmer und Fahrdraht, der Stromabnehmer schiebt sozusagen eine "Welle" vor sich her und versetzt die Fahrleitung in Schwingung. Erreicht wird das durch die Montage des Fahrdrahtes an beweglichen Seitenhaltern und durch den Einbau sogenannter Y-Beiseile im Tragseil.

Nachspannung

Fahrleitungsanlagen müssen auch Temperaturdifferenzen ausgleichen können. Je höher die Temperatur, desto mehr dehnt sich das Material aus, das würde bedeuten, dass im Sommer die Fahrleitung durchhängt. Um das zu vermeiden (und auch weil Fahrdrähte und Tragseile nicht endlos sind), wird die Fahrleitungskette in regelmäßigen Abständen abgespannt. Mittels Radspannwerken und entsprechenden Gewichten wird eine konstante Zugbelastung erreicht, und Dehnungen können so ausgeglichen werden. Je nach Notwendigkeit werden Fahrdraht und Tragseil gemeinsam oder getrennt abgespannt, auf Nebengleisen entfällt manchmal auch die Nachspannung des Tragseils.
Die bauliche Ausführung solcher Nachspannungen ist unterschiedlich, es gibt Nachspannungen, die über zwei Felder der Fahrleitung reichen, aber auch über drei und mehrere. Bei zweifeldrigen Nachspannungen kreuzen sich die zwei Fahrleitungsketten an einem Mast mit Doppelausleger. Bei drei- und mehrfeldrigen Nachspannungenverlaufen die Fahrdrähte zwischen zwei Masten parallel, der abzuspannende wird angehoben und zum Spannwerk oder Festpunkt geführt. Der Stromabnehmer wird auf konstanter Höhe geführt, da sich die Fahrdrähte nicht direkt kreuzen ist ein Einfädeln des Stromabnehmers nicht möglich.

Dreifeldrige Nachspannungen werden auch als sogenannte Bahnhofstrennungen oder Lufttrennungen verwendet. Dabei haben die Fahrdrähte einen größeren Abstand zueinander und werden so geführt und isoliert, dass keine elektrische Verbindung besteht. Solche Bahnhofstrennungen befinden sich in der Regel gleich nach dem Einfahrsignal oder dem Deckungssignal von Überleitstellen, können aber auch in Bahnhöfen nach Bedarf eingebaut werden.

Üblicherweise befindet sich ein Radspannwerk nur an einem Ende der Fahrleitungskette, das andere Ende ist fix an einem Mast befestigt. Werden beidseitig Spannwerke verwendet, ist auf halber Strecke ein sogenannter Festpunkt einzubauen: Hier wird das Tragseil beidseitig am jeweils nächsten Mast befestigt, über schräge Spannseile ist auch der Fahrdraht fixiert. Diese Konstruktion verhindert, dass die gesamte Fahrleitungskette von einem Spannwerk zum anderen "wandert" und sich in sich "verziehen" könnte.

Zickzack

Die Stromabnehmer der Triebfahrzeuge sind mit Kohleschleifleisten ausgestattet. Diese bestreichen unter konstantem Druck (ca 5 bis 7 kg Anpressdruck) den Fahrdraht von unten. Würde der Fahrdraht im geraden Gleis konstant in Gleismitte verlegt, dann würde sich die Schleifleiste an einer Stelle besonders stark abnutzen, und es würden Kerben entstehen. Das vermeidet man durch die Verlegung des Fahrdrahtes (nicht des Tragseils) im Zickzack zwischen den Stützpunkten. Hierzulande ist ein Zickzack von +/- 40 cm von der Gleisachse üblich. Andere Länder haben aufgrund des Lichtraumprofils andere Maße, unter anderem deswegen haben Mehrsystemfahrzeuge Stromabnehmer mit unterschiedlich breiten Schleifleisten.

Während sich in Bögen der Zickzack von selbst ergibt, wird auf geraden Strecken der Fahrdraht abwechselnd vom und zum Mast "gezogen". Die Ausleger werden also abwechselnd auf Zug und auf Druck beansprucht. Die Lage des Fahrdrahtes zur Gleisachse wird mittels Seitenhalter eingestellt. Auf Nebengleisen und Strecken mit geringeren Geschwindigkeiten wird auf die Montage eines Seitenhalters teilweise verzichtet.