Stromabnehmer

Einholmstromabnehmer mit Einzelkomponenten

Ein Stromabnehmer ist eine Vorrichtung an Fahrzeugen zum Übertragen elektrischer Energie von einer fest montierten stromführenden Leitung zu den elektrischen Einrichtungen des Fahrzeugs. Hierbei sind drei Arten der Energieaufnahme zu unterscheiden:

• permanente Versorgung des elektrischen Antriebs während der Fahrt: elektrisch angetriebene Schienenfahrzeuge, Oberleitungsbusse, Oberleitungsboote, Oberleitungsfähren und Autoscooter
• permanente Versorgung der Nebenverbraucher wie Beleuchtung und Heizung während der Fahrt: Standseilbahnen, bestimmte Straßenbahn-Beiwagen wenn keine Zugsammelschiene vorhanden ist – so zum Beispiel beim Bielefelder Typ MB4.
• punktuelle stationäre Versorgung im Stand: Speisewagen während des Lokomotivwechsels beim Aufenthalt im Bahnhof, Batteriebusse, Gyrobusse

Bauformen

Kontaktschiffchen

Die ersten elektrischen Oberleitungen waren zweipolige Schlitzrohrfahrleitungen. Dieses System wurde 1881 erstmals auf der Internationalen Elektrizitätsausstellung in Paris vorgestellt und erforderte spezielle Kontaktschiffchen, die durch an der Unterseite aufgeschlitzte Rohre geführt wurden. Im Planbetrieb verwendet wurden Kontaktschiffchen erstmals ab 1883 bei der Lokalbahn Mödling–Hinterbrühl und ab 1884 bei der Frankfurt-Offenbacher Trambahn-Gesellschaft (FOTG).

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  Siemens-Schlitz­rohr­fahr­lei­tung, In­ter­na­tio­na­le Elek­tri­zi­täts­aus­stel­lung 1881 in Paris

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  Kontaktwagen an einem der beiden Pole der Sie­mens-Schlitz­rohr­fahr­lei­tung der FOTG

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  Weiche einer Sie­mens-Schlitz­rohr­fahr­lei­tung im Verkehrsmuseum Frankfurt am Main

Kontaktwagen

Eine Alternative zum Kontaktschiffchen stellten kleine vierrädrige Kontaktwagen mit Rollen dar, die ähnlich einer Laufkatze auf den beiden Fahrdrähten liefen und von einer Verbindungsleitung hinter dem Motorfahrzeug hergezogen wurden. Dieses von Werner Siemens entwickelte Prinzip kam erstmals beim 1882 vorgestellten Elektromote zur Anwendung, später wurde es auch bei Schienenfahrzeugen benutzt.

Von diesen Kontaktwagen leitet sich auch die englische Bezeichnung trolley für solche – später mit festen Stangen statt der Kabelverbindung versehenen – Fahrzeuge ab. Insbesondere gilt dies für Oberleitungsbusse, die deshalb in weiten Teilen der Welt Trolleybus genannt werden. Die Kontaktwagen neigten jedoch zum Entgleisen, außerdem war das Befahren von Abzweigungen (Weichen) in den Fahrleitungen problematisch. Bei Zugkreuzungen wurden deshalb die Kontaktwagen gegenseitig übergeben.

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  1882: Kontakt­wa­gen beim Elek­tro­mo­te, dem ers­ten Ober­lei­tungs­bus der Welt

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  Gruben­bahn­lok in Frank­reich, mit zwei Rol­len­lauf­kat­zen als Strom­ab­neh­mer, 1897

Stangenstromabnehmer

Stangenstromabnehmer mit Kontaktrolle (Rollenstromabnehmer)

Langes Zwei­rich­tungs­fahr­zeug mit ge­trenn­ten Rol­len­strom­ab­neh­mern für beide Richtungen

Detailaufnahme einer Kontaktrolle

Rollenstromabnehmer beim Passieren einer Luftweiche

Erst die Umstellung auf von unten gegen den Fahrdraht gedrückte Stromabnehmer unter Verzicht auf die Kontaktwagen machte die Stromzuführung betriebssicher. Diese Stangen- oder Rollenstromabnehmer, in der Schweiz auch Trolleystromabnehmer genannt, gehören damit zu den ältesten Bauformen. Der US-amerikanische Ingenieur Frank J. Sprague setzte sie erstmals 1889 bei der Straßenbahn in Richmond (Virginia) ein. Das Unternehmen Thomson-Houston verbesserte das System und machte es auch in Europa bekannt. In Deutschland fand das System erstmals bei der Nordwestdeutschen Gewerbe- und Industrieausstellung 1890 in Bremen Anwendung.

Rollenstromabnehmer bestehen heute meist aus einer langen Stange, die schräg auf dem Fahrzeugdach montiert ist und durch eine Feder nach oben gedrückt wird. An ihrem oberen Ende befindet sich eine (Messing-)Rolle mit einer Rille entlang des Umfanges, die von unten am Fahrdraht entlangrollt und den elektrischen Kontakt herstellt. Einen weiteren Kontakt bildet das Lager aus Graphit, das die Verbindung zur Stange herstellt. Der relativ geringe Durchmesser der Stromabnehmerrolle führt bei schnell fahrenden Fahrzeugen zu erheblichen Drehzahlen.

Gegenüber den später entwickelten Bügelstromabnehmern weisen die Rollenstromabnehmer allerdings einige schwerwiegende Nachteile auf:

• Der Stromabnehmer kann von der Fahrleitung abrutschen (sogenannte Stangen-Entgleisung) und dabei die Oberleitung oder sonstige Leitungen beschädigen.
• Stehen an den Endstellen keine Wendeschleifen zur Verfügung, muss er beim Fahrtrichtungswechsel manuell umgelegt werden. Hierzu muss das Personal die Stange mit einem Seil abziehen, in weitem Bogen um das Fahrzeug herumgehen und sie auf der anderen Seite wieder anlegen. Daher hatten lange vierachsige Zweirichtungswagen oft zwei Rollenstromabnehmer, weil das Personal zum Einfädeln der Kontaktrolle direkt unter der Fahrleitung stehen muss
• Die Oberleitungskonstruktion ist aufwändiger als bei Bügelstromabnehmern, da die Fahrleitung knickfrei montiert sein muss. Sie muss dem Gleisbogen präzise folgen, was zusätzliche Aufhängungen und damit auch zusätzliche Oberleitungsmasten und -rosetten mit Querdrähten erfordert. Zudem muss der Fahrdraht endlos verschweißt sein.
• Bei Verzweigungen müssen spezielle Oberleitungsweichen (sogenannte „Luftweichen“) eingebaut werden. Eine Alternative ist, die Stange manuell umzulegen, was aber zusätzliche Betriebshalte bedeutet und damit die Fahrzeit erhöht. Teilweise führte man bei eingleisigen Strecken Fahrdrähte doppelt, um zumindest für Ausweichen auf Luftweichen verzichten zu können.
• Die Fahrleitung ist beim Betrieb anfälliger gegen Vereisen, weil sie anders als beim Bügelbetrieb nicht freigekratzt wird.
• Bei Dunkelheit ist das manuelle Ein- beziehungsweise Umdrahten erschwert.

Rollenstromabnehmer fanden ab 1890 weltweit große Verbreitung, vor allem bei Straßenbahnen. Die technischen Unzulänglichkeiten führten jedoch nach und nach zu einem weitgehenden Verschwinden der Rollenstromabnehmer. Der letzte Straßenbahnbetrieb in Deutschland mit Stangenstromabnehmern war die Straßenbahn Hamburg; sie wurde 1978 stillgelegt. Kann ein Betrieb seinen Wagenpark jahrzehntelang nicht modernisieren, wie etwa in weiten Teilen Amerikas, dann sind dort häufig Wagen mit Rollenstromabnehmern im Einsatz.

Die letzten europäischen Straßenbahnbetriebe mit Rollenstromabnehmern sind die Straßenbahn Lissabon, die allerdings nur noch zwei von fünf Linien aus Gründen des eingeschränkten Lichtraumprofils und der Nähe zu den Fenstern von Wohngebäuden in den engen Gassen mit diesem System betreibt, die Straßenbahn Porto, die Straßenbahn Sintra, die Tramvia Blau in Barcelona, die Manx Electric Railway und die Straßenbahn Blackpool, auf der aber ein Teil der Fahrzeuge mit Scherenstromabnehmern verkehrt. Öfter anzutreffen sind sie noch in den Vereinigten Staaten, beispielsweise bei der F Market & Wharves-Linie in San Francisco und bei der Ashmont–Mattapan High Speed Line in Boston. Weitere außereuropäische Beispiele sind Kalkutta und die Alexandria.

System Dickinson (1893)

1898: Werbung für das System Dickinson, hier angewendet bei der Straßenbahn Liegnitz

Eine Weiterentwicklung des Systems Sprague von 1889 stellte das vier Jahre später vorgestellte System Dickinson dar, das vor allem in Großbritannien Verbreitung fand. Erfinder Alfred Dickinson ließ sich am 21. Februar 1893, ebenfalls in den Vereinigten Staaten, einen Stangenstromabnehmer mit je einem Gelenk am Fuß und an der Spitze der Stange patentieren, das heißt die Rolle ist zum einen auf dem Wagendach drehbar gelagert und zum anderen am Stangenkopf zusätzlich noch um eine vertikale Achse drehbar.

Bei diesem auch Dickinsonrolle genannten Prinzip musste der Fahrdraht nicht mehr exakt der Gleisgeometrie folgen, weil die Stromabnehmerstange eine seitliche Abweichung um bis zu dreieinhalb Meter erlaubte. Insbesondere in engen Kurven oder dicht aufeinander folgenden Gegenkurven ohne Zwischengerade waren dadurch deutlich weniger Abspannpunkte notwendig. Zudem konnte auch bei Trassierung in Straßenmitte auf einseitig aufgestellte Oberleitungsmasten auf dem Gehweg zurückgegriffen werden. Somit waren die Straßenbahngesellschaften nicht auf das Einverständnis der Hausbesitzer angewiesen, ihnen die Anbringung von Oberleitungsrosetten für die Querdrähte zu erlauben beziehungsweise mussten nicht auf beiden Straßenseiten Masten aufgestellt werden. Des Weiteren konnten die Oberleitungsmasten mit kürzeren, optisch unauffälligeren, Auslegern ausgestattet werden. Besonders vorteilhaft war das System Dickinson für doppelstöckige Straßenbahnwagen mit offenem Oberdeck, den sogenannten Decksitzwagen. Durch den seitlich versetzten Fahrdraht liefen die oben sitzenden Fahrgäste nicht Gefahr, beim Aufstehen mit der Oberleitung in Kontakt zu kommen. In Deutschland wurde als erstes der 1893 gebaute Triebwagen 141 der Straßenbahn Dresden mit einem Dickinson-Stromabnehmer ausgestattet.

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  Dickinson-Patentschrift, Teil 1

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  Dickinson-Patentschrift, Teil 2

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  Dickinson-Patentschrift, Teil 3

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  Dickinson-Patentschrift, Teil 4

Stangenstromabnehmer mit Schleifschuh

→ Hauptartikel: Oberleitungsbus#Stromabnehmer

Eine Weiterentwicklung des Stangenstromabnehmers mit Kontaktrolle ist der Stangenstromabnehmer mit Schleifschuh, auch Kontaktschuh genannt. Hier wird statt der Rolle ein austauschbares Kohleschleifstück eingesetzt. Dies ermöglicht vor allem eine größere Kontaktfläche gegenüber der Rolle. Bereits die 1893 eröffnete Strassenbahn Stansstad–Stans verwendete solche Schleifstücke. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde dieses Prinzip vom Ingenieur Max Schiemann speziell für Oberleitungsbusse weiterentwickelt, indem die Stromabnehmerköpfe drehbar ausgeführt wurden. Dieses System kam erstmals auf der ab 1901 betriebenen Gleislosen Bielathal-Motorbahn mit elektrischer Oberleitung zur Anwendung. Bei Oberleitungsbussen ist es bis heute Standard. Kontaktschuhe mit drehbarer Lagerung erlauben den Fahrzeugen größere Toleranzen bezüglich der seitlichen Abweichung, so dass sie auch einige Meter neben der Oberleitung fahren können. Dies erleichtert die Fahrdrahtführung besonders in der Nähe von Gebäuden und in S-Kurven. Andererseits erfordern auch Schleifschuhe die Installation von Luftweichen.

Vereinzelt wird das System auch heute noch bei Straßenbahnen angewandt, so beispielsweise bei der Straßenbahn Daugavpils, der Straßenbahn Philadelphia, der Straßenbahn Riga und der Straßenbahn Toronto. Die österreichische Pöstlingbergbahn wurde nach dem Ersten Weltkrieg von Rollen- auf Schleifschuhbetrieb umgestellt und in dieser Form bis 2008 betrieben.

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  Stra­ßen­bahn­trieb­wa­gen in Toronto mit Stan­gen­strom­ab­neh­mer

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  Toronto: Detail des Schleif­schuhs

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  Die Pöstlingbergbahn

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  Straßen­bahn­zug in Riga

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  Kopf eines Ober­lei­tungs­bus­strom­ab­neh­mers

Bügelstromabnehmer

Lyrastromabnehmer

Bügelstromabnehmer in Lyraform bei der Straßenbahn Vyborg, 1912

Drehen eines Ly­ra­strom­ab­neh­mers bei der Straßenbahn Gmunden

Der erste Bügelstromabnehmer wurde von dem deutschen Ingenieur Walter Reichel im Jahr 1889 erfunden und im gleichen Jahr auf der Weltausstellung in Paris vorgeführt. Er besteht aus einem auf dem Fahrzeugdach montierten Metallbügel, der durch Federn gegen die Fahrleitung gedrückt wird. Dieser Metallbügel ist mitunter geschwungen ausgeführt und erinnert an eine Lyra, weshalb sich auch die Begriffe Lyrastromabnehmer oder Lyrabügel eingebürgert haben. Im oberen Bereich des Metallbügels ist quer zur Fahrtrichtung eine ein bis zwei Meter breite Schleifleiste montiert, die den Kontakt mit dem Fahrdraht herstellt. Sie besteht aus Kohlenstoff, in seltenen Fällen aus Kupfer. Schleifleisten vereinfachen die Ausführung der Oberleitung gegenüber dem Rollenstromabnehmer, da auf Oberleitungsweichen verzichtet werden kann und Knicke im Fahrdrahtverlauf toleriert werden. Beim Fahrtrichtungswechsel müssen aber auch Lyrastromabnehmer umgeklappt oder gedreht werden. Vom Wagen nachgezogen, gleitet der Abnehmer besser, und es besteht weniger Beschädigungsrisiko, wenn er sich verhaken sollte.

Lyrastromabnehmer wurden etwa zwischen 1890 und 1920 im Eisenbahn- und Straßenbahnbereich verwendet. Der geringe Kontaktdruck führte zur Entstehung von Lichtbögen und verursachte damit Funkstörungen (vergleiche Lichtbogensender). Sie wurden deshalb von den Scherenstromabnehmern weitgehend verdrängt. Ihre Leistungsfähigkeit konnten sie bei den Schnellfahrversuchen 1903 auf der Militär-Eisenbahn Marienfelde–Zossen–Jüterbog bei Berlin unter Beweis stellen, bei denen sie bei Fahrgeschwindigkeiten von bis zu 210 km/h eingesetzt wurden. Voraussetzung für den Einsatz von Bügelstromabnehmern war ein vorheriger Umbau der Fahrleitung. Um Einkerbungen in der Schleifleiste zu verhindern, musste diese im Zick-Zack verlegt werden. Da die gleiche Anforderung für die klassischen Scherenstromabnehmer gilt, war die Umrüstung von Lyrabügeln auf Scherenstromabnehmer problemlos Fahrzeug für Fahrzeug möglich.

Scherenstromabnehmer

Die ersten, seit 1895 in einer Tunnelstrecke bei der Baltimore & Ohio Railroad in Verbindung mit einer seitlichen Oberleitung verwendeten Scherenstromabnehmer mit zweidimensionalem Gestänge waren noch Rollenstromabnehmer. Die klassischen dreidimensionalen Scheren- oder „Pantografen“-Stromabnehmer kombinieren das Prinzip des quer zur Fahrtrichtung montierten Schleifbügels („Lyra“ und andere) mit einer Scherenmechanik, die das Schleifstück federnd gegen die Fahrleitung drückt und es dabei nach oben ausrichtet. Die Scherenmechanik ähnelt der eines Pantografen, weshalb Scherenstromabnehmer auch so genannt werden. Anders als Lyra- und Rollenstromabnehmer können Scherenstromabnehmer für beide Fahrtrichtungen verwendet werden. Durch die kürzeren Hebelarme verfallen sie weniger leicht in Schwingungen und gewährleisten dadurch auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten einen kontinuierlicheren Kontakt zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer.

In Deutschland entwickelte 1897 die Nürnberger Elektrizitätsaktiengesellschaft, vormals Schuckert & Co. für Grubenbahnen einen Bügel-Scherenstromabnehmer, dessen Scherengestänge sogar schon eine sogenannte Stromabnehmerwippe mit zwei Schleifstücken trug. Beim damaligen Einsatzbereich kam es nur auf Beidrichtungstauglichkeit an, noch nicht auf Geschwindigkeitstauglichkeit. Mit den ersten Bügel-Scherenstromabnehmern im öffentlichen Verkehr nahm 1903 die San Francisco, Oakland, and San Jose Railway (SFOSJR, später Key-System) ihren Betrieb auf. Sie waren in der Werkstatt der Gesellschaft gebaut. Konstrukteur war John Q. Brown, ein Mitarbeiter der Bahngesellschaft.

Grundsätzlich gibt es drei Möglichkeiten, wie die Schleifstücke (Bügel) auf dem Scherengestänge montiert sind:

• Es gibt nur ein Schleifstück, das direkt auf der Spitze der „Schere“ sitzt und von dieser so gehalten wird, dass seine gebogenen Enden gerade nach unten zeigen.
• Das Schleifstück hat die Form eines Lyrabügels mit ganz kurzen Armen, wird in Ruhelage von Federn senkrecht gehalten und klappt während der Fahrt nach hinten..
• Das Scherengestänge drückt eine sogenannte Wippe oder Palette mit zwei oder mehreren Schleifstücken an den Fahrdraht.

Lange Zeit überwogen Scherenstromabnehmer mit nur einem Schleifstück. Erst um 1960 hat sich die Palette allgemein durchgesetzt.

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  Rollen-Sche­ren­strom­ab­ne­hmer, US-Gru­ben­lok 1895

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  Rollen-Sche­ren­strom­ab­neh­mer bei der Bal­ti­mo­re and Ohio Rail­road 1895

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  Bügel-Sche­ren­strom­ab­neh­mer mit Palette im Saarbergbau, 1897

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  Bügel-Sche­ren­strom­ab­neh­mer mit einfachem Schleif­stück, Kleve 1961

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  Bügel-Scherenstromab­nehmer mit Palette im Tokioter Nahverkehr

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  Industrie­ellok mit Strom­ab­neh­mern für Mittel- und Sei­ten­fahr­lei­tung

Einholmstromabnehmer

Einholmstromabnehmer

Neuartiger Stromabnehmer Shinkansen-Baureihe E5

Mit der Einführung elektrischer Hochgeschwindigkeitszüge stieß die Verlässlichkeit der Scherenstromabnehmer an Grenzen. Das führte zur Entwicklung der Halbscheren- und Einholmstromabnehmer. Die Verminderung von mindestens neun auf nur noch drei Scherenstreben ermöglichte eine massive Reduzierung des Luftwiderstandes des ausgefahrenen Stromabnehmers und dadurch eine wesentliche Verbesserung des Fahrdrahtkontaktes. Auch die Masse ließ sich reduzieren. Der geringere Platzbedarf und die vollständige Faltbarkeit sind zudem vorteilhaft, wenn Mehrsystemfahrzeuge mit mehreren Stromabnehmern für verschiedene Oberleitungssysteme ausgestattet werden müssen. Trotz ihrer asymmetrischen Bauart sind Einholmstromabnehmer in der Regel so konstruiert, dass sie im Kniegang (Gelenk nach vorn) sich ebenso verhalten wie im Spießgang (Gelenk nach hinten).

Nach den Rekordfahrten im Jahre 1955 durch die SNCF CC 7107 und BB 9004 (je 331 km/h) mit extremer Lichtbogenbildung an den traditionellen Stromabnehmern wurde im selben Jahr vom Unternehmen Faiveley nahe Paris der Einholm-Stromabnehmer entwickelt und von der SNCF zuerst auf einer BB 12000-Lok getestet. Die ersten in Serie eingesetzten Einholmstromabnehmer vom Typ AM11 wurden vom Unternehmen Schneider/Jeumont MTE bei den Anfang 1958 in Dienst gestellten französischen Wechselstrom-Loks SNCF BB 16000 und ab Juli 1958 auf die neu in Betrieb genommenen BB 16500 „Danseuses“ der Firma Alsthom, Belfort übernommen. Von 1958 an wurden sie auf sämtliche neuen französischen Elektro-Schienenfahrzeuge der SNCF aufgebaut, wenn auch in neuerer Zeit mit leicht veränderter Bauweise. Ab 1959 kamen sie bei einer in französischer Lizenz gebauten russischen Lok und bei den Bo'Bo'-Lokomotiven der britischen Klasse 81 zum Einsatz (wenn auch nur ein Stromabnehmer pro Maschine). Bei der Deutschen Bundesbahn wurden Einholmstromabnehmer erstmals serienmäßig bei den Baureihen 181 und 184, sowie in größeren Stückzahlen ab Beginn der 1970er Jahre bei den Triebwagen der Baureihe 420 und den Lokomotiven der Baureihe 111 eingesetzt, bei den ÖBB bei der Reihe 1042. Die Deutsche Reichsbahn setzte sie zuerst bei der Baureihe 243 (heute Baureihe 143) ein. In der Schweiz wurden die Einholmstromabnehmer bei der Rhätischen Bahn 1962 versuchsweise auf zwei Berninatriebwagen (37 und 38) und ab 1964 auf allen Neubaufahrzeugen, bei den SBB Re 4/4" versuchsweise ab 1967 (11107–09) und systematisch ab 1969 (ab 11156) aufgebaut, in Norwegen wurden sie erst ab 1985 eingeführt. Auch in Italien blieb der Scherenstromabnehmer lange Standard, so auch bei der ersten Serie der Hochgeschwindigkeitstriebköpfe ETR 500.

Während Einholmstromabnehmer zunächst wie Scherenstromabnehmer mit Zugfedern an den Fahrdraht gedrückt und mit einem pneumatischen Senkantrieb gesenkt wurden, werden heute überwiegend Luftfederbälge eingesetzt, die es erlauben, den Anpressdruck je nach Anforderung des Oberleitungssystems einzustellen (wichtig bei Mehrsystemfahrzeugen) und eine automatische Bügelsenkeinrichtung ermöglichen, die beim Bruch der Schleifleiste anspricht und größere Beschädigungen der Oberleitung verhindert. Insbesondere bei Stromabnehmern für Hochgeschwindigkeit sind die Schleifleisten einzeln abgefedert, um Unebenheiten im Fahrdrahtverlauf weniger träge folgen zu können und Lichtbögen zu minimieren. Für den Shinkansen wurde ein Stromabnehmer entwickelt, der immer in Fahrtrichtung gepfeilt werden kann. Damit ist er leiser, und man muss nicht sofort das Fahrzeug reparieren falls einer der Stromabnehmer ausfällt.

Mitte der 1970er Jahre wurden nach mehreren durch die Scherenstromabnehmer im Schnellfahrbetrieb verursachten Schäden an Oberleitungen diese bei der Baureihe 103 durch Einholmstromabnehmer ersetzt. Da zu Beginn nicht genügend Einholmstromabnehmer verfügbar waren, wurden sie teilweise mit der Baureihe 111 ausgetauscht. Seit Mitte der 2000er Jahre werden auf Lokomotiven der Deutschen Bahn bei Revisionen auch zunehmend Scherenstromabnehmer durch Einholmstromabnehmer ersetzt, so beispielsweise bei den Baureihen 140, 151 und 155. Die neuen Stromabnehmer werden bei Beschädigung automatisch gesenkt.

Heute ist der Einholmstromabnehmer allgemeiner Standard und hat sich auch bei Fahrzeugen durchgesetzt, die im normalen Einsatz selten über 50 km/h fahren.

Stangenstromabnehmer mit Schleifbügel

Plzeň: historischer Stangenstromabnehmer, nachträglich mit Schleifbügel ausgestattet

Eine Kombination aus zuvor genannten Hauptformen sind Stangenstromabnehmer die nachträglich mit einem quer zur Fahrleitung angeordneten Schleifbügel ausgestattet wurden. Ihre Entwicklung erfolgte, um historische Straßenbahnwagen auch unter modernen Oberleitungssystemen einsetzen zu können. Ein Beispiel hierfür ist die Straßenbahn Pilsen.

Mehrpolige Stromabnehmer

Für Drehstrom- und zweipolige Gleichstromsysteme mit Mittelpunkt-Neutralleiter gibt es auch mehrpolig ausgeführte Stromabnehmer.

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  1902 von Kandó Kálmán ent­wic­kel­te Dreh­strom­lok der ital­ieni­schen Bau­rei­he RA 361–363, ein nur elek­trisch ge­teil­ter Strom­ab­neh­mer für die zwei­po­li­ge Fahr­lei­tung

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  Drehstrom­trieb­wa­gen von Sie­mens 1903, über­ein­an­der an­ge­ord­ne­te Schleif­bü­gel für die drei­po­lige Fahr­lei­tung

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  Drehstrom­trieb­wa­gen von AEG 1903, hin­ter­ein­an­der an­ge­ord­ne­te Schleif­bügel für die drei­po­lige Fahr­lei­tung

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  Jungfraubahn, doppelte Strom­ab­neh­mer für die zwei­po­li­ge Dreh­strom-Fahr­leitung

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  Elektro­loko­motive Le Drac 1903, dop­pel­te Lyra­strom­ab­neh­mer für die zwei­po­li­ge Gleich­strom­fahr­lei­tung

Das Schiffshebewerk am Krasnojarsker Stausee verwendet drei Scherenstromabnehmer.

Die seit Ende 2012 in Wien verkehrenden Batteriebusse benutzen während des Ladevorgangs einen zweipoligen Einholmstromabnehmer.

Stromschienen-Stromabnehmer

Stromabnehmer eines U-Bahn-Wagens

Bei U- und S-Bahnen mit seitlich neben dem Gleis angeordneten Stromschienen gibt es einfacher beschaffene Stromabnehmerbügel, die schleifend auf, seitlich oder unter der Stromschiene entlanggeführt werden. Auch die Wuppertaler Schwebebahn verwendet ein solches System.

Systemvarianten in Europa

Durch verschiedene technische und bauliche Randbedingungen haben sich auf dem kontinentaleuropäischen Eisenbahnnetz verschiedene Oberleitungsbauformen herausgebildet, die unterschiedliche Stromabnehmerbauweisen erfordern. Daher müssen Mehrsystemfahrzeuge für den internationalen Verkehr mit unterschiedlichen Stromabnehmern ausgerüstet sein. Die Bauarten unterscheiden sich in der Breite des Stromabnehmers und in der Art des verwendeten Schleifleistenmaterials.

Im Zuge der Harmonisierung für den grenzüberschreitenden Verkehr auf den TEN-Korridoren wurde eine einheitliche Geometrie festgelegt, die als Eurowippe bezeichnet wird. Ihre Festlegung erfolgte in TSI Fahrzeuge (2008/232/EG) Abschnitt 4.2.8.3.7.2.

Einsatzgebiete	Stromsystem		Wippenbreite	Schleifleistenmaterial
Dänemark, Deutschland, Norwegen, Österreich, Schweden, Slowakei, Tschechien	Wechselstrom	15 kV/25 kV	1950 mm	Kohle
Frankreich, Luxemburg, Schweiz	Wechselstrom	15 kV/25 kV	1450 mm	Kohle
Ungarn (durch Oberleitungsanpassungen obsolet)	Wechselstrom	25 kV	2060 mm (1950 mm funktioniert auch in Ungarn)	Kohle
Kroatien, Bosnien-Herzegowina, Serbien, Montenegro, Mazedonien	Wechselstrom	25 kV	1650 mm	Kohle
Belgien, Frankreich, Luxemburg, Niederlande, Slowakei, Tschechien	Gleichstrom	1500 V/3000 V	1950 mm	Kohle metallisiert
Italien, Slowenien	Gleichstrom	3000 V	1450 mm	Kupfer
Polen	Gleichstrom	3000 V	1950 mm	Kohle metallisiert
Russland	Wechselstrom & Gleichstrom	25 kV, 3000 V	2250 mm	Kohle (Wechselstrom), Kupfer (Gleichstrom)
Eurowippe	Wechselstrom & Gleichstrom		1600 mm	Kohle

Funktionsweise und Überwachung von Stromabnehmern mit Schleifstück

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

Sowohl das Schleifstück als auch der Fahrdraht verschleißen ständig durch die Reibung. Fahrdraht und Schleifstück müssen daher bei entsprechendem Zustand regelmäßig erneuert werden. Konstruktion und Materialwahl sind so ausgelegt, dass der Verschleiß des Abnehmers höher ist und der Fahrdraht geschont wird, da dieser sich nur mit erheblichem Aufwand wechseln lässt. Um den Verschleiß der Schleifstücke des Abnehmers gleichmäßig zu gestalten und ein Einschneiden des Fahrdrahtes zu vermeiden, wird die Oberleitung für Schleifbügelstromabnehmer im Zickzack über den Gleisverlauf gespannt.

Kommt es während der Fahrt zu einem Schleifleistenbruch, kann die Oberleitung erheblich durch die nach oben drückende Trägerkonstruktion des Stromabnehmers beschädigt werden. Moderne Lokomotiven wie beispielsweise die Baureihe 101 der Deutschen Bahn haben daher eine Schleifleistenüberwachung. Hierbei ist ein Messingröhrchen längs in die Schleifleisten eingelassen und an eine Druckluftversorgung angeschlossen. Wird das Röhrchen aufgerieben, wird der Druckabfall festgestellt und der Stromabnehmer automatisch gesenkt.

Die meisten Vollbahnlokomotiven verfügen über zwei Stromabnehmer. Üblicherweise wird davon der in Fahrtrichtung hinten liegende angelegt, um bei einer eventuellen Beschädigung ein Herabfallen von Teilen auf die Dachausrüstung und den noch intakten Stromabnehmer zu vermeiden und um die Gefahr von Überschlägen durch Verunreinigung der Isolatoren der Dachausrüstung durch den leitfähigen Kohleschleifstück-Abrieb zu minimieren. Auch befindet sich der hintere Stromabnehmer bei höheren Geschwindigkeiten meist in einer aerodynamischer homogeneren Luftschicht mit weniger Luftwirbeln. Bei Doppeltraktion oder Vorspann werden der jeweils vorderste und hinterste Stromabnehmer des Lokgespanns verwendet, um Fahrdrahtschwingungen zu reduzieren. Denn Schwingungen und Luftverwirbelungen können dazu führen, dass der Stromabnehmer kurzzeitig vom Fahrdraht springt. Ein – auch sehr kurzer – Kontaktverlust fällt bei modernen Fahrzeugen wegen der vielen elektronischen Bauteile, die für eine korrekte Funktion auf eine kontinuierliche Stromversorgung angewiesen sind, weit stärker ins Gewicht als bei älteren Fahrzeugen, die dies besser verkraften. Die Notwendigkeit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung verbunden mit den steigenden Geschwindigkeiten führte zu Neukonstruktionen, deren Tauglichkeit vor allem mit dem ICE S und anderen Bahndienstfahrzeugen überprüft wird. Von der Regel der Nutzung des in Fahrtrichtung hinten liegenden Stromabnehmers wird wegen des stets möglichen Funkenschlags auch dann abgewichen, wenn direkt hinter der Lok feuergefährliche Güter oder PKW befördert werden oder ein Steuerwagen eingestellt ist. Einen Sonderfall stellen Mehrsystemfahrzeuge dar, die oft nur über einen Stromabnehmer je Stromsystem verfügen; hier gibt es dann keine Auswahlmöglichkeit.

Bei Straßenbahnen fallen durch die niedrigeren Geschwindigkeiten die aerodynamischen Effekte noch nicht so ins Gewicht. Dort wird oft der vordere Stromabnehmer eingesetzt; teilweise ist dies auch mit der Fahrtrichtung gekoppelt. Der Hauptgrund dafür war, dass in der Vergangenheit die Weichen in vielen Straßenbahnnetzen über Fahrleitungskontakte und den Oberstrom umgestellt wurden. Die Lage des vorderen Stromabnehmers ist vom Führerstand einfacher einzuschätzen.

Wenn man nur einen Stromabnehmer einsetzen will, sollte dieser mit mindestens zwei Schleifleisten (oder Schleifstücken) ausgerüstet sein, da bei der kleinsten Unebenheit der direkte Kontakt verloren geht. In der Anfangszeit der elektrisch betriebenen Bahnen besaßen die Scherenstromabnehmer nur ein Schleifstück, weshalb auf historischen Fotos immer beide Stromabnehmer gehoben sind. Bei vereisten Fahrdrähten wird dies auch heute noch so gehandhabt. Verkürzte Schutzstrecken und Systemtrennstellen dürfen jedoch nicht mit zwei gehobenen Stromabnehmern befahren werden. Die durch die Dachleitung verbundenen Stromabnehmer würden den neutralen Abschnitt überbrücken und einen Kurz- oder Erdschluss auslösen. Ist es notwendig, in einem derartigen Abschnitt mit zwei angelegten Stromabnehmern zu fahren, dann muss vor der Schutzstrecke oder Systemtrennstelle abgebügelt werden.

Schleifstück/Schleifleiste

Als Schleifstück/Schleifleiste kann theoretisch jeder elektrisch leitende Werkstoff eingesetzt werden. Dennoch werden heute im deutschsprachigen Raum hauptsächlich zwei Arten von Schleifstücken eingesetzt, solche aus Kohle und solche aus Aluminium-Legierungen. Daneben sind auch noch Kupfer-Schleifstücke bei der FS mit ihrem 3000 Volt-Gleichstrom-System im Einsatz. Kupfer-Schleifstücke sind sehr schwer, so dass der Stromabnehmer träger reagiert; daher ist ein hoher Anpressdruck an die Fahrleitung nötig. Um dies zu bewältigen, muss die Fahrleitung stabiler ausgeführt sein, so dass sie ihrerseits auch schwerer wird und zum Durchhängen neigt. Allerdings ist Kupfer ein sehr guter Leiter mit besseren Werkstoffeigenschaften als Aluminium und Kohle und es unterbleibt auch eine Korrosion der Kupferfahrleitungen. Während heute praktisch nur noch Kupferoberleitungen eingesetzt werden, waren früher auch solche aus verzinktem Stahldraht im Einsatz. Bei diesen war ein Kohleschleifstück die schlechtere Wahl.

Elektrochemisch ergeben sich stets Nachteile, wenn unterschiedliche Werkstoffe als Schleifstücke an der gleichen Fahrleitung verwendet werden. Bei den Kupfer-Fahrleitungen müssen entweder Kohle-Schleifstücke oder Aluminium-Schleifstücke eingesetzt werden. Ein Mischbetrieb ist zu vermeiden, da der Einsatz eines Kohle-Schleifstücks an einer Fahrleitung, welche mit Aluminium-Schleifstücken befahren wird, eine Zerstörung der leitenden Oxidationsschicht zur Folge hat, während eine durch Kohle-Schleifstücke blanke Fahrleitung das Aluminium-Schleifstück angreift. Dies gilt im übertragenen Sinn auch für Kupfer-Schleifstücke.

In der Regel wird bei Wechselstrombahnen Kohle, bei Gleichstrombahnen Metall (Aluminium oder Kupfer) eingesetzt.

Literatur

Auch Autoscooter verwenden Stromabnehmer

• K. Eifert: Stromabnehmer elektrischer Fahrzeuge. In: Die Fahrt. Hefte 14 und 15, 1931.

Weblinks

 Commons: Stromabnehmer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Stromabnehmer – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wiktionary: Stangenstromabnehmer – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Webseite mit Datenblättern von Stromabnehmern
• PDF Verzeichnis und Bildmaterial zu Schleifkohlen und -kontakten