Drehstromantrieb (Eisenbahn)

Die Drehstromantriebstechnik ist eine Art des Antriebs für elektrische und dieselelektrische Triebfahrzeuge, bei der dreiphasige Drehstrommotoren für den Antrieb eingesetzt werden. Eine elektrische Lokomotive mit Drehstromantrieb wurde erstmals 1892 von Siemens & Halske gebaut. Der Einsatz von Drehstrommotoren bietet generell Vorteile durch hohe Effizienz bei vergleichsweise geringem Wartungs- und Materialaufwand.Grundsätzlich gibt es drei Varianten des Drehstromantriebs, bedingt durch die unterschiedliche Erzeugung und Zufuhr des Drehstroms in das Triebfahrzeug: Drehstromzuführung ins Fahrzeug über mehr als einpolige Oberleitung oder die Einphasen-Wechselstrom-Oberleitung mit Drehstromgewinnung im Fahrzeug, früher durch mechanische Umformer, inzwischen durch elektronische Umrichter.

Bei den ersten Versuchsanordnungen wurde der Drehstrom dem Triebfahrzeug über eine seitliche dreipolige Fahrleitung zugeführt, was aufwändige Konstruktionen der Oberleitungen und der Stromabnehmer erfordert. Für die Gestaltung der dreipoligen Oberleitungen im Bereich von Weichen und Kreuzungen konnten keine für den Regelbetrieb praktikablen Lösungen gefunden werden.

Nachdem Siemens & Halske in den Jahren 1899 und 1900 auf einer kurzen Versuchsstrecke in Groß-Lichterfelde bei Berlin die grundsätzliche Eignung von Drehstrom für Bahnen nachweisen konnte, sollten anschließend Versuchsfahrten auf einer längeren Eisenbahnstrecke durchgeführt werden. Mit der Inbetriebnahme des Kraftwerks Oberspree, des ersten Drehstromkraftwerks Deutschlands, stand ab 1897 im Raum Berlin eine leistungsfähige Stromversorgung zur Verfügung. Für die Versuche wurde mit der Studiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen ein neues Unternehmen gegründet, an dem namhafte Unternehmen der Elektro-, Maschinenbau- und Waggonbauindustrie beteiligt wurden. Auf dem 23 km langen geradlinigen Abschnitt Marienfelde–Zossen der Königlich Preußischen Militär-Eisenbahn wurde die Versuchsstrecke eingerichtet. Im Jahr 1901 wurden die ersten Fahrten durchgeführt, die viele neue Erkenntnisse für den Eisenbahnbetrieb brachten, insbesondere für die Gestaltung des Oberbaus und der Fahrzeuge. Nach der Ertüchtigung von Strecke und Fahrzeugen konnte 1903 ein Geschwindigkeits­weltrekord mit 210,3 km/h erreicht werden.^[1][2]

Da eine dreipolige Oberleitung wie bei den Versuchsstrecken an vielen Orten keinen Platz fand, wurde bei den kommerziellen Drehstromelektrifikationen ab 1896 der Weg über eine zweipolige Fahrleitung gewählt und die dritte Phase an Erde gelegt, den dritten Pol bilden also die Schienen. Derart elektrifizierte Bahnen existieren heute noch vier, nämlich die Zahnradbahnen auf die Jungfrau und den Gornergrat in den Schweizer Alpen, die Chemin de Fer de la Rhune in den französischen Pyrenäen sowie die Corcovado-Bergbahn in Brasilien.

Als erste Hauptbahnlinie der Welt wurde im Jahr 1902 die Veltlinbahn und von ihr ausgehend ein größeres Drehstrom-Netz in Norditalien ebenfalls mit zweipoliger Oberleitung elektrifiziert, das bis in die 1970er Jahre betrieben wurde. 1906 folgte der Drehstrombetrieb Brig–Iselle mit dem 19,8 km lange Simplontunnel, der zu diesem Zeitpunkt nur mit Drehstrombahnen sicher betrieben werden konnte. Um eine ununterbrochene Stromzuführung aller Phasen im Weichenbereich zu gewährleisten, verkehren die Triebfahrzeuge auf derartigen Strecken mit gehobenen Stromabnehmern an beiden Fahrzeugenden.

Bei einem Umformer, bestehend aus zwei rotierenden elektrischen Maschinen, treibt ein Gleich- oder Wechselstrommotor über eine gemeinsame Achse einen Drehstromgenerator an, welcher den Drehstrom für die Drehstrommotoren erzeugt. So wird aus dem Gleich- oder Wechselstrom der Fahrleitung in der Lokomotive der Drehstrom erzeugt. Erstmals wurde dieses Prinzip 1923 von Kálmán Kandó praktisch ausgeführt mit dem Bau der MÁV-Baureihe V50, die aus der Fahrleitung Einphasenwechselstrom mit Industriefrequenz bezog, welcher durch einen rotierenden Umformer in Drehstrom für die zwei Fahrmotoren umgewandelt wurde.

Mittels Leistungselektronik werden bei Frequenzumrichtern die Drehstrommotoren in der Lok angesteuert, wobei die elektrische Energie erst an Bord aus dem über die Fahrleitung zugeführten Gleichstrom oder Einphasen-Wechselstrom in Traktionsumrichtern in Drehstrom umgewandelt wird. Die Motoren sind über die Stromrichter gut zu steuern und zeichnen sich durch eine sehr gute Leistungsfähigkeit bei geringerem Gewicht aus.

Anfang der 1970er Jahre kam es zu den ersten Erprobungen durch die dieselelektrischen Versuchslokomotiven der Baureihe Henschel-BBC DE 2500, die einen Generator zur Stromerzeugung erhielt. Nach einer Kleinserie der Henschel E 1200 im Jahr 1976 für die Ruhrkohle AG war die erste in größerer Serie gebaute Drehstromlokomotive der Welt die deutsche Baureihe 120 mit Traktionsumrichtern vom heutigen Standort Mannheim von Alstom ab 1979 (Vorserie) bzw. ab 1987 (Serienlieferung). Die Antriebstechnik der Baureihe 120 wurde ab 1983 in den Versuchszug InterCityExperimental und ab 1988 in die Serienlieferungen des ICE 1 übernommen.

• Peter-Klaus Budig: Stromrichtergespeiste Drehstromantriebe : Theorie und Betriebsverhalten von Asynchronantrieben. VDE-Verlag, Berlin 2001, ISBN 3-8007-2371-9.
• Eberhard Seefried: Frequenzgesteuerte Drehstrom-Asynchronantriebe : Betriebsverhalten und Entwurf. (Herausgegeben von Germar Müller) 2., bearbeitete Auflage. Verlag Technik, Berlin 1992, ISBN 3-341-00995-7.
• D. Bätzold: 100 Jahre elektrische Lokomotiven (3). In: Der Modelleisenbahner, Ausgabe 7/1979.
• Hans G. Wägli, Schienennetz Schweiz, Réseau ferré suisse. AS-Verlag, Zürich 2010 (Dritte überarbeitete Auflage), ISBN 978-3-909111-74-9.
• Nico Molino: Trifase in Italia 1902–1925. Gulliver, Torino 1991, ISBN 88-85361-08-0.
• Nico Molino: Trifase in Italia 1925–1976. Gulliver, Torino 1991, ISBN 88-85361-12-9.
• Andreas Moglestue: Vom Quecksilberdampf zum Hybridleistungsschalter – 100 Jahre Leistungselektronik, ABB review 2/2013
• Guy Depraetere: Drehstrom in Italien – 1902-1976, Der Lok-Vogel 1–4/2011

• Karte der Bahnlinien in Italien, die mit Drehstrom elektrifiziert waren