Geschichte des elektrischen Antriebs von Schienenfahrzeugen

Einholm-Stromabnehmer

Bahnstrom-Oberleitung

Lok-Drehgestelle mit Elektromotoren und Stangenantrieb

Die Geschichte des elektrischen Antriebs von Schienenfahrzeugen behandelt die historischen Abläufe und Stationen bei dessen Einführung. Bevorzugt dargestellt werden hier neben den ersten Anfängen die Entwicklungen in Ländern, die einen besonders großen Anteil oder Umfang an elektrisch betriebenen Strecken haben.

Technische Vorbedingungen

Für die Entwicklung elektrisch betriebener Schienenfahrzeuge waren vor allem drei effektiv funktionierende Komponenten erforderlich:

• Ein elektromotorischer Antrieb
• Verfügbarkeit elektrischer Energie in passender Form und Menge
• Ein entwickeltes Schienenfahrzeug-System

Motorprinzip

Das „Barlow-Rad” (1822)

1821 entdeckte der dänische Chemiker Hans Christian Ørsted das Phänomen des Elektromagnetismus. Bereits im gleichen Jahr veröffentlichte Michael Faraday seine Arbeitsergebnisse über „elektromagnetische Rotation“. Er konstruierte eine Vorrichtung, bei der ein elektrischer Leiter um einen festen Magneten rotierte und im Gegenexperiment ein beweglicher Magnet um einen festen Leiter. 1822 entwickelte Peter Barlow das nach ihm benannte Barlow-Rad. Der US-amerikanische Grobschmied Thomas Davenport entwickelte 1834 in Vermont einen Kommutatormotor und erhielt am 25. Februar 1837 das weltweit erste Patent auf den Elektromotor. Auf dem europäischen Kontinent wirkten Ányos Jedlik und Hermann Jacobi (1801–1874) in ähnlicher Weise wie Davenport an der Entwicklung des praxistauglichen Elektromotors. Jacobi stattete zudem in Sankt Petersburg 1838 ein sechs Personen fassendes Boot mit einem von ihm entwickelten 220 Watt starken Motor aus . Damit war um 1837/1838 die Grundlage für einen elektromotorischen Antrieb bekannt und auch bis zur anwendungstauglichen Arbeitsmaschine entwickelt.

Elektrische Energie

Die elektrische Energie war zunächst nur in Batterien verfügbar, die in entsprechendem Raum- und Gewichtsumfang mitgeführt werden mussten. Von damals bis heute hat sich dabei Zink als effektiver und gut zu verarbeitender Grundbestandteil elektrischer Batterien gezeigt. Es wurde bereits um 1720 in England in größerem Umfang gewonnen, Zinkhütten entstanden an vielen Orten, und 1805 wurde in Belgien das erste Zinkwalzwerk errichtet. Die elektrische Energieversorgung war damit prinzipiell vorhanden, jedoch aufwendig. So verwendete Hermann Jacobi eine Zink-Platin-Batterie, die sich sehr kostenaufwendig zeigte.

Der Kostenaufwand für eine elektrische Batterie betrug damals ein Vielfaches des Wertes der in einer Dampfmaschine für die gleiche Arbeitsleistung verfeuerten Kohle. Mit magnetischer Induktion wurde bereits ab 1832 z. B. von Hippolyte Pixii und Dal Negro in Generatoren Energie erzeugt, doch wurde dies zunächst nur als tauglich zum Betrieb von Lampen und für galvanische Zwecke nutzbar angesehen. Erst um 1866, als der Unternehmer Werner von Siemens mit den von ihm gebauten Generatormaschinen Strom erzeugte, wurde elektrische Energie in einer Menge und Größe verfügbar, der die Idee elektromotorischer Antriebe über den Status einer interessanten Spielerei hinauswachsen ließ.

Geöffneter Transformator einer Elektrolokomotive, erkennbar sind die Anzapfungen für verschiedene Schaltstufen

Als Stromart stand zunächst nur Gleichstrom zur Verfügung, der sich zudem als einfach anwendbar zeigte und sich damit bei vielen Bahnen als "erste Wahl" etablieren konnte. Ab 1890 wurde mit der Entwicklung des Drehstromsystems und des Drehstrom-Asynchronmotors ein sehr einfacher und hoch effizienter Antrieb verfügbar. Dessen Anwendung erforderte jedoch die Verwendung dreipoliger Stromzuführungen, die aufwendig zu realisieren waren. Dennoch wurden in der Anfangszeit vielfache Versuche unternommen, Drehstrom für den Bahnbetrieb anzuwenden. In größerem Umfang erfolgte eine Drehstrom-Elektrifizierung jedoch letztlich nur bei der italienischen Ferrovie dello Stato zwischen 1904 und 1976.

Wesentlichen Anteil an der Verbreitung des elektrischen Antriebes bei Fernbahnen hatte die Entwicklung des Transformators, der die wirtschaftliche Übertragung der elektrischen Energie über große Entfernungen ermöglichte. Die damit verbundene Verwendung des hochgespannten Einphasenwechselstroms erwies sich zunächst als für den Motorbetrieb problematisch, konnte aber mit niedrigen Frequenzen von etwa 17 Hertz für den Bahnbetrieb adaptiert werden.

Es gab weder zeitlich noch (außer im Falle der italienischen Bahnen) regional spezifische historische Unterschiede in der Anwendung der einzelnen Stromarten.

Angetriebene Schienenfahrzeuge

Das Modell beziehungsweise das Vorbild maschinengetriebener Schienenfahrzeuge war zwar seit dem Einsatz der Dampflokomotive durch Richard Trevithick 1804 präsent, jedoch hat es den Anschein, dass sich der elektrische Antrieb von Schienenfahrzeugen kaum auf diese Entwicklungen stützen musste. Zwar kommt das von C. G. Page entwickelte Triebfahrzeug mit zwei Elektromagneten, die in wechselnder Hin- und Herbewegung von Eisenstangen und Kurbelgetrieben die Räder wie in einer Kolbendampfmaschine drehten, dem bis dahin bekannten Lokomotiv-Modell sehr nahe, jedoch wurde diese Linie für die Entwicklung elektrischer Schienenfahrzeuge nicht weiter verfolgt. Während sich zudem die dampfgetriebene Eisenbahn in ihrem Fahrzeugbestand stark an den zuvor für den Fernverkehr benutzten Postkutschen orientierte und für die ersten Lokomotiven beispielsweise die großen Holzspeichenräder der Postkutschen übernommen worden waren, war die Ausführung der ersten betriebstauglichen und der regulär betriebenen elektrischen Bahnen erkennbar mehr von zunächst muskelkraftgetriebenen Bergwerks-Grubenbahnen und von Pferde-Straßenbahnen für den Nahverkehrs-Bereich geprägt.

Erste Anwendungsversuche mit Schienenfahrzeugen

Thomas Davenport in Vermont baute mit dem von ihm entwickelten Kommutatormotor 1835 ein Modell eines elektrisch angetriebenen spurgeführten Fahrzeugs auf einem einspurigen Schienenkreis von vier Fuß Durchmesser. Sein Modell war in hoher Abstraktion ausgeführt, es hatte zwei Schienen in Form von Kreisringen, die konzentrisch auf zwei Ebenen gelagert waren. Die innere, tiefergelegene Schiene diente als Fahrbahn für den Motorantrieb, die andere Schiene als reine Stromschiene. Dieser Denkansatz blieb jedoch weitgehend unbeachtet.

Der Schotte Robert Davidson (1804–1894) baute 1837 oder 1838 in Aberdeen ein elektrisches Lokomotivmodell und später eine größere, „Galvani“ genannte Lokomotive, die auf der Ausstellung der „Royal Scottish Society of Arts“ 1841 vorgeführt und 1842 auf der Bahnstrecke zwischen Edinburgh und Glasgow erprobt wurde. Der Motor soll nach einem ähnlichen Prinzip funktioniert haben wie bei der 1851 entwickelten und weiter unten beschriebenen Lokomotive von C. G. Page. Das Fahrzeug erreichte eine Geschwindigkeit von vier Meilen pro Stunde, wobei jedoch keine weiteren Lasten gezogen oder Passagiere befördert werden konnten. Die verwendete Zink-Batterie zeigte sich im Betrieb als vierzigmal teurer als der vergleichbare Aufwand für die Kohle-Verfeuerung.

Es wird berichtet, dass die in einem Schuppen abgestellte 'Galvani' trotz ihrer erkennbaren Unterlegenheit aus Sorge um die damit entstehende Konkurrenz von Dampflok-Maschinisten zerstört wurde. Davidson erlebte noch die Eröffnung des elektrischen Betriebes auf der Tunnelbahn der City and South London Railway, was ihn dazu veranlasste, sich auf seinen Visitenkarten als „Robert Davidson. Father of the Electric Locomotive” zu bezeichnen.

In Frankfurt am Main gelang es 1840 Johann Philipp Wagner (dem Erfinder des „Wagnerschen Hammers“), einen kleinen, mit einem Elektromotor getriebenen Wagen mit Anhänger auf einem Schienenkreis von 20 Metern Umfang fahren zu lassen. Er wurde daraufhin beauftragt, eine funktionsfähige große „elektromagnetisch getriebene“ Lokomotive zu bauen, wofür ihm ein Betrag von 100.000 Gulden zur Verfügung gestellt wurde. Er scheiterte jedoch an der Umsetzung, angeblich mangels Kenntnissen über den Zusammenhang von Batteriekapazität und Antriebsleistung.

Auf der Straßenbahn entlang der Kurpromenade des russischen Seebades Sestrorezk experimentierte Fjodor Pirozki 1875 auf 1 km Länge mit elektrischen Antrieb. Die Energiezufuhr erfolgte wie später bei Siemens in Lichterfelde über die beiden Fahrschienen.

Datei:EElokPage.jpg

Die batteriebetriebene Lokomotive von Charles Page (1851)

Der US-amerikanische Patentamts-Angestellte Charles Grafton Page (1812–1868) begann 1850 nahe Washington (D.C.) mit einem staatlichen Zuschuss von 20.000 Dollar den Bau einer von zwei Elektromotoren getriebenen Lokomotive. Die 15 Kilowatt starken „reciprocating“-Motoren bestanden prinzipiell aus jeweils zwei Spulen mit einem darin eingelassenen Stabanker. Dieser wurde durch wechselweises Einschalten der Spulen wie in einer Kolbendampfmaschine hin und her bewegt. Diese „reciprocating-“ bzw. oszillierende Bewegung wurde mit einer Kurbelstange auf die Treibräder eines dreiachsigen Wagens übertragen. Gespeist wurden die Motoren aus einer gewaltigen, 50 Elemente umfassenden Batterie, die den Wagen auf ein Gewicht von zwölf Tonnen brachte. Bei der Probefahrt am 29. April 1851 erreichte diese Lokomotive kurzzeitig eine Geschwindigkeit von 31 km/h, doch durchbrennende Isolierungen und unter den Erschütterungen brechende Batterieelemente führten dazu, dass die Fahrt nach 40 Minuten weit vorm Erreichen des Ziels abgebrochen werden musste.

Elektrische Ausstellungsbahn von Siemens (1879)

Nachbau der Siemens-Ausstellungsbahn von 1879

Wirklich anwendungstauglich wurde der elektrische Schienenfahrzeugantrieb erst mit der Einführung einer ortsfesten Stromversorgung mittels Fahrschienen oder Fahrleitungen. Werner von Siemens baute 1879 in Berlin eine ursprünglich als Grubenbahn für Cottbus vorgesehene Schienenstrecke mit 500 Millimeter Spurweite und eine vierrädrige Elektrolokomotive. Sie wurde von einem ortsfesten Dynamo über eine mittig im Gleis angebrachte isolierte Zuleitungsschiene mit Strom versorgt, während die Fahrschienen als Rückleitung des Stromkreises dienten. Diese Bahn zog auf der damaligen Gewerbeausstellung auf einem 300 Meter langen Rundkurs drei Wagen mit darauf montierten Holzbänken für je sechs Fahrgäste. Die Motorleistung der Lokomotive betrug 2,2 Kilowatt, sie erreichte ohne Last eine Geschwindigkeit von 13 Kilometer pro Stunde und mit den Anhängern eine Geschwindigkeit von 6 km/h. In vier Monaten wurden mit diesem Zug 90.000 Passagiere befördert.

Elektrische Straßenbahn von Siemens (1881)

Erste Überkopf-Fahrleitung (Schlitzrohrfahrleitung); Paris 1881

Ähnliche Ausstellungsbahnen wurden bald darauf auch anderenorts präsentiert, so auf der Wiener Gewerbeausstellung 1880 von Béla Egger, einem früheren Mitarbeiter von Werner Siemens, sowie von Thomas Alva Edison 1883 auf einer Ausstellung in Chicago. Die Bahn auf der Wiener Ausstellung fuhr auf einer 1,5 Kilometer langen Strecke mit einem motorisierten Plattformwagen und einem angehängtem Sitzwagen hin und her; Edison ließ seine Bahn auf einem Rundkurs von 200 Metern fahren.

Im Rahmen der Exposition Internationale d'Électricité richtete Siemens 1881 im Zentrum von Paris eine 500 m lange Demonstrationsstrecke ein, die von der Place de la Concorde zum Palais de l'Industrie genannten Ausstellungspalast auf dem Gelände des heutigen Grand Palais führte und bei der die Stromzufuhr erstmals über eine Oberleitung erfolgte. Es handelte sich um eine Schlitzrohrfahrleitung.

Frühe Pionierleistungen

Werner von Siemens

Werner von Siemens

Nach der ersten gelungenen Vorführung seiner elektrisch getriebenen Ausstellungsbahn war es in der Folge vor allem Werner von Siemens, der die Entwicklung elektrischer Bahnen in den deutschen und europäischen Ländern vorantrieb.

So trat Siemens 1880 mit dem Plan einer elektrischen Hochbahn durch die Leipziger Straße an die Stadt Berlin heran. Da dies jedoch abgelehnt wurde, baute Siemens in Lichterfelde bei Berlin die Elektrische Straßenbahn Lichterfelde–Kadettenanstalt, die am 16. Mai 1881 den Probebetrieb aufnahm. Siemens selbst bezeichnete diese nicht als Straßen-, sondern als „elektrische Eisenbahn“ und führte aus, sie könne „keineswegs als Muster einer elektrischen Bahn zu ebener Erde betrachtet werden; sie ist vielmehr eine von ihren Säulen und Längsträgern herabgenommene und auf den Erdboden verlegte Hochbahn aufzufassen“.

Die von Siemens gegründete Firma Siemens & Halske legte 1892 zunächst auf ihrem Werksgelände in Berlin-Siemensstadt und ab 1898 auf einer Straße zwischen den Gemeinden Groß-Lichterfelde und Zehlendorf eine Teststrecke für Fahrversuche mit Drehstrom an. Die Erfahrungen aus diesen Versuchsbetrieb mit Drehstrom wurden in die von 1901 bis 1903 durchgeführten Schnellfahrversuche der Studiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen auf der Militäreisenbahn eingebracht.

Als Siemens' Verdienst kann es angesehen werden, auf zahlreichen Feldern der Bahntechnik den Einsatz der damals noch neuen und skeptisch angesehenen elektrischen Energie vorangetrieben zu haben, wobei er sich nicht auf Deutschland beschränkte, sondern auch Bahnen im Ausland initiierte (so die U-Bahn Budapest) und mit seinen Produkten belieferte (wie bei der City and South London Railway). Siemens & Halske und deren Nachfolge-Gesellschaften bis zur heutigen Siemens Mobility zeigten sich hier bis in die heutige Zeit ebenso innovativ.

Frank Sprague

Frank Julian Sprague

Im angloamerikanischen Raum gilt – vergleichbar mit Werner von Siemens in Deutschland - der Ingenieur Frank Julian Sprague als „Vater der elektrischen Traktion“. Nach wesentlichen Verbesserungen an elektrischen Motoren baute Sprague 1888 einen elektrisch getriebenen „Streetcar“. Ein wesentlicher Punkt war dabei seine Erfindung des Rollenstromabnehmers von 1880, der sowohl zu einem verlässlicheren Betrieb führte sowie auch als Fahrleitung einen einfachen Draht und eine leichtere Aufhängekonstruktion über den Straßen bzw. Gleisen ermöglichte..

Sprague errichtete damit 1889 in Richmond für die Richmond Union Passenger Railway das erste erfolgreiche größere elektrische Straßenbahnsystem, das insgesamt 40 angetriebene Wagen umfasste, von denen 30 gleichzeitig auf der 20 Kilometern umfassenden elektrischen Strecke fahren konnten. Dabei wurden Steigungen bis zehn Prozent bewältigt, was sich als überzeugender Nachweis für die Anwendung in anderen Städten erwies.

Spragues elektrischer Streetcar in Richmond, Virginia, 1888

Zwischenzeitliche Erfahrungen mit der Steuerung von Aufzugsanlagen bewogen Sprague, schon früh einen Allachsantrieb von Triebzügen zu projektieren. In seinem Multiple unit – Zugsteuerungssystem hatte jeder Wagen seinen eigenen Antriebsmotor, der über Relais und durchlaufende elektrische Steuerleitungen vom Triebfahrzeugführer gezielt geregelt bzw. geschaltet werden konnte. Damit konnten auf schwierigen Strecken mit Steigungen und bei längeren Zügen separate Lokomotiven eingespart werden.

Von da an folgte in den Vereinigten Staaten von Amerika eine rasche Entwicklung des elektrischen Antriebs bei Straßenbahnen. So gab es in den USA 1890 bereits 2.000 km und am Anfang des Jahres 1895 sogar 13.000 km Strecken, die von etwa 20.000 elektrischen Triebwagen befahren wurden. In der gleichen Zeit verlief die Entwicklung in Deutschland erheblich zögerlicher, so wurden 1895 zunächst nur 340 km Straßenbahnen mit annähernd 550 Triebwagen elektrisch betrieben. Als ausschlaggebend für diese Zurückhaltung wird der inzwischen erkannte Bedarf an einer Oberleitung angesehen, der aber mit den damals verwendeten Schlitzrohrfahrleitungen und ähnlichen schweren und umständlichen Konstruktionen nur wenig Anklang fand. Der große Durchbruch kam erst, als einige Gesellschaften begannen, mit amerikanischen Patenten – so auch von Sprague - und speziellem Material kommerziell betriebene Straßenbahnen zu bauen .

Spragues besonderes Verdienst war es insgesamt mit gut durchdachten konstruktiven Ausführungen und Konzepten die Praktikabilität und Betriebstauglichkeit der ersten elektrischen Fahrzeugantriebe so entscheidend zu verbessern, dass sich der flächendeckende Einsatz lohnte.

Erste kommerzielle elektrische Bahnen

Triebwagen-Bahnen

Bei den meisten frühen kommerziell bzw. öffentlich betriebenen elektrischen Bahnen wurden zunächst straßenbahnartige Triebwagen verwendet. Dies ergab sich daraus, dass bei gleicher Leistung die Baugröße von Elektromotoren weit kleiner war als die von Dampfmaschinen, somit also auf dem angetriebenen Schienenwagen stets noch Platz für Passagiere war.

• In Brighton nahm am 4. August 1883 die Volk’s Electric Railway als älteste elektrische Straßenbahn in Großbritannien den Betrieb auf. Sie wurde von Magnus Volk, ein Sohn deutscher Einwanderer, gebaut. Da die Bahn ohne Oberleitung konstruiert war, erfolgte die Stromversorgung über die beiden 825 mm auseinander liegenden Schienen mit 50 V Spannung.

• Im brasilianischen Niteroi wurde von Carlos Basto die Carris Urbanos de Nictheroy gegründet, die ab dem 7. Oktober 1883 eine der frühesten elektrischen Trambahnen auf der Hauptstraße Alameda São Boaventura (Fonseca-Linie) fahren ließ. Die Stromversorgung erfolgte mit Akkumulatorbatterien. Zahlreich Betriebsprobleme führten jedoch wieder zur Betriebseinstellung im Februar 1885.

• Von der k.k. privilegierten Südbahngesellschaft in Österreich wurde 1883 die Lokalbahn Mödling-Hinterbrühl errichtet, die wegen des beengten Raumes teilweise als Straßenbahn geführt wurde. Sie hatte eine Schlitzrohrfahrleitung mit einer Versorgungsspannung von 550 Volt Gleichstrom. Sie wurde am 22. Oktober 1883 eröffnet.

• Als erste kommerzielle elektrische Straßenbahn in Deutschland und zweite Straßenbahn mit einer Oberleitung in Deutschland wurde am 14. Februar 1884 die erste Trambahn-Strecke der Frankfurt-Offenbacher Trambahn-Gesellschaft in Betrieb genommen.

Die Anforderungen, die der Straßenbahnbetrieb stellte, waren zur damaligen Zeit so gut zu bewältigen, dass es schnell zur Selbstverständlichkeit wurde, neue Straßenbahnen mit einem elektrischen Antrieb auszustatten und bestehende Pferde- und Dampfstraßenbahnen darauf umzurüsten.

Londoner U-Bahn-Lokomotiven

Elektrolok-bespannter Zug der City and South London Railway

Datei:LT-8-Baker Street -08-07-61.JPG

U-Bahn-Lokomotive Nr. 8 “Sherlock Holmes” (Metropolitan Railway)

Erst unter beengten Verhältnissen wie bei der U-Bahn London oder bei größerem Leistungsbedarf ergab sich die Hinwendung vom Triebwagen mit Fahrgast-Mitnahme zur Lokomotiv-Bauweise des Triebfahrzeugs. Erstmals scheinen reine Elektrolokomotiven im kommerziellen öffentlichen Betrieb sowie auch in größerem Umfang auf der von der City and South London Railway (CSLR) errichteten U-Bahnstrecke eingesetzt worden zu sein. Hierfür wurden 1889 zwei Versuchslokomotiven beschafft, von denen die „No. 1“ direkt auf die Achse wirkende Motoren und die „No. 2“ Getriebemotoren hatte, deren letztere jedoch als zu geräuschvoll befunden wurden. Die „No. 1“ hatte zwei Achsen mit jeweils eigenem Motorantrieb, war 14 Fuß (ca. 4,2 Meter) lang und wog zwölf Tonnen. Jeder Motor entwickelte jeweils etwa 36 Kilowatt. Weitere zwölf Lokomotiven wurden daraufhin nach dem Muster der ersten Lokomotive beschafft und ab 1890 in Betrieb genommen. Alle 14 Lokomotiven wurden im mechanischen Teil von Beyer-Peacock gebaut und mit einer elektrischen Ausrüstung von Mather & Platt versehen. Die zweiachsigen Maschinen hatten jeweils einen Motor für jede Achse, der Führerstand auf den kurzen Fahrzeugen erstreckte sich über die ganze Länge mit je einer Tür am Fahrzeugende. Die Fahrerposition befand sich an dem Ende, an dem auch der Fahrschalter sowie die Bremssteuerung untergebracht waren.

Die Loks konnten drei Wagen mit einer Geschwindigkeit von 25 Meilen pro Stunde (ca. 40 Kilometer pro Stunde) auf ebener Strecke befördern, hatten jedoch Schwierigkeiten mit schwer beladenen Zügen auf Steigungen. Die Lokomotiven führten neben eigenen Handbremsen auch Luftbehälter für das Luftdruckbremssystem des ganzen Zuges mit. Diese wurden in Ermangelung eines eigenen Kompressors jeweils an der Station Stockwell mit Druckluft gefüllt. An Endhaltestellen musste für die Rückfahrt jeweils eine andere Lokomotive an das zuvor hintere Ende des Zuges gekoppelt werden. Wegen des hohen Betriebsaufkommens wurden zwei weitere Lokomotiven Nr. 15 und 16, diesmal von Siemens, beschafft, deren elektrische Ausrüstung und Motoren sich dann als weniger anfällig gegenüber den häufig auftretenden Überhitzungen und Funkenüberschlägen am Kommutator zeigten.

1895 wurden vier weitere Maschinen bei verschiedenen Unternehmen beschafft. Die wiederum danach gebauten und weiter verbesserten Lokomotiven Nr. 21 und 22 wurden dann die Prototypen für das letzte große Baulos mit den Nummern 23 bis 52, die sämtlich von der Firma Crompton gebaut wurden. Die lokbespannten U-Bahn-Züge blieben in Betrieb, bis im November 1923 die Linie zur Überholung und Tunnelvergrößerung geschlossen wurde. Die bis dahin 44 betriebsfähigen Lokomotiven der Linie wurden danach durch Londoner Standard-EMU-Triebzüge (EMU = Electrical Multiple Unit) ersetzt. Die frühere Lok Nr. 13 wurde zuerst als „Nr. 1“ im Science Museum ausgestellt und ist jetzt (2006) im „Acton store“ des London Transport Museum zu sehen. Auch andere Londoner Tunnelbahngesellschaften verwendeten zunächst elektrische Lokomotiven, so fuhren ab 1900 auf der Central London Railway 44 Tonnen schwere vierachsige Lokomotiven mit Einzelachsantrieb, auch die Metropolitan Railway fuhr ab 1902 mit elektrischen Lokomotiven.

Grubenbahnen

Die anfänglich verwendete elektrische Antriebstechnik mit Gleichstrom mit einer Spannung von wenigen hundert Volt und direkter Motorspeisung aus der Fahrleitung ermöglichte den Bau leistungsfähiger, kleiner und robuster Zugmaschinen mit einfachen Mitteln. Dies kam den Bedürfnissen von Minenbahnen vor allem für den Untertagebetrieb sehr entgegen, daher verbreitete sich der elektrische Betrieb bei Grubenbahnen so früh und rasch wie vergleichsweise bei Straßenbahnen.

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  Lokomotive U 28 von AEG / Verein Rothe Erde Esch/Alzette 1894
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  2-Tonnen-Grubenlok, USA, 1895
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  UEG-Lok 14, Grube Benrath, 1896
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  E-Loks von SSW / ARBED-Burbach 1897

1894 wurde die Minenbahn des Aachener Hütten-Aktien-Vereins Rothe Erde elektrisch betrieben und in der Folge auch zahlreiche weitere Grubenbahnen im Rheinland, im Saarland, in Lothringen, in Luxemburg und im belgischen Wallonien. In großem Umfang erfolgten Lieferungen elektrischer Lokomotiven hierfür vor allem von der Allgemeinen Electricitäts-Gesellschaft (AEG), von Siemens & Halske, von den Siemens-Schuckert-Werken (SSW) und von der Union Electricitäts-Gesellschaft (UEG) in diese Länder.

Länder mit ausgeprägter Elektrifizierung

Alpenländische Region

Der Erste Weltkrieg 1914–1918 brachte in Europa Versorgungsengpässe bei Kohle für den Dampfbetrieb. Elektrizität als alternative Energie war daher vor allem dort eine willkommene, wo sie günstig ohne teure Materialimporte zu erzeugen war. Dies war vor allem in den europäischen Alpenländern mit der Energieerzeugung aus Wasserkraft der Fall. Der Bahnbetrieb mit Elektrotraktion setzte sich daher vor allem ab 1918 in Österreich, der Schweiz, Bayern, Norditalien und der französischen Alpenregion durch.

Um einen möglichst reibungslosen Betrieb zu erreichen, war es natürlich sinnvoll, im länderüberschreitenden Verkehr genauso wie bei der Spurweite ein einheitliches Stromsystem zu haben. Die Verwaltungen der Bayerischen und der Badischen Staatseisenbahnen sowie auch der Preußisch-Hessischen kamen daher überein, ihre Vollbahnen ausschließlich mit Einphasenwechselstrom 15 Kilovolt 16 2/3 Hertz zu elektrifizieren. Das „Übereinkommen betreffend die Ausführung elektrischer Zugförderung“ wurde auf Anregung des Ministerialdirektors in der Bayerischen Staatsbahnverwaltung Bernhard Gleichmann getroffen. Es trat am 28. Januar 1913 in Kraft. Dem Übereinkommen traten später auch die Staatsbahnen Österreichs und der Schweiz sowie auch Norwegens und Schwedens bei. In der Folge zeigte sich eine teils technische, teils organisatorisch engere Verflechtung der elektrischen Bahnbetriebe zwischen Deutschland, Österreich, der Schweiz und Italien.

Mit Frankreich zusammen haben diese ganz oder teilweise in den Alpen befindlichen Länder beim Stand von 2004 ein Streckennetz von etwa 98.000 Kilometern, von denen etwa 53.000 Streckenkilometer elektrifiziert sind.

Deutschland

Erste Bahnen

Triebwagen 8 der FOTG von 1884 in dem Verkehrsmuseum in Frankfurt-Schwanheim

Weiche einer Schlitzrohrfahrleitung der FOTG in dem Verkehrsmuseum in Frankfurt-Schwanheim

Die erste öffentliche elektrische Bahn wurde am 16. Mai 1881 als Straßenbahn von Groß-Lichterfelde nach Zehlendorf bei Berlin eröffnet. Sie bezog den Fahrstrom noch über die Schienen. Danach folgten weitere elektrische Straßenbahnen.

Die am 18. Februar 1884, auf Bestreben eines Offenbacher Konsortiums, bestehend aus dem Kommerzienrat Weintraut, dem Bankier Weymann und dem Bankhaus Merzbach, eröffnete Strecke der Frankfurt-Offenbacher Trambahn-Gesellschaft (FOTG), von der Alten Brücke in Sachsenhausen ausgehend, war die erste kommerziell betriebene öffentliche elektrische Straßenbahn in Deutschland. Die Strecke führte zunächst bis zur Buchrainstraße in Oberrad und ab 10. April bis zum Mathildenplatz in Offenbach. Die FOTG benutzte damals noch eine Spurweite von 1000 mm (Meterspur). Als Stromabnehmer für die elektrischen Überkopf-Versorgungsleitungen wurden kleine Kontaktwagen mit Rollen verwendet, die auf den Fahrdrähten laufend an Verbindungsleitungen hinter dem Motorfahrzeug hergezogen wurden. Die beiden Pole der Gleichstrom-Fahrleitung verliefen jeweils in nach unten offenen Kupferrohren (Schlitzrohrfahrleitung).

1890 wurde die Stadtbahn Halle von der AEG erworben und ab 1891 elektrisch betrieben. Erstmals in Deutschland wurde dabei ein Rollenstromabnehmer verwendet. 1895 wurde auf der Bahnstrecke Meckenbeuren–Tettnang in Württemberg der Betrieb mit elektrischen Triebwagen aufgenommen. Sie gilt in Deutschland als erste elektrisch betriebene Vollbahn.

1901 wurde nach langjährigen Vorarbeiten die Wuppertaler Schwebebahn eröffnet. Sie fährt bis heute mit 600 Volt Gleichstrom, der aus einer Stromschiene neben der Fahrschiene zugeführt wird.

In Berlin wurde am 15. Februar 1902 die erste fünf Kilometer lange elektrisch betriebene Hochbahnstrecke vom Stralauer Tor bis zum Potsdamer Platz in Betrieb genommen. Bauherr und Eigner war die „Gesellschaft für elektrische Hoch- und Untergrundbahnen in Berlin“, die zuvor am 13. April 1897 unter Beteiligung der Firma Siemens & Halske und der Deutschen Bank gegründet worden war. Später wurde die Strecke ein Teil der U-Bahn Berlin.

1902 untersuchten die preußische Bahnverwaltung und die AEG auf Veranlassung von Gustav Wittfeld die Möglichkeit, Einphasenwechselstrom für den elektrischen Antrieb einzusetzen. Die vier Kilometer lange Vorortstrecke Niederschöneweide–Spindlersfeld bei Berlin wurde dazu mit einer Oberleitung überspannt und mit Wechselstrom von 6 Kilovolt Spannung und 25 Hertz gespeist. Der Versuchsbetrieb begann am 15. August 1903 und endete am 1. März 1906. Das System bewährte sich auch bei Versuchen auf der Preußischen Nordbahn bei Oranienburg, es wurde für den regulären Betrieb ab 1907 bei der 26,6 Kilometer langen Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn verwendet.

1899 schlossen sich Siemens & Halske, die AEG, zwei Großbanken, die preußische Administration und weitere Firmen in der Studiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen (St.E.S.) zusammen, um den elektrischen Bahnbetrieb bei hoher Geschwindigkeit zu erforschen. Für die praktischen Versuche wurde der 33 Kilometer lange Abschnitt Marienfelde–Zossen auf der Militäreisenbahn bei Berlin mit einer dreipoligen Drehstrom-Oberleitung versehen. Im Jahr 1903 erreichten mehrere Versuchsfahrzeuge Geschwindigkeiten über 200 Kilometer pro Stunde, davon ein Drehstrom-Triebwagen von Siemens die Rekordgeschwindigkeit von 210 Kilometer pro Stunde. Zu einer weiteren praktischen Nutzanwendung der Drehstromtechnik für geplante Schnellverkehrsstrecken kam es jedoch auf Grund politischer, technischer und wirtschaftlicher Probleme in Deutschland nicht, und die St.E.S. wurde 1920 aufgelöst.

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  Straßenbahn in Frankfurt (FOTG, 1884)
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  Wuppertaler Schwebebahn (Wagen von 1901)
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  Hochbahn-Bahnhof Berlin-Bülowstraße (1903)
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  Siemens Drehstrom-Schnelltriebwagen (1903)

1904 erschien erstmals auf der von der Lokalbahn Aktien-Gesellschaft (LAG) betriebenen, 24 km langen Ammergaubahn eine Elektrolokomotive für den regulären Bahnbetrieb mit Einphasen-Wechselstrom. Die Fahrleitungsspannung betrug 5.500 Volt und die Frequenz 16 Hertz. Diese Lok LAG 1 wurde später bei der Reichsbahn als Baureihennummer E 69 01 geführt.

Die Cöln-Bonner Kreisbahnen (spätere Köln-Bonner Eisenbahnen) ließen 1905 die in Bau befindliche Rheinuferbahn durch die Siemens-Schuckert-Werke mit 990 Volt Gleichstrom elektrifizieren. Am 11. Januar 1906 wurde der elektrische Schnellverkehr mit anfangs 70 Kilometern pro Stunde auf der 28,3 Kilometer langen Strecke aufgenommen. An den Streckenenden gingen die Züge in die damals mit jeweils 550 Volt elektrifizierten Straßenbahnnetze in Köln und Bonn über.

Im Jahre 1903 existierten im Deutschen Reich bereits elektrische Vorort- und Straßenbahnen mit einer Streckenlänge von 3690 Kilometern und einer Gleislänge von 5500 Kilometern, auf denen über 8700 Triebwagen verkehrten.

Altona/Hamburg

Dem Berliner Beispiel des Hochbahn-Baues folgte 1906 der Hamburger Senat mit einem Bauauftrag für eine Hamburger Hochbahn an Siemens & Halske und die AEG in Berlin.

Von der preußischen Eisenbahndirektion Altona wurde 1907 die Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn mit einer Oberleitung für den elektrischen Betrieb versehen. Zur Anwendung kam Einphasenwechselstrom mit einer Spannung von 6,3 Kilovolt und einer Frequenz von 25 Hertz aus dem ersten deutschen bahneigenen Kohlekraftwerk. Am 1. Oktober 1907 kamen die ersten Elektrotriebzüge zum Einsatz, die aus zwei kurzgekuppelten motorisierten Abteilwagen bestanden. Sie hatten zweiachsige motorisierte Drehgestelle unter den beiden mit Führerständen versehenen Frontseiten und ein mittiges Jakobsdrehgestell. Ab 1934 wurde daraus die elektrische S-Bahn Hamburg.

Mitteldeutschland

Die positiven Erfahrungen mit der elektrischen Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn veranlassten die preußische Bahnverwaltung, probehalber eine Fernstrecke zu elektrifizieren. Ausgewählt wurde die Bahnstrecke Bitterfeld–Dessau, auf der der elektrische Versuchsbetrieb am 18. Januar 1911 aufgenommen wurde. Eine Elektrolokomotive der Großherzoglichen Badischen Staatsbahn des Typs der A¹1 mit der Achsfolge 1'C1' zog die ersten Züge, und ab 1. April 1911 wurde die Strecke für den öffentlichen Verkehr freigegeben. Das 1913 mit den Bahnverwaltungen von Baden und Bayern und Preußen für Vollbahnen vereinbarte System von 15 Kilovolt, 16 2/3 Hertz kam auf den Strecken Bitterfeld–Dessau (ebenso wie später auf in Schlesien elektrifizierten Strecken) zur Anwendung. Das zugehörige Bahnkraftwerk wurde in Muldenstein eingerichtet.

Die bald darauf eingesetzten eigenen Triebfahrzeuge waren die

• EG 506 (spätere Reichsbahn-Baureihe E 70),
• EG 511 ff (spätere Reichsbahn-Baureihe E 71.1),
• EP 202 ff (spätere Reichsbahn-Baureihe E 30) und
• ES 9 ff (spätere Reichsbahn-Baureihe E 01)
• ES 53 (spätere Reichsbahn-Baureihe E 06 1. Serie)
• ElT 501 Magdeburg, ein Triebwagen; (spätere Reichsbahn-Baureihe ET 82 01)

Der Betrieb Magdeburg–Bitterfeld–Leipzig wurde im Juni 1914 aufgenommen, mit Beginn des Ersten Weltkrieges jedoch schon am 1. August wieder eingestellt. Die Fahrleitung wurde abgebaut und ein großer Teil der Lokomotiven nach Schlesien abgegeben. Nach der Gründung der Deutschen Reichsbahn wurden die vor dem Ersten Weltkrieg fertiggestellten Abschnitte „reelektrifiziert“ und weitere Strecken mit Fahrleitungen ausgerüstet. Für den Betrieb kehrten schrittweise die nach Schlesien abgegebenen Fahrzeuge zurück. Das elektrifizierte Streckennetz in Mitteldeutschland hatte 1935 eine Gesamtlänge von 287 Kilometern, wobei sich die Länge der überspannten Einzelgleise auf 1016,6 Kilometer summierte. (EB 1935/1, S. 7).

• 
  EG 710 / Baureihe E 77
• 
  EP 5 / Baureihe E 91
• 
  DRG-Baureihe E 04
• 
  DRG-Baureihe E 18

Nach dem Krieg nach zwischenzeitlicher Wiederaufnahme des elektrischen Betriebes wurde gemäß dem Potsdamer Abkommen (Befehl Nr. 95 der Sowjetischen Militäradministration (SMAD)) zum 29. März 1946 die Fahrleitung demontiert und damit der elektrische Betrieb zunächst beendet.

Schlesien

Hauptartikel: Elektrischer Bahnbetrieb in Schlesien

Der Elektrische Bahnbetrieb in Schlesien wurde von der Preußischen Staatsbahn ab 1914 zunächst versuchsweise auf der Schlesischen Gebirgsbahn durchgeführt und durch die Deutsche Reichsbahn bis zum Ausbruch des Zweiten Weltkrieges ausgebaut.

Die wichtigste Strecke des elektrifizierten Netzes wurde die Hauptbahn von (Schlauroth –) Görlitz – Waldenburg – Breslau. Insgesamt wurden die schlesischen Strecken als bedeutendes Experimentierfeld für die Entwicklung des damaligen elektrischen Zugverkehrs in Deutschland genutzt.

Die Elektrifizierung weiterer Hauptbahnen in Schlesien unterblieb aufgrund der favorisierten Elektrifizierung der Strecke Berlin–München und schließlich des Zweiten Weltkriegs. Mit den Nebenstreckenabschnitten hatte das elektrifizierte Streckennetz in Schlesien bis 1938 mit 390,5 Kilometern seine größte Ausdehnung. Im Januar 1945 wurden vor der heranrückenden Ostfront die neueren Elektrolokomotiven und elektrischen Triebwagen nach Mittel- und Süddeutschland verlegt. Nach dem Krieg wurden die elektrischen Anlagen demontiert.

Elektrifizierte preußische Eisenbahnstrecken (Übersicht)

Jahr	Gesamt	Berlin	Hamburg	Mittel- deutschland	Schlesien
1910	36 Km	9 Km	27 Km	-	-
1911	64 Km	9 Km	29 Km	26 Km	-
1914	159 Km	9 Km	29 Km	68 Km	53 Km
1920	519 Km	9 Km	29 Km	245 Km	234 Km

Süddeutschland

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  bayerische EP 5 / Baureihe E 52
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  DRG-Baureihe E 75
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  bayerische ES 1 / Baureihe E 16
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  Schnellzuglokomotive DRG-Baureihe E 19

Bereits 1904 erschien auf der Ammergaubahn eine Elektrolokomotive für den Einphasen-Wechselstrombetrieb. Am 26. Oktober 1912 führte die k.u.k. Österreichische Staatsbahn den elektrischen Betrieb auf der Strecke von Innsbruck zur bayerischen Grenze nach Scharnitz ein. Zwei Tage später wurde auch auf der von dort weiterführenden bayerischen Mittenwaldbahn nach Garmisch der elektrische Betrieb mit österreichischen C1'-Lokomotiven der Baureihe 1060 aufgenommen. Ab April 1913 erfolgte die Lieferung von fünf 1'C1'-Lokomotiven der Baureihe EP 3/5 (spätere EP 1, Reichsbahnbaureihe E 62) an Bayern. Es waren die ersten deutschen Elektrolokomotiven mit Einrichtung einer elektrischen Zugheizung. Am 29. Juni 1913 nahmen die Königlich Bayerische Staats-Eisenbahnen den elektrischen Zugbetrieb auf der Außerfernbahn zwischen Garmisch und dem österreichischen Reutte auf. Die österreichischen Loks fuhren dabei auf der Mittenwaldbahn von Innsbruck bis Garmisch, während die bayerischen Maschinen die Züge auf der Außerfernbahn von Garmisch nach Reutte bespannten. Am 15. April 1914 folgte die Aufnahme des elektrischen Betriebs auf der fünf Kilometer langen Strecke Salzburg–Freilassing, die auf bayerischer Seite 35 Kilometer weiter bis Berchtesgaden führte. Der Betrieb wurde mit Lokomotiven des Typs EP 3/6 (spätere Reichsbahn-Baureihe E 36) durchgeführt, jedoch wurde die erste EP 3/6 20101 erst am 27. Mai des gleichen Jahres in Dienst gestellt. Drei weitere Loks kamen bis zum Oktober 1915 hinzu. Zwischen dem Ersten und dem Zweiten Weltkrieg erfolgte der Ausbau des elektrisch betriebenen Netzes der neuen Reichsbahn vor allem im süddeutschen Raum. Im ersten hierzu von der Deutschen Reichsbahn aufgestellten Beschaffungsprogramm neuer Fahrzeuge (dem „Wechmann-Plan“ vom 2. August 1921) waren Elektrolokomotiven für verschiedene Betriebsaufgaben vorgesehen. Diese sollten unter anderem möglichst gemeinsame Baugruppen mit anderen Lokomotivbaureihen der Großbestellung verwenden. So waren beispielsweise die als Doppelmotoren ausgeführten Fahrmotoren der schweren 2'BB2'–Personenzuglokomotiven der Gattung EP 5 (spätere Bezeichnung DRG-Baureihe E 52) mit denen der Güterzuglokomotive EG 5 bzw. DRG-Baureihe E 91 baugleich. Bei dieser Neukonstruktion ging man von der bisherigen Bauweise mit einem langsam laufenden Großmotor ab und entschied sich für vier kleinere Elektromotoren. Das Triebwerk wurde in einem durchgehenden Rahmen in zwei Gruppen angeordnet. Jede Gruppe besaß zwei Motoren, die über Zahnräder eine gemeinsame Vorgelegewelle antreiben. Diese trieb wiederum über schräge Kurbelstangen eine Blindwelle an, welche durch Kuppelstangen mit je zwei Treibachsen gekuppelt war. Der Fahrzeugteil wurde von Maffei und die elektrische Ausrüstung von WASSEG hergestellt, einer Arbeitsgemeinschaft aus AEG und SSW. Die Hersteller lieferten diese sowie die Lokomotiven

• EG 3 (31 Stück, spätere DRG-Baureihe E 77),
• ES 1 (21 Stück, spätere Baureihe E 16),
• EP 2 (26 Stück, spätere Baureihe E 32) .

in den Jahren 1924 und 1926 an die DRG. Bei der ES 1 (der späteren DRG-Baureihe E 16) kam nicht mehr der konventionelle Stangenantrieb zum Einsatz, sondern ein Einzelachsantrieb. Positive Erfahrungen dazu kamen aus der Schweiz, wo schon 1921 die Ae 3/6 mit der Achsfolge 1'Co1' und einem Gelenkhebelantrieb nach Buchli fuhr.

Berlin

Nach dem Versuchsbetrieb Berlin-Wannseebahnhof—Zehlendorf von 1900 bis 1902 mit seitlicher, von oben bestrichener Stromschiene und 750 V, der 1902 eingeführten elektrischen Hochbahn und dem Versuchsbetrieb Berlin-Potsdamer Vorortbahnhof—Groß Lichterfelde Ost mit 550 V ab 1903 fährt am 8. August 1924 auf der Berliner S-Bahn ein elektrisch getriebener Zug vom Stettiner Bahnhof nach Bernau bei Berlin. Als Stromsystem werden nun 750 Volt Gleichstrom aus einer neben dem Gleis angeordneten, von unten bestrichenen Stromschiene verwendet. Um 1930 sind bereits etwa 270 Kilometer S-Bahn-Strecken in Berlin elektrifiziert. Für die Hamburger S-Bahn, hervorgegangen aus der oben erwähnten Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn entschied die Reichsbahn 1937, das Berliner System zu übernehmen. Um eine bessere Anfahrbeschleunigung zu ermöglichen, wurde in Hamburg ein Stromsystem mit 1200 Volt verwendet. Die ersten gleichstrom-betriebenen Züge der neuen Baureihe ET 171 begannen im Juli 1940 den fahrplanmäßige Betrieb parallel zu den weiterhin verkehrenden Wechselstromzügen. Aufgrund des Zweiten Weltkriegs endete dieser Mischbetrieb erst 1955.

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  U-Bahn Berlin Spittelmarkt 1908
• ET 165 (Berliner S-Bahn) ab 1927
  ET 165 (Berliner S-Bahn) ab 1927
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  DRG-Baureihe ET 65 (Baden-Württemberg)

Länderübergreifende Entwicklungen

Einzelachsantrieb

Die bisherigen Antriebe mit einzelnen riesigen Antriebsmotoren und Kurbel- und Kuppelstangenübertragungen hatten vor allem bei höheren Geschwindigkeiten einen erheblich unruhigeren Lauf als vergleichsweise die Kolbenmaschinen von Dampflokomotiven. Sie waren daher verschleißintensiv, teuer und zu langsam.

Daher wurde um 1920 der mehrmotorige Einzelachsantrieb näher untersucht. Dieser wurde bisher eher vermieden, da sich auf das Gewicht bezogen mit größeren Motoren höhere Leistungen erreichen ließen als mit mehreren Einzelmotoren. Für praktische Versuche wurden mehrere Lokomotiven gebaut: von SSW/Borsig die E 16 101 und E 18 01 bzw. spätere E 15 01 mit Tatzlagerantrieb); von der AEG die E 21 01 und 02 mit Westinghouse-Federantrieb und von den Bergmann Elektrizitätswerken zusammen mit den Linke-Hofmann-Werken die E 21 51 mit Hohlwellenantrieb. Mit speziellen baulichen Maßnahmen bewältigt werden musste dabei zunächst auch die Erscheinung, dass beim Einzelantrieb mit hoher Motorleistung beim Anfahren – wie prinzipiell bei allen angetriebenen Fahrzeugen – ein Aufkippen des ganzen Fahrgestelles in der Fahrtrichtung erfolgte, wobei die vorderen Achsen entlastet wurden und „schleudernd“ durchdrehten. Hervorragende Testergebnisse bei der AEG-Lok E 21 führten zur Entwicklung der Schnellzuglokomotive DRG-Baureihe E 17 mit dem aus dem Westinghouse-Antrieb weiterentwickelten Federtopfantrieb, in weiterer Verfolgung des Prinzips zur DRG-Baureihe E 18.

Erste Einheitslokomotiven-Generation

Ab 1924 erfolgte die Lieferung der schweren Güterzuglokomotive EG 581 ff. (spätere E 91.8), die zwar immer noch nach alten Prinzipien entworfen und gebaut wurde (dreiteilige Gelenklokomotive, Kuppelantrieb), aber immerhin schon eine gemeinsame Type für das schlesische und süddeutsche Netz war. Die deutsche Schienenfahrzeugindustrie war bemüht, den Anschluss an die neue technische Entwicklung nicht zu versäumen und entwickelte 1932 auf eigene Kosten drei Probelokomotiven mit laufachslosen Drehgestellen und Tatzlagerantrieb mit der Achsformel Bo'Bo': die E 44 001 von SSW; die E 44 101 von MSW/Schwartzkopff und die E 44 201 von Bergmann/Schwartzkopff, von denen die Lok von SSW am meisten überzeugte. Mit deren Fertigung begann die Geschichte der erfolgreichsten elektrischen Serienlokomotive Deutschlands, von der knapp 200 Maschinen in Dienst gestellt wurden. Sie wurden zunächst vorrangig für die ab 1933 neu elektrifizierte Strecke von Augsburg über die Geislinger Steige nach Stuttgart eingesetzt. In ähnlicher Bauweise entstanden die größeren Güterzugloks DRG-Baureihe E 93 und E 94.

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  Erste „Einheitslok“ DRG-Baureihe E 44
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  DRG-Baureihe E 93
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  DRG-Baureihe E 94
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  Neue Generation der Einheitslokomotiven

Es wurde danach noch eine riesige Doppellok der DRG-Baureihe E 95 mit Tatzlagerantrieb gebaut, davon allerdings nur sechs Stück, da mit der DRG-Baureihe E 93 eine einfachere und kostengünstigere, dabei aber ebenso leistungsstarke Lokomotive zur Verfügung stand. Aus dieser entwickelte sich dann die verstärkte Version der DRG-Baureihe E 94.

Nach dem Zweiten Weltkrieg reichten in der Bundesrepublik Deutschland die vorhandenen Elektrolokomotiven für den Betrieb des süddeutschen Netzes zunächst aus, doch 1950 beschloss die Deutsche Bundesbahn die Neubeschaffung weiterer Elektrolokomotiven, woraus sich – auch in Anlehnung an die bewährte E 44 – das neue elektrische Einheitslokomotivprogramm der 1950er Jahre entwickelte.

Hochgeschwindigkeits-Systeme

Hermann Kemper begann 1922 mit Untersuchungen zu elektromagnetisch schwebenden Bahnen und erhielt dafür am 14. August 1934 das deutsche Reichspatent 643316 zugesprochen. Die Weiterentwicklung wurde jedoch durch den Zweiten Weltkrieg abgebrochen und erst in den späten 1960er Jahren wieder aufgenommen. 1971 führte die MBB in München-Allach das Versuchsfahrzeug Transrapid 2 vor, 1979 wurde auf der Internationalen Verkehrsausstellung in Hamburg die weltweit erste für Personenverkehr zugelassene „Magnetbahn“ präsentiert, 1983 in Berlin eine 1,6 Kilometer lange so genannte M-Bahn für den Nahverkehr gebaut, die Trasse jedoch 1992 wieder abgebrochen. Da der Einsatz und Betrieb in Deutschland wegen der hohen Kosten und der mangelnden Verknüpfbarkeit der Trasse mit den anderen Verkehrsträgern umstritten ist, wurde bislang lediglich einmal eine größere Anlage (32 km) für die chinesische Stadt Shanghai erstellt (Transrapid Shanghai). Ab 1986 begann die Deutsche Bundesbahn Experimente mit dem elektrischen Hochgeschwindigkeitszug InterCityExperimental, die zum heutigen ICE-System führten, das am 2. Juni 1991 seinen Betrieb aufnahm.

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  Schnellzuglokomotive 120 der Deutschen Bahn
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  Güterzuglokomotive 152 der Deutschen Bahn
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  ICE 3 - Triebzug der Deutschen Bahn
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  Transrapid auf der Versuchsstrecke

Letzte Entwicklungen

Seit Anfang der 1990er Jahre werden die Einheitslokomotiven zunehmend durch modernere elektrische Triebfahrzeuge ersetzt, wobei eine Rückkehr zu effizienten und wartungsarmen Drehstrommotoren erfolgt. Die Stromversorgung bleibt wie bisher der hochgespannte Einphasenwechselstrom, der jedoch mit Stromrichtern in der Lokomotive zu Dreiphasenwechselstrom umgeformt wird, so in den Lok-Baureihen von Bombardier TRAXX und den von Siemens ausgerüsteten Eurosprinter-Klassen. In den 1960er Jahren wurde die Elektrifizierung des Streckennetzes forciert, 1963 war der Umfang der elektrifizierten Strecken bei der Deutschen Bundesbahn auf 5000 Kilometer, bei der Deutschen Reichsbahn auf ca. 1500 Kilometer angewachsen. Im Jahr 2004 waren im vereinigten Deutschland von 46.000 Kilometer Normalspur-Strecken etwa 20.000 Kilometer elektrifiziert. Der „Elektrifizierungsgrad“ ist damit zwar geringer als in manchen anderen Ländern, dennoch hat das deutsche Streckennetz nach dem russischen und dem chinesischen den größten Umfang eines elektrischen Bahnstreckennetzes (Stand 2004/2006).

Schweiz

Die erste elektrische Bahn in der Schweiz war die Tramway Vevey-Montreux-Chillon, die am 6. Juni 1888 ihre zehn Kilometer lange Strecke in Betrieb nahm. Für den Eisenbahnbetrieb wurden 1895 von Charles Eugene Lancelot Brown, Sohn des Gründers der Schweizerischen Lokomotiv- und Maschinenfabrik Winterthur (SLM), zusammen mit Walter Boveri bereits Versuchsfahrten mit einem Drehstromwagen durchgeführt.

Gornergratbahn

Jungfraubahn, mit zweipoliger Drehstrom-Oberleitung

Die 1891 gegründete BBC elektrifizierte 1899 die Bahn von Burgdorf (Emmental) nach Thun mit Drehstrom von 750 Volt und 40 Hertz. Die dafür gebauten Lokomotiven der Klasse D 2/2 hatten eine Leistung von 220 Kilowatt, zwei Geschwindigkeitsstufen von 18 und 36 Kilometer pro Stunde und wogen 29,6 Tonnen. 1897 wurde das erste Teilstück der Gornergrat-Zahnradbahn bei Zermatt fertiggestellt und mit einer Drehstromlokomotive in Betrieb genommen. Auch die 1898 gebaute Jungfraubahn wird bis heute mit Drehstrom und Doppeldraht-Oberleitung betrieben. Im Jahr 1906 stand die Inbetriebnahme des damals mit knapp 20 Kilometern längsten Tunnels der Welt am Simplon bevor. Hierfür übernahm die inzwischen im schweizerischen Baden gegründete Brown, Boveri & Cie (BBC) auf eigene Rechnung die Elektrifizierung des 22 km langen Abschnittes Brig–Iselle di Trasquera mit Drehstrom von 3300 Volt 16 2/3 Hertz. Damit sollten die Vorteile des Elektrobetriebs unter Beweis gestellt werden mit der Erwartung weiterer Aufträge von den Schweizerischen Bundesbahnen (SBB). Für diesen hauptsächlich im Tunnel gelegenen Streckenabschnitt wurden von den SBB die drei Elektrolokomotiven RA 361–363 von der Veltlin-Bahn der italienischen Rete Adriatica angemietet, bis 1908 eigene Drehstromloks in Dienst gestellt werden konnten.

Elektrolok Ce 6/8 Krokodil um 1950

Gotthardlok Ae 6/6

Ein Versuchsbetrieb mit Einphasenwechselstrom-Motoren fand ab 1905 auf der SBB-Strecke Seebach–Wettingen statt. Der Wechselstrom-Reihenschlussmotor zeigte sich bis dahin noch als problematisch mit den hohen Spannungen im Bahnbetrieb, die vor allem Funkenüberschläge am Kommutator erzeugten. Die Stromfrequenz war zunächst noch die üblichen 50 Hz. Aus Versuchen gewann man die Erkenntnis, dass eine niedrigere Frequenz von 16 2/3 Hertz (= 50/3) einen größeren Nutzen versprach. Die SBB konnte sich jedoch vorerst nicht dazu entschließen, die Anlage zu übernehmen. So wurde der Versuchsbetrieb Mitte 1909 eingestellt, die Oberleitung wieder abgebaut und die Strecke mit Dampfbetrieb reaktiviert. Erst 1944 erfolgte eine erneute Elektrifizierung. Im Jahre 1913 bewilligte der Verwaltungsrat der SBB eine Kreditaufnahme für die Elektrifizierung der Gotthardstrecke Erstfeld–Göschenen mit Einphasen-Wechselstrom. Wegen des Ausbruchs des Ersten Weltkriegs 1914 wurden die Vorarbeiten jedoch vermindert weitergeführt. So fuhr der erste elektrisch geführte Zug auf dieser Strecke erst am 7. Juli 1919 von Thun her in die Bundeshauptstadt ein. Die Fahrleitung im Gotthard-Tunnel wurde erstmals am 1. Juli 1920 von den Generatoren im Kraftwerk Ritom mit halber Spannung 7500 Volt gespeist. Die Elektrifizierung schritt in der Folge beidseits des Tunnels nach Süden und Norden vorwärts. Am 29. Mai 1921 wurde auf der Strecke Erstfeld–Bellinzona der elektrische Betrieb aufgenommen. Ein Jahr später befand sich die ganze Strecke Luzern–Chiasso im elektrischen Betrieb. Um 1928 war die Elektrifizierung international in der Schweiz am weitesten fortgeschritten. „Einer der Gründe, wieso die Elektrifizierung der SBB so rasch vorangetrieben wurde, war die einseitige Abhängigkeit von Deutschland und auch von der DRB, mit deren Kohlewagen (die gemietet werden mussten) die Kohle für den schweizerischen Dampfantrieb importiert wurde.“ schrieb das „Neujahrsblatt der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich auf das Jahr 1929 . Die gleiche Quelle veröffentlichte folgende Vergleichstabelle (gekürzt):

1928 Bahngesellschaft	Streckenlänge km	Strom / Teilabschnitte
Schweizerische Bundesbahnen (2 565 km Normalspur)	1 666	1589 km zusammenhängendes Netz Einphasenstrom 15.000 V, 16 2/3 Hz 55 km Seetalbahn, Einphasenstrom 5500 V, 25 Hz 22 km Simplontunnel, Dreiphasenstrom 3300 V, 16 2/3 Hz
Ferrovie dello Stato Italien	1 607	862 km zusammenhängendes Netz Dreiphasenstrom 3700 V, 16 2/3 Hz 364 km 4 einzelne Linien Dreiphasenstrom 3700 & 3300 V, 16 2/3 Hz 105 km Gleichstrom 650 V, dritte Schiene 101 km Gleichstrom 3000 V 172 km Dreiphasenstrom 10.000 V, 45 Hz
Deutsche Reichsbahn (gesamt 53.600 km)	1 544	Vier Liniengruppen von 364, 154, 692, 155 km, Einphasenstrom 15.000 V, 16 2/3 Hz 225 km Berliner Stadt- und Ring-Bahnen Gleichstrom 800 V, dritte Schiene 49 km mit anderen Stromarten
Chicago, Milwaukee & St. Paul USA	1043	705 km Harlowton – Avery, Gleichstrom 3000 V 338 km Othello – Pacific Coast, Gleichstrom 3000 V
Schwedische Staatsbahnen	892	Einphasenstrom 15.000 V, 16 2/3 Hz 434 km Svartön – Riksgränsen (87 km norwegische Fortsetzung bis Narvik) 458 km Stockholm – Göteborg
Chemin de fer du Midi Frankreich	919	Zusammenhängendes Netz Gleichstrom 1500 V 765 km im Betrieb 145 km in der Elektrifizierung begriffen

Angesichts des Kohlenmangels während des Zweiten Weltkrieges wurden 1942/1943 zwei Rangier-Dampflokomotiven des Typs E 3/3 mit einer aus der Oberleitung gespeisten elektrischen Kesselheizung sowie Stromabnehmern auf dem Führerhaus ausgestattet. Diese Linie wurde jedoch nicht weiterverfolgt .

Der mit Drehstrom betriebene Teil der Simplonlinie wurde erst im März 1930 auf das mittlerweile auch in der Schweiz bevorzugte Einphasen-Wechselstromsystem umgestellt. Mit der Umstellung wurde gleichzeitig auch die anschließende FS-Strecke in Italien zwischen Iselle und Domodossola mit dem Schweizer Wechselstromsystem ausgerüstet, auf welchem seither ausschließlich SBB-Fahrzeuge elektrisch verkehren. Das Netz der schweizerischen Staats- und Privatbahnen von insgesamt 4527 Kilometern (davon rund 1300 Kilometer in Meterspur) ist heute zu 98 % elektrifiziert.

Österreich-Ungarn

Nach dem ersten elektrischen Bahnbetrieb mit einer Ausstellungsbahn auf der Wiener Gewerbeausstellung 1880 wurde die neu gebaute schmalspurige so genannte Lokalbahn Mödling–Hinterbrühl der Südbahngesellschaft von Mödling nach Hinterbrühl auf Anregung der Firma Siemens & Halske für den elektrischen Betrieb ausgerüstet. Die Eröffnung des Betriebes erfolgte im Oktober 1883. In Prag (damals noch zu Österreich gehörend) erhielt am 11. Mai 1891 der Ingenieur František Križík vom Handelsministerium die Bewilligung zum Bau einer elektrischen Bahn von der Letná-Anhöhe bis zum Park Stromovka in Bubenec sowie 1893 die Konzession zu deren Fortsetzung bis zum Ausstellungsgelände Holešovice, insgesamt eine Streckenlänge von 1,5 Kilometer, die Stromversorgung erfolgte durch zwei Generatoren von je 48 Kilowatt Leistung. Die nächste elektrische Eisenbahn in Österreich wurde die normalspurige ehemalige Pferdebahn Baden–Helenental–Rauhenstein bei Wien (Streckenlänge rund 3,2 Kilometer). Der elektrische Betrieb wurde am 16. Juli 1894 aufgenommen, ebenso am 22. Mai 1895 auf der Strecke Baden–Vöslau (Streckenlänge knapp 5 km). Beide Bahnstrecken wurden 1897 von der „Actiengesellschaft der Wiener Lokalbahnen“ (WLB) übernommen. Es folgte am 13. August 1894 die Inbetriebnahme der meterspurigen elektrischen Lokalbahn im Kurort Gmunden mit bis zu 100 Promille Steigung.

In Budapest nahm 1896 die 3,6 Kilometer lange Untergrundbahn ihren Betrieb auf; sie war die erste normalspurige und elektrische U-Bahn des Kontinents. Die elektrischen Triebwagen wurden von Siemens & Halske ausgerüstet, der Historie zufolge engagierte sich Siemens hier nach der Ablehnung der U-Bahn-Pläne für Berlin, um die Effektivität dieses Bahnsystems zu beweisen. 1899 ließ die Budapester Maschinenfabrik Ganz & Cie unter dem Chefkonstrukteur Kálmán Kandó eine 1,5 Kilometer lange Versuchs-Bahnstrecke auf der Altofener Donauinsel für den Betrieb mit 3000 Volt Drehstrom anlegen. Als Ganz & Cie. um 1900 für die Munitionsfabrik Wöllersdorf bei Wiener Neustadt ein Kraftwerk einrichtete, wurde das mit dem Auftrag verbunden, die dazugehörende Werksbahn zu elektrifizieren. Obwohl hierfür eine Spannung von 300 bis 500 Volt genügt hätte, stattete man sie als Versuchsträger mit 3000 Volt aus. Die dabei gewonnenen Erfahrungen wurden bei der späteren Elektrifizierung der italienischen Bahnstrecken verwertet. Am 21. Juni 1903 eröffnete František Križík in Mittelböhmen die 24 km lange elektrische Lokalbahn Tábor–Bechyně mit Spannung von 2 × 700 Volt Gleichstrom.

Österreich

Am 26. Oktober 1912 führten die k.k. österreichischen Staatsbahnen den elektrischen Betrieb zwischen Innsbruck und Scharnitz an der deutschen Grenze ein. Zwei Tage später wird auch auf bayerischer Seite der elektrische Betrieb auf der Mittenwaldbahn bis Garmisch mit österreichischen C1'-Lokomotiven der Baureihe 1060 aufgenommen. Am 15. April 1914 folgt die Aufnahme des elektrischen Betriebs auf der 5 km langen Strecke Salzburg – Freilassing und auf deutscher Seite 35 km weiter bis Berchtesgaden. Im heutigen Österreich sind von ca. 5500 Kilometer Normalspur-Strecken etwa 3500 Kilometer elektrifiziert.

Ebenso wie zuvor in der Schweiz machte man in Österreich die Erfahrung, dass für die Energieversorgung zwar das Wechselstromsystem mit einer Spannung von 15.000 Volt und einer Frequenz von 50 Hz optimal war, jedoch der mit hohen Spannungen betriebene Wechselstrom-Reihenschlussmotor schwer beherrschbare Funkenüberschläge am Kommutator aufwies. Es wurde daher versucht, mit zwischengeschalteten rotierenden Phasenumformer-Generatoren auf der Lokomotive das für den Motorbetrieb weit besser geeignete Dreiphasenwechselstromsystem mit variabler Frequenz zu erzeugen. Entsprechende Versuchslokomotiven mit den Nummern BBÖ 1180 und BBÖ 1470 wurden 1923 von Ganz & Cie und die BBÖ 1082 von Siemens-Schuckert ausgerüstet. Letztlich wurde die platzaufwändige Phasenumformer-Technik jedoch mit der besser beherrschbaren niedrigeren Wechselstromfrequenz von 16 2/3 Hertz abgelöst. Die damalige Idee der Stromsystem-Umformung auf der Lokomotive konnte jedoch 70 Jahre später mit der elektronischen Halbleiter-Stromrichtertechnik zum Erfolg geführt werden.

Italien

Drehstromlok RA 362

Die Eisenbahngesellschaft Rete Adriatica (RA) eröffnete in Norditalien 1902 die Veltlinbahn, die als erste mit Hochspannung elektrifizierte Hauptbahnlinie der Welt konzipiert war. Die Firma Ganz & Cie aus Budapest lieferte dafür die Versorgung mit Drehstrom von 3000 Volt und 15,6 Hz. Ebenfalls von Ganz wurden einige vierachsige Bo'Bo'-Triebwagen, 1902 die zwei Bo+Bo Lokomotiven RA 341 und RA 342, ab 1905 drei 1’C’1-Drehstromlokomotiven RA 361–363 eingesetzt. Die Strecken von Lecco (Comer See) über Colico nach Sondrio, mit einer Zweiglinie von Colico nach Chiavenna und einer Erweiterung bis Tirano (Anschluss an die Rhätische Bahn) waren die ersten Linien des späteren norditalienischen „Trifase“- Drehstromnetzes, das sich bis Piemont, Ligurien, Trentino und Südtirol erstreckte. Auch die Tendabahn war von 1935 bis 1940 mit diesem System elektrifiziert.

RA 362 mit umgerüsteten Bügelstromabnehmern für den Leih-Betrieb im Simplontunnel

Die Oberleitung des italienischen „Trifase“-Netzes bestand aus Doppelleitungen und der Fahrschiene als drittem Phasenleiter für den Dreiphasenwechselstrom. Die Lokomotiven hatten demgemäß Stromabnehmer mit paarigen, gegeneinander isolierten Bügeln. Da die ersten Lokomotiven mit Asynchronmotoren fuhren, waren die Geschwindigkeiten zunächst nur umschaltbar, nicht aber stufenlos regelbar. Gängige Geschwindigkeits-Stufen waren 35, 50, 75 und 100 Kilometer pro Stunde.

Die Rete Adriatica und ihr Netz wurde 1906 von der ein Jahr zuvor gegründeten Staatsbahn Ferrovie dello Stato (FS) übernommen. Ab 1923 wurde der Betrieb mit 3000 Volt Gleichstrom erstmals auf der Strecke Benevento-Napoli eingeführt und zunehmend auf weiteren Strecken ausgebaut. Die Trifase-Epoche ging in Italien im Mai 1976 zu Ende. Spätestens ab diesem Zeitpunkt waren alle italienischen Trifase-Linien auf Gleichstrom umgestellt. Von 18.000 Kilometern Normalspur-Strecken sind jetzt etwa 11.000 Kilometer elektrifiziert.

Frankreich

Minenbahnlok 1897 in Godbrange

Heilmanns dampf-elektrische Lokomotive 1897

Elektrolokomotive Le Drac 1903

Die SNCF BB 9004 fuhr schon 1955 331 km/h

Doppelstockzug TGV Duplex; 575 km/h

Ein elektrischer Bahnbetrieb erfolgte 1893 auf einer 2,8 km langen Bahnstrecke der Kohlegrube Mont-Rambert bei Saint Etienne. Eine weitere elektrisch betriebene Minenbahn wurde ab 1897 in der Eisenerzmine Godbrange in Lothringen eingerichtet. Das historische Bild zeigt eine zweiachsige Schmalspurlokomotive und paarweise überkopf angebrachten Stromschienen. Die Stromzuleitung erfolgte über jeweils eine kleine Laufkatze, die an flexiblen Leitungen zum Dach der Führerkabine mitgezogen wurden. Die Lokomotive wurde von den Ateliers de Construction Bruno Lebrun in Nimy /Belgien gebaut. Die Betriebsspannung betrug 500 Volt, die Spurweite 740 Millimeter. In der Folge erschienen zahlreiche weitere Elektrolokomotiven in französischen und auch benachbarten Minenbahnen in Luxemburg und Belgien.

Um 1897 wurde bei der Compagnie des Chemins de Fer de l'Ouest mit Lokomotiven experimentiert, die elektrische Energie für den Fahrbetrieb selbst erzeugten. Diese Form wurde von dem schweizer (nach anderen Quellen elsässischen) Ingenieur J. J. Heilmann propagiert. Seine Idee war, mit einer Dampfmaschine einen oder mehrere elektrische Generatoren anzutreiben und mit dem so erzeugten Strom elektrische Fahrmotoren an den Antriebsachsen zu speisen. Die letzte von mehreren derart gebauten Maschinen hatte einen Rahmen aus Stahlträgern, der sich auf zwei Drehgestelle mit je vier Achsen bzw. acht Rädern stützte. Auf dem hinteren Abschnitt des Rahmens waren der Dampfkessel und der Kohlenbunker angebracht, während die Kolbendampfmaschine, die zwei Generatoren und die Luftdruckbremse sowie der Führerstand über dem vorderen Drehgestell platziert wurden. Die Generatoren wurde von einer Dampfmaschine mit sechs Zylindern angetrieben, wobei der gegenseitige Versatz der Kurbeln um jeweils 60 Grad für einen gleichmäßigen Lauf bei gleichzeitig hohen Drehzahlen sorgten. Bei einer Spannung von 450 Volt sollten etwa 900 Kilowatt elektrische Leistung geliefert werden mit der die vier Fahrmotoren im vorderen Drehgestell einen Zug von 250 Tonnen Masse mit 62 Meilen pro Stunde befördern sollten. Die Heilmann-Lokomotive blieb jedoch nur für kurze Zeit während ihrer Versuchsfahrten eine besondere Publikumsattraktion in Paris.

1900 legten die Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans (P.O.) und die Chemins de fer de l'État und Ouest ein Schienennetz mit 550 Volt Gleichstrom-Versorgung über eine Stromschiene für den Vorortverkehr von Paris an. Die Kohlenminen-Bahn Chemin de Fer de La Mure von La Mure nach Saint-Georges-de-Commiers bei Grenoble setzte 1903 die elektrische Lokomotive E1 „Le Drac“ (benannt nach dem neben der Strecke liegenden Fluss) ein. Die 50 Tonnen schwere Maschine hatte vier Achsen mit Einzelachsantrieb, deren vier Motoren zusammen 367 Kilowatt leisteten. Das Stromsystem bestand aus einem Dreileiter-Gleichstromsystem mit einer positiven 1200-Volt–Phase, einer negativen 1200 Volt –Pase und einem „Nullleiter“ zwischen den beiden Spannungen. Die Versorgung erfolgte über eine zweipolige Oberleitung mit zwei Stromabnehmern und den Fahrschienen als „Nullleiter“. Damit konnten hohe Leistungen übertragen, zugleich jedoch die Spannung der Fahrmotoren in tragbaren Grenzen gehalten werden. Die Lok war im Hinblick auf die Talfahrt mit 600 Metern Höhenunterschied auf 30 Kilometern Streckenlänge mit drei verschiedenen Bremssystemen ausgestattet: Kurbel-Handbremse, stufig regelbare Vakuumbremse und eine elektrische Bremse. Diese Lokomotive konnte auf der Bergfahrt zwanzig leere Waggons (das heißt 100 Tonnen) und bei Talfahrt 300 Tonnen mit einer Geschwindigkeit von 22,5 Kilometern pro Stunde ziehen. Vier ähnliche Maschinen wurden zwischen 1905 und 1909 geliefert und versahen bis 1933 ihren Dienst. 1908 elektrifizierte die Chemin de Fer du Midi ihre Strecken in den Pyrenäen mit Wechselstrom von 12 kV und 16  2/3 Hz. Um eine „Balkanisierung“ des Netzes zu vermeiden, beschloss die Regierung 1920, für alle neuen Elektrifizierungen eine Versorgung mit Gleichstrom von 1500 V zu bevorzugen. In der Folge etablierte sich in Frankreich das Gleichstromsystem in den südlichen Regionen, im Norden jedoch 25.000 Volt 50 Hertz Einphasenwechselstrom, der später auch auf allen TGV-Schnellstrecken verbreitet wurde.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts zeigte sich Frankreich neben Japan als Vorreiter für hohe Geschwindigkeiten mit elektrischen Zügen. Die vierachsige Lok BB 9004 und die sechsachsige CC 7107 erreichten 1955 bei Versuchsfahrten jeweils unabhängig voneinander eine Höchstgeschwindigkeit von 331 km/h. 1981 erreichte ein TGV-Triebzug 380 km/h, wiederum 1990 der TGV-Atlantique Nr. 325 die Geschwindigkeit von 515,3 km/h und 2007 ein TGV Duplex-Doppelstockzug die Rekordmarke von 575 km/h. Von den rund 29.350 Kilometern Normalspur-Bahnstrecken in Frankreich waren 2007 fast genau die Hälfte (14.480 Kilometer) elektrifiziert.

USA

„Intramural Railway“ Chicago 1893

Tunnel-Lokomotive der B&O RR 1895

EP-2 der CW & St.P RR

PRR-Klasse GG1

Überblick

Bei den Bahnen der USA hätte aufgrund des technologischen Standes und der Wirtschaftskraft sowie auch der räumlichen Ausdehnung erwartet werden können, dass in hohem Maße eine Elektrifizierung von Fernbahnstrecken erfolgte. Dies war jedoch nicht der Fall. Mehrere Erscheinungen haben dies bewirkt:

• Mit den eigenen Ölquellen hatten die Amerikaner eine preisgünstige Energiequelle, die nach dem Ende der Dampflok-Ära zur ausgedehnten Anwendung von Verbrennungsmotoren bzw. Dieselmotor-Antrieben im Transportwesen und hier vor allem auch im Bahnwesen führte;
• Die großen Abstände zwischen Besiedlungszentren stellten (auch mit Blick auf das vorhandene Öl) eine Wirtschaftlichkeit der Fahrdraht-Überspannung von Bahnstrecken in Frage; bei Massentransporten wie etwa Kohle in die Industriezentren führte das teilweise zur weiteren Beibehaltung des Dampflokbetriebs mit dem ohnehin vorhandenen Energieträger Kohle;
• Im Personen-Fernverkehr entwickelte sich das Flugzeug zum Standard-Verkehrsmittel mit dessen Leistungen die Bahn bei großen Entfernungen nicht konkurrieren konnte.

Diese Aussagen betreffen jedoch nur Vollbahn- bzw. Fernverkehrsstrecken; der elektrische Betrieb von Straßenbahn-, auch Überlandstraßenbahnen sowie auch von Metro- und urbanen Commuter-Strecken ist demgegenüber ausgeprägter.

Frühe Entwicklungen

Mit der 1888 von Frank Julian Sprague gegründeten Sprague Electric Railway & Motor Company und der in Richmond aufgebauten elektrischen Straßenbahn nahm die elektrische Traktion in den USA ihren Anfang. Um 1889 befanden sich 110 elektrische Bahnen mit Spragues Ausrüstung im Bau oder in der Planung. Edison, der teilweise Spragues Ausrüstungen anfertigte, kaufte 1890 die erfolgreiche Gesellschaft auf. Um 1905 waren in den USA etwa 30.000 km Strecken für Spragues „Streetcars“ elektrifiziert. Die in Chicago 1892 erbaute Hochbahn Chicago & South Side Rapid Transit wurde 1895 auf elektrischen Betrieb umgestellt. Weitere neue Metro-Systeme in anderen Städten folgten darauf.

Die Baltimore and Ohio Railroad elektrifizierte 1895 eine fünf Kilometer lange innerstädtische Tunnelstrecke mit einer 700 V Gleichstrom-Oberleitung. Dies diente dazu, Züge mit Dampflokomotiven mit einer vorgespannten Elektrolokomotive durch den Tunnel zu ziehen, um der Rauchplage entgegenzuwirken. Die vierachsigen Elektrolokomotiven hatten je vier Motoren von je 270 Kilowatt Leistung. Im Fernverkehr der USA beherrschten in der Folgezeit jedoch weit überwiegend die Dampflokomotiven das Feld, das sich in den späten 1940er Jahren weitgehend unmittelbar dem Diesellokomotiven-Betrieb zuwandte. Diese hatten in den USA allerdings fast durchweg einen dieselelektrischen Antrieb, fuhren bzw. fahren also letztlich auf fast allen Strecken mit elektrischen Fahrmotoren.

Stand 2005

Es wurden von etwa 15 Gesellschaften insgesamt nur etwa 3000 Kilometer (1850 Meilen) Vollbahnstrecken mit einer Oberleitung elektrifiziert, von denen etwa 1800 Kilometer (1100 Meilen) wieder stillgelegt wurden. Den bemerkenswertesten Umfang hatte dabei die Chicago, Milwaukee, St. Paul and Pacific Railroad, die zwischen 1914 und 1917 einen 705 Kilometer (438 Meilen) langen, steigungsreichen Abschnitt in den Rocky Mountains im Bundesstaat Montana und 1919 einen weiteren 130 Kilometer (207 Meilen) langen Abschnitt im Kaskadengebirge im Bundesstaat Washington an hölzernen Masten mit 3.000 Volt Gleichstrom elektrifizierte. Begünstigt wurde das Vorhaben durch Wasserkraft-Elektrizitätswerke in den Bergen. Die beiden elektrischen Strecken mit insgesamt 1056 Kilometer (656 Meilen) wurden jedoch nie verbunden. Auch dieser Betrieb ist inzwischen eingestellt.

Ab den 1930er Jahren wurde der später so genannte Northeast Corridor von Boston bis Washington, DC elektrifiziert. Beim Stand von 2006 ist dies die meistfrequentierte US-amerikanische Personen-Schienenverkehrsverbindung an der bevölkerungsreichen Nordostküste der USA. Die 720 Kilometer (450 Meilen) lange Strecke ist die einzige bedeutende elektrisch betriebene Eisenbahnstrecke der Staaten. Sie befindet sich größtenteils im Besitz der Amtrak, jedoch wird die Strecke auch von anderen Eisenbahngesellschaften mit unterschiedlichen Zügen befahren. Auf den NEC befindet sich auch die derzeit einzige Hochgeschwindigkeitsstrecke der USA, auf der der Acela Express Geschwindigkeiten bis zu 240 Kilometer pro Stunde erreicht.

Großbritannien

Gleichstrom-Zug

Eurostar-Zug

Bereits früh wurden in bedeutendem Umfang elektrische Triebfahrzeuge bei der Londoner U-Bahn eingesetzt; bei der North Eastern Railway wurden zudem schon 1905 zwei Elektrolokomotiven mit der Achsfolge Bo´Bo´ in Betrieb genommen. Sie waren sowohl für den Betrieb an einer Oberleitung als auch an einer Stromschiene für den Tunnelbetrieb ausgerüstet. Diese Loks waren sowohl bei den Nachfolgegesellschaften LNER als Nr. 6480-6481 als auch bei den British Railways (Nr. 26500 und 26501) und der British Rail (Klasse ES1) bis 1964 in Betrieb. Trotz diesem frühen Einstieg ist das britische Eisenbahnsystem nur in vergleichsweise geringem Umfang elektrifiziert. Historisch begründet ist dabei zudem eine Aufteilung in zwei Stromsysteme. Das kleinere und ältere Südnetz hat seit 1931 Strecken mit seitlich angeordneter Stromschiene mit 660 Volt Gleichstrom-Versorgung, später wurden auch die Spannungen 750 und 850 Volt verwendet.

Auf einigen Strecken nördlich der Themse sowie den Eurostar-Verbindungen wird dagegen das seit 1954 aufgebaute 25 kV-Einphasenwechselstromsystem mit einer Frequenz von 50 Hz und mit Oberleitungen verwendet. Die britischen Eurostar-Züge können sowohl im Stromschienen-als auch im Oberleitungsbetrieb und mit verschiedenen Oberleitungs-Spannungen fahren (Mehrsystemfahrzeug). Von den insgesamt 17.000 Kilometern Bahnstrecken des Vereinigten Königreichs sind heute 5300 Kilometer elektrifiziert (2004).

Japan

Von der AEG 1922 an die Choshi Electric Railways gelieferte E-Lok für 600 V Gleichstrom

Shinkansen Baureihe 0 am Bahnhof von Fukuyama

Die Tokyo Electric Light Company baute im Mai 1890 eine 400 Meter lange Strecke mit der Spurweite von 1372 Millimetern auf der Industrie-Ausstellung im Ueno Park in Tokyo. Dort fuhren zwei aus den USA von J. G. Brill & Co. importierte elektrische Triebwagen als erste elektrisch betriebene Bahn in Japan. Ein regulärer kommerzieller Betrieb wurde 1895 von der Kyoto Electric Railway mit Triebwagen und 500-V-Gleichstrom über eine Oberleitung aufgenommen. Die erste Strecke, die von Dampfbetrieb auf elektrischen Betrieb umgestellt wurde, war 1904 die elf Kilometer lange Strecke der Kobu Railway von Iidamachi nach Nakano. Am 1. Oktober 1964 eröffneten die Japanese National Railways zwischen der Hauptstadt Tokio und dem 515,4 Kilometern entfernten Osaka eine in ihrer Art völlig neue elektrische Hochgeschwindigkeitsbahn, die nicht nur punktuell sondern auf der ganzen Strecke die maximale Höchstgeschwindigkeit fuhr. Sie wurde zum Vorbild für die französischen TGV und den deutschen ICE. Weit überwiegend besteht das japanische Eisenbahnnetz aus 20.000 km Kapspur-Strecken, von denen 13.000 km elektrifiziert sind. Die etwa 3200 Kilometer Normalspur-Strecken des Shinkansen-Schnellbahnnetzes werden ausschließlich elektrisch betrieben.

Größte Länder der Welt

In den räumlich ausgedehntesten Staaten der Erde fand überwiegend eine bemerkenswerte Elektrifizierung von Vollbahn-Strecken erst nach den wesentlichen Entwicklungen in Europa statt, so etwa in China erst ab 1958. Nichtsdestoweniger ergab sich durch die ausgedehnten Verkehrsverbindungen dann vor allem auf dem asiatischen Festland ein beträchtlicher Umfang an elektrifizierten Strecken. So hat allein die vollständig (jedoch mit regional wechselnden Stromsystemen) elektrifizierte Transsibirische Eisenbahn mit etwa 9500 Kilometern einen Streckenumfang, der dem gesamten elektrifizierten Netz mancher mittelgroßer Länder entspricht oder diese sogar noch überbietet. Im folgenden sind die interessantesten Daten dargestellt.

• Russland Gesamtstrecken 87.200 km, davon 40.300 km elektrifiziert (2006)
• China Gesamtstrecken 72.000 km, davon 24.000 km elektrifiziert (September 2006)
• Indien Gesamtstrecken 63.230 km, davon 17.500 km elektrifiziert (2008)
• Australien Gesamtstrecken 44.015 km, davon 5.290 km elektrifiziert (2008)
• Brasilien Gesamtstrecken 29.300 km, davon 1.600 km elektrifiziert (2008)
• (zum Vergleich: Deutschland Gesamt ca. 46.000 km, davon ca. 20.000 km elektrifiziert (2004)

Chronologische Übersicht erster elektrischer Bahnen

Einschränkungsvermerk: Die folgende Tabelle enthält die ab 1890 in größerer Zahl weltweit entstandenen Straßenbahnen und U-Bahnen neben ihren weltweit erstmaligen Vertretern nur, wenn sie die erste elektrisch betriebene Bahn eines Landes darstellen. Weitergehende Auflistungen sind in der Liste der ehemaligen Straßenbahnen enthalten.

Eröffnungs- datum	Land	Ort bzw. Strecke	Spur- weite mm	Strecken- länge km	Stromsystem	Art der Bahn / Erbauer / Betreiber
	Preußen	Berlin	500	0,3 km	Gleichstrom über Fahrschienen und mittige Stromschiene	Ausstellungsbahn / Werner von Siemens
	Österreich-Ungarn	Wien	?	1,5 km	Gleichstrom	Ausstellungsbahn / Béla Egger
	Preußen	Lichterfelde bei Berlin	1000	2,5 km	180 V Gleichstrom über die Fahrschienen	Versuchsstrecke, ab 1883 öff. Straßenbahn Siemens & Halske
	England	Brighton	825	2 km	170 V Gleichstrom über die Fahrschienen	Straßenbahn / Volk's Electric Railway
	USA	Chicago	?	0,2 km	Gleichstrom	Ausstellungsbahn / Edison
	Brasilien	Niterói	1050	9 km	Akkumulatoren-Batteriebetrieb	Carris Urbanos de Nictheroy
	Österreich-Ungarn	Mödling	1000	4,5 km	550 V Gleichstrom über Schlitzrohrfahrleitung	Lokalbahn Mödling-Hinterbrühl
	Preußen, Hessen-Nassau	Frankfurt am Main–Offenbach	1000	6,7 km	300 V Gleichstrom über Schlitzrohrfahrleitung	Straßenbahn / Siemens & Halske / Frankfurt-Offenbacher Trambahn-Gesellschaft
	Schweiz	Vevey - Montreux - Chillon	?	10 km	?	Tramway Vevey-Montreux-Chillon
	USA	Richmond, Virginia,	1435	20 km	?	Straßenbahn / Frank Julian Sprague / Richmond Union Passenger Railway
	England	Stockwell (London Underground) - King William Street	1435	8 km	?	U-Bahn City and South London Railway
	Preußen	Berlin-Siemensstadt	?	0,36 km	Drehstrom 750 bis 10.000 V über zweipolige Oberleitung plus Gleis	Werksbahn, Versuchsbetrieb mit Drehstromantrieb.
	USA	Chicago	1435		?	Hochbahn, Ausstellungsbahn, Prototyp für elektrische Züge der bis dahin dampfbetriebenen Hochbahn
	Frankreich	St. Etienne	?	2,8 km	?	Grubenbahn, Kohlegrube Mont-Rambert
	Königreich Württemberg	Meckenbeuren–Tettnang,	1435	4,3 km	?	Vollbahn, Triebwagen-Betrieb Lokalbahn Aktien-Gesellschaft
	Österreich-Ungarn	Budapest	1435	3,6 km	350 V Gleichstrom über Deckenstromschiene	Erste kontinentaleuropäische elektrische U-Bahn / Siemens & Halske / Metro Budapest
	Frankreich	Lothringen	?	?	?	Grubenbahn, Eisenerzmine Godbrange
-1900	Preußen	Groß-Lichterfelde – Zehlendorf	1435	1,8 km	750 Bis 10.000 V Drehstrom über dreipolige Fahrleitung	Drehstrom-Versuchsstrecke Groß-Lichterfelde–Zehlendorf
	Österreich-Ungarn	Wöllersdorf bei Wiener Neustadt	?	1,5 km	3000 V / 16 2/3 Hz Drehstrom, zweipolige Oberleitung	Werksbahn und Versuchsträger / Ganz & Cie, Budapest / Munitionsfabrik Wöllersdorf
	Preußen, Provinz Sachsen	Hettstedt-Helfta	1000	32 km		Elektrische Kleinbahn Mansfeld
	Großherzogtum Baden	Wiesloch Bahnhof - Oberstadt	1435	3,8 km	550 V Gleichstrom, Oberleitung	Vollbahn, Triebwagen-Betrieb Badische Lokal-Eisenbahn AG
	Preußen	Wuppertal	---	12 km	600 V Gleichstrom über Stromschiene	Schwebebahn / Wuppertaler Schwebebahn
-1903	Preußen	Marienfelde–Zossen bei Berlin	1435	24 km	10 KV / 50 Hz Drehstrom, dreipolige Oberleitung	Vollbahn – Versuchsbetrieb / Studiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen / Militär–Eisenbahn Marienfelde–Zossen–Jüterbog
	Preußen	Berlin	1435	5 km	750 V Gleichstrom über Stromschiene	Hochbahn, spätere U-Bahn Berlin/ Siemens & Halske / Gesellschaft für elektrische Hoch- und Untergrundbahnen in Berlin
	Italien	Lecco (Comer See)–Sondrio	1435	? km	3000 V / 16 2/3 Hz Drehstrom, zweipolige Oberleitung	Hauptbahn / Ganz & Cie, Budapest / Rete Adriatica
	Preußen	Ronsdorf–Müngsten	1000	15 km	?	Kleinbahn mit Personenbeförderung / Ronsdorf-Müngstener Eisenbahn
	Preußen	Altrahlstedt–Wohldorf bei Hamburg	1435	6 km	550 V Gleichstrom, über Oberleitung	Elektrische Kleinbahn Alt-Rahlstedt–Volksdorf–Wohldorf
	Frankreich	Saint-Georges-de-Commiers – Grenoble	1435	30 km	2×1200 V Gleichstrom, Dreileiter-System mit zweipoliger Oberleitung	Erzbahn, Lokomotivbetrieb Thury/Chemin de Fer de La Mure
	Königreich Bayern	Murnau–Oberammergau	1435	24 km	5,5 KV / 16 Hz über Oberleitung	Kleinbahn, erste Wechselstrom–Lokomotive / Ammergaubahn, Lokalbahn Aktien-Gesellschaft
	Schweiz	Seebach–Wettingen	?	?	Einphasen-Wechselstrom 50 Hz	Versuchsbetrieb mit Lok Ce 4/4 "Eva" / Maschinenfabrik Oerlikon (MFO)
	Deutschland	Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn	1435	20 km	6,6 KV / 25 Hz über Oberleitung	Vollbahn, spätere S-Bahn Hamburg / Preuß. Eisenbahndirektion Altona
	Deutschland	Stettiner Bahnhof–Bernau bei Berlin	1435	?	750 V Gleichstrom über Stromschiene	Vollbahn / S-Bahn Berlin

Geschwindigkeitsentwicklung bei elektrischer Traktion

• 1889 USA, Baltimore, elektrischer Triebwagen erreicht 185 km/h
• 1903 Deutschland, Siemens- und AEG-Triebwagen mit Drehstromantrieb, 210 km/h
• 1955 Frankreich, SNCF, Elektro-Lok BB 9004 und CC 7107, jeweils 331 km/h
• 1981 Frankreich, SNCF, elektrischer Triebzug TGV, 380 km/h
• 1988 Deutsche Bundesbahn, elektrischer Triebzug IC Experimental, 406,9 km/h
• 1990 Frankreich, SNCF, elektrischer Triebzug TGV-Atlantique Nr. 325, 515,3 km/h
• 2003 Japan, Magnetschwebebahn JR-Maglev MLX01, 581 km/h
• 2006 Österreich, elektrische Lokomotive ÖBB 1216 050, 357 km/h Geschwindigkeitsrekord für eine Lokomotive
• 2007 Frankreich, TGV Duplex Hochgeschwindigkeitszug mit Doppelstockwagen, 574,8 km/h Geschwindigkeitsweltrekord für das Rad- und Schiene-System

Letzte Entwicklungen

Datei:Bahnstrom Europa.png

Heutige Bahnstromnetze des Eisenbahn-Fernverkehrs in Europa

TRAXX-Baureihe als BLS - Lok 485 006

Eurosprinter-„Taurus“- Baureihe als HUPAC – Lok

Anfang der 1970er Jahre gelang es mittels Leistungselektronik, aus der Oberleitung zugeführten Einphasenwechselstrom oder Gleichstrom in praxistauglicher Weise in Dreiphasen-Wechselstrom umzuformen und damit die immensen Vorteile des Drehstrom-Asynchronmotors zu nutzen. Die Motoren werden direkt über die Stromrichter gesteuert und zeichnen sich durch hohe Leistungen bei geringerem Gewicht aus und sind praktisch wartungsfrei. Bei gleicher oder sogar kleinerer Baugröße der Triebfahrzeuge wurden damit die Leistungen erheblich gesteigert. Aus Deutschland werden hier die Lok-Baureihen von Bombardier TRAXX und den von Siemens ausgerüsteten Eurosprinter-Klassen für Bahnen verschiedener Länder mit unterschiedlichen Stromsystemen angeboten. Unterschiedliche Signalsysteme und Sicherheitseinrichtungen werden dabei durch Ausrüstung mit jeweils länderspezifischen Baugruppenpaketen berücksichtigt.

Siehe auch

• Elektrolokomotive
• Hybridtriebwagen
• Dieselelektrischer Antrieb
• Magnetschienenbahn
• Einschienenbahn
• Bahnstrom
• Chronik der Streckenelektrifizierung der Deutschen Bundesbahn
• Chronik der Streckenelektrifizierung der Deutschen Reichsbahn
• Chronik der Streckenelektrifizierung der Deutschen Reichsbahn der DDR

Literatur

• 100 Jahre elektrische Zugförderung - 100 Jahre elektrische Triebfahrzeuge von Siemens. Gebundene Ausgabe - 108 Seiten, 1979, ISBN 3-88255-823-7
• Manfred Benzenberg / Anton Joachimsthaler: 1879-1979 - 100 Jahre Elektrische Eisenbahn. 3. Auflage, 1980, Josef Keller GmbH & Co Kg Starnberg, ISBN 3-7808-0125-6
• Klaus-Jürgen Vetter: Das große Handbuch der Elektrolokomotiven. Bruckmann, September 2003, ISBN 3-7654-4066-3
• Stockklausner: Wechselstrom-Lokomotiven in Österreich und Deutschland. Verlag Otto Josef Slezak, 1983
• Karl Sachs: Elektrische Triebfahrzeuge. Huber Frauenfeld 1953
• E. Frischmuth: 50 Jahre elektrische Bahnen. In: Siemens-Zeitschrift, 9. Jahrgang, 5./6. Heft (Mai/Juni 1929), S. 263-287.
• Walter Reichel: Versuche über Verwendung hochgespannten Drehstromes für den Betrieb elektrischer Bahnen. In: Elektrotechnische Zeitschrift, 21. Jahrgang, Heft 23 (7. Juni 1900), S. 453-461.
• Walter Reichel: Über die Zuführung elektrischer Energie für größere Bahnnetze. In: Elektrotechnische Zeitschrift, 25. Jahrgang, Heft 23 (9. Juni 1904), S. 486-493.