Elektrolokomotive

Eine Elektrolokomotive ist eine Schienenzugmaschine, deren Fahrmotoren Strom aus einer externen Stromversorgung beziehen, anstatt Diesel zu verbrennen oder mit Dampf zu arbeiten. Der Strom kommt über einen Stromabnehmer, der gegen eine Oberleitung drückt, oder über einen Schuh, der eine neben dem Gleis angebrachte dritte Schiene berührt. Im Gegensatz zu Diesellokomotiven stoßen Elektrolokomotiven am Einsatzort keine Abgase aus und liefern schon aus dem Stillstand volle Drehmomente, weshalb sie im städtischen Nahverkehr, im Pendlerverkehr und beim schweren Gütertransport auf Hauptstrecken bevorzugt werden, wenn die Kapitalinvestitionen in die Elektrifizierung gerechtfertigt sind.

Die Oberleitung dominiert in Europa und in vielen Güterbahnen weltweit. Typische Spannungen liegen auf Hauptstrecken bei 15 kV oder 25 kV Wechselstrom; Gleichstromsysteme (600 V bis 3 kV) sind üblich im Nahverkehr und älteren städtischen Netzen. Der Stromabnehmer, ein Rahmen in Rauten- oder Viereckform auf dem Lokdach, hält während der Fahrt den elektrischen Kontakt, wobei er die vertikale Bewegung der Oberleitung ausgleicht. Ein Transformator und Gleichrichter wandeln Wechselstrom für die Fahrmotoren in Gleichstrom um, oder Wechselstrommotoren arbeiten direkt. Schienensysteme mit dritter Schiene, die in der London Underground und einigen Nahverkehrsnetzen verwendet werden, führen Strom mit niedriger Spannung (typisch 630 V Gleichstrom) auf einer Kontaktschiene; diese Lösung spart Kosten, begrenzt aber die Geschwindigkeiten und ist ein Sicherheitsrisiko für Wartungskräfte.

Bordgestützte Energiespeicher wie Lithium-Ionen-Batterien oder Superkondensatoren treiben Lokomotiven auf nicht elektrifizierten Nebenstrecken an oder ermöglichen den Betrieb ohne Oberleitung. Diese Hybrid- oder reinen Batteriemaschinen tauschen Ladekapazität gegen Reichweite und eignen sich für Kurzstrecken, wo eine vollständige Elektrifizierung der Hauptstrecke unwirtschaftlich wäre. Der gespeicherte Strom wird durch denselben hohen Stromverbrauch aufgezehrt, der Elektroloks an Oberleitungen effizient macht.

Elektrolokomotiven erfordern kostenintensive Netzinfrastruktur: Umspannstationen, Oberleitungsanlagen und laufende Wartung der Stromabnehmer. Schnee, Eis und Salz greifen Oberleitungen und Stromabnehmer in rauen Klimazonen an. Die Anschaffungskosten pro Einheit übersteigen die von Diesellokomotiven, aber die Betriebskosten pro Kilometer sind niedriger wegen billigerem Strom und geringerer Wartung. Güterbahnen auf nicht elektrifizierten Strecken müssen Diesel fahren; Mischverkehrsstrecken brauchen beide Typen oder Diesel-Elektro-Hybrid-Maschinen. Elektrifizierungsentscheidungen hängen von Verkehrsdichte, Entfernung und lokalen Stromkosten ab.

Moderne Elektrolokomotiven leisten 4 bis 9 MW Dauerleistung; einige schwere Güterloks überschreiten 10 MW. Die Haftung (Rad-Schiene-Grip) begrenzt oft eher die Anfahrtbeschleunigung auf trockener Schiene als die Motorleistung. Rekuperatives Bremsen, bei dem der Fahrmotor unter Bremsbelastung zum Generator wird, speist Energie in die Oberleitung zurück, reduziert Wärmeverschleiß an Bremsen und senkt den Stromverbrauch auf Strecken mit häufigen Haltepunkten um 10 bis 30 Prozent.