Verwendung der dynamo-elektrischen Maschine zum Betriebe elektrischer Eisenbahnen; von Dr. Werner Siemens. Mit Abbildungen im Text und auf Tafel 34. W. Siemens' Eisenbahn. In der ersten Sitzung des elektrotechnischen Vereines, am 27. Januar 1880, hat Dr. Werner Siemens einen Vortrag „über die dynamo-elektrische Maschine und deren Verwendung zum Betriebe von elektrischen Eisenbahnen“ gehalten, welcher sich auf S. 47 bis 55 des Februarheftes (1880) der Elektrotechnischen Zeitschrift abgedruckt findet. Wir entnehmen der letzteren, mit ertheilter Genehmigung dazu, den auf die elektrischen Eisenbahnen (vgl. 1879 233 171. Heusinger's Organ für Eisenbahnwesen, Supplementheft 1879) bezüglichen Theil, mit dem Hinweise darauf, daſs Dr. Siemens inzwischen bereits die Concession zur Anlage einer elektrischen Hochbahn in Berlin nachgesucht hat. Aus den zahlreichen Versuchen, die wir in neuerer Zeit über Kraftübertragung angestellt haben, ergibt sich, daſs bei mäſsiger Umdrehungsgeschwindigkeit etwa 45 bis 50 Procent der Arbeitskraft als nutzbare Arbeit übertragen werden. Bei schnellerer Rotation ist diese Nutzarbeit bis auf 60 Procent der aufgewendeten Arbeit gestiegen; also von 100e, mit welcher die Strom erzeugende Dynamomaschine getrieben würde, würden 60e von der elektromagnetischen Maschine wieder hergegeben werden können. Meiner Ansicht nach ist die Frage, wie viel Procent der Arbeitskraft man elektrisch im höchsten Falle übertragen kann, damit aber noch nicht abgeschlossen; es ist dies nur eine Frage der Construction und der Geschwindigkeit. Groſse Maschinen, in groſser Geschwindigkeit bewegt, werden immer einen höheren Nutzeffect geben als kleinere Maschinen und geringere Geschwindigkeit, und ich rechne ziemlich fest darauf, daſs man auf 70 Procent und vielleicht noch höhere Procentsätze der Kraftübertragung gelangen wird. Jedenfalls ist die von einem französischen Gelehrten aufgestellte Rechnung, daſs 50 Procent das Maximum wäre, was theoretisch übertragen werden könnte, falsch. Dies beweisen schon die hier vorliegenden Versuchstabellen. Wenn man nun sagt: Ja, 50 Proc. Verlust ist doch immer noch sehr viel, so kann ich dies nur bedingt zugeben. Berücksichtigt man, daſs der Krafterzeuger, also der arbeitende Motor hier feststeht und so schwer und so groſs gemacht werden kann, wie es vortheilhaft erscheint, daſs er also mit so guten Kesseln und so guter Heizung versehen werden kann, wie erforderlich ist, um den gröſsten Nutzeffect vom Brennmaterial zu erzielen, daſs dies aber bei kleineren Maschinen und namentlich bei Locomotiven nicht möglich ist, so ergibt sich, daſs ein elektrischer Betrieb schon mit 50 Proc. Arbeitsverlust nicht weniger ökonomisch ist als der Locomotivbetrieb. Die Heizungskosten einer Locomotive sind, wie mir von verschiedenen Sachverständigen versichert worden ist, immer mindestens doppelt so groſs, als die einer guten, groſsen, stehenden Dampfmaschine mit groſser Expansion und guten Kesseln. Nimmt man dies aber als richtig an, dann würde die elektrische Uebertragung von einer groſsen feststehenden Maschine schon bei 50 Proc. Nutzeffect nicht mehr Heizkosten verursachen wie eine Dampflocomotive auf Schienen bei gleicher Arbeitsleistung. Indessen darauf kommt es meiner Ansicht nach gar nicht einmal so sehr an. Auf den groſsen Verkehrsadern, auf die unser ganzes Leben jetzt zugeschnitten ist, auf den groſsen Eisenbahnen wird die Elektricität der Dampflocomotive keine Concurrenz machen, ebenso wenig wie das elektrische Licht meiner Ansicht nach je das Gas vollständig verdrängen wird, trotz aller amerikanischen Reclamen. Die Elektricität ist ganz bescheiden, sowohl bei der Beleuchtung, wie bei der Kraftübertragung; sie will nicht verdrängen und absetzen, sondern sie will nur diejenigen Gebiete an sich nehmen, welche von den anderen vorhandenen bewährten Einrichtungen schlecht bedient werden. Die elektrische Kraftübertragung soll nur in solchen Fällen eintreten, wo mechanische Uebertragung nicht gut verwendbar und wo die Dampflocomotive nicht am Platze ist, oder das Verlangte nicht leisten kann. So ist es z.B. für den Eisenbahnbau von groſser Wichtigkeit, mit den Zügen gröſsere Steigungen überwinden zu können wie bisher. Es könnten dann sehr kostspielige lange Tunnele ganz vermieden oder abgekürzt werden. Mit der Verstärkung der Locomotiven scheint die äuſserste Grenze erreicht zu sein, da die Adhäsion der Räder begrenzt ist und auch das Gewicht der Locomotiven eine gewisse Grenze nicht übersteigen darf, da sonst die Hebung der eigenen Last den gröſsten Theil ihrer Leistung bildet. Auch die Vergröſserung der Anzahl der Locomotiven kann aus diesem Grunde nichts helfen. Hier würde nun die Elektricität wirksame Dienste leisten können, da es mit ihrer Hilfe thunlich ist, die Zugkraft auf beliebig viele Achsen des Zuges selbst zu vertheilen. Doch nicht allein bei der Ersteigung, sondern auch für die Bremsung beim Niedergange des Zuges würde die Elektricität kräftig mitwirken können, da die Dynamomaschine gleich gute Dienste sowohl zur Arbeitsleistung, als zur Arbeitsvernichtung leistet. Der zweite Punkt ist die Anwendung dieser Maschinen bei kleinen Bahnen; auf Arbeitsplätzen in Bergwerken, in Tunnelen, in der Tiefe von Schächten, wobei die Motoren drauſsen über Tage stehen und die Arbeitszüge in der Tiefe laufen, wird in Zukunft die elektrische Beförderungskraft von wesentlicher Bedeutung sein. Eine dritte Anwendung ist der Betrieb elektrischer Hochbahnen. Wir wissen ja, daſs man in Amerika jetzt die „elevated railroad“ oder „Säulenbahn“ in groſsen Städten vielfach baut; namentlich in New-York ist sie schon in bedeutender Ausdehnung vorhanden. Als ich i. J. 1867, während der Pariser Ausstellung, einem höheren Eisenbahn-Fachmann meinen Plan mittheilte, Eisenbahnen auf freistehenden eisernen Säulen durch die Straſsen Berlins zu bauen und dieselben elektrisch zu betreiben, da erschien derselbe ihm mit Recht als eine kaum realisirbare Idee. Aber jetzt, nachdem die Amerikaner sie thatsächlich durchgeführt haben, seitdem dort sogar schwere Locomotiven und volle Züge oben über die Säulen hinweglaufen und doch noch kein Unglücksfall dabei vorgekommen ist, kann man schon mit gröſserem Vertrauen darauf eingehen. Meinerseits halte ich es für eine Groſsstadt für eine absolute Notwendigkeit, auſser den Straſsenflächen für die Wagen und Fuſsgänger noch eine zweite Communicationsetage für den schnellen Verkehr zu haben. Sie sehen, wie mit dem steigenden Verkehr sich unsere belebteren Straſsen schon jetzt täglich mehr verstopfen, es ist oft kaum mehr durchzukommen und kein Konstabler kann dies ändern. Wie soll das werden nach 10, 20, 50 Jahren! Die Statistik über die Zunahme des Verkehres berechtigt uns, mit der vollsten Bestimmtheit zu sagen, daſs die Straſsenfläche demselben schon in der nächsten Zeit nicht mehr genügen kann. Eine Abhilfe muſs gefunden werden, wenn das auf wachsenden Verkehr sich gründende groſsstädtische Leben nicht verkümmern und die weitere Entwickelung der Reichshauptstadt nicht vollständig gehemmt werden soll. Es muſs also nothwendig für Berlin ein neues Communicationsnetz für schnellen Personen- und Güterverkehr geschaffen werden, welches den Straſsenverkehr nicht hindert und durch ihn nicht gehindert wird. Dazu erhalten wir nun die Stadtbahn. Diese schlieſst aber nur eine einzige mitten durch Berlin gehende Linie auf. Die in der Nahe derselben Wohnenden haben zwar den Vortheil, nach zwei Richtungen hin fahren zu können; der Verkehr strebt aber nach allen Richtungen hin. Die Stadtbahn kann dem Bedürfniſs nach besseren Verkehrsmitteln daher in der That nur sehr einseitige und ungenügende Dienste leisten. Um ihm zu genügen, müſste ein Netz von ähnlichen Stadtbahnen über ganz Berlin gelegt werden, was kaum erschwingliche Kosten und gewaltige Umwälzungen verursachen und die Stadt selbst im höchsten Grade verunzieren würde. Ungemein viel leichter würde derselbe Zweck zum groſsen Theil erreicht werden, wenn von allen Stationen der Stadtbahn nach Süden und Norden hin elektrische Hochbahnen gebaut würden, die, ohne den Straſsenverkehr zu hemmen, die Stadtbahn mit allen Theilen Berlins in Verbindung bringen würde. Dann wäre wirklich ganz Berlin durch sie aufgeschlossen. Eine weitere sehr nützliche Anwendung der elektrischen Triebkraft würde noch die sein, auf groſse Entfernungen hin kleine verdeckte Bahnen zu bauen, die dasselbe für groſse Entfernungen thun sollen, was mit so groſsem Vortheil die pneumatische Post im kleineren Rayon, also im Innern von Städten ausübt. Es ist jetzt, wie die Herren vom Eisenbahnfache mir Alle bezeugen werden, eine groſse Belastung für die Eisenbahnen, daſs sie oft nur des Post- und namentlich des Briefverkehres wegen so häufig und schnell fahren müssen. Andererseits ist es für den Briefverkehr, der doch immer die Basis allen Verkehres ist, wieder von der gröſsten Bedeutung, möglichst schnelle Verbindungen zwischen allen Verkehrsplätzen des In- und Auslandes zu haben. Die Rohrpost erfüllt dieses Bedürfniſs für kleine Entfernungen, sie ist aber nur innerhalb sehr enger Grenzen anwendbar. Die elektrische Beförderung soll hier eintreten, um einen schnellen Briefverkehr, wie ihn die Rohrpost für kleine Entfernungen gewährt, auch für groſse Entfernungen zu ermöglichen. Eine solche elektrische Post ist in den Fig. 1 und 2 Taf. 34 in 1/15 n. Gr. schematisch dargestellt. Es ist angenommen, daſs die kleine bedeckte Bahn auf dem Eisenbahndamme, von niedrigen eisernen Säulen S getragen, fortgeführt ist. Sind Wegübergänge oder Stationen zu überschreiten, so geschieht dies entweder durch Senkung der Bahn in bedeckte Kanäle oder durch Steigung derselben bis zu der nöthigen Höhe. Auf den Säulen sind etwa 0m,5 lange Holzschwellen befestigt. Diese tragen die ebenfalls etwa 0m,5 hohen Blech träger b1, b2, die gleichzeitig die Seitenwände der eisernen Bahnbedeckung bilden. Zwischen diesen Blechträgern sind in passender Entfernung von einander leichte Holzschwellen durch Winkeleisen befestigt, auf denen die leichten Schienen a1, a2 gelagert sind. Von diesen Schienen ist die eine häufig mit den Blechträgern, die oben mittels einer stückweise abnehmbaren Blechdecke d verbunden sind, die andere mit sämmtlichen eisernen Säulen leitend verbunden. Auf den Schienen laufen kleine vierrädrige Wagen mit etwa 3cm hohen Rädern, deren Achsen aus zwei von einander isolirten Theilen bestehen. Die eine Achse wird durch den rotirenden Cylinder einer kleinen v. Hefner'schen Dynamomaschine gebildet; jeder Umdrehung dieses Cylinders entspricht daher eine Umdrehung der Wagenräder. Wird nun eine stehende Strom erzeugende Dynamomaschine an irgend einer Stelle der Bahn zwischen die beiden Schienen eingeschaltet, so bildet die eine Schiene nebst der Bahnbedeckung die eine isolirte Leitung, während die Erde mittels der eisernen Tragsäulen die Rückleitung bildet. Die leitende Verbindung der Schienen mit den Umwindungsdrähten der Triebmaschine wird durch die Räder hergestellt. Da der Widerstand bei einer Blechstärke der gleichzeitig als Bedeckung, als Träger und als Leiter des elektrischen Stromes dienenden Blechhülle der Bahn von 3mm Blechstärke nur etwa 0,02 Quecksilber-Einheiten für 1km beträgt, so genügt es, alle 20km eine stehende Dynamomaschine zur Stromerzeugung aufzustellen. Da die Wagen, welche die Briefbehälter bilden, sehr leicht sind und ihre Last ebenfalls nicht groſs ist, so werden ihre Achsen 800 bis 1000 Umdrehungen machen können, sie also die Strecke mit Eisenbahngeschwindigkeit durchlaufen. Sind die stehenden Dynamomaschinen wesentlich stärker wie die Triebmaschinen, so wird die Geschwindigkeit eines Wagens sich nicht merklich vermindern, wenn mehrere Wagen gleichzeitig auf der Bahn laufen. Es können also Briefwagen in kurzen Zeiträumen nach einander abgelassen werden. Die Einrichtungen zum allmählichen Herabmindern der Geschwindigkeit und zum schlieſslichen Anhalten der Wagen an der Empfangsstation sind leicht herzustellen und werden hier übergangen. Die Kosten einer solchen Anlage werden wesentlich von den Eisenpreisen abhängen. Bei der augenblicklichen unnatürlichen Höhe derselben wird man sie in der geplanten Gröſse kaum unter 18000 M. für 1km herstellen können. Indem ich diesen Vorschlag der öffentlichen Kritik unterbreite, will ich nur noch darauf aufmerksam machen, daſs solche elektrische Postanlagen nicht an die Eisenbahnen gebunden sind, da einmal das Wesen der Dynamomaschine es ermöglicht, auch groſse Steigungen ohne eine ihnen entsprechende Verminderung der Geschwindigkeit zu überwinden, und da man das erforderliche Niveau der Bahn durch die Höhe der tragenden Säulen herbeiführen kann, ohne eines geebneten Terrains zu bedürfen. Die elektrische Post gestattet daher auch Orten, die keine Eisenbahnverbindung haben, der Wohlthat des schnellen Briefverkehres theilhaftig zu machen. Wir kommen zur zweiten Einrichtung, d. i. die von mir vorgeschlagene elektrische Hochbahn; auf Taf. 32 Fig. 3 bis 6 ist eine solche in 1/75 n. Gr. dargestellt. Die Säulen S aus Schmiedeisen sind in etwa 10m Entfernung von einander an der Straſsenkante des Trottoirs an der Stelle, wo die Straſsenlaternen-Pfosten zu stehen pflegen, aufgestellt. Sie sind 4m,5 hoch, so daſs bei Straſsenübergängen auch die höchst beladenen Wagen ungehindert unter den Blechträgern T, welche die Schienen tragen, durchfahren können. Diese Blechträger sind 40cm hoch und lagern auf Schwellen H aus hartem Holze, die auf den Säulen befestigt sind. Auf den eisernen Längsträgern ruhen die niedrigen Schienen s. Ich übergehe hier die geplanten Sicherheitsvorrichtungen gegen seitliche Schwankungen, Temperaturausdehnungen des Eisens u. dgl., welche aus den Zeichnungen direct ersichtlich sind und vielfach abgeändert werden können. Von Wichtigkeit ist aber, daſs die Längsträger mit den auf ihnen lagernden Schienen in keiner metallischen Verbindung mit einander stehen. Das Geleise ist 1m breit angenommen. Auf ihm bewegen sich die in Fig. 7 und 8 in gröſserem Maſsstabe gezeichneten Personenwagen, die möglichst leicht für 15 Personen construirt sind. Bei diesen will ich nur hervorheben, daſs jedes Rad besonders gelagert ist, und daſs die Achsenlager der Räder jeder Seite in leitender Verbindung mit einander stehen. Die beiden Triebräder R sind mit Riemenscheiben r versehen und erhalten durch diese ihre Triebkraft von der Dynamomaschine, welche unter dem Boden des Wagens angebracht ist. Die Riemen können vom Innern des Wagens aus nachgespannt werden. Die Polenden des Umwindungsdrahtes der treibenden Dynamomaschine stehen mit den Strom leitenden Längsträgern und Schienen durch die Räder der rechten und linken Seite des Wagens in leitender Verbindung. Der elektrische Leitungswiderstand der Träger und Schienen ist etwa 1/90 Einheit für 1km und es wird daher nur eine stehende Maschine für eine ganz Berlin durchlaufende elektrische Hochbahn erforderlich sein. Es sind treibende Marinen angenommen, die mit 5e arbeiten und dem Wagen eine Geschwindigkeit von 30 bis 40km geben. Die Bremsung geschieht durch Stromunterbrechung; gewöhnliche Bremsung kann aber auch durch Kurzschluſs der Maschine des Wagens in sehr kurzer Zeit geschehen. Obschon man in Amerika die früheren Sicherheitseinrichtungen gegen Entgleisungen der Hochbahnwagen als unnöthig fortgelassen hat, ist hier doch eine Fangeinrichtung G projectirt, welche auch bei eintretender Entgleisung das Herabfallen des Wagens von den Trägern T unmöglich macht. Es sind dies starke eiserne Fangarme, welche die obere Flansche der Träger umfassen. Der Preis einer solchen Hochbahn hängt ebenfalls wesentlich vom Eisenpreise ab. Obschon die Anlagekosten aber auch hoch sind (etwa 150000 M. für 1km), so macht doch schon ein Verkehr von 5 Personen im Wagen bei 12 Wagen in der Stunde die Anlage rentabel – eine Folge der äuſserst geringen Betriebskosten des elektrischen Betriebes. Ich übergehe die Einrichtungen der Perrons, der Kreuzungen u.s.w. und will nur noch bemerken, daſs bei der beschriebenen Einrichtung ebenso wie bei der elektrischen Post mehrere Wagen gleichzeitig auf dem Geleise sich bewegen können, ohne daſs die Geschwindigkeit dadurch wesentlich vermindert wird. Wenn auch nicht zu verkennen ist, daſs derartige die Straſsen durchlaufende Hochbahnen für die Bewohner der Straſsen, durch die sie gehen, manches Unangenehme mit sich führen, so werden diese Unannehmlichkeiten doch durch die Wohlthat des schnellen, die Straſse entlastenden Verkehres auch für sie reichlich aufgewogen. Die Construction der Bahn selbst kann bei unbedingter Sicherheit doch so leicht und zierlich ausgeführt werden, daſs von einer Verunstaltung der Straſse durch sie kaum die Rede sein kann. Die elektrisch betriebenen Wagen werden so schnell und geräuschlos, ohne jede andere unangenehme Erscheinungen, wie die Anwendung der Dampflocomotive sie mit sich bringt, über dem Verkehrsgewirre der Straſsen dahin eilen, daſs man sie bald kaum noch beachten wird. Da man der elektrischen Bahn nicht viele Haltestellen geben wird, so werden diese die natürlichen Ausgangs- und Knotenpunkte für Pferdebahn- und Omnibuslinien bilden, diesen aber die unrentablen langen Touren abnehmen. Mit ihrer Hilfe und unter Vermittelung der Stadtbahn würde dann ganz Berlin ein rationelles, schnelles, die Straſsen entlastendes Verkehrssystem erhalten, wie keine andere Groſsstadt es aufzuweisen hätte. Schlieſslich habe ich noch die Anwendung des elektrischen Stromes der Dynamomaschine als Hilfsbetriebkraft für Locomotivbahnen zu erörtern. Eine solche Einrichtung, die sich mannigfach modificiren läſst, ist in den beigegebenen Textabbildungen in 1/100 n. Gr. schematisch dargestellt. In der Mitte zwischen den Schienen, oder besser dicht neben dem Geleise, sind gabelförmige Stützen s aus Hartglas oder gut mit Firniſs getränktem Holze aufgestellt, die ein kupfernes starkes Leitungsseil, welches an den Enden federnd gespannt ist, tragen. Textabbildung Bd. 236, S. 391 Die Wagen, welche mit treibenden Dynamomaschinen M in ähnlicher Weise, wie bei den elektrischen Hochbahnen beschrieben ist, versehen sind, tragen ein System von Rollen r, welche in ähnlicher Weise wie bei der Seilschleppschiffahrt das Leitungsseil S aus seinen Gabelstützen aufnehmen und es nach dem Passiren des Wagens wieder in dieselben niederlegen. Die Rollen, deren Zahl sich nach Bedarf vermehren läſst, bilden die leitende Verbindung zwischen dem Seil und der treibenden elektrischen Maschine, die unter dem Wagen angebracht werden kann und welche durch Riemenbetrieb oder auf andere Weise eine Achse des Wagens dreht Die Rückleitung geschieht mittels des eisernen Gestelles des Wagens und der Räder R durch die Bahnschienen, wenn man es nicht vorzieht, zwei Leitungsseile anzuwenden und nur diese zur Stromleitung zu benutzen. Eine starke stehende Dynamomaschine, die zwischen dem Kupferdrahtseile und den Schienen oder zwischen den beiden Drahtseilen eingeschaltet ist, gestattet dann, eine beliebige Zahl von Achsen des Zuges mit Triebkraft zu versehen. Anstatt des Drahtseiles kann man auch eine feste Leitschiene neben oder auch über der Bahn durch Hartglas oder Holz, isolirt vom Erdboden, anbringen und den Contact derselben mit den treibenden Dynamomaschinen durch einen auf der Leitungsschiene laufenden Contactwagen herstellen, der vom Zuge durch ein leitendes Seil nachgezogen wird. Sollen die Dynamomaschinen zur Bremsung beim Niedergang des Zuges dienen, so brauchen die Polenden der Umwindungsdrähte nur durch einen Metallstreifen in directe leitende Verbindung mit einander gebracht werden. Sie treten dann als Strom erzeugende Dynamomaschinen auf und erhitzen den durch Wasser gekühlten Metallstreifen. Die vom niederrollenden Zuge geleistete Arbeit wird dann zur Dampfentwickelung verbraucht. Bei Gebirgsbahnen mit häufig wechselnden Steigungen würde der nöthige Aufenthalt zum Aus- und Einlegen des Drahtseiles u.s.w. unbequem sein. Man kann dann auch den Dampferzeuger und Motor, sowie die Strom erzeugende Dynamomaschine auf einem besonderen Wagen mitführen, oder sie mit der Locomotive verbinden. Es kann dann eine beliebige Anzahl von Wagen mit Triebmaschinen versehen werden, die durch Leitungsseile mit der Strom erzeugenden Dynamomaschine verbunden sind und durch sie getrieben werden.