Werkbahn Gütermann in Gutach im Breisgau

Zur Frage der Fahrschalter und Widerstände:

Grundsätzlich müssen die in der "Vor-Elektronik-Zeit" in elektrischen Feldbahnen (und auch Straßenbahnen) verwendeten Gleichstrom-Reihenschlussmotore mittels Vorwiderständen vom Stillstand weg mit Strom versorgt werden. Grund ist der geringe Innenwiderstand des Gleichstrom-Reihenschlussmotors im Stillstand, der sich nur aus dem geringen ohmschen Widerstand des Ankers und der Feldspulen zusammensetzt.
Würde man die volle Betriebsspannung auf den stillstehenden Motor legen, wäre der durchfließende Strom aufgrund des geringen Innenwiderstandes des Motors zu hoch, unliebsame Effekte würden entstehen wie Überlastung der Stromversorgung, Abbrennen des Fahrschalterkontaktes, mechanische und wärmemäßige Überlastung des Motors und bei Last (stillstehender Zug) unerwünschtes Durchdrehen der Räder, u.A. mehr.

Befindet sich der Gleichstrom-Reihenschlussmotor in Drehung, wird sein Innenwiderstand durch die selbst induzierte EMK (elektromotorische Kraft) erhöht und der Stromfluss von selbst begrenzt. Genau dieses Verhalten des Reihenschlussmotors ist erwünscht, bringt es doch im Moment des Losfahrens das höchste Drehmoment auf die Räder - und genau beim Losfahren benötigt man dieses.

Um nun einerseits keine Überlastung von Motor und Elektrik, aber auch kein Rädergleiten beim Anfahren zu erreichen, werden Widerstände vor den Motor geschaltet, welche eine Strombegrenzung bewirken. Diese Wiederstände werden im Allgemeinen "Fahrwiderstände" genannt, was regional abweichen kann ("Anfahrwiderstände", "Vorschaltwiderstände" etc).
(Der Begriff "Anlasswiderstand" erscheint trotz alten Belegen sachlich nicht gut getroffen zu sein,  bezeichnet man doch geläufigerweise mit "Anlasswiderständen" Einrichtungen zum Hochfahren eines Drehstrommotors)

Um nun ein dosiertes Anfahren zu ermöglichen, werden einige Vorwiderstände in Reihe geschaltet und mittels des Fahrschalters sukzessive gebrückt, d.h. wirkungslos. In der ersten Fahrstufe sind somit alle Widerstände in Reihe geschaltet, in der vorletzten Fahrstufe nur mehr einer und in der letzten Fahrstufe wird der Motor direkt an die Fahrspannung gelegt.
Damit erreicht man ein dosiertes Anfahren des Fahrzeuges ohne Überlastung der elektrischen Komponenten und vermeidet Schleudern der Räder. Die Anzahl der Fahrstufen wird bei Feldbahnloks im Bereich von 5 bis max. 10 Fahrstufen liegen.

Die Widerstände werden in der Regel aus Platz- und Kostengründen so dimensioniert, dass die dort entstehende Wärme nur temporär abgeführt werden kann.  Das heißt, dauerndes Fahren - vor allem unter Last - wird zum Abbrennen der Widerstände führen. Somit hat die geschilderte Anordnung: Fahrschalter - Fahrwiderstände - ein Motor genau eine Dauerfahrstufe, nämlich die letzte!
In der Praxis ist dies durch die Charakteristik des Reihenschlussmotors kein Problem, da sich die erreichte Drehzahl an der Last orientiert. D.h. bergauf die letzte Fahrstufe verwendet, wird betrieblich passende Geschwindigkeiten ergeben. In der Ebene wiederum - möchte man langsamer fahren - werden die Fahrwiderstände auch nicht übermäßig warm, da der Stromfluss ein geringer ist, auch kann man mit Schwung fahren, was dem Widerstand ein kurzfristiges Abkühlen ermöglicht.

Die Fahrwiderstände werden - je nach Hersteller - in Draht oder Gußausführung (neuere auch in Blechpressausführung) hergestellt. Widerstandsdraht wird aus einer speziellen Legierung gefertigt, die einen höheren spezifischen Widerstand aufweist als etwa normale Kupferleitungen. Damit kann man kompakte Widerstandsanordnungen bauen, die in gut belüfteten Kästen zusammengefasst wurden und bei Feldbahnloks vielfach unter dem Wagenboden, aber auch auf den Wagenboden gesetzt wurden. Bei größeren Loks oder Straßenbahnen bot sich auch das Dach als Anbringungsort an. Wichtig war die gute Durchlüftung zur Abfuhr der Wärme. Die Drähte konnten durchaus glühend werden.
Bei der Gußausführung der Widerstände wurde das Legierungsmaterial in wellenförmige Wendeln gegossen wobei die Anschlussklemmbereiche bereits integriert waren. Unterschiedliche Wendelzahl ergab bei gleichen Abmaßen unterschiedliche Widerstandswerte, was eine noch kompaktere und wärmetechnisch stabile Ausführung ermöglichte. Freilich war diese Bauart teurer.

Hatte man nun 2 Fahrmotore in der Lok, konnte man die Zahl der Fahrstufen verdoppeln, indem man die Motore beim Losfahren (wieder mit den Widerständen) in Serie schaltete (pro Motor wirkte also die halbe Spannung), nach dem Erreichen der letzten Serienstufe dann die Motore parallel schaltete und gleichzeitig wieder alle Widerstandsstufen vorschaltete, um diese dann in weiteren Fahrstufen fortlaufend zu brücken. Somit hatte man 2 Dauerfahrstufen, nämlich die letzte Serien- und die letzte Parallelstufe. Diese Anordnung erwies sich als optimal für den Betrieb einer Gleichstrombahn, und wurde nur bei größeren Leistungen durch  zusätzliche, nach der letzten Parallelstufe angeordnete Shuntstufe(n) ergänzt, bei der eine höhere Enddrehzahl durch eine Feldschwächung erreicht wurde. Dazu mussten die Feldwicklungen des Motors entsprechend eingerichtet sein.
Die Serien-Parallel-Schaltung erforderte natürlich einiges an Aufwand beim Fahrschalter, mussten doch die Anker und Feldanschlüsse beider Motore in den Fahrschalter geführt werden und entsprechend durch Kontakte umgeschaltet werden. Die Widerstände hingegen mussten nicht ergänzt werden, da diese sowohl in Serie als auch bei den Parallelstufen verwendet werden konnten.

Die erwähnte elektromotorische Bremse ist nun eine weitere Ergänzung der Fahrschaltersteuerung: Man macht sich die generatorische Wirkung der Fahrmotore zu nutze, durch entsprechende polmäßige Umkehr der Feld- oder Ankerwicklung wird der Motor zum Generator, und die Lok erzeugt Strom, wenn sie in Bewegung ist. Durch Belastung des als Generator betriebenen Fahrmotors mit Widerständen wird dieser nun abgebremst und die erzeugte Energie in den Widerständen in Wärme umgesetzt. Es ist leicht vorstellbar, dass ein bergabfahrender Zug auf diese Weise weitgehend verschleißfrei in einem Beharrungszustand gehalten werden kann oder ein fahrender Zug heruntergebremst werden kann. Um die Bremswirkung regulieren zu können, werden ebenfalls mehrere Widerstände durch den Fahrschalter geschaltet, in der ersten, schwächsten Bremsstufe sind sämtliche Widerstände zugeschaltet, die zunehmend gebrückt werden.
Da der als Generator geschaltete Motor nur dann Energie erzeugt, wenn er sich dreht, ist klar, dass die elektromotorische Bremse nicht im Stillstand wirken wird. D.h. sie ist kein Ersatz für eine Handbremse. Versucht man im Gefälle nur mit der elektromotorischen Bremse zum Stehen zu kommen, wird das Fahrzeug zum "Pumpen" kommen, d.h. nahezu stillstehen, dann aber wieder beschleunigen bis die Bremswirkung wieder vorhanden ist, dann wieder fast stehenbleiben,  usw.

Die elektrische Bremse erfordert wiederum einige Kontakte mehr im Fahrschalter, muss doch das Feld (oder der Anker) der Motore umgepolt werden, um eine generatorische Wirkung zu erzeugen.
Hier gab es unterschiedliche Lösungsansätze der Hersteller:
- Im einfachsten Fall wurde der ohnedies vorhandene Fahrtrichtungsumschalter um eine Stufe "Bremsen" erweitert: Es gab also Rück-Bremsen + Rück-Fahren + 0 + Vor-Fahren + Vor-Bremsen. Wollte man bremsen, musste der Fahrschalter auf die Stellung "Aus" gedreht werden, dann der Fahrtrichtungshebel in die entsprechende Bremsstellung gedrückt werden, und dann wieder der Fahrschalter in die Serienstufen geschalten werden, die nun als Bremsstufen dienten. Mechanische Verriegelungen waren nötig, um die den Fahrtrichtungshebel nur in der AUS-Stellung des Fahrschalters bewegen zu können, sowie die Sperrung der Parallelstufen bei Bremsstellung.
Die Fahrwiderstände wiederum wurden gleich auch als Bremswiderstände benutzt, deshalb spricht man in dem Fall von Fahr/Bremswiderständen.
Die Bedienung dieser Art der elektrischen Bremse war gewöhnungsbedürftig, rasches Reagieren musste geübt werden. Für den Straßenbahnbetrieb war diese Art der Bremssteuerung nicht tauglich, und wegen der einfacheren Bauart der Feld- und Grubenbahn vorbehalten.

- Siemens und BBC bevorzugten eine eigene Fahrbremswalze, die neben der Fahrwalze für die Fahrkontakte und der Umkehrwalze für die Fahrtrichtung die Umschaltung zwischen Motor- und Generatorbetrieb besorgte. Die Fahrwalze bekam zusätzliche Bremsstufen in Gegenrichtung zu den Fahrstufen, und beim Übergang zwischen Fahr und Bremsstufen wurde die besagte Umkehrwalze über ein Sternrad betätigt. Der Vorteil der Anordnung war, dass nun mit der Fahrschalterkurbel alleine zwischen den Fahr und Bremsstufen geschalten werden konnte. Der Aufwand für die zusätzliche Walze war allerdings erheblich, und diese war oft ein Quell des Ärgernisses, verzeihte sie ein Heurumreißen des Fahrschalters von Fahr- in die Bremsstellung keineswegs.

- Durch geschickte Anordnung der Fahrschalterkontakte der Fahrwalze war es möglich, auf die Fahr-Bremswalze zu verzichten und die Feldwicklungen direkt mittels den Fahrwalzenkontakten umzupolen. Somit war der Idealzustand der Entwicklung der mechanischen Fahrschalter für Gleichstrombahnen erreicht. Freilich erforderte die Fahrwalze durch eine etwas größere Bauweise mehr Platz als bei den anderen Konstruktionen, setzte sich aber immer mehr durch und war Stand der Dinge bis ins elektronische Zeitalter.

Da bei Kleinloks immer dieselben Widerstände für das Fahren und Bremsen genutzt werden, ist die Dimensionierung kritisch. Bei Gefällefahrten wirkten die Widerstände oft zu kräftig, was Schäden an den Motoren erzeugen kann. Dimensioniert man diese ideal für das Bremsen, so können diese für das Anfahren unter Last zu groß sein, d.h. das Fahrzeug bewegt sich erst bei der zweiten Fahrstufe. Auch hier kann es bei Verbleib in der ersten Fahrstufe zu Motorschäden oder Abbrennen des Widerstands kommen. Die Abstimmung der Widerstände ist somit heikel und sollte auf die örtlichen Gegebenheiten abgestimmt sein.

Generatorisches Bremsen ist immer mit einer hohen Belastung für die Fahrmotore verbunden: Ist beim Fahrbetrieb die Spannung durch die Fahrdrahtspannung begrenzt, so ist sie das beim Generatorbetrieb nicht, fordert also die Isolation des Motors wesentlich mehr. Auch kann es zu wärmemäßigen Belastungen im Gefällebetrieb kommen, die im Zugbetrieb nicht vorkommen können. Vielfach wurde daher bewusst auf die generatorische Bremse verzichtet, um die Motore zu schonen oder es wurde Anweisung gegeben, diese nur im Notfall zu verwenden, besonders wenn eine Druckluftbremse vorhanden war.

Bezüglich der Fahrschalter selbst sind Nockenfahrschalter und Schleifringfahrschalter als Hauptbauarten zu erwähnen. Beim Nockenfahrschalter werden die Schaltkontakte über eine an der Walze angebrachte Nockenkulisse betätigt. Durch Wahl der passenden Steilheit der Nocken erreicht man einerseits ein zügiges Öffnen der Kontakte und andererseits die notwendige Leichtgängigkeit des Fahrschalters für den Bediener.. Der Nockenfahrschalter hat somit neben dem Vorteil robust gegen Bedienungsfehler zu sein den weiteren Vorteil, dass die Kontakte  mit individuellen Blasspulen zum Löschen des entstehenden Lichtbogens beim Öffnen des Kontaktes versehen werden können. Generell ist der Nockenfahrschalter wartungsärmer, jedoch komplizierter mit wesentlich mehr Einzelkomponenten aufgebaut.

Der günstiger herzustellende Schleifringfahrschalter trägt Kontaktringe an der Fahrwalze, auf denen Kontaktfinger schleifen. Die Öffnungsgeschwindigkeit ist hier linear zur Drehgeschwindigkeit der Fahrwalze, d.h. zögerliches Schalten des Fahrschalters führt zu vermehrter Lichtbogenbildung und die Kontaktfinger- und Ringe laufen Gefahr verbrannt zu werden. Hier ist das Geschick des Bedieners gefragt. Weiters ist die Funkenlöschung bei einem Schleifringfahrschalter durch Blasspulen (oft nur eine große) weniger effektiv. Der Schleifringfahrschalter ist daher ungleich empfindlicher,  dafür in der Wartung etwas einfacher.

Sowohl Nocken als auch Schleifringfahrschalter wurden als reine Fahr- oder kombinierte Fahr-Bremsfahrschalter gebaut.

Hallo HF130c

Ich habe selten so ein fachlich versiertes und richtiges als auch lehrreiches Stuck zu einer technischen Einrichtung gelesen.
Respekt & Dankeschön
Daniel

Hallo HF30c,

ich kann mich den Worten von Daniel nur anschließen.
Vielen Dank, dass Du Dir die Zeit genommen hast,
uns die Zusammenhänge verständlich zu erklären!
Hartwig

Guten Morgen zusammen,

nach dem Gleisplan von 1929 hier noch einmal ein zeitlicher Sprung zurück zu dem Gleisplan zur Eröffnung des Bähnle,
der auch graghisch interessanter wirkt, da er teilweise farbig angelegt ist.
Hier der Gesamtplan, im Original im Maßstab 1: 1000, datiert 11.März 1902,  aus dem StA Freiburg:
[Sie müssen registriert oder eingeloggt sein, um das Bild sehen zu können.]
Staatsarchiv Freiburg Q 301/1 Nr. 21

[Sie müssen registriert oder eingeloggt sein, um das Bild sehen zu können.]

Der Ausschnitt vom Bahnhof zeigt , dass 1902 die Gleisanlagen des Bahnhofs Gutach sowohl auf der Schmalspurseite
als auch im Bereich Normalspur deutlich geringer ausgebaut waren als 1929.
Rot eingezeichnet ist der 1. Verladeschuppen der Fa. Gütermann, der ca. 10 Jahre später in Richtung Westen verlegt wurde.


[Sie müssen registriert oder eingeloggt sein, um das Bild sehen zu können.]

Der Ausschnitt mit den fast vollständigen Gleisanlagen im Werk, ebenfalls (im Original ) im Maßstab 1:1000.
Wer möchte, kann sich über die eingetragenen Gleis- und Weichenlängen die Abmessungen der Gebäude auf dem Werksgelände ausrechnen.

Die Veröffenlichung aller Pläne aus dem Landesarchiv Baden-Württemberg, Staatsarchiv Freiburg Q301/1 Nr.21
erfolgt mit freundlicher Genehmigung des StA Freiburg zur Nutzung hier im Kipplore-Forum;
die Veröffentlichungs- und Vervielfältigungsrechte des Landesarchivs Baden-Württemberg sind zu beachten.

Grüße
Hartwig

Danke, Hartwig, dass Du den Plan aus dem Staatsarchiv Freiburg nochmals gezeigt hast.

Der Plan bzw. die Unterschriften von Herrn Hauger (Großh. Bahnbaubureau Waldkirch) und von Gütermann sind datiert auf 11.03.1902. Die Werksbahn ist (nachweislich aus "DER ELZTHÄLER" vom 06.03.1902) am 3. März 1902 in Betrieb gegangen.

Können wir somit feststellen oder glauben, dass die Gleise in der Lage wie dargestellt zur Betriebsaufnahme realisiert wurde?

Dann wären auf dem Werksgelände mindestens 2 Drehscheiben vorhanden gewesen.
Wurden die Drehscheiben auch von A. Koppel geliefert? Ihre Produktpalette hatte auch Drehscheiben im Angebot.

[Sie müssen registriert oder eingeloggt sein, um das Bild sehen zu können.]

Wie lange sind die Drehscheiben dort gelegen?

Grüße aus dem sonnigen Breisgau

Thomas

Hallo Thomas;
auf diesem Plan befinden sich keine Unterschriften, sondern nur ein Vermerk des "Großh. Eisenbahnbaubureau Waldkirch" mit einem Namenskurzzeichen, das von Hauger stammen könnte:
[Sie müssen registriert oder eingeloggt sein, um das Bild sehen zu können.]

Den Vermerk konnte ich bisher nur teilweise entziffern:
"Dieser Plan..... nicht bezüglich des Anschlußgleises  .... Ausführung.
Waldkirch, 11. März 1902
Gr. Eisenbahnbaubureau"

Vieleicht können uns die Spezialisten für alte Handschriften da weiterhelfen.
Grüße
Hartwig

Dann wären auf dem Werksgelände mindestens 2 Drehscheiben vorhanden gewesen.
Wurden die Drehscheiben auch von A. Koppel geliefert? Ihre Produktpalette hatte auch Drehscheiben im Angebot.

Wenn Arthur Koppel die Gesamtgleisanlage erstellt hat, dann hat die Firma auch die Drehscheiben geliefert. Die gehörten ja zum Kerngeschäft der Firma.

Hallo Hartwig,

ich lese da Folgendes:
"Dieser Plan entspricht bezüglich
des Anschlussgleises der Ausführung."

Gruß Wolfram

Danke Wolfram,
so macht es Sinn.
Das menschliche Auge ist halt doch besser als manche Übersetzungsmaschine.
Grüße
Hartwig

Guten Morgen!
Danke, Wolfram, für die wertvolle Übersetzungshilfe.
Damit gewinnt der Plan vom 11. März 1902 eine ganz andere Bedeutung.

Bekanntlich wurde die Werksbahn Anfang März 1902 (Nachweis in DER ELZTHÄLER) in Betrieb genommen. Die Pläne sind somit das Abnahmeprotokoll durch das Bahnbaubureau in Waldkirch. Das "H" sieht für "Hauger", den wir aus den übrigen Schriftverkehren mit Gütermann kennen.

Daraus können wir aber auch schließen, dass die Großherzogliche Staatsbahn damals auch Genehmigungsbehörde für Dritte war, in diesem Fall für die gesamte Anschlussbahn. Spätere Verträge betreffen dann nur noch die Nutzung des Bahnhofvorplatzes.

Hartwig, die Kenntnis des in Sütterlin geschriebenen 1. Vertrags wird somit noch interessanter!

Herzliche Grüße!
Thomas, auf dem Weg ins Generalarchiv