Ein Zwei- bzw. Mehrsystemfahrzeug ist ein elektrisches Schienenfahrzeug, das seine Antriebsenergie über mindestens zwei verschiedene Bahnstromsysteme per Oberleitung und/oder Stromschiene beziehen kann. Damit unterscheidet es sich von einem Einsystemfahrzeug, das nur für ein einziges Bahnstromsystem ausgelegt ist. Der Wechsel zwischen Bahnstromsystemen erfolgt an Systemtrennstellen, entweder während der Fahrt auf freier Strecke oder stationär in Bahnhöfen.
Falls es sich bei dem zur Verfügung stehenden Bahnstrom um Wechselstrom handelt, muss er gegebenenfalls mittels Transformator und Umrichter für die Fahrmotoren umgeformt werden. Darunter fallen beispielsweise Lokomotiven für den europäischen, grenzüberschreitenden Verkehr, die unterschiedliche Bahnstromsysteme auf den einzelnen Streckenabschnitten unterstützen. Auch Stadtbahnwagen werden bei Bedarf als Mehrsystemfahrzeuge ausgeführt. Diese können dann sowohl mit der Straßenbahn-Stromversorgung (meist 600 oder 750 V Gleichspannung) als auch mit der Fernbahnstromversorgung (z. B. 15 kV Wechselspannung) betrieben werden. Beispiele für letzteres sind die Fahrzeuge vom Typ GT8-100C/2S der Karlsruher AVG (seit 1992), desgleichen die der Saarbahn in Saarbrücken.
Die Kombination von elektrischem und Dieselantrieb in einem Fahrzeug wird teilweise ebenfalls Mehrsystemfahrzeug genannt, richtigerweise werden Fahrzeuge mit einem solchen bimodalen Antrieb aber als Zweikraftlokomotiven oder Zweikrafttriebwagen bezeichnet. Ein Beispiel für ein solches Fahrzeug sind die Gem 4/4 der Rhätischen Bahn. Auch Hybridlokomotiven, die im Unterschied zu herkömmlichen Mehrsystem- und Zweikraftfahrzeugen einen zusätzlichen Energiespeicher an Bord haben, werden gelegentlich so bezeichnet.
Ausführungen Je nach Ausführung gibt es Zwei-, Drei- und Viersystemlokomotiven und -triebwagen. Mehrsystemlokomotiven werden seit Anfang der 1960er Jahre eingesetzt. Der zeitraubende Lokomotivwechsel an den Grenzen kann somit entfallen. Diese Lokomotiven müssen jedoch den Bestimmungen und den technischen Anforderungen der verschiedenen Länder genügen, um damit die Interoperabilität zu unterstützen. So verfügen diese Lokomotiven zum Beispiel über mehrere Stromabnehmer mit unterschiedlichen Paletten und Sicherheitseinrichtungen wie beispielsweise Zugbeeinflussungssysteme.
Triebfahrzeuge für zwei Stromsysteme sind als Zweispannungs-, Zweifrequenz- und Zweisystemfahrzeuge möglich.
Zweispannungsfahrzeuge für Gleichspannungsbetrieb sind bei klassischer Widerstandssteuerung relativ einfach zu realisieren, wenn das Verhältnis der Spannungen 1:2 (im europäischen Raum vorrangig mit 1,5 und 3 kV) beträgt. Üblicherweise werden in diesem Fall die Fahrmotoren paarweise unter 1,5 kV parallel, unter 3 kV in Reihe geschaltet. Klassische Gleichstromlokomotiven für 3 kV sind mit verringerter Leistung auch unter 1,5 kV einsatzfähig. Dieses Verfahren wurde beispielsweise auf Grenzbahnhöfen zwischen Frankreich und Italien sowie Spanien angewendet, um die Fahrleitungskonstruktion zu vereinfachen.
Zweifrequenzfahrzeuge sind unter den beiden üblichen Wechselstromsystemen einsetzbar. Der Haupttransformator benötigt Abgriffe für beide Spannungen, eine Spannungsfestigkeit für den höheren Wert und den größeren Eisenquerschnitt für die geringere Frequenz. Dadurch steigt die Gesamtmasse.
Ein Zweisystemfahrzeug für ein Gleich- und ein Wechselstromsystem ist ein Gleichstromfahrzeug mit zusätzlich eingebautem Transformator mit fester Übersetzung.
Dreisystemfahrzeuge sind relativ selten, die meisten davon gibt es für die Kombination von 25 kV, 50 Hz sowie 1,5 und 3 kV Gleichspannung. Jede andere denkbare Kombination war zumindest bei klassischer Steuerung mit wenig Aufwand zum Viersystemfahrzeug zu erweitern. Geändert hat sich das mit der Einführung des Drehstromantriebes mit Gleichstrom-Zwischenkreis. Diese hat den Bau von Fahrzeugen für zwei Wechsel- und ein Gleichspannungssystem vereinfacht, das zweite Gleichspannungssystem erfordert wiederum einen höheren Aufwand (beispielsweise durch von Stern- auf Dreieckschaltung umschaltbare Fahrmotoren). Bei vielen Mehrsystemfahrzeugen differieren die Antriebsleistungen unter unterschiedlichen Fahrdrahtspannungen. Erst die Steuerung durch Leistungselektronik hat gleiche Leistungen unter unterschiedlichen Spannungen ermöglicht, wobei die hohen Ströme unter 1,5 kV und ihre Übertragung auf die Fahrzeuge noch immer begrenzend wirken.
mini|Lokomotive der Baureihe 181.2 mini|E186 bzw. Belgische Baureihe 28, eine Mehrsystemvariante von Bombardier Traxx mini|Zweisystemtriebwagen Reihe 4855 der ÖBB mini|Zweisystemlokomotive 371 002 der České dráhy im Dresdner Hauptbahnhof
Viersystemlokomotiven wurden bisher nur im europäischen Normalspurnetz realisiert. Hier sind sie für 25 kV Wechselspannung mit 50 Hz, 15 kV Wechselspannung mit 16,7 Hz und auf die beiden Gleichspannungen von 3 kV und 1,5 kV ausgelegt. Sie können elektrisch auf allen elektrifizierten Normalspurstrecken in ganz Europa mit Ausnahme von Südengland verkehren; Beispiele sind die Lokomotiven der Reihe 189 der Deutschen Bahn AG oder früher die Lokomotiven der Baureihe 184 der Deutschen Bundesbahn. Die Lokomotiven müssen jedoch über Einrichtungen der länderspezifischen Zugbeeinflussungssysteme sowie passende Stromabnehmer verfügen.
Fahrzeuge für mehr als vier Stromsysteme sind zwar technisch möglich, doch bestand zumindest bisher dafür kein Bedarf.
Problematisch war insbesondere bei Drei- und Viersystemfahrzeugen in klassischer Steuerung die Vielteiligkeit der Konstruktion, damit zusammenhängend eine erhöhte Störanfälligkeit und zusätzlich eine gegenüber Einsystemfahrzeugen mit gleicher Leistung deutlich höhere Masse. Deshalb konnten sie sich nicht allgemein durchsetzen, ihre Verbreitung blieb immer sehr begrenzt. Das änderte sich erst mit der Serienreife des Umrichterantriebes mit Drehstromasynchronmotoren. Bei diesen ist die Mehrsystemfähigkeit mit deutlich weniger Massezuwachs verbunden. Problematisch bleiben die unterschiedlichen Zugbeeinflussungseinrichtungen.
Geschichte Erste Mehrsystemfahrzeuge gab es schon vor 1910, allerdings war damals ein ungleich höherer technischer Aufwand notwendig. Die Triebwagen der Reihe 200 der Lokalbahn Wien–Baden sind ein Beispiel für frühe Zweisystemfahrzeuge: Die 1907 gebauten Fahrzeuge besaßen eine normale Widerstandssteuerung mit Fahrschalter für den Betrieb unter 600 Volt Gleich- und einen Transformator mit dazugehörigen Stufenschalter für den Betrieb unter 750 V Wechselspannung. Die Motoren Type BME 50 der ÖSSW vertrugen beide Stromsysteme. Die 1927/28 gelieferte Wagen der Nachfolgebauart 220/230 besaßen bereits eine elektropneumatische Schützensteuerung, die Wendepole der Motoren wurden mittels eines Nebenschlusses mit Drosselspule für beide Stromsysteme nutzbar gemacht. Der Zweisystembetrieb wurde bis 1945 aufrechterhalten.
Als 1948/49 die Westbahn in Oberösterreich elektrifiziert wurde, hatte die mit Gleichstrom betriebene Lokalbahn Lambach–Haag das Nachsehen, die sie auf mehreren Kilometern die Hauptstrecke mitbenutzte. Der Betriebsführer Stern & Hafferl baute für diesen Abschnitt schließlich zwei Gleichrichterwagen, die mit der Hochspannungsausrüstung, einem Transformator und Quecksilberdampfgleichrichtern ausgerüstet wurden und die Einphasenwechselspannung der Fahrleitung in Gleichspannung umwandelten. Diese wurde durch eine Leitungsverbindung zum abgebügelt laufenden Triebfahrzeug übertragen.
1992 stellte die Albtal-Verkehrs-Gesellschaft die ersten Zweisystemstadtbahnwagen in Dienst, die nach der BOStrab und der EBO zugelassen wurden, auf Straßenbahn- und Eisenbahnoberbau einschließlich der Herzstückbereiche von Weichen und Kreuzungen laufsicher sind und außerdem unter den Fahrleitungsspanngen von 750 Volt Gleich- und 15 kV Wechselspannung bei 16,7 Hz eingesetzt werden können. Diese Verknüpfung nennt man auch Karlsruher Modell.
Zwei- und Mehrsystemlokomotiven Die SNCF setzt zahlreiche Mehrsystemfahrzeuge ein. Da es in Frankreich zwei Bahnstromsysteme (1,5 kV Gleich- und 25 kV, 50 Hz Wechselspannung) gibt, sind sie auch im Binnenverkehr im Einsatz, z. B. SNCF BB 26000. Die TGV-Triebzüge und die aus ihnen abgeleiteten der Renfe-Baureihe 100 sowie die von Eurostar sind ebenfalls zwei- und teilweise mehrsystemfähig. Die SNCF stellte außerdem für den internationalen Verkehr z. B. 1964 zehn Viersystemlokomotiven der Baureihe CC 40100 in Dienst. Diese imposanten Lokomotiven wurden im TEE-Verkehr nach Belgien, Deutschland und in die Niederlande eingesetzt. Die Höchstgeschwindigkeit betrug 180 km/h, die Dauerleistung 3670 kW. Heute verkehren auf diesen Relationen Thalys-Einheiten.
Weitere Bahnverwaltungen setzen Mehrsystemlokomotiven ein z. B. die SNCB (Belgien), ČD und ÖBB (Österreich). Wegen der Lage des belgischen Netzes, das an jeder Grenze an ein anderes Stromsystem stößt, wurden für die SNCB schon relativ früh Viersystemmaschinen gebaut. Auch in Tschechien und in der Slowakei gibt es Mehrsystemlokomotiven im Binnenverkehr, da das Streckennetz teilweise mit 3 kV Gleichspannung und mit 25 kV, 50 Hz Wechselspannung elektrifiziert ist. Die ČD besitzt zusätzlich der deutschen Reihe 180 baugleiche Lokomotiven unter den Baureihenbezeichnungen 372 (120 km/h) beziehungsweise 371 (160 km/h) für 3 und 15 kV. Die Taurus-Lokomotiven der österreichischen Reihe 1216 sind für den Betrieb nach Italien und Slowenien neben den beiden üblichen Wechselspannungen zusätzlich für 3 kV Gleichspannung ausgerüstet.
Die Triebzüge der Renfe-Baureihe 130 sind eines der seltenen Beispiele von Zweisystemtriebzügen, die zusätzlich im Betrieb zwischen iberischer Breit- und Normalspur umspurbar sind.
Seit der Öffnung des europäischen Binnenmarktes verkehren auch Privatbahnlokomotiven auf europäischen Stecken.
Das Problem in Europa sind die länderspezifischen Zugbeeinflussungssysteme. Die Lokomotiven müssen mit den entsprechenden Fahrzeuggeräten ausgerüstet sein. Das bedeutet nicht nur einen hohen Kostenaufwand, es ist auch wegen des vorhandenen Einbauraumes und der Fahrzeugmasse problematisch. Zwischenzeitlich wurde zwar das einheitliche Zugbeeinflussungssystem ETCS entwickelt, dessen Einbau jedoch nur sehr langsam erfolgt, sodass der freizügig länderübergreifende Einsatz der Lokomotiven noch schwierig ist.
Deutsche Bahn Im von der Deutschen Bundesbahn 1968 eingeführten EDV-Nummernplan wurde für Mehrsystemlokomotiven der Stammnummernbereich 180 bis 189 vorgesehen. Seit der Umstellung auf die UIC-EDV-Nummern wird auf diesen Nummernbereich keine Rücksicht mehr genommen; die zweifrequenzfähigen Eurodual-Lokomotiven von Stadler wurden als Reihe (2)159 eingeordnet, Siemens Vectron und Siemens Smartron als Baureihen (6)191 bis (6)193. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über alle Mehrsystem-Lok-Baureihen die im deutschen Fahrzeugeinstellungsregister hinterlegt sind oder sich im Besitz der Deutschen Bahn AG oder einer ihrer ausländischen Tochterunternehmen befinden.
Baureihe 159 180 181 182 alt 182 neu 183 alt 183 neu 184 185 186 187 188 189 191 192 193 Indienststellung 2019 1988 1967 1959 2000 1962 2006 1966 2000 2006 2011 2017 2003 2015 2018 2010 Ausmusterung – – 2018 1982 – 1969 - 2002 – – – – – – – – Anzahl Einheiten 0 20 29 3 25 1 0 5 405 0 200 0 100 8 0 100 Achsfolge Co’Co’ Bo’Bo’ Stromsysteme ~ 15 kV, 16,7 Hz 25 kV, 50 Hz — 25 kV, 50 Hz Stromsysteme = — 3 kV — — — — 1,5 kV3 kV — 1,5 kV3 kV 1,5 kV3 kV — — 1,5 kV3 kV 1,5 kV3 kV — 1,5 kV3 kV Dauerleistung 6150 kW 3080 kW 3200 kW 2500 kW 6400 kW 2150 kW 6400 kW 3000 kW 5600 kW 5600 kW 5600 kW 5600 kW 6400 kW 6400 kW 5600 kW 6400 kW Höchstgeschwindigkeit 160 km/h 120 km/h 160 km/h 120 km/h 230 km/h 100 km/h 230 km/h 140 km/h 140 km/h 160 km/h 160 km/h 160 km/h 140 km/h 200 km/h 160 km/h 200 km/h
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