mini|Elektrische Lokomotiven der DB, ÖBB und SBB in Buchs SG mini|Elektrische Bahn von Siemens & Halske auf der Berliner Gewerbeausstellung 1879 mini|Mehrsystem-Elektrolokomotive mini|Die MTAB IORE gehören zu den stärksten Elektrolokomotiven der Welt mini|Museumslokomotive E 94 056, Baujahr 1942, ausgestellt in Leipzig Hbf
Eine Elektrolokomotive oder elektrische Lokomotive (kurz Elektrolok, Ellok oder E-Lok) ist eine elektrisch angetriebene Zugmaschine. Im Unterschied zum elektrischen Triebwagen nimmt sie selbst keine Nutzlast (Passagiere, Gepäck oder Güter) auf.
Ihr Antrieb ist rein elektrisch im Gegensatz beispielsweise zu dieselelektrischen oder dampfelektrischen Lokomotiven. Dieser Artikel beschränkt sich auf Stromversorgung über Oberleitung oder Schienen, für andere Konzepte siehe Akkumulatortriebwagen und Brennstoffzellenantrieb von Triebfahrzeugen.
Elektrolokomotiven profitieren vom hohen Wirkungsgrad der Elektromotoren, der über 90 % liegt (schlechterer Wirkungsgrad der Stromerzeugung nicht berücksichtigt). Zudem kann durch die regenerative Nutzbremse Energie rückgewonnen und als Strom ins Netz rückgeführt werden, was den übergeordneten Wirkungsgrad verbessert.
Hauptnachteil des elektrischen Eisenbahnbetriebs sind die hohen Kosten für Infrastruktur wie die Stromzuführung und -bereitstellung: Fahrleitungen, Unterwerke, Speiseleitungen.
Allgemeiner Überblick mini|Einholm-Dachstromabnehmer mini|Führerstand der Be 4/4 15 der BT, Baujahr 1931/32 mini|Führerstand einer russischen Elektrolokomotive (2EV120)
Elektrolokomotiven werden von über dem Gleis angeordneten Oberleitungen oder seltener über Stromschienen mit Energie versorgt, die von auf dem Dach oder bei Stromschienen seitlich am Laufwerk angeordneten Stromabnehmern auf das Fahrzeug übertragen wird. Somit muss die benötigte Energie nicht im Fahrzeug mitgeführt werden, wie es bei Dampf- und Diesellokomotiven der Fall ist.
Die externe elektrische Energieversorgung hat den Vorteil, dass Elektrolokomotiven selbst keine Abgase ausstoßen, aber den Nachteil, dass sie nur dort eingesetzt werden können, wo eine Stromversorgung vorhanden ist. Des Weiteren ist es ein Vorteil, dass Elektromotoren bereits beim Anlaufen das volle Drehmoment entwickeln, während Verbrennungsmotoren unter Last gar nicht anlaufen können. Zusätzlich erreicht eine elektrische Lokomotive bei gleichen Fahrzeugmaßen die etwa zweieinhalbfache Leistung einer Diesellokomotive. Dadurch können Elektrolokomotiven schneller beschleunigen bzw. schwerere Züge bespannen als Diesel- und Dampflokomotiven. Weil natürlich die Art und Weise der Stromerzeugung keinen Einfluss auf die Elektrolokomotiven hat, haben sich Elektrolokomotiven zuerst in Ländern und Regionen verbreitet, in denen die Verwendung von Elektrizität durch z. B. Wasserkraftwerke weit günstiger ist als die Verwendung von Kohle oder Diesel. Die Schweiz, Österreich und Norwegen sind Länder, in denen diese Voraussetzung zutrifft. Die bessere Beschleunigung sowie das bessere Verhältnis von Leistung zu Masse sowie Probleme mit Abgasen in Tunnels trugen ebenfalls zu einer früheren Verbreitung der elektrischen Antriebsweise in diesen gebirgigen Ländern bei.
Manche Bauarten von Triebzügen werden von elektrischen Triebköpfen angetrieben, die an der Zugspitze und/oder am Zugende laufen und im Regelbetrieb nicht von den Wagen getrennt werden. Hierbei handelt es sich technisch weitgehend um elektrische Lokomotiven. Der Unterschied besteht lediglich in der Ausstattung mit nur einem Führerstand und den Kupplungs- und Übergangseinrichtungen zu den Mittelwagen. Beispiele für Elektrotriebzüge mit Triebköpfen sind die ersten beiden Generationen der ICE (ICE 1 und ICE 2), die spanischen Triebzüge der Baureihen 102 und 130, die erste Serie der S-Bahnen Zürich sowie die französischen TGV-Züge. Bei Letzteren ist allerdings bei manchen Baureihen (TGV Sud-Est, Eurostar) zusätzlich auch das erste Drehgestell des direkt hinter dem Triebkopf laufenden Mittelwagens angetrieben.www.hochgeschwindigkeitszuege.com – Überblick über die französischen Hochgeschwindigkeitszüge. Die Achsformeln (Treibachsen, Laufachsen) sind jeweils bei den Zügen angegeben.
Weltweit waren 2021 ungefähr 55 000 Elektrolokomotiven in Betrieb. China Railway ist die größte Betreiberin elektrischer Lokomotiven und besitzt eine Flotte von 16 000 Stück, danach folgen die Bahnen der GUS-Staaten mit gut 15 000 Stück, die Bahnen des restlichen Europas mit 14 000 Stück und Indian Railways mit ungefähr 7200 Lokomotiven.
In den Jahren 2017 bis 2021 wurden in Europa 1350 Elektrolokomotiven ausgeliefert. Den größten Marktanteil hatte Siemens mit ungefähr 770 Lokomotiven, hauptsächlich Siemens Vectron, gefolgt von Alstom mit der übernommenen Bombardier mit ungefähr 420 Lokomotiven mit der Bombardier-Traxx-Plattform und der Alstom-Prima-Plattform. China baut pro Jahr ungefähr 400 Lokomotiven, Indien baut in vier verschiedenen Werken deren 600, davon der größte Teil als WAG-9.
Geschichte mini|Die batteriebetriebene Lokomotive von Charles Page (1851) mini|Elektrolok-bespannter Zug der City and South London Railway (1890) mini|Grubenlok in Godbrange, Frankreich, 1897
Eine frühe experimentelle elektrische Schienenbahn wird Thomas Davenport, einem Schmied aus Vermont, USA, zugeschrieben. Er führte 1835 ein kleines, von einem elektrischen Motor betriebenes Modell einer Schienenbahn vor. Der Schotte Robert Davidson baute 1842 die elektrische Lokomotive Galvani, die bei Probefahrten auf der Edinburgh and Glasgow Railway eine Geschwindigkeit von 6,4 km/h erreichte. Der US-amerikanische Patentamtsangestellte Charles Grafton Page (1812–1868) begann 1850 den Bau einer elektrischen Lokomotive. Deren 15 Kilowatt starker „Kolben“-Motor bestand aus zwei Spulen mit darin eingelassenen Stabankern. Diese wurden durch wechselweises Einschalten der Spulen wie in einer Kolbendampfmaschine hin und her bewegt. Diese Kolbenbewegung wurde mit einer Kurbelstange auf die Treibräder eines dreiachsigen Wagens übertragen. 1840 ließ der in Fischbach bei Bad Schwalbach geborene Johann Philipp Wagner einen kleinen mit einem Elektromotor getriebenen Wagen mit Anhänger auf einem Schienenkreis von 20 Metern Umfang fahren. Er wurde daraufhin beauftragt, eine funktionsfähige große „elektromagnetisch getriebene“ Lokomotive zu bauen und ein Betrag von 100 000 Gulden wurde ihm dafür zur Verfügung gestellt. Er scheiterte jedoch an der Umsetzung, angeblich mangels Kenntnissen über den Zusammenhang von Batteriekapazität und Antriebsleistung. Das Unternehmen von Werner Siemens baute 1879 für die Berliner Gewerbeausstellung eine zweiachsige Elektrolokomotive, die auf einem 300 Meter langen Rundkurs drei Wagen mit je sechs Personen ziehen konnte. Sie gilt als erste praxistaugliche Elektrolokomotive. Bei den meisten frühen kommerziell betriebenen elektrischen Bahnen wurden zunächst straßenbahnartige Triebwagen verwendet, so beispielsweise 1881 bei der von Siemens & Halske gebauten ersten elektrischen Straßenbahn zur Hauptkadettenanstalt in Groß-Lichterfelde bei Berlin, der 1895 in Betrieb genommenen ersten deutschen elektrischen Vollbahn Meckenbeuren-Tettnang im damaligen Königreich Württemberg und weiteren Bahnen. Die erste Elektrolokomotive, die im Dauerbetrieb zum Einsatz kam, war die 1882 von Siemens & Halske für die Königlichen Steinkohlenwerke Zauckerode (Freital) gefertigte Grubenlokomotive „Dorothea“. Sie nahm am 25. August 1882, auf 620 Metern Streckenlänge, ihren Dienst auf und war dort bis 1927 in Betrieb. Hier sammelte man Erfahrungen u. a. mit verschiedenen Stromabnehmern und Anfahrwiderständen. Ab 1890 wurden in bemerkenswertem Umfang elektrische Lokomotiven eingesetzt, und zwar auf den Kleinprofilstrecken der U-Bahn von London. Vor allem der begrenzte Querschnitt der im Schildvortrieb aufgefahrenen Tunnel erzwang hier vorerst die Abkehr von Triebwagen und das Vorspannen des Antriebs in einem separaten Fahrzeug an der Spitze des Zuges. Die City and South London Railway setzte hier die ersten elektrisch betriebenen Züge mit Lokomotivbespannung ein. Bis 1935 fuhren in London lokomotivbespannte Röhrenbahnzüge. 1895 nahm die erste Elektrolokomotive in Regelspur den Betrieb auf. Die von General Electric gebaute Lokomotive der LE-1-Klasse wurde von der Baltimore and Ohio Railroad verwendet, um Reisezüge durch den Stadttunnel von Baltimore zu befördern. Auf dieser Strecke konnten wegen der Rauchbelästigung keine Dampflokomotiven eingesetzt werden. 1901–1903 wurden von der Studiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen auf der Militäreisenbahn zwischen Marienfelde und Zossen Schnellfahrversuche durchgeführt. Der benötigte Drehstrom wurde den Fahrzeugen von Siemens und AEG über eine seitliche, dreipolige Fahrleitung zugeführt. Ein Schnellbahnwagen der AEG erreichte am 28. Oktober 1903 eine Geschwindigkeit von 210,2 km/h und damit den Rekord für Landfahrzeuge, der 28 Jahre lang nicht gebrochen wurde. 1902 Eröffnung des Drehstrombetriebes durch Rete Adriatica auf der Veltlinbahn in Oberitalien. Dies ist die erste elektrisch betriebene Hauptbahn der Welt. Die Lokomotiven stammten von Ganz in Budapest. 1903 nimmt die Erzbahn Chemin de fer de La Mure den elektrischen Betrieb auf. Der Gleichstrom wird der Lokomotive mit der Achsfolge Bo’Bo’ über eine doppelpolige Fahrleitung mit +1200 Volt und −1200 Volt zugeführt. Die Bahn wird erst 1950 auf normale Einfachfahrleitung mit 2400 Volt umgestellt. 1904 ging die schmalspurige Stubaitalbahn von Innsbruck bis Fulpmes als erste Einphasenwechselstrombahn der Welt in Vollbetrieb (3000 V, 50 Hz). 1905 nimmt die Ammergaubahn die ersten Einphasenwechselstromriebwagen (LAG 674–677) und einige Wochen später die erste Lokomotive (LAG 1, spätere Baureihe E 69 der Deutschen Reichsbahn) in Betrieb. Die Spannung betrug 5,5 kV bei Hz. Die Umstellung auf die übliche Spannung von 15 kV erfolgt erst 1950. Von 1905 bis 1909 wurde beim Einphasenwechselstrom-Versuchsbetrieb Seebach–Wettingen in der Schweiz erstmals die Spannung von 15 Kilovolt eingesetzt. Zu Beginn wurde bei diesen Versuchen mit einer Frequenz von 50 Hz gefahren. Dabei wurde in der als Umformerlokomotive bezeichneten Lokomotive ein rotierender Umformer eingesetzt, der den Wechselstrom aus der Fahrleitung in Gleichstrom umwandelte. Mit diesem wurden die Fahrmotoren betrieben. Im weiteren Verlauf des Versuchsbetriebs wurde die Frequenz auf 15 Hz gesenkt. Damit konnte auf den Umformer verzichtet werden und die Bahnmotoren wurden mit Wechselstrom betrieben. Zudem wurden die Störungen im Telefonnetz behoben. 1906 wurde der Drehstrombetrieb auf der Strecke durch den Simplontunnel aufgenommen. 1907 wurde in Hamburg die Hamburg-Altonaer Stadt- und Vorortbahn (heute S-Bahn) mit Einphasenwechselspannung von 6,3 kV und 25 Hz eröffnet 1907 nahm die Maggiatalbahn in der Südschweiz den Betrieb mit Einphasenwechselspannung von 5 kV und 20 Hz auf. Die Motoren der Triebwagen BCFe 4/4 wurden nach dem Vorbild der Versuchsstrecke Seebach–Wettingen direkt mit Wechselstrom betrieben. 1910 eröffnete die Berner Alpenbahn-Gesellschaft Bern–Lötschberg–Simplon (BLS) ihre Versuchsstrecke Spiez–Frutigen mit Einphasenwechselspannung von 15 kV und 15 Hz, siehe BLS F 2x3/3. 1911 die österreichische Mariazellerbahn nimmt den elektrischen Betrieb auf mit Einphasenwechselapannung von 6,5 kV und 25 Hz auf. 1911 Eröffnung des Betriebes auf der Strecke Dessau–Bitterfeld. Erste elektrische Vollbahn in Deutschland, vorerst mit 10 kV und 15 Hz. 1912 wurde die aus Karwendel- und Außerfernbahn bestehende Mittenwaldbahn von Innsbruck bis Reutte in Tirol als erste österreichische Vollbahn-Eisenbahnstrecke mit 15 kV und 15 Hz in Betrieb genommen. Mit der Elektrifizierung der Arlbergbahn wurde die Frequenz auf Hz erhöht.