Frank Julian Sprague – Vater der elektrischen Traktion

Frank Julian Sprague zwischen 1889 und 1892

Frank Julian Sprague zwischen 1889 und 1892 (Foto: The New York Public Library)

Frank Julian Sprague war Marineoffizier und Erfinder

Frank Julian Sprague wurde am 25. Juli 1857 in Milford im Bundesstaat  Connecticut im Nordosten der USA geboren. Connecticut  ist Teil der Region Neuengland. Sprague war ein amerikanischer Marineoffizier und Erfinder, der maßgeblich an der Entwicklung des Elektromotors, der elektrischen Eisenbahnen und der elektrischen Aufzüge beteiligt war. Seine Entwicklungen hatten auch großen Anteil an der Förderung der Stadtentwicklung. Durch bessere Verkehrsanbindungen konnten die Städte wachsen und durch den Einsatz von elektrischen Aufzügen wurde der Bau von Wolkenkratzern erst möglich. Frank Julian Sprague wurde als „Vater der elektrischen Traktion“ bekannt.

Skizzen von Frank J. Sprague, 1878-1880 (New York Public Library Digital Collections)

Skizzen von Frank J. Sprague, 1878-1880 (Skizze: The New York Public Library)

Marineakademie der Vereinigten Staaten und Dienst bei der US-Marine

Sprague wurde 1857 als Sohn von David Cummings Sprague und Frances Julia King Sprague geboren. Er besuchte die Drury High School in North Adams in Massachusetts und brillierte besonders in Mathematik. Im Jahr 1874 bekam er ein Stipendium für die United States Naval Academy in Annapolis in Maryland, das er 1878 als siebtbester seines Studienjahres abschloss. Nach seinem Studium wurde er als Fähnrich bei der US-Marine eingesetzt. Während seines anschließenden Marinedienstes diente er zuerst auf der USS Richmond und dann auf der USS Minnesota. Während sein Schiff im Jahr 1881 in Newport in Rhode Island im Hafen lag, erfand Frank Julian Sprague eine umgekehrte Art von Dynamo. Nachdem er auf die USS Lancaster, dem Flaggschiff der europäischen Staffel, versetzt wurde, installierte er dort das erste elektrische Signalrufsystem auf einem Schiff der US Navy. Frank Julian Sprague  nahm bei der Marine Urlaub um 1881 die Internationale Elektrizitätsausstellung in Paris zu besuchen. 1882 nahm er ebenfalls Urlaub, da er Jurymitglied in der Rubrik Gasmotoren, Dynamos und Lampen bei der Crystal Palace Ausstellung, Sydenham in England, war.

Thomas Alva Edison auf dem Cover von Scientific American

Thomas Alva Edison auf dem Cover von Scientific American (Foto: The New York Public Library)

Mitarbeiter bei Thomas Alva Edison

1883 überredete Edward H. Johnson, ein Geschäftspartner von Thomas Alva Edison, Sprague zum Ausscheiden aus seiner Marinekommission, um für Edison zu arbeiten. Einer von Spragues bedeutenden Beiträgen am Edison-Labor in Menlo Park, New Jersey, war die Einführung von mathematischen Methoden. Vor seiner Ankunft führte Edison noch viele kostspielige Versuch-und-Irrtum-Experimente durch. Spragues Ansatz war es, mit Hilfe der Mathematik die optimalen Parameter zu berechnen um so viel unnötiges Tüfteln zu ersparen. Er leistete wichtige Arbeit für Thomas Alva Edison, so auch die Verbesserung von Edisons Netzeinspeisungen für die Elektrifizierung New Yorks.

Gründung der Sprague Electric Railway & Motor Company

Im Jahre 1884 entschied Sprague, dass sein Interesse an der Nutzung von Elektrizität woanders lag. Er verließ das Edison-Labor in Menlo Park und gründete die Sprague Electric Railway & Motor Company. Bis 1886 hatte die Firma Sprague bereits zwei wichtige Erfindungen auf den Markt gebracht. Einen drehzahlkonstanten, funkenfreien Motor mit festen Bürsten und ein regeneratives Bremsverfahren, bei dem der Antriebsmotor auch als Bremse dient und dabei Energie in das Stromnetz zurückführt. Sein Motor war der erste, der unter wechselnder Last eine konstante Geschwindigkeit aufrechterhielt. Er wurde von Thomas Alva Edison als einziger praktischer Elektromotor empfohlen. Sein regeneratives Bremssystem war wichtig für die Entwicklung des elektrischen Zuges und des elektrischen Aufzugs.

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Richmond Union Passenger Railway Company Album von 1887 bis 1888 (Album: The New York Public Library)

Richmond Union Passenger Railway und West End Street Railway

Spragues Erfindungen beinhalteten mehrere Verbesserungen bei der Entwicklung von Systemen für elektrische Straßenbahnen, die Strom aus Oberleitungen sammeln. Er verbesserte die Entwürfe für eine gefederte Kontaktstange, die 1885 von Charles Van Depoele entwickelt worden war, entwickelte eine stark verbesserte Lagerung für Straßenbahnmotoren und bessere Getriebekonstruktionen und bewies, dass regeneratives Bremsen praktisch ist. Nach dem Test seiner Oberleitungen Ende 1887 und Anfang 1888 baute Sprague die erste erfolgreiche große elektrische Straßenbahn – die Richmond Union Passenger Railway in Richmond, Virginia, die am 02. Februar 1888 ihren Betrieb aufnahm. Die Hügel von Richmond, die lange Zeit ein Transporthindernis waren, haben Steigungen von über 10 Prozent und waren ein ausgezeichneter Beweis für die Vorteile seiner neuen Technologie. Im Sommer 1888 war Henry M. Whitney, von der West End Street Railway Boston, zu Besuch in Richmond. Er schaute sich die dortige Straßenbahn an und beauftragte daraufhin die Sprague Electric Railway & Motor Company mit dem Umbau der Straßenbahn in Boston. Diese wurde zu diesem Zeitpunkt noch von Pferden gezogen. Im Januar 1889 hatte Boston dann seine ersten elektrischen Straßenbahnen, die acht Jahre später als erste Bahnen in Amerika in den Untergrund gingen.

Das Cleveland Circle Car House (Wagenhaus) war ein Depot für die West End Street Railway, die erste elektrische Straßenbahnlinie in Boston, die 1889 gegründet wurde. In den 1890er Jahren wurde dies die größte elektrische Straßenbahn des Landes. Frank J. Sprague elektrifizierte die ursprüngliche Strecke, und bis 1891 betrieb das Unternehmen 217 Meilen Straßenbahnen, die größte elektrifizierte Gleisanlage des Landes. Das Wagenhaus war ein Holzrahmenbau, mit eingeklammerten Gesimsen und anderen neoklassizistischen Details. (Foto: John T. "Jet" Lowe)

Das Cleveland Circle Car House (Wagenhaus) war ein Depot für die West End Street Railway, die erste elektrische Straßenbahnlinie in Boston, die 1889 gegründet wurde. In den 1890er Jahren wurde dies die größte elektrische Straßenbahn des Landes. Frank J. Sprague elektrifizierte die ursprüngliche Strecke, und bis 1891 betrieb das Unternehmen 217 Meilen Straßenbahnen, die größte elektrifizierte Gleisanlage des Landes. Das Wagenhaus war ein Holzrahmenbau, mit eingeklammerten Gesimsen und anderen neoklassizistischen Details. (Foto: John T. „Jet“ Lowe)

Thomas Alva Edison kaufte Spragues Firma

Innerhalb eines Jahres hatten elektrische Straßenbahnen in vielen Städten begonnen, die teureren Pferdebahnen zu ersetzen. Bis 1889 wurden auf mehreren Kontinenten 110 elektrische Eisenbahnen mit Sprague-Ausrüstung in Betrieb genommen oder geplant. Im Jahre 1890 erwarb Thomas Alva Edison, der den größten Teil von Spragues Ausrüstung herstellte,  die Sprague Electric Railway & Motor Company von Frank Julian Sprague. Sprague wandte sich daraufhin den elektrischen Aufzügen zu. Er interessierte sich jedoch weiterhin für die Nutzung von Elektrizität für den städtischen Verkehr und schlug zum Beispiel im Jahr 1901 eine größere Erweiterung der Londoner U-Bahn vor. Während die Straßenbahnen von Richmond elektrifiziert wurden, gaben die erhöhte Fahrgastkapazität und -geschwindigkeit Sprague die Vorstellung, dass ähnliche Ergebnisse beim vertikalen Transport mit elektrischen Aufzüge  erzielt werden könnten  Er sah, dass die Erhöhung der Kapazität von Aufzügen nicht nur die Zeit der Fahrgäste verringern würde, sondern auch den Ertrag von hohen Gebäuden erhöhen würde.  Man könnte Hochhäuser viel höher bauen, als dies mit langsamen hydraulischen oder dampfbetriebenen Aufzügen möglich war. 1892 gründete Frank Julian Sprague die Sprague Electric Elevator Company. In Zusammenarbeit mit Charles R. Pratt entwickelte er den Sprague-Pratt Electric Elevator. Das Unternehmen entwickelte Bodensteuerungen, automatische Aufzüge, Beschleunigungssteuerungen für Fahrkorbsicherungen und eine Reihe von Lastenaufzügen. Der Spague-Pratt-Aufzug lief schneller und mit größeren Lasten als die bisherigen Hydraulik- oder Dampfaufzüge. Weltweit wurden 584 elektrische Aufzüge montiert. Sprague verkaufte dieses Unternehmen 1895 an die Otis Elevator Company.

Die L-Schleife in der Van Buren Street, Chicago. Ansichtskarte um 1900.

Die L-Schleife in der Van Buren Street, Chicago. Ansichtskarte um 1900. (Ansichtskarte: The New York Public Library)

Triebzug-Steuerungen

Spragues Erfahrung mit der Aufzugssteuerung führte ihn zur Entwicklung eines Systems für den elektrischen Bahnbetrieb, das die Entwicklung der elektrischen Traktion beschleunigte. Im Triebzug ist jeder Wagen des Zuges mit elektrischen Fahrmotoren ausgerüstet. Mit Hilfe von Relais, die über Leitungen geschaltet werden, steuert der Lokführer oder der Wagenführer alle Fahrmotoren im Zug gleichzeitig. Für leichtere Züge werden keine Lokomotiven benötigt, da jeder Wagen im Zug einen eigenen elektrischen Antrieb hat. Spragues erster Triebzug-Auftrag kam von der South Side Elevated Railroad in Chicago, Illinois. Dort wurde die erste von mehreren Hochbahnen gebaut, die dort als „L“ bezeichnet wird.  Auf diesen Erfolg folgten schnell umfangreiche Großaufträge in Brooklyn, New York und Boston, Massachusetts.

Zeichnung des Grand Central Terminal in Manhattan in New York, USA mit Straßenausschnitt zu den U-Bahngleisen. Die Zeichnung aus den Jahren 1890 - 1898 stammt aus dem Nachlass von Frank Julian Sprague.

Zeichnung des Grand Central Terminal in Manhattan in New York, USA mit Straßenausschnitt zu den U-Bahngleisen. Die Zeichnung aus den Jahren 1890 – 1898 stammt aus dem Nachlass von Frank Julian Sprague. (Zeichnung: The New York Public Library)

Grand Central Terminal und Aufzüge in Hochhäusern

Von 1896 bis 1900 war Sprague Mitglied der Kommission für die Elektrifizierung des Terminals der New Yorker Central Railroad, einschließlich des Grand Central Terminals in New York City. Er entwickelte ein System zur automatischen Zugbeeinflussung, um die Einhaltung der streckenseitigen Signale sicherzustellen. Um dieses System entwickeln und bauen zu können, gründete er die Sprague Safety Control & Signal Corporation. Zusammen mit William J. Wilgus entwarf er das Wilgus-Sprague-Bodenkontaktsystem, das von den in den Grand Central Terminal führenden Eisenbahnen verwendet wird. Während des Ersten Weltkriegs war Sprague im Marine-Beratungsausschuss. In den 1920er Jahren entwickelte er eine Methode für den sicheren Betrieb von zwei unabhängigen Aufzügen in einem einzigen Schacht, um Bodenfläche zu sparen. Er verkaufte dieses System zusammen mit Aufzugskabinen-Sicherheitssystemen an die Westinghouse Electric Corporation.

Privates und Nachlass

Frank Julian Sprague war verheiratet mit Harriet Chapman Jones. Sie hatten zwei Söhne und eine Tochter. Robert Sprague (ebenfalls ein Erfinder), Julian und Frances. Frank Julian Sprague starb am 25. Oktober 1934 im Alter von 77 Jahren. Er wurde auf dem Arlington National Cemetery in Virginia mit allen Ehren der U.S. Navy begraben. Seine Frau Harriet wurde nach ihrem Tod 1969 bei ihm beerdigt. Nach Spragues Tod übergab Harriet eine beträchtliche Menge an Material aus seiner Sammlung an die New York Public Library, wo es heute noch über die Abteilung für seltene Bücher der Öffentlichkeit zugänglich ist. Weitere Papiere, darunter sechs Bände mit Glückwunschschreiben und Fotos, die Sprague anlässlich seines 75. Geburtstages überreicht wurden, werden in der Chapin Library im Williams College aufbewahrt. Sprague’s Entwicklungen im Bereich der elektrischen Traktion ermöglichten eine Vergrößerung der Städte, während seine Entwicklung des Aufzugs eine stärkere Konzentration in den Geschäftsbereichen der Städte ermöglichte und die Rentabilität von Geschäftsgebäuden erhöhte. Die Erfindungen von Sprague vor über 100 Jahren ermöglichten moderne Stadt- und Schnellbahnsysteme, die noch heute nach den gleichen Prinzipien funktionieren. Die legendären Sprague-Thomson-Fahrzeuge der Pariser Métro, die von 1908 bis 1983 in Betrieb waren, werden heute noch als Sprague-Züge bezeichnet. Spragues Motoren wurden sogar in Sydney Harbour in Australien, eingesetzt. Ein fünf PS starker Lundell-Elektromotor, der zwischen 1900 und 1980 auf der Werft von Cockatoo Island eingesetzt wurde, befindet sich heute in der Sammlung des National Museum of Australia in Canberra.

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Quelle: wikipedia.org