Übung: Antriebstechnik und Fahrzeugkomponenten

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Übung: Antriebstechnik und Fahrzeugkomponenten
Übung: Antriebstechnik und Fahrzeugkomponenten
• Historische Entwicklung von elektrischen Fahrmotoren
• Grundlagen elektrischer Maschinen
• Gleichstrommaschinen
• Wechselstrommaschinen
• Drehstrommaschinen
• Vergleich Asynchron-/Gleichstromreihenschlussmotor
• Sondermaschinen
• Heutige spezifische Anforderungen an Bahnantriebe
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
• Elektrische Systeme elektrischer Triebfahrzeuge
• Energieversorgungs-/Bordnetz
• Schutzeinrichtungen
• Hilfsbetriebe
• (Antrieb)
• Bremsen
• Modularer Aufbau heutiger Fahrzeuge
• Beispiel: EuroSprinter
• Beispiel: Lirex
• Probleme und Risiken
• Literaturverzeichnis
Historische Entwicklung von elektrischen Fahrmotoren
(Quellen:
K. Milz:
P. Mnich:
Vorlesung „Bahnsysteme und ihre Energieversorgung“ [7]
Vorlesung „Neuartige und weiterentwickelte Bahnsysteme“ [2])
1879
Berliner Gewerbeausstellung, Werner v. Siemens,
Erstes elektrisches Triebfahrzeug (Grubenlokomotive)
1881
Erste elektrische Straßenbahn
1882
Erste elektrische Grubenlokomotive
1891/92
Erste Werksversuchsbahn (Siemens & Halske )
1895
Erste Gleichstrom Vollbahnlokomotiven, Amerika
1896
Erste U-Bahn, Budapest
1899
Erste Elektrische Vollbahnlokomotive in Europa, (Schweiz)
1902
Erster Hoch- und Untergrundbahnzug in Berlin
1903
Schnellfahrten 206, 7 und 210,2 km/h
1903
Erste Einphasenwechselstrombahn 25 Hz, 6 kV, Berlin
1904
Erste Lokomotive für Einphasen-Wechselstrom 50 Hz, (Schweiz)
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
1912/13
Übereinkommen betreffend die Ausführung elektrischer
Zugförderung zwischen Baden, Bayern und Preußen,
Einphasenwechselstrom 16 2/3 Hz
1923
Erste Diesellokomotive mit elektrischer Kraftübertragung
1933
Fliegender Hamburger
1936
Einphasen-Wechselstrom 50 Hz in Deutschland, Höllentalbahn
1945
Einphasen-Wechselstrom 50 Hz in Frankreich
1954/55
Schnelligkeitsrekorde in Frankreich mit 1.500 V
Gleichstromlokomotiven 243 und 331 km/h
1968
Erste Stromrichterlokomotive
1972
Erste Drehstromlokomotive
1981
Erster TGV in Frankreich
1988/92
Intercity-Express (ICE)
1994
EU-Initiativen für Bahninteroperabilität in Europa
1999
Serienmäßiger Einsatz statischer Bahnstromumrichter
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
2000
Serienbetrieb ICE-T
2000
Serienbetrieb ICE 3
2006
Geschwindigkeitsrekord mit Serienlokomotive (SIEMENS Taurus 3): 357 km/h
Linearmotortechnik (Rad/Schiene)
People Mover, Japan
People Mover, Australian
diverse Untersuchungen zum Einsatz als Zusatz-Booster für
steile Streckenabschnitte
2000
4. Internationalen Heinz Nixdorf Symposium,
Neue Bahntechnik Paderborn, Universität Paderborn
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Übersicht rotierende Maschinen
Rotierende Maschinen
Elektrische Antriebe
Linearmotoren
Drehstrommotor
Gleichstrommotor
(Fortsetzung
nächste Seite)
Synchronmotor
Asynchronmotor
Einsatz in
einigen TGV Triebköpfen
Einsatz in Nahverkehrsund Regionalfahrzeugen
Transversalflussmotor
Käfigläufermotor
zur Zeit noch nicht im
Einsatz
Einsatz in Nahverkehrs-,
Regional- und
Fernverkehrsfahrzeugen
ICE 1 / ICE 2
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Gleichstromreihenschlussmotor
Übersicht Linearmotorvarianten
Drehstrom-/
Wanderfeldmotor
Linearmotoren
Synchronmotor
Gleichstrommotor
Asynchronmotor
Industrieapplikation
Langstator
Kurzstator
Langstator
Industrieapplikaion
Industrieapplikaion
Kurzstator
Japan
HSST-100L
Transversalflussmotor
eisenbehaftet
Deutschland
Transrapid
Zur Zeit keine
Anwendung
Deutschland
M-Bahn
Deutschland
Neue
Bahntechnik
Paderborn
USA
Grumman
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
eisenlos
Japan
MLX 01
Korea
HML-03
Deutschland
Starlim
Deutschland
EET
USA
Magneplan
USA
Bechtel
Aufbau eines Elektromotors
Anschlussklemmen /
elektrische Ansteuerung
Stator
Kühlung
Rotor
Lager
Baugröße
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Gehäuse
Wirkungsgrad und Verluste von Motoren
Kupferverluste (Ohmscher Widerstand in den Leitern)
- Durch Ankerstrom / Drehmomentbildenden Strom
- durch Erregerstrom (nicht bei Erregung mit Permanentmagneten)
Eisenverluste
- Wirbelstromverluste (geblechte Eisenpakete)
- Ummagnetisierungsverluste (Hysterese)
Zusatzverluste
- Motorkühlung (Ventilator)
- Reibungsverluste (Lager und Dichtung)
- Strömungsverluste im Motor (Luftspalt U-Bahn Nürnberg 1mm, Asynchronmotor im
Nahverkehr 1,2 mm, Drehstrommotor ICE 2,5 mm)
- ...
Die höchsten Verluste treten im Kupfer (in den elektrischen Leitern) und im Eisen (in den
magnetischen Leitern) auf. Sie steigen quadratisch mit dem abgenommenen Drehmoment bei
relativ konstanten Leerlaufverlusten
Wirkungsgrad: Verhältnis abgegebener zu aufgenommener Leistung
Größere Elektromotoren haben höheren Wirkungsgrad ( ⇒ geringere Verluste) bei Nennleistung
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Antriebsdimensionierung
• Überdimensionierung des Antriebs: höhere Bau- und Betriebskosten, erfordert
massivere Auslegung von Fundamenten, Wellen, Elektrik, weniger dynamisches
Verhalten
• Deshalb: Bestimmung der Lastmomente (Lastkennlinien) durch Berechnung und
Messung
• Statische Auslegung: Drehmoment des Motors muss über ganzen Betriebsbereich
größer sein, als Lastmoment
• Dynamische Auslegung: Antrieb muss soviel Drehmomentreserve haben, um Last in
der geforderten Zeit auf die richtige Drehzahl zu bringen
• Thermische Auslegung: Antrieb darf sich nicht über zulässige Temperatur hinaus
erwärmen
• Entscheid für bestimmten Motortyp: z.B. Gleichstrom-, Synchron-, Asynchron-,
Reluktanzmaschine
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Gleichstrommaschine: Aufbau (1)
• Leiter des Rotors werden von Magnetfeld des
Stators durchdrungen
• Mechanische Kommutierung (Stromversorgung des
Rotors) über Bürsten
• Mechanische Festigkeit des Kollektors begrenzt
Maximaldrehzahl
• Drehmoment proportional zum Strom, Drehzahl
proportional zur Spannung
• Erzeugung des Magnetfeldes (Erregung) durch
Gleichstrom oder Permanentmagnete
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Gleichstrommaschine: Aufbau (2)
Quelle: Fischer [3], Franz [4]
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Synchronmotor
• Überwiegender Einsatz als Generator
• Bei Einsatz als Motor ist Ansteuerung durch Leistungselektronik (Frequenzumrichter) notwendig
• (hohe Ströme in Statorwindungen, wenn Rotor nicht mit Statormoment drehen kann)
Asynchronmotor
• Einfache und robuste Bauweise
• Meist verwendete Industrieapplikation
• Direkter Anschluss an das Drehstromnetz möglich (mit Motorschutzschalter)
• Betrieb am Wechselstromnetz mit Kondensator für kleine Leistungen möglich
• Für sehr kleine Leistungen: Spaltpolmotor (Einphasiger Asynchronmotor mit geteiltem Stator)
• Keine Bürsten oder Magnete erforderlich
• Für drehzahlveränderliches Antriebssystem ist Frequenzumrichter erforderlich ⇒ Möglichkeit
eines Gleit- und Schleuderschutzes für Eisenbahnsysteme ( + Überdrehzahlschutz)
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Asynchronmotor: Aufbau
•
•
•
•
•
•
Mehrsträngige, verteilte Wicklungen im Stator
Bestromung so, dass Drehfeld entsteht
Rotornuten mit Al ausgegegossen oder Stäbe aus leitfähigem Material
Stäbe an beiden Enden mit Ring kurzgeschlossen
Statordrehfeld induziert in den Rotorkäfig Ströme
Diese Ströme erzeugen magnetische Pole, die dem
Statordrehfeld folgen
• Ströme werden nur dann induziert, wenn sich
Rotor relativ zum Statordrehfeld bewegt
(⇒ Asynchronmaschine)
Kurzschlussläufer- / Käfigläufer
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Asynchronmotor: Aufbau
Quelle: JRE
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Reihenschluss-Gleichstrommotor und Asynchronmotor in der Bahntechnik
Reihenschlussgleichstrommotor
Asynchronmotor
leicht
leicht(U)
(U)
Steuerung (n)
leistungselektronisch
leistungselektronisch(U,
(U,f)f)
96
96%
%
Wirkungsgrad
90
90%
%
k.k.A.
A.
Gewicht
2,27
2,27kg/kW
kg/kWbzw.
bzw.ca
ca77%
%
des
Fahrzeuggewichtes)
des Fahrzeuggewichtes)
k.k.A.
A.
Kosten
13
13%
%der
derFahrzeugkosten
Fahrzeugkosten
keine,
keine,ohne
ohneFremderregung
Fremderregung
Hilfseinrichtungen
Umrichter
Umrichternotwendig
notwendig
Reihenschluss,
Reihenschluss,
sehr
sehrrobust
robust
Charakteristik
Nebenschluss,
Nebenschluss,bei
beiVerzicht
Verzicht
auf
aufwendige
Regelung
auf aufwendige Regelung
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Motorentypenschild
Alle wesentlichen Maschinendaten
sind auf dem Typenschild jedes
Motors vermerkt.
Quelle: Fischer [3]
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Fahrmotoren ICE
Quelle: Siemens VT
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Motorenaufhängung
Quelle: JRE
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Vergleich ICE Generationen
Quelle: Siemens VT
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Zugkonfiguration ICE 3 und ICE-T
Quelle: Siemens VT
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Dieselelektrisches Triebfahrzeug
Vergleich des
dieselelektrischen
Antriebssystems
mit dem
hydraulischen
Konzept
Quelle: DB AG, Deine Bahn 8, 2000
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Dieselelektrischer Neigetechnik-Triebzug Baureihe 605
• Fertigstellung von 20 Zügen: Juni 2001
• Geplante Einsatzstrecken: Nürnberg-Chemnitz-Dresden
und München-Lindau-Zürich
• Neuer Geschwindigkeitsrekord für
Brennkraftschienenfahrzeuge: 222,6 km/h
• Dieselelektrisches Antriebskonzept mit je einer unter
Flur montierten Dieselmotor (Wassergekühlt, 6-Zylinder)Generatoreinheit je Wagen
• Wechselstromwandler; gemeinsamer, mit Kondensatoren
gestützter Spannungszwischenkreis; Pulswechselrichter;
zwei mal zwei parallel geschaltete Fahrmotoren
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: eb 10/2001
Transversalflussmotor
• Größere Kraftdichte,
geringeres Bauvolumen,
höherer Wirkungsgrad
• Direktantrieb
• Wirkungsgrad: ca. 97 %
• Anfahrmoment: 7,5 kNm
• Leistung: 500 kW
• Masse: 365 kg
• Leistungsgewicht:
0,73 kg/kW
• Vgl. zur ASM: 2,27 kg/kW
(1135 kg bei 500 kW und
Wirkungsgrad 90 %)
Quelle: VDI Nachrichten 11/99, www.iem.ing.tu-bs.de, FTZ DB AG
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Vergleich Rotierender Motor / Linearmotor
Rotierender Motor
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Linearmotor
Linearmotor-Fahrzeuge im praktischen Einsatz
Stationsbereich
Innensausstattung
LINEAR METRO
Osaka
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Antriebsaufhängung im Vergleich
Rotary Motor Truck
Truck Frame Mounting
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Axle Mounting
Komponenten elektrischer Triebfahrzeuge
Quelle: Eisenbahlexikon, transpress
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Zweifrequenz-Güterlokomotive 185
Quelle: DB AG, Deine Bahn 8, 2000
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Bordnetz des dieselelektrischen Lirex
Quelle: Elektrische Bahnen 8/2000 [5]
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Energiespeicher in Schienenfahrzeugen
• Gewinnung und lokale Speicherung von Bremsenergie für nachfolgende Beschleunigung
• Bei fehlender Rückspeisemöglichkeit oder geringer Aufnahmefähigkeit des Versorgungsnetzes
(niedrige Spannung, niedriges Verkehrsaufkommen)
• Energiespeicherauslegung: Etwas unter gesamter kinetischer Energie des Fahrzeuges bei vmax
Bsp.: 110 t, vmax = 120 km/h entspricht 17 kWh; sinnvoll: 12 kWh
60.000 Ladezyklen jährlich bei Regionalverkehrsfahrzeug
Speichermöglichkeiten in Fahrzeugen:
- Batterien
- Schwungradspeicher
- Hochleistungskondensatoren
Anforderungen / Auswahlkriterien:
- Energie- bzw. Ladungsdichte, Leistungsdichte,
- Zyklenzahl/Lebensdauer, Ladungsaufnahme/Ladungsdauer
- (Schnellladung), Selbstentladerate, Arbeitstemperaturbereich,
- Wartungsaufwand, Bauart, Sicherheitsaspekte, Umweltaspekte, ...
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: Steinegger, EI 12/2003
Fahrzyklus und Speicherzyklus
Gewinnung von Bremsenergie für nachfolgende Beschleunigung
Geschwindigkeit v,
Zug-/Bremskraft F
Leistung P
Energie E
Spannung U, Strom I des Energiespeichers
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: Steinegger, EI 12/2003
Energiespeicher in dieselbetriebenen Fahrzeugen
Antriebskonzept ohne Energiespeicher
Antriebskonzept mit Energiespeicher
Vorteile:
• Leistungserhöhung bei Beschleunigung ( ⇒
Fahrzeitverkürzung ⇒ weniger Fahrzeuge für den Umlauf
notwendig und mehr Passagiere zu erwarten)
• Installierte Leistung des Dieselmotors kann reduziert werden
• Geringerer Bremsverschleiß
• Reduzierung Lärm- / Schadstoffemission im Bahnhof
• Emissionsfreier Betrieb in kurzen Tunnelstrecken möglich
• Brennstoffeinsparung von 30 % im Regionalverkehr
(Haltestellenabstand 5 km) möglich
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: Steinegger, EI 12/2003
Energiespeichertechnologien
Quelle: Witt IndustieElektronik
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Auswahl von Energiespeichern
Speicherarten im Vergleich von Energieaufnahme
und Speicherzeitraum
•Energiedichte bzw. Ladungsdichte [Wh/kg]
•Leistungsdichte [W/kg]
•Zyklenzahl / Lebensdauer
•Ladedauer
•Selbstentladerate
•Arbeitstemperaturbereich
•Wartungsaufwand
•Sicherheitsaspekte
•Empfindlichkeit gegen Erschütterungen
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: EUS
Einteilung elektrochemischer Energiespeicher
Quelle: Studienarbeit T. Lauer
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Übersicht Akkumulatorsysteme
Stand: 1998
Quelle: Studienarbeit, T. Lauer
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Blei-Akkumulatoren
Plattenförmiger
PlattenförmigerAufbau
Aufbaueines
einesBleiakkus
Bleiakkus
Chemische
ChemischeEinzelreaktion
Einzelreaktionbeim
beimEntladen
Entladen
Quelle: DB AG, Fachbuch 9/21
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Akkumulatoren
Nickel-Cadmium
Nickel-Cadmium
Akkumulatoren
Akkumulatoren
mit
mitElektroden
Elektrodenaus
aus
faserartigen
faserartigenund
undelastischen
elastischen
Strukturen
Strukturen
Quelle: Hoepecke, BAE
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Schwungrad-Energiespeicher
Stationäre
StationäreInstallation
Installationfür
für
Schienennahverkehrsanwendungen
Schienennahverkehrsanwendungen
Quelle: Witt IndustieElektronik
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Schwungrad-Energiespeicher
Leistungsentnahme aus Mittelspannungsnetz ohne Schwungradspeicher
[min]
Quelle: Witt Industrie Elektronik
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Schwungrad-Energiespeicher
Leistungsentnahme aus Mittelspannungsnetz mit Schwungradspeicher
[min]
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: Witt Industrie Elektronik
Mobiler Schwungradspeicher des Lirex
• • Geräuschminderung
Geräuschminderung
beim
beimAnfahren
Anfahrenim
im
Bahnhof
Bahnhof
• • Leistungssteigerung
Leistungssteigerung
beim
beimBeschleunigen
Beschleunigen
(Booster)
(Booster)
• • Senkung
Senkungdes
desKraftKraftstoffverbrauches
stoffverbrauches
• • Vermeidung
VermeidungVolllastVolllastbetrieb
der
betrieb der
Dieselmaschinen
Dieselmaschinen
• • völlig
völligemissionsfreies
emissionsfreies
Befahren
Befahrenvon
von
kurzen
Streckenabkurzen Streckenabschnitten
schnitten
• • HilfsbetriebeverHilfsbetriebeversorgung
sorgungim
imStand
Stand
bei
abgestelltem
bei abgestelltem
Dieselmotor
Dieselmotor
Quelle: Elektrische Bahnen 8/2000 [5]
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Mobile Schwungradspeicher: Entwicklungsstand
System
Rosseta T2
Maximale Drehzahl (n)
25.000 U/min
Maximale Leistung
350 kW
Energie (bei n)
6 kWh
Leerlaufverlust
bis 3,6 kW
Höhe mit Grundrahmen
1.050 mm
Breite mit Grundrahmen
965 mm
Gewicht Schwungradsystem
Gewicht einschließlich
Leistungselektronik und
Kühler
650 kg
1.200 kg
Quelle: Rosseta Technik GmbH
Zerstörter Gusseisen- und
Kunststoffrotor eines
Schwungradspeichers
Quelle: Burg, Zürich
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Mobile Schwungradspeicher: Beispielrechnung
„Wie schnell muss sich ein gusseisernes
Schwungrad mit einer Masse von 0,65 t und
einem Durchmesser von 85 cm drehen, um eine
Energie von 6 kWh zu speichern?“
2 ⋅ E rot
2 ⋅ E rot
=
1
I
⋅m⋅r2
2
2 ⋅ E rot
2 ⋅π ⋅ f =
1
⋅m⋅r 2
2
ω2 =
f =
2 ⋅ E rot
1
⋅m⋅r2
2
=
2 ⋅π
4 ⋅ 6000 ⋅ 3600Ws
650kg ⋅ (0,425m )2
2 ⋅π
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
1 2
Iω
2
Rotationsenergie
E rot =
Winkelgeschwindigkeit
ω = 2 ⋅π ⋅ f
Trägheitsmoment
(bei Vollzylindern)
I=
1
⋅m⋅r2
2
Rückspeisung bei Bremsung
Netz-/Nutzbremse
Rückspeisung
im Nahverkehr
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quellen: MM, rosetta
Schwungrad-Energiespeicher
Zeit [min]
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: Witt Industrie Elektronik
Brennstoffzelle
Kathode
Anode
Quelle: VDI, IZE
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Wirbelstrombremse
Probleme
Problemeim
im
praktischen
praktischenBetrieb:
Betrieb:
•• stellenweise
stellenweise
Erweichung
Erweichungdes
des
Schienenmaterials
Schienenmaterials
•• ungenügende
ungenügende
elektromagnetische
elektromagnetische
Verträglichkeit
Verträglichkeit
(z.
(z.B.
B.auf
aufSignalSignalanlagen)
anlagen)
•• Wirkung
Wirkungnur
nurbei
bei
hohen
hohen
Geschwindigkeiten
Geschwindigkeiten
Quelle: DB AG
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Magnetschienenbremse
Funktionsweise
Funktionsweiseder
derMagnetschienenbremse
Magnetschienenbremse
Quelle: DB AG, Deine Bahn 9, 2000
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Zugkonfiguration ICE 3 und ICE-T
Quelle: Siemens VT
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Komponenten des Lirex (BR 618/619)
Anordnung
Anordnungder
der
Antriebskomponenten
Antriebskomponenten
auf
aufdem
demDach
Dach
Modulares
Modulares
Antriebskonzept
Antriebskonzept
Quelle: Elektrische Bahnen 8/2000 [5]
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Fahrzeug-Plattformen
Quelle: Siemens TS
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Fahrzeug-Modellbaukasten
Quelle:Siemens TS
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Vorteile des Baukastenprinzips:
Maximierung der Gleichteileanzahl für verschiedene Lokomotivtypen führt zu Synergien:
• Hohe Flexibilität:
- Lokomotivtyp bleibt noch während der Lieferphase wählbar
- Änderung/Umrüstung auch noch nach der Auslieferung möglich (z.B. Nahverkehrspaket,
Zugenergieversorgung)
• Einfachere Fahrzeugzulassung durch vom Lokomotivtyp unabhängige Zulassungsdokumente
• Höhere Sicherheit, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit durch Benutzung von erprobten
Standardkomponenten
• Vereinfachte Wartung durch:
- Reduzierung von Schnittstellen
- Erhöhung der Zugänglichkeit
- Erhöhung der Gleichteileanzahl
• Vereinfachte Infrastruktur (Ersatzteil- / Werkstattanzahl)
• Synergien bei Dokumentation und Schulung
• Kürzere Entwicklungszeiten
Quelle: DB AG, ETG 74 [7]
ETR 09/06
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Beispiel: Bombardier TRAXX; Integrale Plattform
• Konsequente Plattformstrategie
• Weitgehend identisches Layout für verschiedene Traktionstypen
• Flüssigkeitskühlung bei allen Lokomotivtypen durch Zentralkühlanlage mit gleichen
mechanischen Schnittstellen
• Jede funktionale Einheit hat eigenen Platz; Nachrüstung von Komponenten möglich
• Transformator, Netz-Eingangsdrossel, Tank bzw. Zentralkühlanlagen mit
identischen mechanischen Befestigungen
Befestigung E- bzw. D-Power-Package auf dem Mittellangträger
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: ETR 09/06
Beispiel: Bombardier TRAXX; Integrale Plattform
1 – Fahrmotorlüfter
2 – Hochspannungsgerüst
3 – Hilfsbetriebegerüst
4 – Hilfsbetriebestromrichter
5 – Antriebsstromrichter
6 – Kühlturm
7 – Zugsicherungsschrank
8 – Elektronikschrank
9 – Niederspannungsgerüst
10 – Druckluftgerüst
11 – Geräteschrank
12 – Hilfsbetriebetransformator
13 – Hochspannungsgerüst (DC)
14 – Brandlöschanlage
15 – Bremswiderstand
B – Power Package
C – Zentralkühlanlage
D – Saugkreiskondensatorgerüst
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: ETR 09/06
Beispiel: Bombardier TRAXX; Integrale Plattform
• Identische Drehgestelle
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle: ETR 09/06
Getriebeschnitt Strömungsgetriebe (Voith Maxima 40CC)
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Quelle:DNS,
Quelle: ETR
Siemens
09/06
Zugkonfigurationen
Triebfahrzeug /
lokbespannt
konzentriertes Antriebssystem
(mit / ohne Steuerwagen)
Triebkopfzug
konzentriertes Antriebssystem
Triebzug
dezentrales Antriebssystem
(Fern-/Regionalverkehr)
Triebzug
(Nahverkehr)
dezentrales Antriebssystem
(mit Steuerwagen)
Quelle: DB AG, BVG, S-Bahn Berlin
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
Literaturverzeichnis
(1)
Ž. Filipovič:
Elektrische Bahnen – Grundlagen, Triebfahrzeuge, Stromversorgung
Springer Verlag, 1989
(2)
P. Mnich:
Neuartige und weiterentwickelte Bahnsysteme
Vorlesungsskript, TU Berlin, Fachgebiet Betriebssysteme elektrischer Bahnen, 2000
www.bahnsysteme.tu-berlin.de
(3)
R. Fischer:
Elektrische Maschinen,
Carl Hanser Verlag, 1992
(4)
G. Franz, G. Friedel, G. Jung, H. Rudolph:
Rotierende elektrische Maschinen: Generatoren, Motoren, Umformer,
VEB Verlag Technik, 1986
(5)
M. Meyer:
Elektrische Antriebstechnik, Band 1: Asynchronmaschinen im Netzbetrieb und
drehzahlgesteuerte Schleifringläufermaschinen,
Springer Verlag, 1985
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
(6)
M. Meyer:
Elektrische Antriebstechnik, Band 2: Stromrichtergespeiste Gleichstrommaschinen und
voll umrichtergespeiste Drehstrommaschinen,
Springer Verlag, 1987
(7)
K. Milz:
Bahnsysteme und ihre Energieversorgung,
Vorlesungsskript, TU Berlin, 2000
(8)
N. N.:
120, elektrische Lokomotive in Drehstromantriebstechnik für die Deutsche Bundesbahn,
Sonderband Elektrische Bahnen, Oldenbourg Verlag, 1984
(9)
P. Müller:
Elektrische Fahrzeugantriebe: Grundzüge der Theorie und Berechnung,
Beiheft Elektrische Bahnen, Oldenburg Verlag, 1960
(10) J. Janicki:
Dieseltriebfahrzeuge,
Deine Bahn (DB AG) Heft 8, 2000
(11) D. Oesingmann, T. Schencke:
SRD - Switched Reluctance Drive,
TU Ilmenau, Fachgebiet Kleinmaschinen, 2000
www1.e-technik.tu-ilmenau.de/~ema/srmotor/srallg/index.htm
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
(12) www.technische-animation.de
www.technische-animation.de/e2_animations%FCbersicht/e3_elektroanimation/
e4_3phasengenerator/e43phasengenerator.htm
(13) S. Risse, G. Henneberger:
Design and Optimization of a Switched Reluctance Motor for Electric Vehicle Propulsion,
RWTH Aachen, 1999
www.iem.rwth-aachen.de/~risse/index.html
(14) www.iem.ing.tu-bs.de
(15) www.iem.rwth-aachen.de
(16) www.energie.ch
(17) www.fbv.fh-frankfurt.de/lbwww/eltueb
(18) www.unibw-hamburg.de/EWEB/EMA/bmag100.html
(19) W. Margott, U. Gostomski:
Erzeugung und Verteilung elektrischer Energie,
DB-Fachbuch Band 9/21, Eisenbahn-Fachverlag, 1981
(20) J. Janicki:
Die Magnetschienenbremse,
Deine Bahn (DB AG) Heft 9, 2000
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
(21) D. Lenhard, B. Engel, J. Langwost, C. Söffker:
Elektrische Ausrüstung des Triebzuges LIREX Baureihe 618/619 für DB Regio,
Elektrische Bahnen Heft 8, 2000
(22) D. Lenhard:
Der LIREX - Technologieträger für den Nahverkehr,
Eisenbahntechnische Rundschau Heft 10, 2000
(23) G. Katzner, A. Fuchs, B. Kießling:
EuroSprinter-Familie: Plattform individueller Lokomotiven,
ETG Tagungsband 74, VDE-Verlag, 1999
(24) C. Segieth, J. Vitins, J. Nordmann:
Moderne Drehstromlokomotiven – ein Beispiel für eine erfolgreiche Entwicklung
modularer Plattformen,
ETG Tagungsband 74, VDE-Verlag, 1999
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ETG Tagungsband 74, VDE-Verlag, 1999
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
(27) C. Müller:
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Eisenbahningenieur Heft 9, 2000
(28) R. Gammert:
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Deine Bahn (DB AG) Heft 9, 2000
(29) N. N.:
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(31) T. Lauer:
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(32) N. N.:
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BINE Projekt Ino-Service Nr. 7, 1996
http://bine.fiz-karlsruhe.de
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr
(33) N. N.:
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BINE Projekt Ino-Service Nr. 7, 1998
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www.seak.ch/Ftxt_Bremsenergie_1.htm, www.seak.ch/Ftxt_Bremsenergie_2.htm, 1999
Betriebssysteme elektrischer Bahnen
Institut für Land- und Seeverkehr