TU Berlin
FG Elektrische Antriebe
Elektrische Antriebe für Bahnfahrzeuge
WS 2009/2010
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TU Berlin FG EA Elektrische Antriebe für Bahnfahrzeuge
• I. Übersicht zu Bahnsystemen
– Eingrenzung der Bahnsysteme
– Historische Rahmenbedingungen
– Konstruktionsbedingte Anforderungen
– Betriebsbedingte Besonderheiten
– Normen und Zulassungsverfahren
– Energieversorgung für Fernbahnen
• II. Anforderungen an die Antriebssysteme von
Triebfahrzeugen des Nah- und Fernverkehrs (NV, FV)
– Grundlagen elektromechanischer Energiewandlung
– Bewegungswiderstände und Zugkraft-Diagramm FV
– Leistungsauslegung im FV und NV
Inhalts-Übersicht (I)
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• III. Drehstrom-Antriebssysteme für
Gleich- und Wechselstrombahnen
– Drehstrom-Antriebssysteme im NV und FV, Pulswechselrichter
– Lok-E-Ausrüstungen für Ein- und Mehrsystemanwendungen
– E-Ausrüstungen in Straßenbahnen, Metros und U-Bahnen,
Energiespeicherung mit „Super-Caps“
• IV.Fahrmotoren
– Wechselstrom-Kommutator-Motoren (Netzfrequenz 16 2/3 Hz)
– Asynchronmotoren: Funktion, Kenngrößen, Aufbau und Regelung
– Moderne Synchronmotoren mit Permanent-Magnet-Erregung
Inhalts-Übersicht (II)
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• V. Drehmomentübertragung in Bahnfahrzeugen
– Antriebsarten
• Tatzlagerantrieb
• Hohlwellenantrieb, Kardanantrieb
• Direktantrieb
– Anordnung der Antriebe in den Drehgestellen
• Lokomotiven
• Regional- und Nahverkehrs-Fahrzeuge
• Niederflur-Straßenbahnen
– Antrieb an der Haftwertgrenze
• VI. Abschluß-Exkursion
Inhalts-Übersicht (III)
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TU Berlin FG EA Elektrische Antriebe für Bahnfahrzeuge
• I. Übersicht zu Bahnsystemen
– Eingrenzung der Bahnsysteme
– Historische Rahmenbedingungen
– Konstruktionsbedingte Anforderungen
– Betriebsbedingte Besonderheiten
– Normen und Zulassungsverfahren
– Energieversorgung für Fernbahnen
• II. Anforderungen an die Antriebssysteme von
Triebfahrzeugen des Nah- und Fernverkehrs (NV, FV)
– Grundlagen elektromechanischer Energiewandlung
– Bewegungswiderstände und Zugkraft-Diagramm FV
– Leistungsauslegung im FV und NV
Inhalts-Übersicht (I)
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Bahnen mit Verkehrsaufgaben
jjj
Standseil-/Kabelbahnen
Hoch-/ Einschienenbahn
Magnet-Schwebebahnen
Stahlschienengeführte Eisenbahn
Infrastruktur/
Umwelt/Gesetz
Spurweiten
Schienenart
Freiraum
Wettereinfluss
Vibrationen
Signalsysteme
Zulassung
Energieversorgung
Einsatzarten
Fahrzeugarten
Lokomotiven
Dieseltraktion
Fernverkehr
Elektrotraktion
Regionalverkehr Triebzüge
Wechselstrom
Nahverkehr
Sonderfahrzeuge
(Spannung/Frequenz)
Gleichspannung
Personentransport
(Toleranz, Amplitude) Gütertransport
Energieübertragung
Fahrdraht/Stromschiene
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Schwebebahn
in
Wuppertal
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Antriebseinheit
der
Wuppertaler
Schwebebahn
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1
2
3
1
4
H-Bahn Dortmund
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1 Lauffläche für seitliche
Führungsräder
2 Linienleiter
3 Stromschienensystem
4 Laufflächen für Trag- bzw.
Antriebsräder
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Monorail-Bahn in Las Vegas
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• Einspeiseschiene mit 750 V DC
• Pulswechselrichter-gespeiste ASM treiben luftgefederte Gummireifen
• vmax= 85 km/h, betriebsmäßig 75 km/h
• kleine Kurvenradien (< 60 m) und große Steigungen bis 6% möglich
Antriebsprinzip der Monorail-Bahn in Las Vegas
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Magnetschwebebahn Transrapid auf der Teststrecke in Lathen
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15 kV AC,
16,7 Hz
3 kV DC
25 kV AC,
50 Hz
25 kV AC,
50 Hz
1,5 kV DC
3 kV DC
Übersicht der Bahnstromsysteme in Europa
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Quelle: Andreas Steimel: El. Triebfahrzeuge u. ihre Energieversorgung
Beispiele internationaler Spurweiten von Eisenbahnen
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Mehr als 15 verschiedene ATP Systeme in Europa
(Stand 2000)
ATB / ATB-NG
EBICAB
700
/ L10 000
ATB
/ ATB-NG
AWS
ATB / ATB-NG
EBICAB
900
ATB
/ ATB-NG
TBL
ATB / ATB-NG
ZUB 123
ATB / ATB-NG
TVM
KVB
ATB / ATB-NG
INDUSI/
LZB/
SELCAB
ATB
/ ATB-NG
KHP ATB / ATB-NG
ASFA
/ LZB
ATB / ATB-NG
INDUSI
/ LZB
ATB
/ ATB-NG
EBICAB
700
ATB / ATB-NG
EVM ATB / ATB-NG
SIGNUM
ATB / ATB-NG
BACC
/ RSDD
ATB / ATB-NG
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E-Lok mit den Antennen aller europäischen Zugsicherungssysteme
(schematisch)
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DK
S
F
CZ
H
SK
NL
FS
D, A, CH
Quelle: Dr. Ralf Kaminsky, Siemens, transport logistic 2007
Fiktion eines Führerstandes mit allen europäischen
Zugsicherungssystemen
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jjj
Führerstand der Siemens-4-System-Lokomotive BR 189
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Groteskes Beispiel: 15 unterschiedliche Signallichtkombinationen
Ungarn (vorne + hinten)
Schweiz (hinten)
Rangiersonderzeichen
Alle Länder
Spitzensignal
Quelle:
VDB-Vortrag
Brüssel 2004
Alle Länder
Schlusslicht
Schweiz
Falschfahrt
Tschechien
besetztes
Triebfahrzeug
(vorne+hinten)
Dänemark
Falschfahrt
Niederlande
Rangiersonderzeichen
Italien
Sonderzeichen
(Sonderzug)
Dänemark (hinten)
Frankreich,
Norwegen,
Tschechien, Belgien
(alle vorne+hinten)
Rangiersonderzeichen
Tschechien
Sonderzeichen (Halt)
Schweiz
Warnsignal
Niederlande
Warnsignal
Schweden
Warnsignal
Frankreich
Warnsignal (gleichzeitiges Blinklicht)
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Belgien
Warnsignal (wechselndes Blinklicht)
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Zulassungsbehörden in Europa
Land
Zulassungsbehörde
Infrastruktur zugelassene Gutachter
Deutschland EBA
Müssen vom EBA anerkannt sein
DB Netz
Schweiz
SBB-Infrastruktur
BAV
Österreich
BMVIT
ÖBB-Infrstruktur ÖBB Messtechnische Gruppe, VAI
Schweden
Järnvägsstyrelsen
Banverket
Norwegen
Statens Jernbanetilsyn
Jernbaneverket
Dänemark
Jernbanetilsynet
Banestyrelsen DSB Laboratoriet
Niederlande IVW
Prorail
NedTrain
Frankreich DTT
RFF
SNCF
Italien
RFI
CERTIFER
CFL
DSB Laboratoriet
Luxemburg CFL
Slowenien Transport and Communications SZ
SZDC
CD VUZ
Tschechien Drazni Urad
UTK
PKP
CNTK
Polen
(Quelle:VDB-Vortrag Brüssel 2004)
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ICE 2 bei der Ausfahrt aus dem Berliner Hauptbahnhof
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Lok 101 092 vor IC bei der Einfahrt in den Berliner Hauptbahnhof
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Einfahrt eines Regional Express in den Berliner Hauptbahnhof
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Elektrischer Regionalzug FLIRT im Bahnhof Basel
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Neuer DB-Regionalzug BR 442
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Combino-Begegnung auf der
Magaretenbrücke in Budapest
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Neue Flexity-Straßenbahn für Berlin
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Neue Münchner U-Bahn (C-Zug)
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• I. Übersicht zu Bahnsystemen
– Eingrenzung der Bahnsysteme
– Historische Rahmenbedingungen
– Konstruktionsbedingte Anforderungen
– Betriebsbedingte Besonderheiten
– Normen und Zulassungsverfahren
– Energieversorgung für Fernbahnen
• II. Anforderungen an die Antriebssysteme von
Triebfahrzeugen des Nah- und Fernverkehrs (NV, FV)
– Grundlagen elektromechanischer Energiewandlung
– Bewegungswiderstände und Zugkraft-Diagramm FV
– Leistungsauslegung im FV und NV
Inhalts-Übersicht (I)
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Struktur der Bahnstromversorgung in Deutschland
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Diverse Freileitungen nahe Hennigsdorf
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jjj
Ersatzschaltbild einer einfachen Fernbahn-Strecke
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Spannungsverlauf längs der Fahrstrecke (idealisiert)
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