Dissertation Grimm

Optimierung der Zugkraft elektrischer Lokomotiven

Bearbeiter: Robert Grimm

Bereits seit Anfang der achtziger Jahre führt das Institut für Elektrische Energiewandlung Forschungsarbeiten zur Antriebstechnik moderner elektrischer Lokomotiven durch. Besonderer Schwerpunkt ist dabei die Entwicklung von Regelungen zur Hochausnutzung des Kraftschlusses zwischen Rad und Schiene. Die Problematik der Zugkraftübertragung auf nasser Schiene hat sich durch die immer höheren installierten Leistungen und die ständig gestiegenen Fahrgeschwindigkeiten weiter verschärft. Letztlich wird es sich auch an dieser Frage entscheiden, ob sich das Rad-Schiene-System gegenüber kraftschlußunabhängigen Verkehrssystemen, wie der Magnetbahn TRANSRAPID behaupten kann.

Das Forschungsprojekt umfaßt sowohl theoretische als auch experimentelle Arbeiten. Im theoretischen Bereich geht es dabei beispielsweise um das Modelldesign der mechanischen und elektrischen Antriebskomponenten einer Lokomotive oder eines Triebzuges. Mit diesen Antriebsmodellen werden anschließend Stabilitätsanalysen im Zustandraum durchgeführt, um das Schwingungsverhalten des Antriebes oder die Dämpfungseigenschaften eines bestimmten Reglers näher zu untersuchen. Außerdem werden Simulationen des Systemes unter MATLAB/SIMULINKdurchgeführt.

Auf experimentellem Gebiet hat das Institut die Möglichkeit, Versuchsfahrten mit der Drehstrom-Serienlokomotive 120 155 als Erprobungsträger für die am Institut entwickelte Radschlupfregelung durchzuführen. Auf der Lokomotive wurde dazu ein Rechnersystem installiert, das als Hardware-Plattform für die in Simulationen entwickelte Radschlupfregelung dient.

Die Ergebnisse erster Versuchs- und Meßfahrten waren vielversprechend, haben aber gezeigt, daß es für weitere Fortschritte auf diesem Gebiet noch intensiver Grundlagenforschung zum besseren physikalischen Verständnis der Zugkraftübertragung zwischen Rad und Schiene bedarf. In näherer Zukunft sind deshalb spezielle Untersuchungen und intensive Meßfahrten mit der Versuchslokomotive geplant. Dabei müssen verschiedene Kräfte und Drehmomente sowie Relativgeschwindigkeiten der Räder in Längs- und Querrichtung meßtechnisch erfaßt werden. Die Kräfte und Wellenmomente werden über Dehnungsmeßstreifen gemessen und berührungslos von dem sich drehenden Antriebsstrang auf das Drehgestell der Lokomotive übertragen. Bei diesen Fahrten fallen große Mengen an Meßdaten an, deren Auswertung, grafische Darstellung und Analyse einen großen Anteil der Arbeit in der Arbeitsgruppe