Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Perfekt gerüttelt: Next-Generation-Stromabnehmer für High-Speed-Züge

29.07.2013
Die Stromversorgung durch die Oberleitung kann gerade für Hochgeschwindigkeitszüge ein Problem werden. Die TU Wien entwickelt Lösungsideen.

Wenn Züge schnell unterwegs sind, können deren Stromabnehmer den Kontakt zur Oberleitung verlieren. Es bilden sich Lichtbögen, der Verschleiß steigt an. Um das zu verhindern, werden an der TU Wien neue Verfahren entwickelt, um Dachstromabnehmer (auch: Pantographen) nicht bloß passiv durchrütteln zu lassen, sondern mit Hilfe eines ausgeklügelten Regelungssystems Schwingungen der Oberleitung vorherzusehen und aktiv entgegensteuern zu können.


Der Pantographen-Prüfstand an der TU Wien
TU Wien

In Zusammenarbeit mit der Firma MELECS MWW GmbH wird am Standort Arsenal der TU Wien ein hochleistungsfähiger Pantographen-Prüfstand entwickelt, an dem die Beanspruchungen von Pantographen in Zugfahrten realitätsnah simuliert werden können. Dr. Alexander Schirrer vom Institut für Mechanik und Mechatronik der TU Wien erhielt für dieses Projekt den Wirtschaftskammerpreis 2013.

Lichtbögen zerstören Oberleitungen

Die Kopplung von Pantographen mit Oberleitungen stellt ein äußerst komplexes schwingungsfähiges System dar. Bei hohem Tempo kann es leicht passieren, dass die Fahrleitung nicht mehr direkt am Stromabnehmer aufliegt. „Wenn der Kontakt nicht mehr gegeben ist, zieht der Pantograph einen Lichtbogen. Es entsteht u.a. große Hitze, was dann zu starkem Verschleiß führt“, erklärt Alexander Schirrer. Nicht nur der Pantograph selbst kann so beschädigt werden, vor allem verursachen die Schäden an den Oberleitungen oft hohe Kosten.

Für Hochgeschwindigkeitszüge ist das ein schwerwiegendes Problem: Entweder muss man für sie aufwändige alternative Methoden der Strom-Übertragung finden, oder man entwickelt Pantographen, die trotzdem zuverlässig den Kontakt mit der Oberleitung halten.

Schwingungen elektronisch vorausahnen

„Einfach die Kraft zu messen, die von der Leitung auf den Pantographen ausgeübt wird, und abhängig davon die Position des Pantographen nachzujustieren, reicht nicht aus“, erklärt Prof. Stefan Jakubek, Leiter der Arbeitsgruppe für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung. „Man braucht ein aktives Regelungssystem, das genau vorhersehen kann, wie sich das System in den nächsten Sekundenbruchteilen verhalten wird und vorausschauend die richtigen Maßnahmen ergreift.“

Damit das möglich wird, braucht man freilich ein mathematisches Modell, das die Oberleitungen, die Kopplung zwischen ihnen und ihre Wechselwirkung mit dem Pantographen genau beschreibt. „Mit einem nichtlinearen Modell mit vielen Freiheitsgraden können wir das Verhalten des Systems zwar gut verstehen, doch um es direkt in die Steuerung des Pantographen einzubauen ist es zu kompliziert“, sagt Stefan Jakubek. Die Steuerung muss auf der Skala von Sekundenbruchteilen ablaufen, für aufwändige Computerberechnungen bleibt da keine Zeit.

Alexander Schirrer arbeitet daher daran, möglichst einfache Näherungslösungen zu entwickeln, mit denen man die Bewegung des Pantographen und der Oberleitung in Echtzeit anpassen kann. Genau dafür ist der neue Prüfstand von entscheidender Bedeutung: „Ein Industrieroboter gibt die Bewegung vor, die dem Verhalten der Oberleitungen bei einer Hochgeschwindigkeitsfahrt entspricht“, sagt Alexander Schirrer. „Fahrten von 300 oder 400 km/h können wir damit genau simulieren.“ Darunter befindet sich der Pantograph, dessen Bewegung mit Hilfe verschiedener Vorhersagemodelle in Echtzeit geregelt wird. So lässt sich genau studieren, wie gut neue Methoden zur aktiven Pantographenregelung in der Praxis funktionieren.

Von der Grundlagenforschung direkt zur Industrie-Anwendung

„Der Prüfstand erlaubt virtuelle Testfahrten bei hoher Geschwindigkeit unter genau kontrollierten Bedingungen. Für die Entwicklung verlässlicher Pantographen ist das unverzichtbar“, sagt Stefan Jakubek. Die Firma MELECS, die den Aufbau des Versuchsstandes finanzierte, wird so die Möglichkeit erhalten, höhere Einsatzflexibilität und vor allem geringere Lebenszykluskosten für ihre Produkte zu erreichen. Mit Hilfe der Forschung an der TU Wien soll MELECS zum Marktführer im Bereich der Pantographen für Hochgeschwindigkeitszüge werden. Von der Wirtschaftskammer Wien wurde das Projekt mit dem Wirtschaftskammerpreis 2013 ausgezeichnet, der mit 25.000 Euro dotiert ist.

Rückfragehinweise:
Dr. Alexander Schirrer
Institut für Mechanik und Mechatronik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8, 1040 Wien
T: +43-1-58801-325521
alexander.schirrer@tuwien.ac.at
Prof. Stefan Jakubek
Institut für Mechanik und Mechatronik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8, 1040 Wien
T: +43-1-58801-325510
stefan.jakubek@tuwien.ac.at
Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2013/high_speed_zuege/ Weitere Fotos
http://youtu.be/NkuiprEMp2U Video

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Sonne ernten auf zwei Etagen – Agrophotovoltaik steigert die Landnutzungseffizienz um über 60 %
22.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

nachricht DFKI-Roboter erkunden autonom Lavahöhlen auf Teneriffa
21.11.2017 | Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, DFKI

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bakterien als Schrittmacher des Darms

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ozeanversauerung schädigt Miesmuscheln im Frühstadium

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die gefrorenen Küsten der Arktis: Ein Lebensraum schmilzt davon

22.11.2017 | Geowissenschaften