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 Ein leistungsfähiges Lasersystem für anspruchsvolle Experimente in der Attosekunden-Forschung
19.07.2017 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Solarenergie unterstützt Industrieprozesse
17.07.2017 | FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH

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: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten