Verleihung des Beuth-Innovationspreises 2003

Im Rahmen des Beuth-Wettbewerbes 2003 der Deutschen Maschinentechnischen Gesellschaft (DMG) wurden drei hervorragende Arbeiten eingereicht. Nach der Prüfung der Arbeiten durch den Beuth-Ausschuss wurde Herr Dr.-Ing. Matthias Victor für seine Dissertation „Massearme Energieversorgung für Traktionsanwendung“ im Rahmen der letzten Mitgliederversammlung der DMG mit dem Beuth-Innovationspreis 2003 ausgezeichnet. Er erhielt aus der Hand des Vorsitzenden des Beuth-Ausschusses, Herrn Dr. Schmidberger, die Beuth-Medaille sowie einen Geldpreis in Höhe von 4.000,– EUR.

Die sehr bemerkenswerte Dissertation befasst sich mit dem Einsatz von Mittelfrequenztransformatoren (400 Hz) zur Gewichtseinsparung bei Schienenfahrzeugen.

Der Beuth-Wettbewerb wird von der Deutschen Maschinentechnischen Gesellschaft (DMG) veranstaltet. Mit dem Wettbewerb soll der fachliche Wettstreit von jungen Diplom-Ingenieuren und Doktoranden angeregt werden. Die Anfänge des Beuth-Wettbewerbes reichen bis zum Jahre 1884 zurück. Seinen Namen erhielt der Wettbewerb nach dem Gründer des königlich preußischen Gewerbe-Institutes Christian Peter Beuth. Seitdem haben jährlich, von der Unterbrechung der beiden Weltkriege abgesehen, Preisausschreiben stattgefunden. Im Laufe der Zeit unterlag der Wettbewerb verschiedenen Änderungen. Waren es zu Beginn klar vorgegebene Aufgabenstellungen aus dem gesamten Bereich der Maschinentechnik, wandelte er sich heute zu einem Ausschreiben, zu dem vorschlagsberechtigte Institutionen, z. B. Universitäten, Arbeiten aus dem Bereich des schienengebundenen Verkehrs beim Beuth-Ausschuss zur Beurteilung und eventueller Preisverleihung einreichen können. Mit der Preisverleihung sollen innovative Arbeiten des Ingenieur-Nachwuchses prämiert werden.

Die bisherigen Preisträger des Beuth-Wettbewerbes sind hervorragende Ingenieure, die in ihren jeweiligen Unternehmen entsprechende Positionen im Management besetzen bzw. besetzten.

Kurzfassung – Dissertation Matthias Victor 2003

Massearme Energieversorgung für Traktionsanwendungen

Im Bereich der Eisenbahntechnik führt die Traktionsenergieversorgung über 16,7 Hz Transformatoren zu hohen Gewichten, großen Volumina und mäßigen Wirkungsgraden. Die vorliegende Arbeit behandelt ein im Vergleich zu dieser konventionellen Topologie innovatives Einspeisesystem, das insbesondere in diesen Punkten eine deutliche Verbesserung verspricht.

Ausgehend von der vorhandenen Technologie werden alternative Einspeisesysteme beschrieben, wobei das System des Multi-Modul-Umrichters mit Mittelfrequenztransformator die größten Vorteile verspricht. Hierbei wird mit Hilfe einer kaskadierten leistungselektronischen Schaltung die Transformatorfrequenz von der Netzfrequenz entkoppelt, so dass der Transformator für eine günstigere Grundfrequenz von 400 Hz ausgelegt werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit wird dabei neben der theoretischen Machbarkeit dieses Systems auch die technische Realisierung anhand einer 1 MVA Testanlage beschrieben und durch Messungen dokumentiert.

Die leistungselektronischen Stromrichter sind auf Basis von Hochvolt-IGBTs mit 3,3 kV Sperrspannung aufgebaut. Deren speziellen Charakteristiken ist ein Kapitel gewidmet. Eine weitere Schlüsselkomponente stellt der 400 Hz-Transformator mit einer Sekundärwicklung und sechzehn Primärwicklungen dar. Seine Auslegung und Messungen zur Bestimmung der Symmetrie und des Wirkungsgrades werden beschrieben.

Neben den genannten Komponenten prägt insbesondere die Regelung die Eigenschaften des Einspeisesystems. Sie kann in zwei Teilbereiche unterteilt werden, wobei einer den netzseitigen Eingangskreis und der andere den Transformatorkreis betrifft. Der netzseitige Regelkreis bestimmt neben dem Leistungsfluss auch die Netzrückwirkungen und wird daher eingehend betrachtet. Die Regelung des Mittelfrequenzkreises berücksichtigt Unsymmetrien des Transformatorkreises. Verschiedene Varianten zu deren Kompensation werden untersucht.

Ein abschließendes Kapitel vergleicht die Kenndaten des neuen Systems mit denen der konventionellen Topologie und gibt einen Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen.