Analyse des Einsatzes von Wirbelstrombremssystemen in schnellfahrenden Regionaltriebzügen

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit untersucht den technischen und kommerziellen Einsatz von Bremssystemen mit Wirbelstrombremsen für Triebzüge mit einer Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h. Elektrische lineare Wirbelstrombremsen wurden bisher nur im Hochgeschwindigkeitsbereich (> 280 km/h) eingesetzt. Diese Bremssysteme arbeiten während ihres Betriebs vollkommen reibungsfrei und sind dadurch besonders verschleißarm und verursachen keine Abriebs- sowie Lärmemissionen. Um eine Aussage treffen zu können, ob der Einsatz in einem bisher neuen Anwendungsbereich einen Kostenvorteil bringen kann, wurde im ersten Schritt durch Recherche ein standardisiertes Fahrzeugkonzept in Form eines 4-teiligen Triebzuges mit dazugehöriger Spezifikation abgeleitet. Es wurde ein Referenzbremssystem bestehend aus Scheibenbremsen als Reibungsbremse und Magnetschienenbremsen festgelegt und verschiedene Konzepte mit Wirbelstrombremsen damit verglichen. Die Magnetschienenbremsen wurden dabei durch Wirbelstrombremsen ersetzt. Für die Komponentenauslegung der Bremssysteme, wurden Bremsberechnungen erstellt. Dabei müssen alle Bremssysteme die gleichen bremstechnisch sowie sicherheitstechnisch relevanten Anforderungen der Spezifikation erfüllen. Auf Basis der Bremsberechnung, wurden Systemstücklisten abgeleitet und daraus die Erstausrüstungskosten ermittelt. Durch eine Verschleißbeurteilung basierend auf den berechneten umzuwandelnden Energien der Bremssysteme, wurden die anfallenden Lebenszykluskosten für den Einsatz des Triebzuges auf drei verschiedenen Referenzstrecken berechnet. Dadurch konnten die anfallenden Total Cost of Ownership (TCO) für die verschiedenen Bremssysteme ermittelt und gegenübergestellt werden. Dabei stellte sich heraus, dass durch den geringeren Verschleiß der Reibungsbremse bei Einsatz einer Wirbelstrombremse bei Betriebsbremsungen sowie Schnellbremsungen, die höheren Anschaffungskosten der Wirbelstrombremse durch die Lebenszykluskosten kompensiert werden und ein Kostenvorteil erzielt wird. Die Ergebnisse zeigen somit, dass durch den Einsatz von Wirbelstrombremsen die in dieser Arbeit geforderten bremstechnischen Anforderungen erfüllt werden und dabei ein Kostenvorteil für den Betreiber gewonnen wird. Dabei beziehen sich die Ergebnisse auf eine theoretische Betrachtung und können von realen Einsatzbedingungen abweichen.

This diploma thesis examines the technical and commercial use of brake systems with eddy current brakes for multiple units with a maximum speed of 160 km/h. Electric linear eddy current brakes have so far only been used in the high-speed range (> 280 km/h). These braking systems work completely friction-free during operation and are therefore very low-wear and do not cause any abrasion or noise emissions. In order to be able to make a statement on whether the use in a new field of application can bring a cost advantage, a standardized vehicle concept in the form of a 4-part multiple unit with a corresponding specification was defined in a first step through research. A reference brake system consisting of disc brakes as friction brakes and magnetic track brakes was defined and various concepts with eddy current brakes were compared with it. The magnetic track brakes were replaced by eddy current brakes. Brake calculations were made for the component configuration of the brake systems. All brake systems must fulfil the same brake-related and safety-related requirements of the specification. Based on the brake calculations, system parts lists were generated, and the original equipment costs were determined. By means of a wear assessment, based on the calculated energies of the brake systems, the life cycle costs were calculated for the use of the train on three different reference routes. This made it possible to determine and compare the total cost of ownership (TCO) for the different braking systems.It turned out that due to the lower wear of the friction brake when using an eddy current brake during service braking and emergency braking, the higher original equipment costs of the eddy current brake are compensated by the life cycle costs and a cost advantage is achieved. The results thus show that the use of eddy current brakes fulfils the braking requirements demanded in this thesis and that a cost advantage is gained for the operator. The results refer to theoretical analysis and may deviate from real operating conditions.