Entwicklung eines modularen Produktbaukastens elektrisch einstellbarer pneumatischer Stromabnehmeransteuerungen moderner Schienenfahrzeuge

Abstract

In den letzten zwei Jahrzehnten ist durch verschiedene Normungen und zusätzlich durch unterschiedliche nationale Bestimmungen eine Weiterentwicklung der Ansteuerung von Stromabnehmern notwendig geworden. Die Kontaktkraft zwischen Schleifleiste und Oberleitung ist normativ geregelt und muss aufgrund von mechanischem Verschleiß und elektrischem Verschleiß genauestens eingehalten werden. Aufgrund von Umgebungsbedingungen wie eingleisige Tunnelstrecken mit höherem Druck, Veränderungen der Festigkeit der Oberleitung durch Verschleiß oder Schwingungen in der Oberleitung ist eine mehrstufige oder elektropneumatische Ansteuerung in vielen Fällen notwendig. Durch die Vielzahl der verschiedenen eingesetzten Komponenten und Module und durch die im Vergleich zu anderen Systemen in der Zugeinheit sehr spät in der Lieferkette bestellte Stromabnehmeransteuerung, ist es zweckmäßig, die Steuereinheit als Produktbaukasten zu entwickeln. Hierbei werden Funktionen in einem systemtechnischen Baukastenmaster definiert, die im Produkt einzelne (Funktionen-) Baugruppen darstellen. Es können dadurch wenige aufwendige Konstruktionsteile für sehr viele Anwendungsfälle verwendet werden. Die Zielsetzung hinter diesen viel aufwendigeren und auch teureren Konstruktionen ist es, durch Modularität die Entwicklungskosten und Einmalkosten sowie die Entwicklungs- und Lieferzeit auf ein Minimum zu senken. Im betrachteten Fall der Steuereinheit eines Stromabnehmers wurde eine allseitig einsetzbare Trägertafel entwickelt, konstruiert und gefertigt, welche in allen Projekten verwendet werden soll. Zusätzlich dazu wurden weitere Komponenten des Baukastens entwickelt, konstruiert und gefertigt. Dadurch ist die Realisierung eines Baukastens für Stromabnehmeransteuerungen von Festwert eingestellten bis elektropneumatischen geregelten Ansteuerung ermöglicht worden. Neben den bereits erwähnten Vorteilen ist durch die Modularität zusätzlich eine Aufwärtskompatibilität, sowie geringe Aufwände für Type Testing gegeben.

In the last two decades innovations in controlling pantographs, due to different standardisation and an increasing number of national regulations, took place. The contact force between contact strips and contact wire is strictly regulated, because of sharply increasing mechanical and electrical wear. Different situations, like long tunnel sections with or without oncoming trains, or vibrations in the contact wires, in using pantographs make it necessary to use multilevel or pneumatic controllers. In consequence of the numerous functions and types of the control units as well as the market-specific short delivery times, it is indispensable to develop the pantograph control unit in a modular product system. For structuring the modular product system, we define essential functions in a master piping scheme. These essential functions represent (functional-) assemblies in the master assembly. The main advantages of a more expansive alternative of the main parts by modularisation are much lower non-recurring costs and faster development and delivery times. In this project there was a general applicable main plate developed, designed and manufactured, which should be used in all further projects. For developing the modular product master, it was further necessary to develop, design and manufacture some more components. With these developments it was possible to realize a modular product system for pantograph control for single-level control to electro-pneumatic control. Beside the previously mentioned advantages, due to the modularity the pantograph control unit there are additional advantages in upward compatible and low effort for type testing.