Zugfunk #13 Mehrsprachiger Wechselstrom

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Der mehrsprachige Wechselstrom bei der Bahn

Zugfunk, hier Zugfunk!
Wie versprochen geht es heute endlich weiter mit unserem großen Thema Strom.
Heute mit einer Sondersendung in der sich alles um den Drehstrom dreht.
Mit dabei sind dieses Mal Sebastian, Marcus und Lukas. Außerdem sprechen wir über die Entwicklung des Drehstroms und die Funktion der verschiedenen Bauteile bei unseren Drehstrom-Fahrzeugen.
Und auch eine neue Ausgabe unseres Spiels darf natürlich nicht fehlen.

Viel Spaß beim Reinhören!

00:00:42 Begrüßung
00:02:28 Lukas im Prüfungsstress
00:04:34 Neuschwansteinexpress
00:09:15 Sebastian ist auch am Lernen
00:25:00 Was ist Drehstrom
00:34:25 Übersicht der Motoren
00:36:12 Grundsätzlicher Aufbau
00:37:16 Rotierendes Magnetfeld
00:44:08 Vorteile des Drehstrommotors
00:51:54 Drehstrommotor von Innen
01:00:00 Stromrichter
01:04:47 4 QS
01:12:56 Saug- und Zwischenkreis
01:46:16 DasSpiel
02:10:09 Presseecke
02:29:24 Feedback
02:49:24 Aftershowparty

Downloadlink: Folge als Download zf13.mp3



Links:

Wikipedia: Drehstrommaschine
Wikipedia: Drehstrom-Asynchronmotor
The Electric Materials Company: Fotos vom Läufer
Wikipedia: Vierquadrantensteller
Wikipedia: IGBT-Thyristor
Wikipedia: Thyristor (allgemein)
Wikipedia: Transistor
Wikipedia: Saugkreis (Zwischenkreis)
FH Stralsund: Pulswechselrichter
berufsschule1ab.de: Drehfeld
blog.oebb.at: Wartung Drehstrommotor
servotechnik.de: Zwischenkreis
servotechnik.de: Pulswechselrichter
Youtube: ICE Nationalhymne
Youtube: Taurus macht Musik
Youtube: ICE Sound bei der Abfahrt
Kölner Stadtanzeiger: Kein zweiter Hauptbahnhof
Süddeutsche Zeitung: Digitales Netz quer durch Deutschland

mit dabei:

Lukas Klein
Marcus Metzdorf
Sebastian Völker

Ihr erreicht uns unter

17 Gedanken zu „Zugfunk #13 Mehrsprachiger Wechselstrom

  1. Zur Frage warum der Drehstrom hat: Das ist nicht vom Motor, der sich so schön dreht, sondern dessen Gegenstück: Der Generator, der sich im Kraftwerk schön dreht. Nen Drehstromgenerator kann man gut Bauen, daher haben wir im Stromnetz ja auch immer drei Phasen.

      • Doofe Autokorrektur und tipperei schnell vorm Aussteigen im Bus …
        „Warum es Drehstrom heißt“ – ihr habt über den Namen spekuliert und hattet Diagramme oder drehende Motoren vor Augen. Erfunden wurde Drehstrom aber bei Kraftwerken, weil das ideal ist um die kinetische Energie optimal in elektrische zu wandeln: Drei Spulen 120° versetzt um einen rotierenden Magneten führen dazu, das an jeder Stellung Energie auf die Spulen übertragen wird. Noch bevor man sich all der Prinzipien klar war hatte man bereits Drehstrom vom drehenden Generator. Dies ist ein Gegensatz zu.B. zum Gleichstrom aus chemischen Prozessen.

        Ein Motor und ein Generator sind ja recht nah verwandt. Dreht man den Rotor am Motor erzeugt man Strom, legt man Strom an nen Generator dreht er sich (wenn man Details mal ignoriert) Wenn der Drehstrom so toll für den Motor ist, dann ist Drehstrom auch das ideal, was man aus Rotation erzeugen kann 😉

  2. Puuh, ziemlich stromlastige Episode 😉 Meine Frage aber zur BR218, wo ich grade ein Video der BR232 schaue: Macht fahren mit Gehörschutz sinn? Ist es auf Dauer nicht zu laut? Grüße

    • Nächste Folge kommt ganz sicher mit weniger Strom 😉

      In den Führerständen ist es gar nicht so laut. Und mit Gehörschutz fahren geht natürlich gar nicht. Du musst ja deine Sifa, PZB, Funk hören können.

      • Das Fahren mit Gehörschutz geht – allerdings nicht ganz so einfach.
        Obwohl mein Arbeitgeber bei Lärmmessungen einen Wert von unter 80 dB(A) gemittelt über eine 8-h-Schicht (was im Arbeitsschutz die Bemessungsgrundlage ist) ermittelt hat, stellt er Mitarbeitern auf Wunsch Gehörschutz zur Verfügung, sogar in Form einer teuren Otoplastik (individuell für jeden einzelnen Mitarbeiter angepasste Formstücke).
        Dazu kommt noch eine individuelle Hörprobe die für JEDEN Mitarbeiter und mindestens alle drei Jahre auszuführen ist – auch ein enormer Aufwand.
        Details zum Thema finden sich in der Broschüre „Lärmschutzmaßnahmen für Triebfahrzeugführer und Lokrangierführer“ der VBG in Zusammenarbeit mit der UBK: http://www.vbg.de/SharedDocs/Medien-Center/DE/Broschuere/Branchen/OePNV_und_Bahnen/Laermschutzmassnahmen_fuer_Triebfahrzeugfuehrer_und_Lokrangierfuehrer_BGI_GUV_I_5147_VBG_Fachinformation.pdf;jsessionid=FB67FA910E96AF7BA4B0424A9145C9E6.live4?__blob=publicationFile&v=8

        Dort sieht man auch, dass weniger das Fahrzeug an sich sondern Strecken mit vielen Pfeiftafeln ein Problem darstellen. Auch Lokrangierführer sind gefährdet (hohe Lärmpegel beim Entkuppeln der Bremskupplungen, Durchgangsprüfung der Hauptluftleitung, Quietschen in engen Gleisbögen etc).

        Bei manchen Privatbahnen ist das Tragen von Gehörschutz sogar Pflicht, insbesondere die Class 66 setzt wohl Maßstäbe in Sachen Lärmexposition im Führerraum 😉

        Der Tf darf aber nicht – da hat Marcus völlig recht – einen beliebigen Gehörschutz auf eigene Faust verwenden.

  3. Dass ein Zug auch ohne Radkranz auf dem Gleis bleiben würde, liegt nicht wie behauptet an der Schwerkraft, sondern am Sinuslauf (https://de.m.wikipedia.org/wiki/Sinuslauf).
    Wenn der Zug z.B. nach links abweicht, dann wird durch die konische Form der Räder der Radius links größer und rechts kleiner. Da beide Räder durch die Achse dieselbe Drehzahl haben, läuft das linke Rad schneller und eilt voraus. Die Achse lenkt somit zur Gleismitte.

    • Hallo Thomas,

      einigen wir uns darauf das das System Rad-Schiene etwas komplexer ist als nur die wirkende Schwerkraft. Du hast recht recht, dass der Sinuslauf ein wichtiger Teil davon ist. Eine extra Folge dazu wäre wohl aktuell etwas zu nerdig 😛

      Grüße, Marcus

  4. Moin zusammen,
    Ich interessiere mich total dafür, warum Drehstromer solche Geräusche erzeugen. Und in einem Internetpodcast bin ich mal fündig geworden. Es liegt an den IGBTs. Diese schalten ja, wenn ich das richtig verstanden habe. Durch dieses sehr sehr häufige Schalten kommt es halt zu Vibrationen. Und genau diese Vibrationen der IGBTs sind es, die sich a) steuern lassen (Nationalhymne ICE) und b) hörbare Frequenzen erzeugen (Vibrationen = Schwingung = Frequenz). So habe ich das verstanden.

  5. Nochmal zu meinem Kommentar: http://omegataupodcast.net/35-moderne-eloks-am-beispiel-der-bombardier-traxx/

    Das ist glaube ich sogar der Podcast, dessen Melodie du erwähnt hattest (eine wirklich schöne Melodie ^^).

    Ab Minute 27 wird’s interessant.

    Aber man hört die Tonleiter oder das Rauschen (bei 146.1/.2) immer genau an den Radsätzen. Sitzt da der Stator und Rotor drin? In dem Podcast wird etwas von magnetischen Komponenten erwähnt, die ebenfalls an der Erzeugung der Töne beteiligt sind. Die IGBTs liefern also die Sinuskurven, während dann am Radsatz der Dreiphasenwechselstrom ankommt, die Energie auf den Rotor und dann eben an den Radsatz in Form von Bewegungsenergie weitergegeben wird.

    Da der Käfigläufer ja nicht langsamer und schneller sein kann und darf als der Rotor, erhöht man die Frequenz passend zur Drehzahl der Radsätze.

    So habe ich das jetzt verstanden. Es gibt ja, nur zum Verständnis, nicht pro Radsatz einen Umrichter, oder? Der Umrichter liefert einmal zentral den Dreiphasenwechselstrom für alle Fahrmotoren.

    Dann ist an der Tonleiter oder an dem ICE-Jaulen maßgeblich der Fahrmotor beteiligt (die IGBTs natürlich indirekt).

    • Hallo Michael,

      ganz genau so sieht das aus. Der so schön hörbare Ton entsteht an den Fahrmotoren, die in der durch den Stromrichter erzeugten Frequenz schwingen. Je nach Drehzahl und angeforderter Leistung variiert diese Frequenz. So entsteht der, angeblich sogar komponierte Ton beim anfahren. Die Anzahl der Stromrichter ist je nach Fahrzeug unterschiedlich. Die Baureihe 101 hat z.B. für jeden Fahrmotor einen eigenen Umrichter.

      Grüße, Marcus

  6. Hallo Ihr Zugfunker,

    Eine Frage zur Rückspeisung. Wie schafft die Lok diese in die korrekten Phasenlage zum Bahnstromnetz vorzunehmen ?

    Grüße Fabian

    • Hallo Fabian,

      das ist wirklich eine gute Frage. Ich könnte jetzt lange rumraten oder ich hole mir kurz Hilfe bei einem Profi: „Soweit ich das weiß, errechnet der 4QS aus den Messwerten der Spannung über der Zeit sowohl Frequenz als auch Phasenlage der Oberleitungsspannung. Damit hat er die Info für die Rückspeisung.“

      Mehr Infos dazu vielleicht in einer späteren Folge.

      • Hallo Marcus
        Das läuft tatsächlich über den 4QS.
        Das Steuergerät vom 4QS ermittelt die Frequenz der Fahrdrahtspannung und taktet dann die Thyristoren so an, dass diese eine der Netzfrequenz angepassten Wechselspannung erzeugt.
        Gruß
        Philipp

  7. Hallo Zusammen.
    Mit der Erklärung des 4QS bin ich so nicht ganz einverstanden.
    Der 4QS ist ein Gesteuerter Gleichrichter und denkt hierbei sogar mit. Bestehen tut der 4QS aus 4 Dioden und jeweils zu jeder Diode ein parallel geschalteter Thyristor. Die Thyristoren haben dabei 2 Funktionen. Die eine ist das erzeugen der Wechselspannung zum Rückspeisen und zum geringen Glätten indem durch die Thyristoren kurzzeitig Kurzschlüsse erzeugt werden. Die restliche Glättung erfolgt dann im Saug- und Zwischenkreis.
    Gruß
    Philipp

  8. Liebe Zugfunker!

    Ich hab Euch neulich schon einen Kommentar zu Eurer jüngsten Folge #23 dagelassen. In der Zwischenzeit hab ich einiges an mir noch fehlenden Folgen von Euch nachgehört und wollte aufgrund meines jetzt besseren/neueren Kenntnisstands ein paar „Falschaussagen“ meinerseits richtigstellen:

    1. @Marcus: Ich hab Dich in meinem ersten Kommentar falsch geschrieben (mit „k“ statt mit „c“) – SORRY for that!
    2. In der Zwischenzeit musste ich beim Nachhören der alten Folgen zu Kenntnis nehmen, dass mich leider keiner von Euch mehr in die Arbeit fährt, da a) Phillip seine kreative Pause macht (da hatte ich bis heute noch die Wissenslücke) und b) Marcus inzwischen auch beim Fernverkehr gelandet ist (auch das hab ich erst nach meinem letzten Kommentar mitbekommen). Schade eigentlich!

    Aber nun zum eigentlichen Grund meines Kommentars an dieser Stelle, die Inhalte der Folge #13. Hauptthema war ja der Drehstrom. Über dessen Namensherkunft wurde ja schon vieles vermutet und gesagt, ich kann da von meiner Seite aus auch nur eine weitere Theorie hinzufügen. Die ist mir gekommen, als ich in einem meiner Bücher aus dem Studium geblättert habe mit dem Titel „Elektrische Maschinen“. Dort drin wird u.a. die Asynchronmaschine ausführlichst besprochen. Das Funktionsprinzip des Asynchronmotors habt Ihr ja hervorragend beschrieben, da gibts eigentlich nichts hinzuzufügen. Im einfachsten Fall sind im Stator drei Leiterschleifen/Spulen eingebaut, die mit U, V und W bezeichnet werden. Die werden an die drei Phasen des Drehstroms angeschlossen. Wenn man sich jetzt einen Schnitt durch den Stator aufzeichnet, in dem die 6 Leiter eingezeichnet sind, sich für verschiedene Zeitpunkte im Phasenverlauf einzeichnet, wie der Strom durch die drei Leiterschleifen fließt UND einzeichnet, welches Magnetfeld dadurch induziert wird, stellt man fest, dass 1.) bei den drei Phasen ein Magnetfeld mit genau EINEM Süd- und EINEM Nordpol entsteht und 2.) dieses Magnetfeld während einer vollständigen Phasenschwingung einmal um genau 360 Grad rotiert. Und meine Theorie ist, dass es genau deshalb „Drehstrom“ heißt. Weil das Magnetfeld sich eben dreht. Es gibt dann auch den schönen Zusammenhang, dass die Drehzahl des Magnetfeldes von der Netzfrequenz und der Polpaarzahl abhängt. Bei EINER Leiterschleife PRO Phase (U, V und W) ist die Polpaarzahl p=1. Bei ZWEI Leiterschleifen PRO Phase, also 6 Leiterschleifen ist die Polpaarzahl p=2 usw. Die Drehzahl des Magnetfeldes ist dann die Netzfrequenz geteilt durch die Polpaarzahl. Also bei 50Hz Netzfrequenz ist die Drehzahl des Magnetfeldes = Drehzahl des Motors 50Hz / 1 = 50 1/sec = 3000 U/min. Polpaarzahl 2 führt zu 25Hz bzw. 1500 U/min. Asynchronmotoren werden in der Regel mit Polpaarzahlen zwischen 1 und 25 hergestellt.

    Da ihr bei der Erklärung der elektrischen Bremse ein wenig ins Schleudern gekommen seid, wollte ich Euch auch hierzu ein wenig Schützenhilfe leisten. Ihr habt auch extra darum gefragt und soweit ich das bisher sehen konnte, ist mir da bisher in den Kommentaren noch kein anderer zuvorgekommen. Ihr habt ja sehr schön die Sache mit dem Schlupf erklärt. Der Rotor läuft dem Stator immer so einen Tick hinterher. Das zeichnet die Asynchronmaschine aus. Der Schlupf ist lastabhängig, je mehr Drehmoment ich dem Motor abverlange, desto größer ist der Schlupf. Im Leerlauf hingegen geht der Schlupf gegen Null (idealisiert). Wenn man nun mit der E-Bremse bremst, gehen die Fahrmotoren in den sogenannten Generatorbetrieb über. D.h., der Schlupf wird negativ. Oder anders gesagt: der Rotor läuft nun dem Stator „voraus“ – man könnte auch sagen: der Zug „schiebt“. Damit der Zug aber auch wirklich bremst, muss die dabei entstehende Energie auch abgenommen werden. Entweder ich vernichte die Energie in Bremswiderständen (hat man ja früher bei den Altbauloks immer gemacht) oder (seit der Baureihe 120) speist man die Energie zurück ins Netz (über den Pulswechselrichter, den Gleichspannungszwischenkreis und den 4QS). Damit das funktioniert, muss natürlich ausreichend Strom fließen (sonst haut das mit der Induktion nicht hin). Deshalb funktioniert die Netzbremse ja auch nur, wenn man an der Fahrleitung hängt. Tut man das nicht, nimmt keiner die Energie ab und die Bremswirkung bleibt aus. Das ist auch der Grund, warum es nicht funktioniert, dass man das Multimeter in der Werkstatt an die Klemmen eines Fahrmotors hält und dann an der Welle dreht: das Multimeter ist ein VIEL zu kleiner Verbraucher. Da haut das mit der Induktion einfach überhaupt nicht hin. Mit der Erklärung, das funktioniert nur bei ausreichender „Erregung“ des Motors (und wie soll ich einerseits einen Motor erregen können und andererseits soll er mir Energie liefern) war so nicht richtig. Die Sache mit der Erregung kommt von den Reihenschlusskommutatormaschinen. Dort muss es eine Erregerspannung geben, sonst funktioniert dieser Maschinentyp nicht. Beim Asynchronmotor braucht es keine Erregung, sondern Induktion. Das ist zwar sehr ähnlich, aber nicht genau das Selbe. Für Induktion braucht es auf jeden Fall einen ausreichend großen Stromfluß. Und bei der E-Bremse im Zusammenhang mit Drehstrommotoren bedeutet das, dass es einen ausreichend großen Energieverbraucher irgendwo im Netz geben muss, damit es zu einer Bremswirkung kommen kann.

    Soweit dazu. Ich hab keine Ahnung, ob das nun verständlich rübergebracht war oder nicht. Bitte gerne nachfragen, wenn dem nicht so sein sollte oder neue Fragen bei Euch aufgetaucht sind. Ich versuch dann, gerne weiterzuhelfen.

    Ansonsten gings noch um das Thema „Digitale Schiene“ in der Presseecke. Da hat mich ein wenig gestört, dass Ihr nur unvollständig gesagt und erklärt habt, was mit „Digitalisierung des Netzes“ gemeint ist. Das ist nicht nur die flächendeckende Einführung von ETCS. Und schon gar nicht ETCS Level 2, wodurch der Vergleich mit einer flächendeckenden Einführung von LZB auch hinkt. „Digitale Schiene“ bedeutet in aller erster Linie mal eine radikale Vereinfachung der Stellwerkslandschaft. Es geht um die Ablösung des bunten Blumenstraußes an vorhandenen Stellwerksbauformen durch sogenannte Digitale Stellwerke (DSTWs), die die nächste Generation von ESTWs darstellen. Im Gegensatz zu einem ESTW werden in einem DSTW die Außenanlagen (Fahrwegelemente und Signale) mit Hilfe von Industrie-Netzwerktechnik angesteuert und nicht mehr über vieladrige Kabelbäume. Außerdem werden statt speziell für ESTWs entwickelter Rechner Industriestandard-Rechner mit standartisierten Sicherheitsfunktionen eingesetzt, die auch in anderen Bereichen zum Einsatz kommen, dadurch sehr viel günstiger in der Beschaffung sind und leichter ausgetauscht werden können. Das gilt für alle Komponenten dieser Stelltechnik: möglichst viel Einsatz von möglichst standardtisierten und weit verbreiteten Bauteilen. Dass dabei auch auf ETCS umgerüstet werden soll (L1 wo heute PZB liegt, L2 wo heute LZB liegt), ist eigentlich nur ein Nebeneffekt dieses Projekts. Dass der komplette Umbau aller bestehenden Stellwerke auf DSTW in dem Zeitrahmen (bis 2030) und für das Geld (die genaue Summe hab ich nicht mehr im Kopf aber war das ein 1-stelliger Milliardenbetrag?) reichlich unrealistisch ist, steht auf einem anderen Blatt. Dass die nahezu unüberschaubare Vielfalt an Stellwerkstechnik in Deutschland aber ein Problem darstellt, dass es zu lösen gilt, und dass ganz ganz viel „Alttechnik“ in diesem Bereich (nicht nur die mechanischen, sondern in zwischen leider auch die Relaisstellwerke) eher am Ende als am Anfang seiner Lebensdauer angekommen ist, ist leider auch nicht von der Hand zu weisen. Insofern ist die „Digitale Schiene“ also schon ein Thema, das man eigentlich mal etwas näher und etwas tiefgründiger betrachten müsste. Trotz der zugegebenermaßen ganz schön dürftigen Darstellung in den Medien.

    Und ein klitzekleiner Seitenhieb ans Rheinufer noch zum Schluss: dass man mit „JaagutÄÄÄHHH“ den Kaiser Franz am laufenden Band zitiert, sollte man eigentlich schon wissen ;-).

    In diesem Sinne, machts gut und lasst bald wieder von Euch hören

    viele Grüße vom Fabian

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