Theoretischer Hintergrund: Der Gleit- und Schleuderschutz

Wer die Zugkraft optimal ausnutzen möchte, muss alle relevanten physikalischen Werte kennen und ihr Zusammenspiel verstehen. Nur so ist es möglich Leitungssteigerungen zu erreichen. Siemens nutzt zur kontinuierlichen Verbesserung des Schleuderschutzes, Systeme und Methoden, die Einblick in die Zusammenhänge geben und diese kontrollierbar machen. Der theoretische Hintergrund erlaubt einen Blick hinter die Kulissen.

Ausnutzung der physikalischen Maxima

Die Ausnutzung der physikalischen Maxima vorhandener Kraftschlussverhältnisse erfolgt durch eine dynamische kontinuierliche Kraftschlussregelung sowie eine Begrenzungsregelung der Radbeschleunigung. Eine Bandbreite verschiedener Systeme dient dabei der Maximierung der Zugkraftausnutzung:

Fahrwiderstandsbeobachter

Der Fahrwiderstandsbeobachter ist ein unabhängiges System, das aus den zur Verfügung stehenden Größen wie Fahrmotordrehzahlen etc. die momentane Betriebssituation des Fahrzeuges bestimmt. Er liefert ein Abbild der Zugmasse und Streckensteigung. Die ermittelten Werte sind Grundlage für die weitere Verarbeitung.

Ist-Geschwindigkeitsermittlung

Die Fahrzeuggeschwindigkeit über Grund ist eine wichtige Größe. Sie wird unter Zuhilfenahme des Fahrwiderstandsbeobachters ermittelt. Das effiziente System ist unabhängig von Radarsystemen, die üblicherweise sehr sensibel auf unterschiedliche Streckenverhältnisse (z. B. Brücken) und Witterungsbedingungen (z. B. Schnee) reagieren.

Radschlupfregelung

Die Radschlupfregelung regelt entsprechend der vorliegenden Adhäsionsverhältnisse die Schlupfgeschwindigkeit der Radsätze gegenüber der tatsächlichen Geschwindigkeit über Grund. Eine dynamisch geregelte Radumfangsgeschwindigkeit führt zu größtmöglicher und gleichmäßiger Zugkraftentfaltung je nach Grenzschichtbeschaffenheit zwischen Rad und Schiene.

Radsatzkonditionierung

Unter Radsatzkonditionierung versteht man die Vergrößerung des Verlustleistungseintrages in die Kontaktpaarung Rad-Schiene zur Beeinflussung der Grenzschicht. Dies geschieht durch temporäres Steigern der Radschlupfsollwerte bei niedrigen Adhäsionsbeiwerten. Dadurch ergibt sich eine Laufflächenaufrauhung zugunsten höherer ausnutzbarer Zugkräfte und damit verbundener Verbesserung des Zug-/Bremskraftniveaus. Das System ist so ausgelegt, dass es zu keinem nennenswerten Einfluss auf die Lebensdauer der Räder und die Qualität der Laufflächen kommt.

Zugkraftassistent

Der Zugkraftassistent verlagert die nicht auf die Schiene übertragbaren Zugkraftvorgaben einzelner Antriebe oder Antriebsgruppen auf momentan weniger ausgenutzte Antriebe oder Antriebsgruppen mit vergleichsweise geringer Dynamik. Er dient damit der Kompensation von Achsentlastungen durch Anlenkungsmomente in Drehgestellen und Lokomotivkasten sowie der im statistischen Mittel unterschiedlich ausnutzbaren Reibwerte der Antriebe bzw. Antriebsgruppen.

Schutz mechanischer Bauteile vor Überbeanspruchung

Unter dem Schutz mechanischer Bauteile vor Überbeanspruchung versteht man die Vermeidung von Flachstellen an Rädern und das Verhindern des Schleuderns von Radsätzen stehender Fahrzeuge, aber auch das Bekämpfen von Schwingungen im Antriebsstrang.

Flachstellenschutz

Der Flachstellenschutz verhindert wirkungsvoll Flachstellen an elektrisch gebremsten Radsätzen durch Verringerung der maximalen Drehmomente bis auf Null bei sehr kleiner Radgeschwindigkeit. Damit wird ein Stillstand der Radsätze bei sich bewegender Lokomotive durch die elektrische Bremse ausgeschlossen.

Ratterschutz

Der Ratterschutz ist ein System zu Ermittlung und Bekämpfung von Schwingungen im Antrieb. Mögliche Schwingungen sind stark abhängig von den momentan herrschenden Schienenverhältnissen. Falls Schwingungen auftreten, werden diese aktuell erfasst und durch die Regelung wirksam bekämpft, ohne dabei auf eine hohe Zugkraftausnutzung verzichten zu müssen.

Höchstmaß an Betriebssicherheit

Zum Höchstmaß an Betriebssicherheit gehört die Vermeidung von Betriebseinschränkungen durch Fehlverhalten bei Sensorikausfall. Besonders wichtig: Es darf keine Beeinflussung der Zugsicherungssysteme erfolgen.

Synchronschleuderschutz

Der Synchronschleuderschutz ist ein Prozess zum Erkennen und Unterbinden des allmählichen Abdriftens aller Radsatzgeschwindigkeiten von der Lokomotivgeschwindigkeit über Grund auf der Basis der Ist-Geschwindigkeitsermittlung und der erwarteten Geschwindigkeitsänderung gemäß Fahrwiderstandsbeobachter.

Funktionsüberwachung

Die Funktionsüberwachung überwacht die Zugkraftreduktionen und aktiviert die Rückfallebenen bei unplausiblem Verhalten oder bei einem Ausfall von Sensorik zum Schutz vor Fehlfunktion.

Blending Modul

Bei gleichzeitig auf denselben Radsatz einwirkenden pneumatischen und elektrodynamischen Bremsen, steuert das Blending Modul die Vorgabe einer Reduktion und ein mögliches erneutes Aufbauen der elektrischen Bremsmomente. Andernfalls kann es zum Überbremsen des Radsatzes kommen oder im ungünstigsten Fall durch das Wirken zweier Regler am selben Drehzahl-Istwert zur Reduktion beider Bremsen. Eine standardisierte Schnittstelle zu den gängigen pneumatischen Gleitschutzgeräten (Knorr, Faiveley) ermöglicht den problemlosen Einsatz unterschiedlicher Fahrzeugausrüstungen.