SF 7000 das innovative Fahrwerkskonzept als Antwort auf Whole Life Cost Modelle
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- Edmund Kästner
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1 41. Tagung Moderne Schienenfahrzeuge April 2013 SF 7000 das innovative Fahrwerkskonzept als Antwort auf Whole Life Cost Modelle Siemens AG 2013 All rights reserved. Johannes Hirtenlechner Jochen Brandstetter
2 Großbritanniens Bahninfrastruktur Wird von Network Rail betrieben, einem nicht gewinnorientierten Unternehmen Vertragliche Vereinbarung zwischen Network Rail und Office of Rail Regulation zur Sicherung der Infrastrukturqualität Network Rail hebt Streckenbenutzungsgebühr (Track Access Charges TAC) für die Benutzung der Infrastruktur ein Die Gestaltung der Gebühren belohnt gleisfreundliche Fahrwerke Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 2 Sector Infrastructure & Cities
3 Streckenbenutzungsgebühren Track Access Charges (TAC) Network Rail Vorschlag (öffentlich zugängig) Kommentare von Interessengruppen Office of Rail Regulation Zustimmung Ablehnung Der Gesamtbetrag der Streckenbenutzungsgebühren ist fix (basierend auf aktuellem Verkehrsaufkommen) System jeweils über fünf Jahre fix so genannte Control Period (CP) Seit April 2009 Control Period 4 Generelle Strategie: Verknüpfung der Streckenbenutzungsgebühren mit den tatsächlichen Infrastrukturkosten Anwendung Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 3 Sector Infrastructure & Cities
4 Verteilung zwischen fixen und variablen Gebühren Vertikale Gleisschädigungsgebühr (variabel) Fahrzeugtyp Radsatzlast ungefederte Masse Anzahl der Radsätze im Fahrzeug Fixe und nicht fahrzeugbezogene Gebühr Tangentiale Gleisschädigungsgebühr (variabel) Die variablen Gebühren internalisieren externe Kosten für die Gleisinstandhaltung in die Kosten eines Eisenbahnverkehrsunternehmens Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 4 Sector Infrastructure & Cities
5 Tangentiale Gleisschädigungsgebühr Mit der Control Period 4 neu eingeführt Generische MKS-Fahrzeugmodelle (curving classes) Parameter: Radsatzlast Effektive primäre Ausdrehsteifigkeit Durchführung von MKS-Simulationen (Berechnung der T Werte) Allgemeine Annahmen (z. B. Querbeschleunigung, Profilpaarung Rad/Schiene, Fahrkantenschmierung etc.) Gewichtung der Ergebnisse für jede curving class nach der Bogenradienverteilung in GB Verknüpfung jeder curving class zu einer tangentialen Gleisschädigungsgebühr Zuweisung jedes Fahrzeugtyps zu einer curving class Betroffene können ggf. die Zuweisung einer curving class durch eigene Berechnungen (z. B. bei Neigetechnikzügen) in Frage stellen Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 5 Sector Infrastructure & Cities
6 Gleisschädigung Tangentiale Gleisschädigung (T -Modell) RCF RCF & nat. Verschleiß nat. Verschleiß überwiegt T Rollkontaktermüdung RCF natürlicher Verschleiß Energieverbrauch im Rad-Schiene- Kontakt (je Streckenlänge) Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 6 Sector Infrastructure & Cities
7 Variable Streckenbenutzungsgebühr Zusammenfassung Eisenbahnverkehrsunternehmen in Großbritannien haben ein Interesse, gleisfreundliche Fahrzeuge zu nutzen, um die Streckenbenutzungsgebühr niedrig zu halten. Deshalb erhalten gleisfreundliche Fahrzeuge (leicht und weiche Radsatzführung) einen Vorteil werden Streckenbenutzungsgebühren zum Entwicklungsziel können komplexere Fahrzeugkonstruktionen wirtschaftlich werden Allerdings sollte die Berechnungsmethode zur Ermittlung der Streckenbenutzungsgebühr sorgfältig ausgewählt (erarbeitet) werden, da sie starken Einfluss auf die Konzepte hat Wenn Berechnungsmethode eingeführt ist: Evolution keine Revolution! Wegen der langen Lebensdauer der Fahrzeuge werden wesentliche Effekte erst langfristig sichtbar Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 7 Sector Infrastructure & Cities
8 SF 7000: das innovative Fahrwerkskonzept als Antwort auf Whole Life Cost Modelle Desiro UK SF 5000 neues Fahrzeugund Fahrwerkkonzept Desiro City SF 5000 SF 7000 SF 7000 Zehnjähriger Betrieb der Fahrwerke in Großbritannien Nachrüstung von Hydrobuchsen zur Verbesserung der Gleisfreundlichkeit läuft Niedrigere Radsatzlast und ungefederte Masse Kleinerer Achsstand zur Verbesserung der Gleisfreundlichkeit Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 8 Sector Infrastructure & Cities
9 Kundennutzen Kundennutzen Höhere Zuladung Gleisfreundlichkeit Geringe Radschädigung Niedriger Energieverbrauch Eigenschaften Steife und progressive Primärfeder Kleinere Gesamtmasse Kleinere ungefederte Massen Verringerte Reibung (T-Gamma) Kleinere Trägh.- momente Konstruktionsmerkmale Innenlagerung Kurzer Radstand Kleiner Raddurchmesser Triebfahrwerk ohne Bremsscheiben Bremsscheiben im Lauffahrwerk Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 9 Sector Infrastructure & Cities
10 Zielkonflikt Gleisfreundlichkeit versus Laufstabilität Leichtbau Achsstand Innenlagerung Masse Massenträgheitsmoment (Z) Triebfahrwerk Achstand 2200 mm Verschleiß & Rollkontaktermüdung +++ Laufstabilität primäre Ausdrehsteifigkeit Lauffahrwerk Achsstand 2100 mm (Z) Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 10 Sector Infrastructure & Cities
11 Lauffahrwerk SF 7000 Radsatzführung über Schwinge Gummischichtfeder, Dämpfer als Primärfederung Luftfeder, Wankstabilisator, Querpuffer, vertikaler und horizontaler Dämpfer als Sekundärfederung Tauchzapfen mit Gummipuffer als Längsmitnahme Schlingerdämpfer als Drehhemmung Lauffahrwerkrahmen Laufradsatz Wellenscheiben Bremsausrüstung Zentrale Übergabe der Verkabelung und Verrohrung Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 11 Sector Infrastructure & Cities
12 Triebfahrwerk SF 7000 Primär- und Sekundärfeder, Radsatzführung, Drehhemmung und Längsmitnahme gleich wie LFW Triebfahrwerkrahmen Klotzbremseinheit als Bremsausrüstung Seitenstromabnehmer Fahrmotor Bogenzahnkupplung achsreitendes Getriebe mit Drehmomentstütze Zentrale Übergabe der Verkabelung und Verrohrung Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 12 Sector Infrastructure & Cities
13 Vergleich mit Vorgänger: Geometrie, Masse Umriss SF 5000 Triebfahrwerk (Desiro UK) Umriss SF 7000 Triebfahrwerk (Desiro City) Vergleich Triebfahrwerk Triebdrehgestell Diff. SF5000-SF7000 Gesamtmasse - 37 % Masse Radsatz -40 % Trägheit Radsatz (z) -36 % Achsstand -15 % Vergleich Lauffahrwerk Laufdrehgestell Diff. SF5000-SF7000 Gesamtmasse - 37 % Masse Radsatz -31 % Trägheit Radsatz (z) -27 % Achsstand -19 % Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 13 Sector Infrastructure & Cities
14 Vergleich mit Vorgänger: Massenreduktion Neues Fahrwerkkonzept Innenlagerung Kleiner Radsatzabstand Bremskonzept, Längsmitnahme -37% SF 5000 SF 7000 Triebfahrwerk ~ 5,8 to Neue Werkstoffe und Fertigungstechnologien Wärmebehandelte Werkstoffe Werkstoffe mit hoher Streckgrenze Beispiel: Radsatzlagergehäuse -27% Neue Konstruktionsmethoden Software zur Strukturoptimierung Lauffahrwerk ~ 4,1 to Beispiel: Schlingerdämpferkonsole -21% Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 14 Sector Infrastructure & Cities
15 Vergleich mit Vorgänger: T -Modell SF 5000 Desiro UK Trieb- und Lauffahrwerk SF 7000 Desiro UK Trieb- und Lauffahrwerk Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 15 Sector Infrastructure & Cities
16 SF 7000 das innovative Fahrwerkskonzept als Antwort auf Whole Life Cost Modelle Neue Lauf- und Triebfahrwerke für Desiro City Entwickelt zur Erfüllung aktueller Anforderungen hinsichtlich Gleisfreundlichkeit Niedrige Lebenszykluskosten Niedrige Massen (Gesamt und ungefederte Masse) Niedrige Trägheitsmomente Niedriges T-Gamma Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 16 Sector Infrastructure & Cities
17 SF 7000 das innovative Fahrwerkskonzept als Antwort auf Whole Life Cost Modelle Danke für Ihre Aufmerksamkeit Danksagung an Björn Olaf Kämpfer und Christian Küter für die Unterstützung dieser Arbeit. Siemens AG 2013 All rights reserved. April 2013 Hirtenlechner, Brandstetter Seite 17 Sector Infrastructure & Cities
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