ABB hat jetzt ein modulares Konzept für Traktionsmotoren am Markt eingeführt. Der neue optimierte Motor basiert auf Standardmodulen und lässt sich damit wesentlich schneller an Kundenspezifikationen anpassen als herkömmliche Motorkonstruktionen.

 

 

Von Traktionsmotoren für den Antrieb von Schienenfahrzeugen wird Einiges verlangt: Sie müssen nicht nur schwierige Einsatzbedingungen wie pulsierende Betriebsweisen, stark wechselnde Belastungen, unterschiedliche Witterungsverhältnisse, Staub und Schmutz aushalten, sondern sollen dabei auch energieeffizient sein und eine Lebensdauer von 40 Jahren haben.

Das führt nicht selten zu Spezifikationen mit widersprüchlichen Anforderungen, die schwierig zu erfüllen sind. Kein Wunder also, dass die Hersteller von Lokomotiven, mehrteiligen Triebwagen, Straßenbahnen, U-Bahnen und anderen Schienenfahrzeugen in der Regel ihr eigenes Konzept für den jeweils optimalen Traktionsmotor entwickeln.

ABB, Hersteller von Traktionsmotoren seit 1909, sah darin eine Chance, bei der aber die Tradition zu brechen war. „Wir sahen, dass wir auf diesem Markt konkurrenzfähig sind und wachsen können“, sagt Peter Isberg, technischer Leiter für Traktionsmotoren. „Die Herausforderung dabei war, höhere Maßstäbe zu setzen und dabei ein Maß an Standardisierung und Flexibilität bei Traktionsmotoren zu schaffen, das es so bisher nicht gegeben hatte.“

Isberg und sein Team dachten daran, einen Elektromotor zu entwickeln, der so energieeffizient wir irgend möglich sein sollte. „Wir wollten einen kompakten Motor bauen, der auf effiziente Weise sowohl eine hohe Leistung als auch ein hohes Drehmoment liefert“, so Isberg.

Je mehr Leistung man aus einem Elektromotor herausholt, desto niedriger ist die Effizienz. Der Grund dafür ist der Temperaturanstieg in den aktiven Komponenten des Motors. Ein Ausweg war, den Motor größer zu machen, aber dies hätte dem Ziel des Projektes widersprochen. Stattdessen konzentrierte sich das Team auf die Optimierung des elektrischen Designs. Ein wichtiger Punkt dabei war das thermische Verhalten des Motors, wenn er von einem Umrichter, der Wechsel- oder Gleichstrom in Rechteckimpulse unterschiedlicher Frequenz umwandelt, mit der zur Steuerung der Motorleistung erforderlichen Spannung und Frequenz versorgt wird. Umrichter und Motor mussten ausgehend von den Betriebsmerkmalen einer bestimmten Zuganwendung als ein System konstruiert werden.

ABB verfügt über eine eigene FEM-Software für das elektrische Design, die in Kombination mit einer Software zur Modellierung von thermischen Netzwerken die zu erwartende Motortemperatur im Betrieb mit großer Genauigkeit simulieren kann.

Ein Umrichter kann auch eine Spannung dort erzeugen, wo die Phasen in der Motorwicklung miteinander verschaltet sind (Gleichtaktspannung). Dies wiederum führt zu einem weiteren technischen Problem: Lagerströme (Stromfluss durch Lager, der Schäden verursachen kann).

„Es ist unsere Aufgabe, den Kunden über die Gefahr von Lagerströmen zu informieren, verschiedene technische Lösungen aufzuzeigen und die Alternative zu präsentieren, die sicher ist“, kommentiert Projektleiter Henrik Carlsson. „In diesem Fall fiel unsere Wahl auf Hybridlager.“

Hybridlager haben Stahllaufringe und Keramik-Wälzkörper, die als Isolatoren fungieren. Dadurch ist es praktisch unmöglich, dass unter normalen Betriebsbedingungen ein Strom durch das Lager fließen kann. Außerdem sind die Nachschmierintervalle bedeutend länger als bei reinen Stahllagern.

„Diese beiden Vorteile reichten aus, um uns von dieser Lagerlösung zu überzeugen“, fährt Carlsson fort. Obwohl Hybridlager teurer sind, spart der Bahnbetreiber durch höhere Zuverlässigkeit der Lager und weniger Betriebsausfälle unter dem Strich Kosten. Ein Traktionsmotor befindet sich meist im Drehgestell. Um den Motor zu Wartungszwecken ausbauen zu können, muss in der Regel zunächst der Wagenkasten vom Fahrwerk getrennt werden.

Bei unserem Rundgang durch die gut organisierte Werkshalle scherzt Carlsson mit einem der Fahrer. Die Atmosphäre ist professionell und doch zwanglos. Ein Gefühl, das durch die Größe der Anlage eher noch verstärkt wird, die angesichts eines Produktionsvolumens von über 3.000 Motoren pro Jahr recht klein wirkt.

Wir machen Halt an einem Traktionsmotor, der gerade zusammengebaut wird, und schauen uns die standardisierten Module näher an: variabel positionierbarer Anschlusskasten, Sensor- und Kühlvorrichtungen, Halterung und nicht zuletzt ein skalierbares Design. Mit einem Basiskonzept kann ABB einer Vielzahl von Kundenspezifikationen Rechnung tragen. „Wir warten mit Spannung darauf, dass die ersten Züge mit Motoren der neuen Plattform in Betrieb genommen werden“, sagt Lars Fredrikson, der in der Marketing- und Vertriebsabteilung von ABB tätig ist.

Der neue Motor soll erstmalig 2011 in Caracas, Venezuela, eingesetzt werden. Kunde ist die spanische CAF/Trainelec, die 1.100 modulare Traktionsmotoren in U-Bahnen für die Caracas Metro einbauen wird.

„CAF/Trainelec hat uns als neuen Lieferanten für Traktionsmotoren ausgewählt“, erklärt Fredrikson. „Es gibt eine ganze Reihe von Motorherstellern, das heißt, die Konkurrenz ist groß. In diesem Fall gab eine zuverlässige Konstruktion und kurze Lieferzeiten, die wir dank des modularen Designs bieten konnten, den Ausschlag.“

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Länger auf der Schiene mit SKF Hybridlagern

Als ABB beschloss, ein modulares Konzept für Traktionsmotoren zu entwickeln, wandte sich das Unternehmen für die Lagerlösungen an SKF.

Die beiden wichtigsten Zielsetzungen des Projekts waren die Minimierung der Ausfallzeiten durch Eliminierung von schädlichen Strömen durch die Lager und eine Senkung der Wartungskosten durch längere Nachschmierintervalle. ABB wollte auch die Anzahl der Lagertypen verringern, um langfristig auch preislich von höheren Abnahmevolumen zu profitieren.

Die beiden Unternehmen entschieden sich für ein flexibles Lagerkonzept und wählten schließlich verschiedene SKF Hybridlager, die jeweils für die einzelnen Traktionsmotortypen von ABB am besten geeignet sind.