Wie kommt die Bahn auf 16 2/3 Hz?

[Steffen Rössler]

Hallo NG,

meine Frage gehört hier vielleicht nicht ganz rein, aber ich möchte sie
trotzdem gerne stellen.
Wie kommt die Bahn eigentlich auf die 16 2/3 Hz? Welche Hintergründe hat
das?

Vielen Dank

Gruß
Steffen

[Volker Bosch]

"Steffen R?ssler" <***@gmx.net> wrote:

Salut,

Wie kommt die Bahn eigentlich auf die 16 2/3 Hz? Welche Hintergr?nde hat
das?

Historisch. Ganz kurz, stichwortartig:

Wechselstrom-Reihenschlussmotor, d.h. Erregung durch Wechselfeld.
Kommutierende Spulen: prinzipbedingt durch die Bürsten kurzgeschlossen.

Diese Spulen stehen idR. senkrecht zum Erregerfeld; merke: dort wird
keine Kraft erzeugt.

D.h. aber: sie sind transformatorisch voll mit dem Errgerfeld verkoppelt.
Dieses induziert eine Spannung; diese hat einen (Kurzschluss-)Strom zur
Folge, der belastet die Bürsten zusätzlich zum Ankerstrom.

Das Problem, bzw. die Spannung steigt proportional mit der Frequenz.

Stromtragfähigkeit der Bürsten ist begrenzt (Größenordnung ca. 5A/cm^2).
Ergo: Viel Strom -> viel Bürste. Baulänge aber begrenzt durch Spurweite.

Klar?

Literatur: Seefehlner, E. E.: Elektrische Zugförderung -- Handbuch für
Theorie und Anwendung der elektrischen Zugkraft auf Eisenbahnen.
Verlag von Julius Springer, Berlin, 1922.

Hat ein paar hübsche Bilder von 16 2/3Hz- und 50Hz-Kommutatoren...

[Joachim Schmid]

Post by Volker Bosch
Stromtragfähigkeit der Bürsten ist begrenzt (Größenordnung ca. 5A/cm^2).
Ergo: Viel Strom -> viel Bürste. Baulänge aber begrenzt durch Spurweite.
Klar?

Äh, nein. Denn das erklärt die angewendeten Motorspannungen, nicht aber
die Frequenz.

Kurzfassung dieses Teils, weil schon genügend oft gepostet (Letzter
Thread hierzu ab 26.2.2003 hier in dsie):
Bürstenfeuer (Abreißfunken am Kommutator) nimmt mit Motordrehzahl und
Spannungsfrequenz zu. Motordrehzahl ist durch Bauraum, Leistung und
Getriebetechnik vorgegeben. Daher zur Reduzierung des Bürstenfeuers
möglichst niedrige Frequenz. Andererseits Trafowirkungsgrad mit Frequenz
zunehmend.

Daher einigte man sich nach einigen Versuchen sehr schnell auf 1/3 der
Standard-Netzfrequenz von 50 Hz, also 16 2/3 Hz. Vorteil: Gemeinsamer
Betrieb von Bahn- und Landesstromgeneratoren auf einer Welle möglich,
einfache Umformersätze zur Wandlung von Landes- in Bahnstrom.

Nachsatz 1: Vor einigen Jahren wurde die Nennfrequenz des Bahnstroms auf
16,7 Hz angehoben, um ungünstigen Synchronlauf von Umformermaschinen zu
vermeiden.

Nachsatz 2: Die 16,7 Hz-Technologie ist seit der Einführung der
Leistungselektronik veraltet und blieb daher auf die Bestandsnetze der
deutschsprachigen Länder und Skandinaviens beschränkt.

Joachim

[Franz Glaser (NLx300)]

... Daher zur Reduzierung des Bürstenfeuers
möglichst niedrige Frequenz. Andererseits Trafowirkungsgrad mit Frequenz
zunehmend. ...

ach ...

und ich war immer fest davon überzeugt, daß die Transformatoren
in den Lokomotiven _schwer_ sein sollen und aus _dickem_ Blech
gemacht (wegen Wirbelstromverlusten und so), das billig ist.

So kann man sich täuschen.

Na sowas. Hätt ich doch Dampfplauderer werden sollen, irgendwas
bei der Gewerkschaft.

MfG

[Joachim Schmid]

Post by Franz Glaser (NLx300)

... Daher zur Reduzierung des Bürstenfeuers
möglichst niedrige Frequenz. Andererseits Trafowirkungsgrad mit Frequenz
zunehmend. ...

ach ...
und ich war immer fest davon überzeugt, daß die Transformatoren
in den Lokomotiven _schwer_ sein sollen und aus _dickem_ Blech
gemacht (wegen Wirbelstromverlusten und so), das billig ist.

Dunkel ist der Rede Sinn ...

Joachim

[Franz Glaser (NLx300)]

Post by Joachim Schmid

Post by Franz Glaser (NLx300)

... Daher zur Reduzierung des Bürstenfeuers
möglichst niedrige Frequenz. Andererseits Trafowirkungsgrad mit Frequenz
zunehmend. ...

ach ...
und ich war immer fest davon überzeugt, daß die Transformatoren
in den Lokomotiven _schwer_ sein sollen und aus _dickem_ Blech
gemacht (wegen Wirbelstromverlusten und so), das billig ist.

Dunkel ist der Rede Sinn ...

Na, dann hell ich halt auf...

Bei niedriger Frequenz brauchts viel mehr Eisen. Das tut den
Trafo schwer machen und die Lokomotive auch. Die Lokomotive
muß mit viel Gewicht auf die Räder/Schienen drücken wegen der
Reibung und wegen der Physik und so.

Kannst es auch so nennen: ein schwerer Trafo tut nicht schaden
in der Lok.

Nun zu den Blechen. Trafo - Eisen wird nicht aus einem Stück
gegossen, weil Eisen elektrisch leitfähig ist. Zwar nicht
besonders gut, aber lästig genug, um als Kurzschluß - Sekun-
därwicklung wirksam zu werden. Deswegen wird der Eisenkern
aus dünnen Blechen mit Lack oder Papierisolierung gemacht
oder aus Pulver in Keramik bei hohen Frequenzen. Ich habe
das "Wirbelstrom" genannt, sachlich falsch aber gutgemeint.

Wenn die Frequenz niedrig ist, dann dürfen die Bleche etwas
dicker sein, ohne allzuviel "Wirbelstrom [ftm]-Verluste" zu
verbraten. Das macht den Eisenkern billiger.

[ftm] = false trade mark

Ein Transformator in einer Lok hat eine ganz eigenartige
Langform, sieht aus wie ein Drehstromtrafo, ist aber keiner.
Aber das würde hier zu weit führen.

Was ich geschrieben habe, das bezieht sich nur auf die
_niedrige_ Freqenz, nicht darauf, daß es gerade 1/3 von
50 Hz ist.

HTH = ich hoffe, daß ich dich damit aufgeklärt habe.

MfG

[Uwe Hercksen]

Post by Franz Glaser (NLx300)
Kannst es auch so nennen: ein schwerer Trafo tut nicht schaden
in der Lok.

Hallo,

die Bahn braucht aber auch viele Trafos ausserhalb der Loks, bei 16 2/3
Hz muss man aber für die erheblich mehr Eisen und Kupfer benutzen, das
macht alle stationären Trafos teurer.

Bye

[Franz Glaser (NLx300)]

Post by Uwe Hercksen

Post by Franz Glaser (NLx300)
Kannst es auch so nennen: ein schwerer Trafo tut nicht schaden
in der Lok.

die Bahn braucht aber auch viele Trafos ausserhalb der Loks, bei 16 2/3
Hz muss man aber für die erheblich mehr Eisen und Kupfer benutzen, das
macht alle stationären Trafos teurer.

Stimmt! Heu Re Ka

Vielleicht hatten die Angst vor dem alten Problem mit der Phasen-
kopplung in Preissen versus Bayern. Wie viele ° ist denn bei 50Hz
die Phase zwischen Hamborch und Mingga auseinander? Bei 16,333 sind
das weniger ° (nicht Celsius, Winkel mein' ich, Phase). Damit
die Oberleitungen wissen, ob sie in Oberbayern oder in Flach-
deutschland leiten, vermascht wie sie sind, die Leitungen.

Irgendwo nahe Kassel ist dann der Phasensprung, wo das Personal
des ICE ausgewexelt wird und die Lok weiß nimmer - äh

Nix als wie Vermutungen.

MfG

[Matthias Olescher]

Post by Franz Glaser (NLx300)
Vielleicht hatten die Angst vor dem alten Problem mit der Phasen-
kopplung in Preissen versus Bayern. Wie viele ° ist denn bei 50Hz
die Phase zwischen Hamborch und Mingga auseinander? Bei 16,333 sind
das weniger ° (nicht Celsius, Winkel mein' ich, Phase). Damit
die Oberleitungen wissen, ob sie in Oberbayern oder in Flach-
deutschland leiten, vermascht wie sie sind, die Leitungen.

Deshalb hat doch die Bahn AFAIK in den alten Bundesländern ein eigenes
System mit eigenen Kraftwerken (und einigen Unterwerken zur Übergabe
ohne Phasenkopplung), eigene 110kV-Leitungen und sogar ein eigenes
Pumpspeicherwerk. In den neuen Bundesländern ist dagegen das System an
einzelne lokale Energienetze angekoppelt und dashalb gibt es dort
Unterbrecher-Strecken, die ohne Last und mit Schwung überfahren werden.

Matthias

PS: de.etc.bahn.eisenbahntechnik wäre geeigneter

[Juergen Bors]

Hallo Franz!

Post by Franz Glaser (NLx300)

... Daher zur Reduzierung des Bürstenfeuers möglichst niedrige
Frequenz. Andererseits Trafowirkungsgrad mit Frequenz zunehmend. ...

ach ...
und ich war immer fest davon überzeugt, daß die Transformatoren in
den Lokomotiven _schwer_ sein sollen und aus _dickem_ Blech gemacht
(wegen Wirbelstromverlusten und so), das billig ist.
So kann man sich täuschen.

Also: Nach meinen Informationen hat man 16 2/3 Hz genommen, weil der
Reihenschlussmotor an sich ein Gleichspannungsmotor ist und jeder
Nulldurchgang des Stromes auch das Magnetfeld im Motor
zusammenbrechen läßt, was 0 Nm Drehmoment zur Folge hat. Geringere
Frequenz = Weniger Nulldurchgänge = Längere Kraftphasen am Rad =
Weniger durchdrehen beim Anfahren.

Das mit dem Trafo war ein netter Nebeneffekt.


Mit freundlichen Gruessen

Juergen Bors
---

[Franz Glaser (NLx300)]

Post by Juergen Bors
Also: Nach meinen Informationen hat man 16 2/3 Hz genommen, weil der
Reihenschlussmotor an sich ein Gleichspannungsmotor ist und jeder
Nulldurchgang des Stromes auch das Magnetfeld im Motor
zusammenbrechen läßt, was 0 Nm Drehmoment zur Folge hat. Geringere
Frequenz = Weniger Nulldurchgänge = Längere Kraftphasen am Rad =
Weniger durchdrehen beim Anfahren.
Das mit dem Trafo war ein netter Nebeneffekt.

DA tu ich widersprechen, so aus dem Bauch heraus. Denn bei
niedriger Frequenz dauert der "Nulldurchgang" ja noch
viel länger als bei hoher.

Oder steh ich da auf der Leitung?

MfG

[Juergen Bors]

Hallo Franz!

Post by Juergen Bors
Also: Nach meinen Informationen hat man 16 2/3 Hz genommen, weil der
Reihenschlussmotor an sich ein Gleichspannungsmotor ist und jeder
Nulldurchgang des Stromes auch das Magnetfeld im Motor
zusammenbrechen läßt, was 0 Nm Drehmoment zur Folge hat. Geringere
Frequenz = Weniger Nulldurchgänge = Längere Kraftphasen am Rad =
Weniger durchdrehen beim Anfahren.
Das mit dem Trafo war ein netter Nebeneffekt.

DA tu ich widersprechen, so aus dem Bauch heraus. Denn bei niedriger
Frequenz dauert der "Nulldurchgang" ja noch viel länger als bei hoher.

Naja, das ist eigentlich Definitionssache, aber ich weiß was du meinst.
Ich drücke es mal so aus:

Bei höherer Frequenz sind die Drehmomentanstiege über die Zeit
gesehen steiler, was zu höherer Durchrutschgefahr beim Anfahren
führt.


Mit freundlichen Gruessen

Juergen Bors
---

[Joachim Schmid]

Post by Juergen Bors
Also: Nach meinen Informationen hat man 16 2/3 Hz genommen, weil der
Reihenschlussmotor an sich ein Gleichspannungsmotor ist und jeder
Nulldurchgang des Stromes auch das Magnetfeld im Motor
zusammenbrechen läßt, was 0 Nm Drehmoment zur Folge hat. Geringere
Frequenz = Weniger Nulldurchgänge = Längere Kraftphasen am Rad =
Weniger durchdrehen beim Anfahren.

Das halte ich für ein Gerücht. Die frequenzbedingte
Drehmomentenpulsation liegt immer noch in einer Periodenlänge von unter
1/10 s. Das wird schon durch die Massenträgheit der bewegten Teile
weggeglättet.

Das Kernproblem beim Fahrmotorenbau ist das Bürstenfeuer. So wird es
auch in allen mir bekannten Publikationen dargestellt.

Joachim

[Juergen Bors]

Hallo Joachim!

Post by Joachim Schmid

Post by Juergen Bors
Also: Nach meinen Informationen hat man 16 2/3 Hz genommen, weil der
Reihenschlussmotor an sich ein Gleichspannungsmotor ist und jeder
Nulldurchgang des Stromes auch das Magnetfeld im Motor
zusammenbrechen läßt, was 0 Nm Drehmoment zur Folge hat. Geringere
Frequenz = Weniger Nulldurchgänge = Längere Kraftphasen am Rad =
Weniger durchdrehen beim Anfahren.

Das halte ich für ein Gerücht. Die frequenzbedingte
Drehmomentenpulsation liegt immer noch in einer Periodenlänge von
unter 1/10 s. Das wird schon durch die Massenträgheit der bewegten
Teile weggeglättet.

So viel wiegt so eine Achse im Verhältnis zur zu ziehenden Masse nun
wirklich nicht. Was sollen denn 2 Tonen bei z.B. 500 kW großartig
ausgleichen?

Post by Joachim Schmid
Das Kernproblem beim Fahrmotorenbau ist das Bürstenfeuer. So wird es
auch in allen mir bekannten Publikationen dargestellt.

Das wurde hier ja schon widerlegt.


Mit freundlichen Gruessen

Juergen Bors
---

[Volker Bosch]

Juergen Bors <***@arcor.de> wrote:

[...]

Post by Juergen Bors
Also: Nach meinen Informationen hat man 16 2/3 Hz genommen, weil der
Reihenschlussmotor an sich ein Gleichspannungsmotor ist und jeder
Nulldurchgang des Stromes auch das Magnetfeld im Motor
zusammenbrechen läßt, was 0 Nm Drehmoment zur Folge hat. Geringere
Frequenz = Weniger Nulldurchgänge = Längere Kraftphasen am Rad =
Weniger durchdrehen beim Anfahren.

Das kann nicht stimmen! Alle mir bekannten Reihenschluss-Bahnantriebe sind
so konstruiert, dass eine elastische Verbindung zwischen Motorwelle und
Radsatz besteht. Diese ist auch zwingend erforderlich, da sie dafür sorgt,
dass der Motor sich beim Anfahren sofort bewegen kann. Bei einer starren
Kupplung verbrennt der Kommutator während des Anfahrvorgangs. Diese
elastische Kupplung sollte in gewissem Maße auch die Momentenpulsation
des Wechselstrommotors ausgleichen.

[Juergen Bors]

Hallo Volker!

Post by Volker Bosch

Post by Juergen Bors
Also: Nach meinen Informationen hat man 16 2/3 Hz genommen, weil der
Reihenschlussmotor an sich ein Gleichspannungsmotor ist und jeder
Nulldurchgang des Stromes auch das Magnetfeld im Motor
zusammenbrechen läßt, was 0 Nm Drehmoment zur Folge hat. Geringere
Frequenz = Weniger Nulldurchgänge = Längere Kraftphasen am Rad =
Weniger durchdrehen beim Anfahren.

Das kann nicht stimmen! Alle mir bekannten Reihenschluss-Bahnantriebe
sind so konstruiert, dass eine elastische Verbindung zwischen
Motorwelle und Radsatz besteht. Diese ist auch zwingend erforderlich,
da sie dafür sorgt, dass der Motor sich beim Anfahren sofort bewegen
kann. Bei einer starren Kupplung verbrennt der Kommutator während des
Anfahrvorgangs. Diese elastische Kupplung sollte in gewissem Maße
auch die Momentenpulsation des Wechselstrommotors ausgleichen.

Das eine schließt das andere aber nicht aus. Im Fall des Anfahrens
wird die elastische Kupplung bis zum Anschlag belastet. Viel mit
"ausgleichen" ist da bestimmt nicht mehr.

Hm. Gab es die 16 2/3 Hz nicht schon bei Siemens seiner ersten E Lok?

Wie auch immer: Siemens stellte bei höherer Frequenzen fest, dass
der Motor bei niedrigerem Drehmoment das Ruckeln bekommt (Anker
schwingt nur wenige Grad hin und her, dreht sich aber nicht...)

So wurde es mal in einer anderen Diskussionen dargestellt.


Mit freundlichen Gruessen

Juergen Bors
---

[Joachim Schmid]

Post by Juergen Bors
Im Fall des Anfahrens
wird die elastische Kupplung bis zum Anschlag belastet. Viel mit
"ausgleichen" ist da bestimmt nicht mehr.

Das ist falsch. Bei richtiger Auslegung wird der Antrieb nur stärker
verspannt, aber geht auch bei M_max nicht auf Anschlag.

Post by Juergen Bors
Hm. Gab es die 16 2/3 Hz nicht schon bei Siemens seiner ersten E Lok?

Nein, das war eine Gleichstrommaschine. Auch die ersten Wechselstromloks
hatten andere Frequenzen.

Post by Juergen Bors
Wie auch immer: Siemens stellte bei höherer Frequenzen fest, dass
der Motor bei niedrigerem Drehmoment das Ruckeln bekommt (Anker
schwingt nur wenige Grad hin und her, dreht sich aber nicht...)

Das erklärt sich durch nicht ausreichendes Motordrehmoment oder zu
geringe Polzahl. Die Story ist jedoch frei erfunden, da Siemens seine
ersten Elloks in Gleichstromtechnik ausführte. Man hatte etliche Jahre
Erfahung mit Gleich- und Drehstromfahrzeugen sowie ortsfesten
Wechselstromantrieben hinter sich, bevor man Eisenbahnen mit
Einphasen-Wechselstrommotoren baute.

Post by Juergen Bors
So wurde es mal in einer anderen Diskussionen dargestellt.

Unzutreffenderweise.

Joachim

[Matthias Olescher]

Post by Joachim Schmid
Nein, das war eine Gleichstrommaschine. Auch die ersten Wechselstromloks
hatten andere Frequenzen.

Siehe Trossinger Eisenbahn, eine der ältesten elektrisch betriebenen
Strecken: 600 V =, mehr konnte man damals mit vertretbarem Aufwand nicht
isolieren.
Dort wurde der elektrische Betrieb auf Grund der Steigung favorisiert,
da die Steigung zu groß für damals übliche Dampfloks war und man somit
die Dampfmaschine lieber staditionär aufstellte.

Matthias

[Volker Bosch]

Post by Joachim Schmid
Äh, nein. Denn das erklärt die angewendeten Motorspannungen, nicht aber
die Frequenz.

Quatsch! Der transformatorisch in der kommutierenden Spule fließende
Strom ist proportional zu der in dieser Spule induzierten Spannung. Und
diese ist wiederum proportional zur Frequenz, da sie vom Erregerfeld
induziert wird. Dieser Strom geht voll über die Bürsten und wird natürlich
durch diese dann auch unterbrochen, wenn die Bürste abläuft.
Und dann "feuert's" halt...

Die zulässige Motorspannung wird maßgeblich von der Anzahl der
Kommutatorlamellen zwischen zwei Bürsten bestimmt. Die Spannung zwischen
zwei Lamellen sollte 10...20V nicht überschreiten. Die wirtschaftliche
Grenze der Ankerspannung liegt bei ca. 1,5kV. Woraus sich die üblichen
Spannungen für Gleichstrombahnen ganz einfach ergeben: 1,5kV oder 3kV,
bei letztern zwei Motoren in Reihe, aber das war hier ja nicht gefragt.

Post by Joachim Schmid
Bürstenfeuer (Abreißfunken am Kommutator) nimmt mit Motordrehzahl und
Spannungsfrequenz zu. Motordrehzahl ist durch Bauraum, Leistung und

^^^^^^^^^^^^^^^^^
So, und was sage ich anderes? Was glaubst Du wie die speisende Frequenz
das Bürstenfeuer beeinflusst? Durch ihre bloße Anwesenheit oder durch den
oben beschriebenen Zusammenhang?

Meist hilft es beim Verstehen eines Problems ungemein, wenn man nicht nur
sagt: "Das ist so", sondern ganz kurz die Zusammenhänge erklärt. Das
sollte für Professoren eigentlich selbstverständlich sein ;-)

[...]

Post by Joachim Schmid
Nachsatz 2: Die 16,7 Hz-Technologie ist seit der Einführung der
Leistungselektronik veraltet und blieb daher auf die Bestandsnetze der
deutschsprachigen Länder und Skandinaviens beschränkt.

Soso, dass die oben nicht genannten Länder mit Gleichstrom elektrifiziert
haben, so sie denn überhaupt in der ersten Hälfte des vergangenen
Jahrhunderts elektrifiziert haben, verschweigen wir lieber. Und die
Probleme der Umrüstung auf 50Hz am besten auch. Um nur ein paar wenige
zu nennen: Deutlich größere Fahrdrahtimpedanz, Stromverdrängung in der
Schiene, Schieflast im 50Hz-Netz, Trennstellen, kritische Leitungslängen
im Bahn-Verbundnetz...

Die erhöhten Eisenverluste im Trafo werden auch immer gerne
vernachlässigt. Da kommt man dann gleich mal auf einen Faktor 5, um den
der Trafo bei 50Hz leichter wird gegenüber 16 2/3Hz (so gehört in der
Vorlesung "elektrische Bahnen" an der Uni Stuttgart).

[Rolf Bombach]

Post by Volker Bosch
Quatsch! Der transformatorisch in der kommutierenden Spule fließende
Strom ist proportional zu der in dieser Spule induzierten Spannung. Und
diese ist wiederum proportional zur Frequenz, da sie vom Erregerfeld
induziert wird. Dieser Strom geht voll über die Bürsten und wird natürlich
durch diese dann auch unterbrochen, wenn die Bürste abläuft.
Und dann "feuert's" halt...

So 100%ig hab ich das nicht kapiert. Heisst das jetzt,
es entsteht eine zusätzliche Spannung zwischen zwei
benachbarten Lamellen? Der Hauptstrom geht ja eh immer
durch die Bürsten.

[Volker Bosch]

Post by Rolf Bombach
So 100%ig hab ich das nicht kapiert. Heisst das jetzt,
es entsteht eine zusätzliche Spannung zwischen zwei
benachbarten Lamellen? Der Hauptstrom geht ja eh immer
durch die Bürsten.

Ja, da die kommutierende Spule (idealerweise) voll mit dem Erregerfeld
verkoppelt ist; sie steht ja senkrecht zum Erregerfeld. (Hinweis:
Zeichne es Dir doch einfach 'mal auf: Die drehmomentbildenden Leiterstäbe
bzw. Spulenseiten liegen unter den Polschuhen, dort wird also (bei
"richtigen" Motoren) nicht kommutiert. Die kommutierenden Spulen müssen also
in der Pollücke liegen).

Das Erregerfeld ist ein Wechselfeld, die kommutierende Spule ist durch die
Bürste(n) kurzgeschlossen und wird voll vom Erregefeld durchsetzt; die
Anordung entspricht also einem Trafo mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung.

Und in dieser Sekundärwicklung fließt somit ein Strom, der, da durch das
Erregerfeld erzeugt (induziert sage ich hier lieber mal nicht, da
strenggenommen nur die Spannung in der Leiterschleife induziert wird),
proportional zu dessen Frequenz ist...

Unter http://www.s-line.de/homepages/bosch/kommutierung/ findest Du eine
hübsche Darstellung...

[Juergen Bors]

Hallo Joachim!

Kannst es auch so nennen: ein schwerer Trafo tut nicht schaden in
der Lok.

Irrtum. Wenn der Haupttransformtor leichter sein könnte, dann stünde
mehr Gewicht für andere Baugruppen zur Verfügung. Moderne Elloks
kämpfen ständig mit Übergewicht.

Halb richtig. Eine Lok kann eigentlich nicht schwer genug sein, wenn
es darum geht eine möglichst große Last in Gang zu setzen. Soweit
ich das gesehen habe, wiegen die meisten Loks um 120 Tonnen, bis auf
die Zugköpfe von Hochgeschwindigkeitszügen. Dort kommt es weit mehr
auf Geschindigkeit an, Menschen wiegen halt nicht viel, somit sind
auch keine großen Lasten zu beschleunigen. Hier dürfte die Lok
eigentlich richtig leicht sein, wird aber durch den Trafo schwer...

Wenn die Frequenz niedrig ist, dann dürfen die Bleche etwas dicker
sein, ohne allzuviel "Wirbelstrom [ftm]-Verluste" zu verbraten. Das
macht den Eisenkern billiger.

Das Eisen ist also billiger, aber dafür voluminöser - dürfte sich
aufheben.

Nein, Trafos mit vielen Blechen zu bauen ist aufwendiger. Das
Volumen ist bei den Frequenzbereichen und Leistungsbereichen eher
abhängig von der zu übertragenden Leistung, nicht von der Frequenz.

Letztlich sind es gerade die Trafos, wegen denen man beim Landesnetz
50 Hz gewählt hat, und keine niedrigere Frequenz.

Dann hätte man auch 400 Hz nehmen können, hat man aber nicht.


Mit freundlichen Gruessen

Juergen Bors
---

[Volker Bosch]

Juergen Bors <***@arcor.de> wrote:

[...]

Post by Juergen Bors
es darum geht eine möglichst große Last in Gang zu setzen. Soweit
ich das gesehen habe, wiegen die meisten Loks um 120 Tonnen, bis auf
die Zugköpfe von Hochgeschwindigkeitszügen. Dort kommt es weit mehr

Na, dann kennst Du offensichtlich die wenigsten Elektrolokomotiven. Die
Achslast beträgt meist um die 20t. Deine Aussage gilt also nur für die
6achsigen und die sind (leider) nahezu ausgestorben. Mir sind nur noch 150
und 151 bekannt. Die 103 ist im Januar ausgestorben.
Mit (elektronischer) Schlupfregelung an jeder Achse ist die gewaltige Masse
nicht mehr erforderlich. Im Gegenteil: Um den Schienenverschleiß gering zu
halten, ist man bemüht nur noch 4achsige Lokomotiven zu bauen und damit
sollte die Lokomotivmasse die 80t-Marke nicht zu sehr überschreiten.
Also doch auch ein Argument für leichte Transformatoren.

[...]

Post by Juergen Bors

50 Hz gewählt hat, und keine niedrigere Frequenz.

Dann hätte man auch 400 Hz nehmen können, hat man aber nicht.

Das hätte man vermutlich auch, wenn es den Effekt der Eisenverluste nicht
geben würde, der leider viele Probleme aufwirft, auch wenn er bei zahllosen
Milchmädchenrechnungen gerne mal vernachlässigt wird -- und das auch von
gestandenen (Universitäts-)Professoren, die per definitionem in Deutschland
allwissend und unfehlbar sind...
Einen 400Hz-Trafo im Gigawatt-Bereich aus Ferrit stell' ich mir reizvoll vor.
Leider war dieser Werkstoff damals noch nicht wirklich verfügbar...

[Juergen Bors]

Hallo Volker!

Post by Volker Bosch

Post by Juergen Bors
es darum geht eine möglichst große Last in Gang zu setzen. Soweit
ich das gesehen habe, wiegen die meisten Loks um 120 Tonnen, bis auf
die Zugköpfe von Hochgeschwindigkeitszügen. Dort kommt es weit mehr

Na, dann kennst Du offensichtlich die wenigsten Elektrolokomotiven.
Die Achslast beträgt meist um die 20t. Deine Aussage gilt also nur
für die 6achsigen und die sind (leider) nahezu ausgestorben. Mir sind
nur noch 150 und 151 bekannt. Die 103 ist im Januar ausgestorben. Mit
(elektronischer) Schlupfregelung an jeder Achse ist die gewaltige
Masse nicht mehr erforderlich. Im Gegenteil: Um den
Schienenverschleiß gering zu halten, ist man bemüht nur noch 4achsige
Lokomotiven zu bauen und damit sollte die Lokomotivmasse die
80t-Marke nicht zu sehr überschreiten. Also doch auch ein Argument
für leichte Transformatoren.

Gähn. Ist auch schon lange her, dass man Reihenschlussmotoren bei
Lokomotiven einsetzte. Darum geht es aber hier. Wenn es wirklich um
kleinere und leichtere Trafos gehen würde, hätte man wohl schon ein
Schaltnetzteil eingebaut. ;-)

Post by Volker Bosch

Post by Juergen Bors

50 Hz gewählt hat, und keine niedrigere Frequenz.

Dann hätte man auch 400 Hz nehmen können, hat man aber nicht.

Das hätte man vermutlich auch, wenn es den Effekt der Eisenverluste
nicht geben würde, der leider viele Probleme aufwirft, auch wenn er
bei zahllosen Milchmädchenrechnungen gerne mal vernachlässigt wird --
und das auch von gestandenen (Universitäts-)Professoren, die per
definitionem in Deutschland allwissend und unfehlbar sind... Einen
400Hz-Trafo im Gigawatt-Bereich aus Ferrit stell' ich mir reizvoll
vor. Leider war dieser Werkstoff damals noch nicht wirklich
verfügbar...

Im Gigawatt Bereich habe ich noch keine einzelnen Trafos gesehen,
nur Trafogruppen...

Zudem: Wie schnell sollte deiner Meinung nach ein tonnenschwerer
Generator denn laufen, um 400 Hz zu erzeugen?

Mehrpolige Generatoren haben einen schlechteren Wirkungsgrad, und
24000 U/min ist nun auch nicht wirklich eine wirtschaftliche
Drehzahl. Du verstehst?


Mit freundlichen Gruessen

Juergen Bors
---

[Volker Bosch]

Juergen Bors <***@arcor.de> wrote:

[...]

Post by Juergen Bors
Gähn. Ist auch schon lange her, dass man Reihenschlussmotoren bei
Lokomotiven einsetzte. Darum geht es aber hier. Wenn es wirklich um
kleinere und leichtere Trafos gehen würde, hätte man wohl schon ein
Schaltnetzteil eingebaut. ;-)

Hä? Dann schau Dir doch bitte mal die 120t schweren Lokomotiven genauer an.
Was stellst Du fest? Diese sind bereits ein paar Jahre alt und verfügen
über Reihenschlussmotoren. Lokomotiven mit umrichtergespeisten Fahrmotoren
verfügen idR. über eine Schlupfregelung und benötigen deshalb die gewaltige
Masse von 120t und große Anzahl Radsätze nicht mehr. Deine Aussagen sind
somit falsch bzw. irreführend.

[...]

Post by Juergen Bors
Im Gigawatt Bereich habe ich noch keine einzelnen Trafos gesehen,
nur Trafogruppen...

Ach Gottchen, ob mehrere 100 MVA jetzt im Giga-VA-Bereich liegen oder nicht,
muss hier wohl nicht diskutiert werden...

Post by Juergen Bors
Zudem: Wie schnell sollte deiner Meinung nach ein tonnenschwerer
Generator denn laufen, um 400 Hz zu erzeugen?

Von dir stammt doch die mutige These, das Landesnetz mit 400Hz zu speisen.
Dass das Unfug ist, habe ich mit dem Beispiel des Trafos gezeigt. Dass das
selbe für den Generator gilt, sollte eigentlich klar sein...

Post by Juergen Bors
Mehrpolige Generatoren haben einen schlechteren Wirkungsgrad, und

Diese pauschale Aussage kann so aber nicht stehen bleiben -- Belege bitte!
Turbogeneratoren werden nur deshalb zweipolig gebaut, um die Drehzahl
in einen für die Turbine günstigen Bereich zu legen. Generatoren für, sagen
wir mal 1 GVA, sind übrigens vierpolig (Stichwort: Umfangsgeschwindigkeit)
und haben mit Sicherheit einen höheren Wirkungsgrad als Turbogeneratoren
für, sagen wir mal 100MVA, die idR. zweipolig ausgeführt sind...

Eine vierpolige Maschine ist vom Verlauf des magnetischen Flusses
günstiger als eine zweipolige. Mal es dir doch einfach mal auf (Stichwort:
Eisenweglänge). Auch ist die zweipolige Bauform aufgrund des einseitigen
magnetischen Zuges recht ungünstig.

Und noch ein kleiner Hinweis: Wirkungsgrade elektrischer Maschinen sind
nicht gottgegeben, sondern stellen einen Kompromiss zwischen
Herstellungs- und Betriebskosten sowie den zulässigen Abmessungen bzw.
Massen dar. In gewissen Grenzen lässt sich jede Maschine mit nahezu
jedem Wirkungsgrad bauen.

Elektrische Maschinen hoher Leistung haben nicht aufgrund ihrer Abmessung
automatisch einen besseren Wirkungsgrad, sondern sie explizit wurden so
konstruiert. Bei einer kleinen Maschine ist es kein Problem die Wärme
über die Oberfläche abzuführen.

Post by Juergen Bors
24000 U/min ist nun auch nicht wirklich eine wirtschaftliche
Drehzahl. Du verstehst?

Aha, Generatoren in Fluzeugen drehen mit 24000 1/min, das war mir neu --
naja die Drehzahl sollte für Leistungen bis zu einigen kVA beherrschbar
sein...


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*\ Viele -- Volker Bosch \***
**\ Gruesse aus -- E-Mail: ***@z.zgs.de \**
***\ Stuttgart -- http://www.s-line.de/homepages/bosch \*

[Michael Kauffmann]

Post by Volker Bosch
Achslast beträgt meist um die 20t. Deine Aussage gilt also nur für die
6achsigen und die sind (leider) nahezu ausgestorben. Mir sind nur noch 150
und 151 bekannt. Die 103 ist im Januar ausgestorben.

Mindestens die 155 ist noch sehr lebendig.
Und die 103, die ich neulich einen Planzug ziehen sah, war Museumslok?

Post by Volker Bosch
Mit (elektronischer) Schlupfregelung an jeder Achse ist die gewaltige Masse
nicht mehr erforderlich. Im Gegenteil: Um den Schienenverschleiß gering zu
halten, ist man bemüht nur noch 4achsige Lokomotiven zu bauen und damit
sollte die Lokomotivmasse die 80t-Marke nicht zu sehr überschreiten.

Das ist eine Marotte in manchen Ländern.
Anderswo baut man lieber 6 Achsen mit mittlerer Achslast, statt sich
krampfhaft zu bemühen, mit 4 Achsen nicht allzu viel schwerer, als
für vielseitigen Einsatz eigentlich zulässig wäre, zu werden.

Michael Kauffmann

[Volker Bosch]

Post by Michael Kauffmann
Mindestens die 155 ist noch sehr lebendig.

Ich muss zugeben, dass ich die ex. DDR Maschinen nicht wirklich kenne...

Post by Michael Kauffmann
Und die 103, die ich neulich einen Planzug ziehen sah, war Museumslok?

Nach meinen Informationen: ja. Wurde auch im Jannuar in einer enstspr.
Newsgroup diskutiert. Kannst ja 'mal danach googlen. Auf jeden Fall ist sie
mittlerweile aus dem Plandienst ausgeschieden.

[...]

Post by Michael Kauffmann
Anderswo baut man lieber 6 Achsen mit mittlerer Achslast, statt sich
krampfhaft zu bemühen, mit 4 Achsen nicht allzu viel schwerer, als
für vielseitigen Einsatz eigentlich zulässig wäre, zu werden.

Naja, nachdem bereits die 120.0 Anfang der Achtziger mit Ach&Krach
vierachsig (84t) realisierbar war, sollte das heute, nach mehr als
zwanzig Jahren Halbleiter(weiter)entwicklung, doch vergleichsweise
problemlos realisierbar sein? Ist ja nicht wie beim PKW, wo immer
noch mehr Schnick-Schnack eingebaut werden muss.
Die Vorliebe mancher Bahngesellschaften für 6achsige Lokomotiven liegt
vermutlich ehr in deren schwachen Oberbau begründet. Das war angeblich auch
der Grund dafür, warum von der V200 auch eine 6achsige Exportversion gebaut
wurde.

[Rolf Bombach]

Post by Volker Bosch
Das hätte man vermutlich auch, wenn es den Effekt der Eisenverluste nicht
geben würde, der leider viele Probleme aufwirft, auch wenn er bei zahllosen
Milchmädchenrechnungen gerne mal vernachlässigt wird -- und das auch von
gestandenen (Universitäts-)Professoren, die per definitionem in Deutschland
allwissend und unfehlbar sind...
Einen 400Hz-Trafo im Gigawatt-Bereich aus Ferrit stell' ich mir reizvoll vor.
Leider war dieser Werkstoff damals noch nicht wirklich verfügbar...

Bei 400 _kHz_ hätt ich jetzt Ferrit genommen, aber 400 Hz? Sind
da die Eisenverluste wirklich schon so gross? Bei kleineren
Leistungen nimmt man da ja ziemlich normal aussehende Trafos.

[Volker Bosch]

Post by Rolf Bombach
Bei 400 _kHz_ hätt ich jetzt Ferrit genommen, aber 400 Hz? Sind
da die Eisenverluste wirklich schon so gross? Bei kleineren
Leistungen nimmt man da ja ziemlich normal aussehende Trafos.

Nunja, da die Eisenverluste mit irgendwas zwischen f^1
(Ummagnetisierungsv.) und f^2 (Wirbelstromv.) anwachsen.
Gut, die Ummagnetisierungsverluste haben wir bei Ferrit auch; auch die
geringe Sättigungsinduktion spricht gegen die Ferrite.
Vielleicht einigen wir uns auf Hochfrequenzblech...

[Juergen Bors]

Hallo Joachim!

Post by Juergen Bors

Post by Joachim Schmid
Das halte ich für ein Gerücht. Die frequenzbedingte
Drehmomentenpulsation liegt immer noch in einer Periodenlänge von
unter 1/10 s. Das wird schon durch die Massenträgheit der bewegten
Teile weggeglättet.

So viel wiegt so eine Achse im Verhältnis zur zu ziehenden Masse nun
wirklich nicht. Was sollen denn 2 Tonen bei z.B. 500 kW großartig
ausgleichen?

man "reduziertes Massenträgheitsmoment"
Auf deutsch: Die Massenträgheit des linear bewegten Zuges ist nicht
linear zu vergleichen mit dem Massenträgheitsmoment der mit nicht
unbeträchtlichen Drehzahlen rotierenden Massen von Radsatz,
Achsgetriebe und Motorläufer.

Im Fall des Anfahrens steht der Motor nahezu... Mit Ausgleichen
durch drehende Massen ist da nicht viel.

Im Übrigen ist die Masse des Zuges ohne Bedeutung bei der Frage, ob
ein Radsatz wegen Drehmomentenschwankungen durchdreht.

Nur bei Teillast kannst du gegen obiges Durchdrehen etwas tuen. Bei
Volllast ist das schon deutlich schwieriger. Stimmts?


Mit freundlichen Gruessen

Juergen Bors
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