Der Avenio - IFS

AvenioDer AvenioEin Fahrzeugkonzept und seine Wechselwirkung mit der InfrastrukturWolfgang-D. RICHTERSeite 1IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR14. 12. 2010© Siemens AG 2010© Siemens AGIS, Mobility Division

AvenioDie Evolution eines KonzeptsZwei Entwicklungslinien vereinigt der Avenio: die Einzelgelenktechnik, die denEinsatz von Drehgestellen auch bei 100 % Niederflur erlaubt und die Längsradsatz-Technologie des Combino, die verschleißarmes Fahren auch im engen BogenermöglichtMAN-Prototyp für Bremen1990Combino-Serie für Potsdam1998Seite 2IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

AvenioDie Evolution eines KonzeptsMit den Combino Plus für Almada und Budapest wurden erstmals alle Erfahrungender Vorgänger in einem Fahrzeugkonzept vereintCombino Plus für Budapest2006Combino Plus für Almada2005Seite 3IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

AvenioModularer Baukasten für individuelle KundenanforderungenLänge18 m27 m36 m45 m54 m63 m72 m• 2- 8-Teiler• Normal- und Meterspurausführung• Fahrzeug-Breite von 2,3 bis 2,65 m• Ein- und Zweirichtungsausführung• 50 – 100% Motorisierung• Flexible Innenraumgestaltung• Verschiedene Klimazonen• Straßen- und Stadtbahn (bis 80 km/h)• Individuelles Design möglich• Umfangreicher Optionskatalog• Projektspezifisches CustomizingSeite 4IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Typisch Straßenbahn:Anforderungen an die SpurführungEinstellbedingung:für konventionelle Drehgestelle inengen Bögen nicht erfüllbarAbrollbedingung:für konventionelle Radsätze in engenBögen nicht erfüllbarQuelle: Frederich, Spurführung in engen GleisbögenSeite 5IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Kann Avenio man die Abrollbedingung erfüllen?Typisches Zentrierverhalten ausgelenkter Drehgestelle im VergleichDrehgestell mitkonventionellenRadsätzenLosrad-DrehgestellQuelle: Schindler, Spurführung und Fahrdynamik von NiederflurfahrzeugenLosrad-DrehgestellmitLängsradsätzenDer Längsradsatz stabilisiert sich in der Geraden ähnlich einem konventionellen RadsatzSeite 6IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Zur Avenio Unterscheidung:Definition der FahrzeugkonzepteMultigelenkwagen – mehr als ein Wagenkasten-Gelenk zwischen zwei FahrwerkenEinzelgelenkwagen – nur ein Wagenkasten-Gelenk zwischen zwei FahrwerkenSeite 7IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Statik: AvenioKonzeptbedingte StrukturbelastungEinzelgelenk-ZweiteilerEinzelgelenk-DreiteilerEinzelgelenkwagen: jeder Wagenkasten ist in sich auf eigenem Drehgestell abgestützt. Die Gelenkeübertragen neben den Längskräften nur Vertikalanteile, die sich aus Zuladungsdifferenzen in deneinzelnen Wagenmodulen ergeben. Im Dachbereich werden daher auch nur geringe Stützkräfte inLängsrichtung eingeleitet. Gelenkanschlüsse und Stirnwandstruktur können den geringen Belastungenentsprechend gewichtsoptimiert werden, ohne die Festigkeit des Wagenkastens zu gefährdenMultigelenk-Dreiteiler mit SänfteMultigelenk-Fünfteiler mit SänftenMultigelenkwagen: die Gelenke sind in vertikaler Richtung hoch belastet, da das Gewicht der Sänfte undein überwiegender Teil der Nutzlast hier übertragen werden müssen. Dazu kommen höhere Stützkräfte imDachbereich, die nur an den Kopfenden teilweise durch den Massenüberhang kompensiert werden.Aufgrund der niedrigen Fußbodenhöhe und der erforderlichen Bodenfreiheit resultiert eine hohespezifische Materialbelastung im Bereich der Gelenke und der anschließenden Stirnwandstruktur.Seite 8IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Fahrdynamik:AvenioKonzeptbedingtes Systemverhalten im Bogen(Fahrtrichtung)Einzelgelenkwagen: stabiles Laufverhalten durch individuelle laterale Abstützung der Module, geringeEmpfindlichkeit gegen Gleislagefehler wurde durch Versuche in Augsburg (s. nachfolgende Seiten)nachgewiesen.Aus der zentralen Krafteinleitung resultiert eine Sehnenstellung der Drehgestelle bei niedrigemKraftniveau. Bei Einfahrt in S-Bögen ohne Zwischengerade besteht nur ein geringes Entgleisungsrisiko,da im Gegenbogen das anlaufende führende Rad um den Fliehkraftanteil entlastet wird.{ n.a. }Multigelenkwagen: bedingt stabiles Laufverhalten, höhere Empfindlichkeit gegen Gleislagefehler durchVersuche in Augsburg (s. nachfolgende Seiten) nachgewiesen. Die von der Sänfte herrührendenparasitären Momente führen zu einer Spießgangstellung der Fahrwerke mit erhöhtem Querkraftniveau. BeiEinfahrt in S-Bogen ohne Zwischengerade besteht ein erhöhtes Entgleisungsrisiko, da das im Gegenbogenanlaufende führende Rad zusätzlich mit der aus dem Moment resultierenden Gegenkraft belastet wird.Seite 9IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Durchaus Avenio eine Konzeptfrage:quasistatische Querkraft am führenden Rad bei BogeneinfahrtMultigelenkwagen21,2 kNHohe Ausdrehsteifigkeit der Fahrwerke,geringe AusdrehwinkelEinzelgelenkwagen14,7 kNNiedrige Ausdrehsteifigkeit der Drehgestelle,große AusdrehwinkelQuasistatische Untersuchung bei identischen Randbedingungen mit 1 m/s²Seite 10IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Durchaus Avenio eine Konzeptfrage:gemessenes Querkraftniveau am führenden Rad bei BogeneinfahrtMultigelenkwagenHohe Ausdrehsteifigkeit der Fahrwerke,geringe AusdrehwinkelEinzelgelenkwagenmax. 31 kNNiedrige Ausdrehsteifigkeit der Drehgestelle,große Ausdrehwinkelmax. 16 kNMessungen unter identischen Randbedingungen bei 1 m/s²Seite 11IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Auswirkungen trägheitsbedingter Querkräftebei Multigelenkwagen, “weiches” GelenkDeformation im Bereich desÜbergangs von der Zunge zurRillenkante in einer Weiche durchdynamische QuerkraftspitzenFahrtrichtungDeformation, ca. 4 mmBei dem gegebenenQuerschnitt kann eineplastische Verformung erstbei Kräften > 20 kNauftreten, konventionelleDrehgestellfahrzeugekönnen derartig hohe Kräftenicht erzeugenSeite 12IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Durchaus Avenio eine Konzeptfrage:gemessenes Querkraftniveau am führenden Rad bei Fahrt im BogenMultigelenkwagenHohe Ausdrehsteifigkeit der Fahrwerke,geringe AusdrehwinkelBandbreite 12,5 kN,Mittelwert 19 kN,Maximum 25,5 kNEinzelgelenkwagenQuerkraftmessung am führenden RadNiedrige Ausdrehsteifigkeit der Drehgestelle,große AusdrehwinkelMessungen unter identischen Randbedingungen bei 1 m/s²Bandbreite 4,5 kN,Mittelwert 14 kN,Maximum 17 kNSeite 13IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Auswirkung dämpfungsbedingter Querkräftebei Multigelenkwagen, “steifes” GelenkBeobachtungen anVignolgleisenQuelle: www.strassenbahn.tk/inntramDie auf Fahrer und exponierte Fahrgästewirkenden Querbeschleunigungen lassensich reduzieren, wenn die Gelenke starkbedämpft werden – damit erhöht sichjedoch die Summe der lateralenReaktionskräfte an der Schiene und damitder Verschleiß im Bereich vonRichtungswechseln.Seite 14IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Radsätze oder Losräder?Längsradsätze!Abbildungen:GHH Radsatz GmbHSeite 15IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Oft übersehen:Auslenkkraft am asymmetrisch belasteten LosradpaarResultierende Lateralkraft bei am Losradpaar beiSchwerpunktversatz im WagenkastenF yexzAm realen Fahrzeug befindet sich der Schwerpunkt nie beiy = 0; insbesondere bei Einrichtungsfahrzeugen liegt zudemein größerer Einfluss aus der Zuladung vor.Die aus den unterschiedlichen Radlasten resultierendenQueranteile können die aus der Konizität resultierende Kraftum das zwei- bis dreifache übersteigen und verhindern damitdie Zentrierung des Losradpaares.Winkel und Kräfte nicht maßstäblich!Seite 16IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Zur Abrollbedingung:Längsradsätze laufen reibungsarm auch in engen BögenKonventionelle Radsätze erzeugen hohe Reibleistung in Bögen unter 135 m Radius:=> höherer Energieverbrauch, Rad- und SchienenverschleißReibleistungim BogenKonventionelle RadsätzeAnlenkungskonstantenRadsätze(Berechnung)„Längsradsatz“AvenioFür den Längsradsatz gibt es die „Abroll-Grenze“ nicht, da zwischen rechter undlinker Seite keine mechanischeDrehzahlkoppelung vorhanden istLängsradsatz(Abschätzung)25RadiusSeite 17IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Wiegenlos:Drehgestell mit schubelastischen SekundärfedernSeite 18IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Uneingeschränkter Einsatz:Verwindungsanforderungen im täglichen BetriebBudapest Linie 37,Verbindungsstrecke zwischenLinie 4/6 und demHungaria-DepotSeite 19IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Flexibel:Gelenke für hohe GleisverwindungenEinfachgelenk mit definierterWankfreiheit (Budapest)Wagenteil AWagenteil BErgebnis:• Sicherheit gegen Entgleisen wird auchdurch schlechte Gleislage nicht beeinflusst• Deutliche Verringerung derStrukturbeanspruchung• Sphärische Lager ermöglichen torsionsfreieKraftübertragungsphärischesLagerSeite 20IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Budapest: AvenioErfahrungen aus vier Jahren BetriebseinsatzRadprofil am Wagen 2030nach 121 000 km ohneReprofilierungdie Neu-Schablone liegtohne Lücke an, derSpurkranz weist dieursprüngliche Dicke aufWagen 2026 auf der Strecke,Laufleistung am 27.07.2009:156 102 km,kleinster Raddurchmesser 585 mmverbleibendes Verschleißvolumen: 80%Seite 21IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Budapest: AvenioIdentische Verschleißentwicklung in der FahrzeugflotteSeite 22IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Einfluss des Fahrzeugkonzeptsauf das Verschleißbild bei identischen FahrwerkenSpurkranz– und Laufflächenverschleiß bei MultigelenkwagenLauffahrwerk im Portal zwischen 0 und53.000 kmRad 7 Rad 8VerschleißgrenzeBKV-Fahrzeug Nr. 2020Trieb- und Laufdrehgestellenach 99 358 km © Siemens AG 2010Siemens AG 2010Seite 23 IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LRIS, Mobility Division

Avenio Im Überblick:Verschleißverhalten von Längsradsätzen und LosradpaarenAnalogiebetrachtung zum „Verschleiß-Gleichgewicht“und die Ausnutzung der Radlaufflächenbreiteschlecht- gesteuerte Losradpaare- gesteuerte Einzelradsätzeungünstig- gesteuerte Radsätze in selbstzentrierenden Drehgestellen- weich geführte Längsradsätze in selbstzentr. Drehgestellen- weich geführte Radsätze in selbstzentr. Drehgestellen- starr geführte Losradpaare in selbstzentr. Drehgestellenoptimal- starr geführte Radsätze in selbstzentrierenden Drehgestellen- starr geführte Radsätze in nicht zentrierenden Drehgestellen- Losradpaare in Fahrwerken- Losradpaare in nicht zentrierenden DrehgestellenungünstigschlechtSeite 24IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Durchaus vorhanden:Konzepteinfluss auf das ZentrierverhaltenKeineInformationsübertragung beiMultigelenkwagen:Die Information desTriebfahrwerks über diePosition im Gleis geht überdie zwei Gelenke verloren;die Losräder desPortalwagens verbleiben inausgelenkter Stellung undverschleißen asymmetrisch.?Losräder in festem FahrwerkLängsradsätze in festemFahrwerkAufzeichnungen nach 50.000 km ohneReprofilierungSeite 25IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Durchaus vorhanden:Konzepteinfluss auf das ZentrierverhaltenInformationsübertragung beimEinzelgelenkwagen:Die Zentrierbewegung desTriebdrehgestells wird über diedrehelastischen Anbindungenund das Gelenk auf dasLaufdrehgestell übertragen.Damit wird die Einstellung desLosradgestelles unterstützt;Trieb- und Laufdrehgestellverschleißen symmetrisch.Losräder in schubelastischangebundenem DrehgestellLängsradsätze inschubelastischangebundenem DrehgestellAufzeichnungen nach 100.000 km ohneReprofilierungSeite 26IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Einsatz Avenio unter identischen Randbedingungen:Budapester Fahrzeuge im VergleichQuelle: BKVFahrzeugtypmittlere RadreifenlaufleistungGanz-Gelenkwagen250.000 kmTatra-T5C5300.000 kmex-Hannover TW 6000270.000 kmCombino Plus> 500.000 km erwartetSeite 27IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Einsatz Avenio unter identischen Randbedingungen:Budapester Fahrzeuge im VergleichQuelle: BKVFahrzeugtypspezifischer Materialverbrauch*Ganz-Gelenkwagen670/600 mm25 mm³/kmTatra-T5C5690/620 mm22 mm³/kmex-Hannover TW 6000730/650 mm29 mm³/kmCombino Plus600/520 mmSeite 28 IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR< 12 mm³/km erwartet*einschließlich Reprofilierungsverluste© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Budapest: Avenio Linie 4/6, Mester Utca – der Weg zum DepotSeite 29IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Avenio Budapest:Linie 4/6, Endhaltestelle Moszkva TérSeite 30IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Budapest: AvenioLinie 4/6, Schienenverschleiß in FlachrillenbereichenRillengrund im Kreuzungsbereich der Endhaltestelle Moszkva térFehlendes Wendemomentreduziert Spießgangfolgen:vor- und nachlaufendesRad laufen fast in gleicherSpur.In der Vergangenheitmusste der Rillengrund derrechts gezeigten Kreuzung– wie auch an den anderenEndpunkten der Linien 4und 6 – in regelmäßigenAbständen durchAuftragschweißung saniertwerden. In den letzten vierJahren, seit Einsatz desCombino Plus, war dieseMaßnahme kein einzigesMal erforderlich.Seite 31IFS, Dezember 2010Quelle: BKV © Siemens AG 2010© Siemens AG 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LRIS, Mobility Division

Allgemein:AvenioSchienenverschleiß im BogenTypisches Verschleißbild an Rad und SchieneSeite 32IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Budapest: AvenioLinie 4/6, Schienenverschleiß im Bogen43 m-Bogen zwischen Margit híd und Moszkva térPosition BPosition ACAB(Position C siehe folgende Seite)Seite 33IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Budapest: AvenioLinie 4/6, Schienenverschleiß im Vergleich43 m-Bogen zwischen Margit híd und Moszkva térIn der VergangenheitPosition Cwurden die Schienendieses Bogens alle dreiJahre ausgewechselt, dadie Fahr- und Leitkantennach Abtrag von ca.10mm das Grenzmaßerreicht hatten (links).Die jetzt seit drei Jahrenliegenden Schienenweisen erst einenlateralen Leitkantenverschleißvon ca. 2 mm auf.Quelle: BKVVerschleißspuren aus dreiJahren Einsatzkonventioneller FahrzeugeSeite 34IFS, Dezember 201010 mm2 mmVerschleißmarkierung der Spurkranzkuppe des Avenio nach drei Jahren BetriebWolfgang-D. Richter, RS PT LRPosition B2 mm© Siemens AG 2010© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Im Avenio Vergleich:Einfluss unabgefederter Massen auf das EmissionsspektrumMain difference ofvehicles:type B is not equippedwith primary springs!Fahrzeugtyp A=> Combino und AvenioQuelle:Seite 35IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

AvenioGroße Gangbreite trotz Drehgestell: 675 mmgroßer Sitzkastenabstand – ausreichender Fußraum für stehende Fahrgäste675 mmSeite 36IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division

Der Avenio Avenio- 100 % Niederflur bei hohem Komfort und niedrigen BetriebskostenSeite 37IFS, Dezember 2010Wolfgang-D. Richter, RS PT LR© Siemens AG 2010IS, Mobility Division