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Neues vom Industriemuseum

Die Elektro-Mechanische Bremse bei Schienenfahrzeugen
In konventionellen pneumatischen oder hydraulischen Bremssystemen wird das Medium Luft
oder Hydrauliköl zur Erzeugung und Übertragung von Bremssignal und Bremskraft genutzt.
Ein komplexes System aus Kompressoren, Druckluftbehältern und -leitungen oder Hydraulik ist zu diesem Zweck im Fahrzeug installiert.
Als bewährtes, zuverlässiges und stabiles System wird die pneumatische Bremse dem Schienenverkehr auf absehbare Zeit erhalten bleiben.
Technologisch sind neue Entwicklungen mit großen Herausforderungen verbunden. Die
Fahrzeughersteller und Betreiber fordern größere und schnellere Technologieschritte hinsichtlich leichterer und energiesparender Fahrzeuge mit höheren Wirkungsgraden, Verfügbarkeit sowie verbesserter Bremsperformance.
Weitere Anforderungen stellen gesenkte Lebenszykluskosten durch wartungsarme Systeme mit erhöhter Diagnosefähigkeit inklusive Einbettung in eine moderne Cyber-Security-Architektur dar.
Der „Airless Train“ gilt perspektivisch als potenzielle Lösung für diese Vielzahl von Anforderungen.
Mit der Verwendung von elektrischem Strom als Energieträger und Signalgeber stellt die EM-Bremse hierbei einen Schlüsselfaktor dar. Aber bereits auch vor der Technologiereife eines vollständig „luftlosen“ Zuges entfalten die Brake-by-wire-Technologiie signifikante Vorteile.
Fahrzeugbauer profitieren von Gewichts- und Raumersparnis, Betreiber von der gesteigerten
Bremsperformance. Diese eröffnet nicht nur das Potential Taktungen von Zügen zu verkürzen und bestehende Schieneninfrastruktur besser auszunutzen, sondern ermöglicht auch die schnellere Betriebsbereitschaft von Zügen.

Architektur der Elektro-Mechanischen (EM)-Bremse und Funktionalität im Betrieb
Eine solche elektrische Brake-by-wire-Technologie setzt Knorr-Bremse mit einer Grundarchitektur aus elektronischer Bremssteuerung (BCU), elektro-mechanischen Bremszangen mit jeweils eigener Elektronik und eigenem Elektromotor sowie systeminternen elektrischem Energiemanagementsystem um.
Ansteuerung und Rückmeldung erfolgen in dem vollaktiven System über den Fahrzeugbus und fest verdrahtete Verkabelung.
Die Steuerbarkeit liegt dabei auf Aktuatorenlevel, die unmittelbare Verfügbarkeit auf Ebene der Achsen. In der Servicebremse wird der vom Fahrzeug angeforderte Bremssollwert an der elektronischen Bremssteuerung eingelesen. Unter Einbeziehung der Bremskraft der elektro-dynamischen Bremse, Lastkorrektur und Gleitschutz übermittelt die Bremssteuerung den Bremskraft-Sollwert via Bus an die jeweiligen elektrophil-mechanischen Bremszangen. Diese setzen den Bremssollwert um und melden die entsprechenden Diagnosedaten über die Bremssteuerung an das Fahrzeug zurück.
Eine Schnellbremsanforderung gelangt dagegen hartverdrahtet über die Schnellbremsschleife direkt an sämtliche Bremsaktuatoren im Zug. Bei angeforderter Schnellbremse wird der Sollwert entsprechend der projektspezifischen Konfiguration unabhängig an jeder Bremszange last-und gleitschutzkorrigiert über die aktuator -interne Elektronik und den Elektromotor eingeregelt.
Die entsprechenden Diagnosedaten gelangen sowohl via Bus als auch hartverdrahtet zurück an das Fahrzeug.
Das EM-Bremssystem ist so gestaltet, dass sowohl im Normalbetrieb als auch im Fehlerfall eine vollwertige Regelung der Bremse sichergestellt ist.
Eine ähnliche Architektur liegt auch bei der Feststellbremse vor. Die Anforderung zum Anlegen bzw. lösen liest das EM-Bremssystem an jeder Bremszange des Zuges ein. Nach erreichtem Sollwert wird die Feststellbremse auf unbestimmte Zeit mechanisch verriegelt. Somit ist auch bei energielosem Zustand ein Wegrollen des Fahrzeugs unter allen Umständen sicher verhindert. Gelöst wird die Feststellbremse per Signal über die entsprechende „Trainlinie“.

Vorteile des EM-Systems
Die verbesserte Performance eines EM- Bremssystems endet nicht bei der unmittelbaren Bremsdynamik, sondern bietet auch Möglichkeiten zur Optimierung heutiger Funktionalitäten.
Ihre deutlich reduzierte Ansprechzeit schafft Optimierungspotential bei einem für niedrige Kraftschlussbedingungen ausgelegten Gleitschutz. Zu Betriebsbeginn verkürzt es Aufrüstzeiten, da die Kompressoren das Luftsystem erst auf Betriebsdruck bringen müssen. Stattdessen ist die EM-Bremskraft mit dem Anschalten der Fahrzeugelektronik verfügbar. Auch die obligatorische Bremsprobe lässt sich entsprechend automatisiert mit der EM-Bremse neu denken. Der heute zeitaufwendige Überprüfungsprozess könnte optimiert werden und der Zug ist schneller fahrbereit.

Entwicklungsstand
Die Betriebserprobung der EM-Bremse hat Knorr-Bremse in das europäische Innovationsprogramm Europes Rail Joint Undertaking (ERJU) eingebettet Im Rahmen ausführlicher Feldversuche wurden wertvolle Betriebsdaten gewonnen, unter anderem hinsichtlich Service- und Schnellbremsungen mit Gleitschutz, Bremsungen mit Weichenüberfahrung sowie bei der Parkbremsung.
Im nächsten Schritt soll ein kompletter Zugverband mit einem EM-Bremssystem getestet werden. Ab dem Jahr 2026 könnte die Technologie den gesamten Vollbahnbereich abdecken.

Quelle. Knorr-Bremse (Gekürzt)

Lothar Starke
Vorsitzender

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Foto: Industriemuseum Region Teltow

Neues vom Industriemuseum

Große Zukunft für kleine Satelliten
Kleinsatelliten sind vielfältig in Form und Größe. Manche von ihnen sind nur so groß wie eine Streichholzschachtel, aber ihnen gehört die Zukunft der Raumfahrt, Der kleinste von ihnen, der würfelförmige Pocket Cube, besitzt lediglich eine Kantenlänge von fünf Zentimetern.
Die Stars der Familie sind aber die CubeSats. Mit einer Kantenlänge von zehn mal zehn Zentimetern sind sie für viele unterschiedliche Aufgaben im Raumfahrtbereich einsetzbar, können preisgünstig in industriellen Maßstab produziert, und zu modularen Systemen von nahezu beliebiger Größe kombiniert werden.
Über ihre Gestalt hinaus werden Kleinsatelliten nach Gewicht in verschiedene Klassen wie etwa Piko-, Nano-, Mikro- oder Mini-Satelliten eingeteilt. Doch so unterschiedlich die Mitglieder dieser Familie in Größe, Gewicht und Funktion auch sind, ihre Masse ist nicht größer als 500 Kilogramm.

Mehr als 9.000 Kleinsatelliten ins All gestartet
Kleinsatelliten werden bereits heute in fast allen klassischen Bereichen der Raumfahrt verwendet: Sie beobachten die Erde, erforschen den Weltraum oder ermöglichen Anwendungen in der Kommunikation und Internetzugriff auch in abgelegenen Regionen der Welt.
Wie hoch der Bedarf an den Kleinen ist, zeigen die aktuellen Zahlen: in den Jahren 2015 bis 2024 wurden mehr als 9.000 Kleinsatelliten in den Orbit gestartet, Darunter befinden sich einzelne Forschungssatelliten ebenso wie kleine Formationen oder Kommerzielle Satellitenschwärme.

Geplante Einsätze von Kleinsatelliten
Viele weitere Kleinsatellitensysteme sind derzeit in Planung oder bereits im Aufbau. Sie sollen z.B. für die Waldbranddetektion eingesetzt werden. Dabei zeigt sich ein Vorteil der Kleinen gegenüber ihren großen Geschwistern, wie etwa den Sentinel-Satelliten aus dem europäischen Copernicus-Erdbeobachtungsprogramm: Während die Sentinels höchstens einmal am Tag eine bestimmte Region überfliegen, wird das OroraTech-System mit seiner Flotte an Kleinsatelliten täglich fünf Überflüge leisten können.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Beobachtung der Ozeane. Hier können Formationen von kleinen Radarsatelliten eingesetzt werden, um Wellen zu detektieren und in 3D zu erfassen, durch die die internationale Schifffahrt sicherer wird.

In Zukunft sollen Kleinsatelliten zunehmend auch sicherheitsrelevante Aufgaben im zivilen und militärischen Bereich übernehmen und dabei helfen, die Umsetzung politischer Maßgaben wie etwa das Pariser Klimaabkommen, nachzuweisen.
Das wohl bekannteste Netzwerk aus Kleinsatelliten, das die Erde umkreist, ist die Starlink-Flotte der US-amerikanischen Firma SpaceX. Neben der zivilen Nutzung wird sie auch zur Aufklärung in Kriegs- und Krisengebieten eingesetzt.
Die Erkenntnis, wie riskant die Abhängigkeit von Partnern, mehr noch von einzelnen kommerziellen Raumfahrtakteuren sein kann, hat sich in einer Zeit weltweit zunehmender politischer Instabilität auch in Europa durchgesetzt.
Inzwischen gibt es Pläne, das Satellitensystem des französischen Satellitenbetreibers Eutelsat massiv auszubauen, um technologisch unabhängiger zu sein.
Doch der Weg ist noch weit: So verfügt die Eutelsat-Flotte mit rund 650 Satelliten in der niedrigen Erdumlaufbahn über ein sehr viel kleineres Kontingent als das Starlink-System mit mehr als 7.000 Orbitern. Auch technologisch ist das US- System weiter fortgeschritten.

Neue Weltraum-Technologien testen
Unter dem Namen CAPTn (Cubesat to Accomodate ayloads and Technology Experiments) hat das DLR ein Programm gestartet, bei dem neue Weltraumtechnologien auf CubeSats direkt vor Ort im All getestet werden. Dabei müssen sie sowohl der Belastungen durch Vibration beim Start als auch die Umweltbedingungen im Weltraum überstehen. Der erste Satellit der geplanten Serie, CAPTn-1wird voraussichtlich 2026 mit einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien ins All starten und dann zwei Jahre lang die Erde umkreisen.

Quelle: DLR (Gekürzt)

Lothar Starke
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