ICN

Aus SystemPhysik
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Die RABDe 500 oder InterCity-Neigezug (ICN) wird im Personenfernverkehr der Schweizerischen Bundesbahnen (SBB) eingesetzt. Die Auslieferung dieser Triebzüge begann 1999. Heute existieren 44 Kompositionen. Der ICN ist der erste Zug, der mit systemdynamischen Werkzeugen modelliert worden ist.

Technisches

InterCity-Neigezug (ICN)
Der Neigeantrieb wird beim ICN rein elektrisch bewerkstelligt. Das erste Drehgestell ist mit Kreisel und Beschleunigungssensoren ausgerüstet. Diese von diesen Geräten gelieferten Daten werden mit einem Algorithmus in einen optimalen Neigewinkel umgerechnet. Der Triebzug erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h.

Die siebenteiligen Triebzüge verfügen über automatische Kupplungen und bilden als Doppelkomposition einen knapp 380 m langen Zug. Die Traktionsausrüstung einer einzelnen Komposition bildet eine Einheit. Der Steuerwagen (Bt) ist mit zwei Drehstrom-Asynchronmotoren ausgerüstet. Der anschliessende B-Wagen enthält neben zwei weiteren Drehstrom-Asynchronmotoren auch die GTO-Stromrichter des Halbzugs. Der "dritte" Wagen (in einem Halbzug der AD, im anderen Halbzug der WRA) enthält den Transformator des Halbzugs und ist unschwer am Stromabnehmer zu erkennen. Der A-Wagen in der Mitte des Zugs hat technisch keine Bedeutung hat. Die Traktionsausrüstung entspricht – bis auf die wassergekühlten GTO-Stromrichter – weitgehend derjenigen, der SBB Re 460 (Lok 2000), auch wenn sie in diesem Fall über drei Wagen verteilt ist. Als Besonderheit ist der Stützbremsbetrieb zu erwähnen, welcher bei fehlender Primärspannung durch leichtes generatorisches Bremsen die Hilfsbetriebe und die Neigetechnik mit Leistung versorgt.

Pro Triebzug gibt es in der Zweiten Klasse vier Wagen. Dazu kommen zwei Erste-Klasse-Wagen und ein Speisewagen, der auch Erste-Klasse-Abteile hat. Während es in der Zweiten Klasse ausschliesslich Grossraumwagen sind, weist die erste Klasse auch Abteile auf. Dies, weil unter den Stromabnehmern die Deckenhöhe etwas geringer ist. Der SBB-Tradition folgend sind die Sitze in den Grossraumwagen hauptsächlich in Vierergruppen angeordnet, daneben gibt es auch einige Reihen in Flugzeugbestuhlung. Insgesamt weist eine ICN-Komposition 125  Sitze in erster und 326  in zweiter Klasse auf.

Vorgeschichte

Anfang der neunziger Jahren ist am Technikum Winterthur die systemdynamische Modellierungstechnik in den Physikunterricht integriert worden. Damals verfügten nur die Macintosh-Computer von Apple über eine graphische Oberfläche, welche den Einsatz des systemdynamischn Werkzeugs STELLA ermöglichte. Mitte der neunziger Jahre fragte ein Absolvent des Studienganges Maschinenbau an, ob mit STELLA nicht auch die Längsdynamik eines ganzen Eisenbahnzuges modelliert werden könne. Sein Arbeitgeber, die in Schaffhausen domizilierte Georg Fischer AG (GF), versorgte seit Jahrzehnten die SBB und weitere Bahngesellschaften in halb Europa mit Kupplungen und Puffer. Beim ICN bestand die Herausforderung darin, die Energie absorbierenden Elemente so über alle sieben Wagen einer Komposition zu verteilen, dass bis zu einer Auflaufgeschwindigkeit von 10 km/h keine bleibenden Schäden an den beiden Kompositionen auftreten. Das Konzept sah vor, die Energie zwischen den Wagen mittels Elastomerfedern und in der automatischen Kupplung mit Hilfe eines hydraulischen Dämpfers zu absorbieren.

Modellierung

Teil des systemdynamischen Modells
In der ersten Phase wurde ein Grobmodell erstellt. Kernstück dieses Modells bildete die Impulsbilanz für alle vierzehn am Stoss beteiligte Wagen. Die Modellierung der zwischen den Wagen vorgesehenen Zug-und Stossvorrichtung mit Reibfedern und Zerstörungsgliedern erwies sich als nicht gerade trivial. Im Laufe der Zeit sind verschiedene Modellerieungsansätze entwickelt und ausprobiert worden. Heute lernen die Studierenden des Studiengangs Aviatik im Fach Physik und Systemwissenschaft in Aviatik vereinfachte und auf das Wesentliche reduzierte Modelle solcher Auflaufstösse kennen.

Die Simulationsergebnisse sind danach mit den Rechnungen eines auf Längsdynamik von Eisenbahnzügen spezialisierten Ingenieurbüros verglichen worden. Diese indirekte Validierung hat gezeigt, dass die systemdynamische Modellierungstechnik auch für den professionellen Einsatz in einzelnen Bereichen der Mechanik geeignet ist. Im Laufe der Jahre sind mit Hilfe von STELLA die 1-, 2- und 3-g-Puffer, die Kupplung für die Seetalbahn oder für die Thurbo-Triebzüge entwickelt worden. Seit 2003 werden die Modelle zur Längsdynamik von Eisenbahnzügen bei der Firma Schwab Verkehrstechnik AG in Schaffhausen, die den Puffer- und Kupplungsbereich von GF übernommen hat, mit Hilfe der Modelica-Bibliothek DyMoRail erstellt.