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Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB)

Zuverlässig unter Strom

Weniger Störungen, höhere Verfügbarkeit:
Die Stuttgarter Straßenbahnen AG modernisiert mit Voith die Traktionsstromrichter von 50 Stadtbahnwagen. Das Großprojekt ist auch eine logistische Herausforderung, denn der laufende Betrieb soll nicht beeinträchtigt werden.

Roland Jauß
Die Modernisierung ist quasi eine Operation am offenen Herzen unserer Fahrzeuge.
Diplom-Ingenieur Roland Jauß im Stabsbereich Systemtechnik SSB und Lehrbeauftragter für Schienenfahrzeugtechnik Universität Stuttgart
Vor Befundung der Geräte kennen wir deren Zustand nicht und die Aufarbeitung samt Prüfläufen ist eng getaktet.
Diplom-Ingenieur Alfred Gmeiner-Ghali, Leitung Vertrieb der elektrischen Antriebssysteme bei Voith, St.Pölten
Alfred Gmeiner-Ghali

Herr Jauß, Herr Gmeiner-Ghali, die Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB) hat Voith beauftragt, die Traktionsstromrichter von 50 Stadtbahnwagen aufzuarbeiten und zu erneuern. Was ist die wesentliche Herausforderung bei diesem Großprojekt?

SSB-Wagen S-DT 8

Bei den Zweirichtungs-Doppeltriebwagen der Reihen S-DT 8.10 und 8.11 sind jeweils vier Traktionsstromrichter mitsamt Steuerungselektronik 1 an der Fahrzeugunterseite installiert, die alle acht Achsen antreiben.

SSB S-DT 8 Two-Car Set

Roland Jauß: Die SSB betreibt aktuell 204 Stadtbahnzüge der speziellen Stuttgarter Bauform S-DT 8. Die Herausforderung bei der Sanierung der Traktionsstromrichter besteht darin, dass der gesamte Ablauf von den Voruntersuchungen bis zur Serienumrüstung ohne Stillsetzung von Fahrzeugen ablaufen soll. Hinzu kommt bei diesem Projekt, dass beim Aufarbeiten von der Neuentwicklung von Komponenten wie den Leistungsmodulen mitsamt der Lichtwellenleiteranbindung bis hin zur klassischen Instandhaltung wie bei den Bremswiderständen ein breites Spektrum an Tätigkeiten abzudecken ist. Insofern war schon die Erstellung des Lastenhefts eine Herausforderung.

Alfred Gmeiner-Ghali: Eine wesentliche Vorgabe ist, die Bestandsfahrzeuge nur so kurz wie möglich aus dem Betrieb zu nehmen. Deshalb tauschen wir mithilfe vorhandener Ersatzstromrichter die Geräte rollierend: Die Stromrichter werden vom Fahrzeug demontiert, zu Voith geliefert, befundet, aufgearbeitet und geprüft, bevor sie wieder nach Stuttgart kommen und am nächsten Fahrzeug in Betrieb gehen. Die große Herausforderung besteht darin, dass wir vor Befundung der angelieferten Geräte keine Information über deren Zustand und den damit einhergehenden Grad der Modernisierungsmaßnahmen haben, aber trotzdem den Takt einhalten müssen. Die Modernisierung umfasst ja sowohl die mechanische Aufarbeitung der Gehäuse, Schaltelemente und Drosseln als auch den Austausch der Leistungselektronik. Die gesamte Aufarbeitung inklusive der Prüfläufe ist eng getaktet und auf die betrieblichen Erfordernisse unseres Auftraggebers abgestimmt.

Welche konkreten Vorteile erwartet sich die SSB von der Modernisierung der Stadtbahnwagen?

Jauß: Durch die Modernisierung der Traktionsstromrichter erwarten wir einen deutlichen Rückgang der Störanfälligkeit. Der gestiegenen Störanfälligkeit konnten wir nicht mehr nur durch Instandhaltungsmaßnahmen begegnen, sodass wir uns für eine Modernisierung entschieden haben. Die Stromrichter haben die Hälfte ihrer Nutzungszeit erreicht, für die zweite Hälfte nach der Modernisierung erwarten wir eine hohe Verfügbarkeit und geringe Störanfälligkeit bis zum Nutzungsende.

Der Auftrag schließt den Austausch der bestehenden Leistungselektronik durch ein neues Voith System ein. Worauf legen Sie dabei besonderen Wert?

Jauß: Die Modernisierung ist quasi eine Operation am offenen Herzen unserer Fahrzeuge. Alle neu von Voith eingebauten Komponenten und technischen Lösungen müssen sich passgenau in das vorhandene technische Umfeld einfügen. Weiterhin ist uns wichtig, dass bereits erprobte Technik zum Einsatz kommt. Voith hat also ein Leistungsmodul entwickelt, das erprobte Komponenten verwendet, aber eben auch alle mechanischen und elektrischen Schnittstellen des vorhandenen Stromrichtermoduls berücksichtigt. Uns freut dabei sehr, dass zusätzlich etwas Gewicht eingespart werden konnte. Auch eine Verbesserung beim Lüftungskonzept wurde umgesetzt.

Die Überholung der insgesamt 210 Stromrichtergeräte soll ohne Änderungen an der bestehenden Mechanik, den elektrischen Anschlüssen und der Software erfolgen. Wie stellt Voith das sicher?

Gmeiner-Ghali: Um möglichst wenig zulassungsrelevante Änderungen zu erhalten, tauschen wir nicht das gesamte Gerät aus, sondern nur bestimmte Komponenten darin. Dadurch bleiben die mechanischen Schnittstellen zum Fahrzeug unverändert. Die elektrischen Schnittstellen betreffen einerseits die Leistungsübertragung und andererseits die dafür nötige Steuerung. Die Leistungsübertragung erfolgt mit identischen Schnittstellen, aber mittels neuer Leistungselektronik. Die Anbindung an die Traktionsmotoren bleibt bestehen. Die existierende Antriebssteuerung überträgt die Befehle über Lichtwellenleiter, die via Optokoppler auf die von Voith verwendete Technologie umgesetzt werden. Die Software in der Antriebssteuerung bleibt daher unverändert.

Welche Anpassungen nehmen Sie vor, um die existierende Antriebssteuerung beibehalten zu können?

Gmeiner-Ghali: Weil die vorhandene Antriebssteuerung Lichtwellenleiter verwendet, besteht eine galvanische Trennung zum Leistungsteil, es gibt also keine elektrische Rückwirkung vom Leistungsteil auf die Steuerung. Damit kann die bestehende Steuerung ohne Änderungen auch einen neuen Leistungsteil ansteuern. Wir müssen „nur“ einen Schnittstellenprint für die Umsetzung der Lichtleitersignale in elektrische Ansteuersignale des neuen Leistungsteils entwickeln.

Modernisierungen in diesem Segment kommen nicht ohne kundenspezifische Individuallösungen aus. Welche haben Sie für das SSB-Projekt gefunden?

Jauß: Dieses Projekt ist in vielen Belangen sehr speziell. Der Ausschreibung sind jahrelange Untersuchungen vorausgegangen, um die Hintergründe der zunehmenden Störanfälligkeit zu untersuchen. Immerhin handelt es sich im Segment Stadtbahnen um eine der ersten Traktionsstromrichter-Anwendungen mit IGBT-Technik. Auch das Thema Obsoleszenz spielt eine Rolle beim gewählten Aufarbeitungskonzept. Und die vorhandene Antriebssteuerung sollte nicht angefasst werden. Insgesamt musste also ein Kompromiss aus punktueller Erneuerung, Aufarbeitung, Wirtschaftlichkeit und der Beherrschung von Zulassungsfragen gefunden werden. Als technische Speziallösungen lassen sich das neue Leistungsmodul mitsamt der Anbindung an die Steuerung, das optimierte Lüftungskonzept und eine Verbesserung bei der Schützüberwachung nennen.

Gmeiner-Ghali: Durch ihre Erfahrungen aus der Vergangenheit legt die SSB besonderes Augenmerk auf die bedarfsgerechte Lüftersteuerung, um große Temperaturwechsel zu vermeiden, denn gerade solche Temperaturhübe verringern die Haltbarkeit von Leistungsbauteilen. Daher haben wir eine stufenlose Regelung des Lüfters realisiert. Neben der verbesserten Lüftung erreichen wir damit auch eine reduzierte Geräuschentwicklung, weil der Lüfter bei niedrigen Drehzahlen wesentlich leiser läuft.

Modernisierungen

Wie stellt Voith die zukünftige Bauteilverfügbarkeit für die Stromrichter sicher?

Gmeiner-Ghali: Wir haben ein Obsoleszenz-Managementsystem nach EN 62402 etabliert. Durch proaktives Überwachen kritischer Bauteile, besonders von Elektronikbaugruppen und -bauteilen, können wir frühzeitig auf eine geänderte Verfügbarkeit reagieren und entsprechende Maßnahmen einleiten. Sie reichen von der Bevorratung und Qualifizierung von Alternativbauteilen bis hin zu kompatiblen Nachfolgebaugruppen.

Die Modernisierung soll Ende 2025 abgeschlossen sein. Woran messen Sie dann den Erfolg?

Jauß: Kosten und Termine sind allgemein bekannte Kriterien. Wir werden jedoch auch sehr genau beobachten, ob die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der modernisierten Stromrichter unseren Erwartungen entsprechen. Als Besonderheit haben wir vor der Serienumrüstung viel Zeit zum Testen und Erproben eingeplant. Das ist von beiderseitigem Nutzen und soll verhindern, dass die Umrüstung durch zeitintensives Nacharbeiten ins Stocken kommt. 2025 werden wir wissen, ob dieses Vorgehen zielführend war.

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Letzte Aktualisierung: 12.11.2020

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