Vectron Dual Mode - keeps going where the wire ends
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6 I I FAHRZEUGE ROLLING STOCK 145 (2021) TAGUNGSBAND SFT GRAZ 2021
Vectron Dual Mode – keeps going where
the wire ends
Vectron Dual Mode – keeps going where the wire ends
Dipl.-Ing. Irene Brade, Dipl.-Ing. Jochen Emde, Erlangen (Deutschland),
Dipl.-Ing. Maximilian Röpper, München (Deutschland), Dipl.-Ing. Jürgen Schurr, Erlangen (Deutschland)
Zusammenfassung Abstract
Der Vectron Dual Mode ist die Antwort auf die Transporther- Vectron Dual Mode is the answer for today’s transport chal-
ausforderungen der heutigen Zeit. Basierend auf der ausgereif- lenges. Building on the mature technology of Eurorunner ER20
ten Technik des Eurorunner ER20 und des Vectron DE bietet and Vectron DE, it offers the flexibility of a large mainline diesel
er weiterhin die Flexibilität einer großen Streckendiesellok. locomotive. In addition, Vectron Dual Mode allows power to
Darüber hinaus bietet der Vectron Dual Mode die Möglichkeit, be taken from the overhead wire in electrified track sections,
bei Erreichen eines elektrifizierten Streckenabschnittes die distinctly reducing both maintenance and energy costs while
elektrische Energie aus der Fahrleitung zu beziehen und somit making a significant environmental contribution. Switching
sowohl Instandhaltungs- als auch Energiekosten deutlich zu between electric and diesel operation is largely automated and
reduzieren und dabei einen wesentlichen Umweltbeitrag zu can be done without stopping. The traction characteristic is
leisten. Das Umschalten zwischen Elektro- und Dieselbetrieb nearly the same in both modes. All this makes Vectron Dual
ist ohne anzuhalten und größtenteils automatisiert möglich. Die Mode the right locomotive for traffic on partially electrified
Traktionscharakteristik ist in beiden Betriebsarten etwa gleich. tracks, using the overhead wire where available. Vectron Dual
Somit ist der Vectron Dual Mode die richtige Lokomotive für Mode combines the best of two worlds.
Verkehre auf teilweise elektrifizierten Strecken, unter Nutzung
der Fahrleitung wo vorhanden. Der Vectron Dual Mode vereint
das Beste aus zwei Welten.
1 Ausgangslage nicht elektrifizierten Strecken abseits der hügeligen und bogenreichen Strecken in
Hauptkorridore (ca. 40% des deutschen ausreichender Geschwindigkeit und über
Aufgrund der aktuellen Umweltdiskussi- Streckennetzes!) sowie auf Anschlussglei- einen längeren Zeitraum bereit zu stellen.
onen und des damit verbundenen Rufes sen wird dieser Verkehr durch Strecken- Daher führt für betrieblich sinnvolle Gü-
nach Minimierung der Lärm- und Abga- lokomotiven mit Dieselantrieb oder Ran- terverkehre auf nicht elektrifizierten Stre-
semissionen werden klassische Diesello- gierlokomotiven bewerkstelligt. cken, für die eine hohe Leistungsdichte
komotiven in Europa heute als ‚kritisch‘ Mittlerweile werden die verschiedens- bei gleichzeitig hoher Reichweite erfor-
angesehen. Die Forderungen nach Fahr- ten alternativen Antriebskonzepte, wie derlich ist, mittelfristig kein Weg an dem
verboten von Dieselfahrzeugen in den beispielsweise Batterie-, Wasserstoff- klassischen Dieselantrieb vorbei.
Ballungsräumen und Innenstädten wer- oder Brennstoffzelle, diskutiert. Einige Allein schon aus wirtschaftlichen Grün-
den künftig voraussichtlich nicht nur für sind – vorwiegend im Bereich der Trieb- den muss dieser Dieselantrieb einen mi-
PKW gelten, sondern eventuell auch für züge mit kleinem Leistungsbedarf – be- nimal möglichen Kraftstoffverbrauch und
Schienenfahrzeuge. reits in der Umsetzung. damit CO2-Ausstoß aufweisen. Ebenso
Der Großteil der Gütertraktion auf der Die derzeit verfügbaren Batterien besit- müssen Abgas- und Lärmemissionen so
Schiene erfolgt heute auf stark ausgelaste- zen bei weitem noch nicht die Kapazität, gering wie möglich ausfallen. Im Hinblick
ten, elektrifizierten Hauptstrecken durch um die Antriebsenergie zum Bewegen auf eine weitere Verringerung des CO2-
leistungsfähige E-Lokomotiven. Auf den schwerer Güterzüge auf typischen, d.h. Ausstoßes besteht darüber hinaus noch
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Potenzial durch die Nutzung syntheti- der Entwicklung der gesamten Vectron- trale Stromrichterblock konnte – bis auf
scher, CO2-neutral erzeugter Kraftstoffe. Plattform bewährt. die Ergänzungen für den Einspeisebe-
Das Entwicklungsziel war eine moderne, Der Vectron Dual Mode stellt somit ein trieb aus der Fahrleitung – vom Vectron
umweltfreundliche und leistungsstarke weiteres Mitglied der Vectron-Plattform DE übernommen werden.
Streckenlokomotive, die die Vorzüge bei- dar. Er profitiert von der permanen- Das Prinzipschaltbild der Traktionsaus-
der Traktionsarten in sich vereint, und es ten Weiterentwicklung der Plattform rüstung des Vectron Dual Mode ist in
somit Betreibern ermöglicht, lange Zug- und von Funktionserweiterungen, wel- Bild 1 dargestellt.
läufe mit ein und demselben Triebfahr- che abhängig von den Marktanforde- Die wichtigsten Kenndaten der Lok zeigt
zeug im Wechsel auf elektrifizierten und rungen hinzugefügt werden. Aber auch die Tabelle 1.
fahrdrahtlosen Strecken zu führen. Ein im After Sales sind aufgrund der in vie-
solches Fahrzeug ergibt, sofern es zu ei- len Fällen gleichen Komponenten die 3 Leistungsauslegung
nem attraktiven Preis verfügbar ist, für Vorzüge der großen Vectron-Flotte von
die Betreiber verringerte Investitionskos- Nutzen. Mit einer Anfahrzugkraft von 300 kN in
ten (nur einer anstatt mindestens zwei Bei den bestehenden Komponenten des beiden Betriebsarten sowie einer hoch-
Lokomotivtypen), eine relevante Zeiter- Vectron DE wurde besonderes Augen- wirksamen Adhäsionsregelung ist der
sparnis durch Entfall des Lokwechsels, merk auf den vorhandenen Dieselmotor Vectron Dual Mode uneingeschränkt für
sowie verringerte Trassenbenutzungsge- gelegt. Um diesen ebenfalls zukunftsfä- die Beförderung schwerer Züge geeignet.
bühren durch kürzere Trassenbelegung hig zu machen, wurde er zur Erfüllung Durch eine Optimierung der Antriebsteu-
bzw. Belegung von Trassen, die heute der nächsten Abgasstufe (EU Stage V) erung konnte die maximale Leistung im
wegen ihrer nur abschnittsweisen Elek- ab 1.1.2021 weiter ertüchtigt, ohne die E-Betrieb auf 2.400 kW gesteigert werden.
trifizierung tendenziell weniger attraktiv Maschinenanlage zu verändern. Da bei Bild 2 zeigt das Zugkraft-Geschwindig-
und damit preiswerter sind. den Betriebskosten des Dieselmotors der keitsdiagramm für beide Betriebsarten
Der instandhaltungs- und kostenintensi- Anteil der Kraftstoffkosten je nach Ein- sowie die Fahrwiderstandskennlinien der
ve Dieselantrieb wird nur dann genutzt, satzprofil bis zu 90% beträgt, wurde be- zur Leistungsauslegung herangezogenen
wenn er wirklich betrieblich notwendig reits bei der Entwicklung des Vectron DE Züge für den Einsatz im Güterverkehr.
ist. Lange Laufzeiten des Verbrennungs- größter Wert auf einen optimal niedrigen Hierbei werden folgende Zugkraftüber-
motors unter Fahrdraht werden somit ef- Kraftstoffverbrauch gelegt. schüsse erreicht:
fektiv vermieden. Die dafür wesentlichen Faktoren
2,5 N/kN Zugkraftüberschuss bei
2 Konzeptfindung − verbrauchsgünstiger Dieselmotor MTU Geschwindigkeit 100 km/h mit Güterzug 1
16V 4000 R84, 3 N/kN Zugkraftüberschuss bei
Vor diesem Hintergrund hat Siemens Mo- − verbrauchsoptimale Betriebsführung Geschwindigkeit 80 km/h mit Güterzug 2
bility entschieden, die bestehende diesel- des Dieselmotors, 3 N/kN Zugkraftüberschuss bei
elektrische Lokomotive Vectron DE durch − hoher Wirkungsgrad der Komponen- Geschwindigkeit 80 km/h mit Güterzug 3
das Hinzufügen der für den Elektrobe- ten in der Leistungsübertragung und 2 N/kN Zugkraftüberschuss bei
trieb erforderlichen Komponenten zu ei- − niedriger Leistungsbedarf der Hilfs- Geschwindigkeit 70 km/h mit Güterzug 4
ner Zweikraft-Lokomotive (Dual Mode) betriebe,
weiterzuentwickeln. Ziel war es, den Ent- Das Diagramm zeigt, dass Güterzüge mit
wicklungsaufwand möglichst gering zu haben den Vectron DE zur verbrauchs- üblichen Anhängelasten auch auf dicht
halten sowie Grundkonzept und Kom- günstigsten Diesellok ihrer Leistungsklas- belegten, elektrifizierten Hauptstrecken
ponenten vom betriebsbewährten Vect- se gemacht. Dieses Alleinstellungsmerk- ohne Einschränkung befördert werden
ron DE zu übernehmen. Ferner sollten Er- mal gilt ohne Einschränkung auch für den können.
kenntnisse aus den bisherigen Betriebs- Vectron Dual Mode. Beim dynamischen Bremsen im Elektro-
erfahrungen einfließen. Bezüglich der Leistungsauslegung be- betrieb wird die Bremsenergie, wie bei
Ein weiteres zwingendes Ziel war es, stand die Vorgabe, am Rad sowohl im modernen Drehstrom-Triebfahrzeugen
dass der Anschaffungspreis eines Vect- Elektrobetrieb als auch im Dieselbetrieb üblich, in das Fahrleitungsnetz rückge-
ron Dual Mode im Vergleich zum Vect- eine etwa gleiche Traktionscharakteris- speist, wodurch der Energieverbrauch der
ron DE nur unwesentlich höher ist und tik zu realisieren. Das mag zunächst „be- Lokomotive um ca. 10% zurückgeht. Die
die aufgrund des erweiterten Funkti- scheiden“ klingen. Wenn man jedoch be- Leistung der elektrischen Bremse beträgt
onsumfangs zwangsläufig vorhandenen rücksichtigt, dass ein wesentliches Ein- im Elektrobetrieb 2.100 kW am Rad, im
Mehrkosten sich durch die konzeptionel- satzgebiet der Lokomotive die Beförde- Dieselbetrieb 1.700 kW (wie bereits beim
len Vorteile der Lok in wenigen Jahren rung von Zügen sein wird, die bereits heu- Vectron DE).
amortisieren. te von Dieselloks, teils unter Fahrdraht, Bild 3 zeigt das Bremskraft-Geschwindig-
Aufgrund des Potenzials dieses Fahr- befördert werden, so ergibt dies Sinn. Ins- keitsdiagramm für elektrodynamisches
zeugkonzepts erfolgte die Entwicklung besondere erlaubt diese Auslegung auch Bremsen in beiden Betriebsarten.
des Vectron Dual Mode ohne vorliegen- weiterhin ein kostengünstiges 4-achsiges Damit ist der Vectron Dual Mode für die
den Kundenauftrag, d.h. Siemens Mobili- Fahrzeug, für den der bewährte Antriebs- zu erwartenden Transportaufgaben bes-
ty GmbH ist hierbei in Vorleistung gegan- strang des Vectron DE unverändert über- tens ausgelegt und bietet ausreichend Be-
gen. Dieses Vorgehen hat sich bereits bei nommen werden konnte. Auch der zen- schleunigungsreserven, um die im Betrieb
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I Bild 1: Prinzipschaltbild des Vectron Dual Mode
erforderlichen Höchstgeschwindigkeiten ron DE-Lokomotiven mit Anhängelasten 4 Mechanischer Aufbau
zu erreichen. >3.000 t haben dies eindrucksvoll unter
Der erfolgreiche, mehrjährige Einsatz Beweis gestellt. Die Lokomotive ist als Streckenloko-
zweier Vectron DE-Lokomotiven im an- Eine Mehrfachtraktion mit anderen Vect- motive mit zwei Endführerständen und
spruchsvollen Autozug-Einsatz nach Sylt ron-Lokomotiven sowie mit dem Eurorun- der Radsatzanordnung Bo’Bo’ konzi-
unter teilweise widrigsten Umgebungsbe- ner ER20 ist beim Vectron Dual Mode piert. Die Führerräume sind identisch
dingungen sowie Fahrten anderer Vect- selbstverständlich möglich. zur Vectron E-Lokomotive bzw. zur bis-
herigen Vectron DE-Lokomotive. Kon-
zeptbedingt erfolgt der Übergang vom
Führerraum in den Maschinenraum
über eine Flucht- oder Wartungsgang-
tür.
Die konstruktive Überleitung vom Vec-
tron DE zum Vectron Dual Mode si-
chert durch das damit einhergehen-
de Gleichteilekonzept die Ersatzteilver-
sorgung beider Loktypen mit gleichen
Komponenten.
Der Maschinenraum (Bild 4) ist funkti-
onsbedingt mittels zweier schraubbarer
Trennwände in drei separate Kammern
unterteilt:
− Die hinter Führerraum 1 befindliche E-
Kammer (Kammer 1) enthält die wich-
tigsten elektrischen Funktionsbau-
gruppen. Dazu zählen der Stromrich-
ter (mit integriertem Umschaltgerüst
zur Umschaltung des Energieflusses
zwischen Elektrobetrieb und Diesel-
betrieb), das Hilfsbetriebegerüst, die
pneumatische Bremsausrüstung so-
wie die Luftfilteranlage für den Diesel-
I Tabelle 1: Technische Kenndaten Vectron Dual Mode motor.
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− In der Mitte der Lokomotive befindet
sich die nach außen hin vollständig
gekapselte – und damit schallge-
dämmtev– Dieselmotorkammer (Kam-
mer 2) mit Dieselantriebsanlage, Ab-
gasanlage und Vorwärm-/ Warmhalte-
gerät für den Dieselmotor.
− Im dritten Maschinenraumsegment
befinden sich die Dieselmotorkühl-
anlage, der Bremswiderstand und der
standardmäßig eingebaute Zugsiche-
rungsschrank.
Alle Komponenten im Maschinenraum
sind mittig angeordnet. Zwei durchlau-
fende Seitengänge gewährleisten eine
4 Vectron DM + beladener Containerzug/Ganzzug 2.500 t Anhängelast in der Ebene
gute Zugänglichkeit zu Wartungszwecken 3 Vectron DM + gemischter Güterzug 1.200 t Anhängelast in der Ebene
bzw. zum Fahrtrichtungswechsel. 2 Vectron DM + beladener Containerzug/Ganzzug 1.600 t Anhängelast in der Ebene
Ein wesentliches Merkmal einer wenig 1 Vectron DM + beladener Containerzug/Ganzzug 1.200 t Anhängelast in der Ebene
komplexen Maschinenanlage ist die Ver- I Bild 2: Zugkraft-Geschwindigkeitsdiagramm für Elektro und Dieselbetrieb sowie Fahrwi-
wendung lediglich eines Dieselmotors derstandskennlinien der zur Leistungsauslegung herangezogenen Züge für den Einsatz im
Güterverkehr
sowie die Zusammenfassung aller Bau-
gruppen in sinnvolle, möglichst wenige
und leicht tauschbare Einzelmodule. Hier-
durch ergibt sich eine geringe Anzahl an
Schnittstellen, was wiederum die Anzahl
der möglichen elektrischen und mecha-
nischen Fehlerquellen wie beispielswei-
se Öl-, Kühlmittel- oder Kraftstofflecka-
gen auf ein Minimum reduziert.
Direkt oberhalb des Dieselmotors ist der
in einem kompakten, robusten selbst-
tragenden Stahlgehäuse integrierte Par-
tikelfilter inkl. Schalldämpferfunktion
thermisch isoliert angeordnet. Im Inne-
ren des Partikelfilters befinden sich ein-
zeln tauschbare Filterelemente. Durch
die gewählte Anordnung des Partikelfil-
ters oberhalb des Motors werden Anzahl
und Länge der thermisch hoch belasteten I Bild 3: Elektrodynamisches Bremskraftdiagramm des Vectron Dual Mode
I Bild 4: Maschinenraum-Layout des Vectron Dual Mode
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Abgasleitungen sowie die Wärmeabstrah- der Dieselmotor bei Außentemperaturen löscht den Brand rückstandsfrei. Sollte
lung in die Motorkammer minimiert. von bis zu 35°C keine Leistungsreduzie- ein Brand in Kammer 2 detektiert werden,
Direkt unterhalb der Maschinenanlage rung erfährt. Für Kontroll- und Wartungs- so wird er durch die hier vorhandene, se-
befindet sich der beidseitig befüllbare arbeiten kann der Innenraum der Kühl- parate Schaumlöschanlage wirkungsvoll
Kraftstofftank mit einem nutzbaren Vo- anlage über eine stirnseitig angeordne- gelöscht.
lumen von 2.600 Liter sowie der Haupt- te Wartungstüre niveaugleich betreten
transformator mit zugehöriger Kühlanla- werden. 5 Dieselantriebsanlage
ge. Die Kühlanlage des Haupttransforma- Im Gegensatz zu rein elektrischen Loko-
tors weist drei Lüfter auf, die bedarfswei- motiven erfordert eine Lokomotive mit Der im Vectron Dual Mode eingesetzte
se einzeln zu- und abgeschaltet werden. einem leistungsstarken Dieselaggregat Dieselmotor der Baureihe 4000 von MTU
Dadurch wird die Geräuschemission ge- einen wesentlich höheren Luftdurchsatz. Friedrichshafen wurde bereits im Vect-
rade in Bahnhöfen minimiert. Daher ist der Wagenkasten speziell an ron DE verwendet (Bild 5). Die 16 Zylin-
Ein Vorwärm-/ Warmhaltegerät mit ei- den Luftbedarf des Dieselaggregats ange- der sind als V-Motor aufgebaut und lie-
ner installierten Heizleistung von 35 kW passt. Die Verbrennungsluft wird gezielt fern je Zylinder 150 kW, d.h. zusammen
sorgt für den verschleißarmen Start des durch die seitlich angebrachte Öffnung in 2.400 kW Leistung an der Kurbelwelle. Im
Dieselmotors. Der Start selbst erfolgt mit der E-Kammer angesaugt. Ein Ansaugen Leerlauf erfolgt durch die Motorsteuerung
Hilfe eines Anlasssystems auf der Basis von Abgas – wie es bei der Anordnung der eine Zylinderabschaltung, d.h. der Motor
von Doppelschichtkondensatoren, so ge- Lufteinlässe im Dachbereich unweigerlich wird in diesem Betriebszustand nur mit
nannten Ultra-Caps. Diese Energiespei- erfolgen würde – wird somit vermieden. jeweils 8 Zylindern im Wechsel betrieben,
cher sind, im Gegensatz zu konventio- Für den hohen Luftbedarf von Dieselmo- wodurch der Kraftstoffverbrauch auch in
nellen Starterbatterien, kleiner und leich- torkühler und Bremswiderstand stehen diesem Betriebsbereich minimiert wird.
ter, praktisch wartungsfrei und haben ein großflächige Ansaug-öffnungen im Küh- Der Motor ist zweistufig aufgeladen. Die
wesentlich besseres Tieftemperaturver- lerabteil zur Verfügung. Auch hier wurde anteilige, motorinterne Abgasemissions-
halten. Dieses Konzept wurde erstmalig darauf geachtet, aerodynamische Kurz- minderung erfolgt über eine gekühlte Ab-
durch Siemens auf den ER20-Lokomoti- schlüsse zu vermeiden. gasrückführung.
ven realisiert und hat sich mittlerweile Die Lokomotive ist serienmäßig mit ei- Durch die Auswahl eines speziell für die
aufgrund seiner Vorteile branchenweit ner zweiteiligen Brandbekämpfungsan- Bahnanwendung optimierten Großdiesel-
durchgesetzt. lage ausgerüstet. Wird durch die in Kam- motors ist es möglich, diesen mittels ge-
Die Seitenkühlanlage in Turmbauform mer 1 oder 2 installierten Rauch- und eigneter Motorsteuerungsparametrierung
dient ausschließlich der Kühlung des Feuerwarnrückmelder ein Brand detek- perfekt auf das Optimum von maximaler
Dieselmotors. Hauptmerkmale des Küh- tiert, so erfolgt – abhängig vom Melde- Traktionsleistung bei minimiertem Kraft-
lers sind der hydrostatisch angetriebe- ort des Sensors – eine gezielte Brandbe- stoffverbrauch unter Einhaltung der ge-
ne, stufenlos geregelte Kühlerlüfter und kämpfung. In Kammer 1 strömt, nach gebenen Abgasgrenzwerte einzustellen.
die Hochleistungsradiatoren aus Alumi- Aktivierung der dortigen Löschanlage,
nium. Die Leistung der Kühlanlage wur- das CO2-Löschgas in den Raum sowie 5.1 Anforderungen an die
de für hohe Belastung ausgelegt, so dass in die darin befindlichen Gerüste und Abgasemissionen durch
den Gesetzgeber
Der europäische Gesetzgeber hat in den
letzten zwanzig Jahren die Grenzwerte
für Stickoxide und Partikel zum Schutz
der Bevölkerung und der Umwelt stufen-
weise deutlich gesenkt. Die nachstehende
Grafik zeigt diese Entwicklung der einzel-
nen Abgasstufen (Bild 6).
Der im Vectron Dual Mode eingesetz-
te Dieselmotor erfüllt bereits heute die
ab 2021 gültige, europäische Abgasstu-
fe V. Dabei ist es dem Hersteller gelun-
gen, die darin geforderten Grenzwerte für
die Stickoxide NOx nur durch innermo-
torische Maßnahmen zu erreichen. Die
Einhaltung der Grenzwerte für die Ruß-
partikel wird durch einen kombinierten
Partikelfilter mit Schalldämpfer bewerk-
stelligt. Der Beladungszustand der im
Partikelfilter eingesetzten Filterelemente
wird durch die Motorsteuerung automa-
I Bild 5: Dieselmotor MTU Reihe 4000 tisch überwacht. Hat die Filterbeladung
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einen bestimmten Grenzwert erreicht, er-
folgt – ebenfalls automatisch – eine Rege-
neration der Filterelemente durch die Mo-
torsteuerung. Somit ist ein Ausbau der Fil-
terelemente nur alle 8.000 Betriebsstun-
den erforderlich und kann im Rahmen
eines Instandhaltungsschrittes erledigt
werden.
Im Gegensatz zu vielen anderen moder-
nen Dieselmotoren, welche die Abgasstu-
fe EU V lediglich mithilfe einer aufwendi-
gen Abgasnachbehandlung durch Harn-
stoffeinspritzung und Selective Catalytic
Reduction (SCR) erfüllen, kommt die Die-
sel-Maschinenanlage des Vectron Dual
Mode ohne diese Zusatzeinrichtung aus.
Das Mitführen eines zusätzlichen Harn-
stofftanks sowie das regelmäßige Nach-
füllen ist nicht erforderlich.
Dies ist gerade im Streckenlok-Betrieb I Bild 6: Entwicklung der gesetzlichen Grenzwerte für Stickoxid- und Partikelemissionen
mit oftmals wechselnden Betriebshöfen
unterschiedlicher, infrastruktureller Aus-
stattungen ein großer Vorteil, da dadurch der Teilausfall einer Anlage (mit der dar- ringlosen Drehstromsynchrongenerator
kein weiterer Betriebsstoff nachgefüllt aus resultierenden Reduzierung der Leis- gespeist.
werden muss. Abgesehen von den zu- tung) zu einer Hilfslokgestellung führt. Der Stromrichterblock enthält außerdem
sätzlichen Kosten und die zusätzlichen Der Energiebedarf für die Hilfsbetrie- einen Hilfsbetriebewechselrichter (HBU),
Tankstellen, kann für das Wartungsper- be wurde auf das notwendige Minimum der aus dem Zwischenkreis ein 3AC 440 V
sonal der Umgang mit diesem stark kor- reduziert. 60 Hz Hilfsbetriebenetz zur Versorgung
rosiven Betriebsstoff vermieden werden. Der elektrische Antriebsstrang (Bild 1) der internen Verbraucher speist.
der Lokomotive besteht aus einem frem- Die Anordnung von Pulswechselrichtern
5.2 Kraftstoffverbrauch derregten Drehstromsynchrongenerator, und Hilfsbetriebeumrichter an einem ge-
der Hochspannungsausrüstung, einem meinsamen Zwischenkreis ermöglicht im
Der Optimierung des Kraftstoffverbrauchs Transformator, einem Stromrichter mit elektrischen Bremsen eine Versorgung
wurde von Anfang an höchste Bedeutung IGBT-Leistungshalbleitern und vier vom der Hilfsbetriebe aus der rückgespeisten
beigemessen. Stromrichter versorgten Drehstrom-Asyn- Bremsenergie und damit einen energieo-
Dieser wurde im Rahmen der Entwick- chronfahrmotoren. ptimalen Betrieb der Lokomotive.
lung des Vectron DE nach Auswertung Der zentrale Stromrichterblock (E-Block), Ein beim Vectron DE bereits konzeptio-
vorhandener Felddaten in mehreren Ite- der im Wesentlichen vom Vectron DE nell vorgehaltener Freiraum zwischen E-
rationsschleifen optimiert, so dass er heu- übernommen wurde, beinhaltet die ge- Block und Generator konnte für eine Ver-
tev– bestätigt durch entsprechende Rück- samte elektrische Ausrüstung zur Steu- längerung des Stromrichters um 600 mm
meldungen bisheriger Kunden und tem- erung der Lokomotive. Dieses Konzept genutzt werden. In diesem zusätzlichen
porärer Mieter – trotz strengerer Abgas- wurde zum ersten Mal bei der Lokomoti- Einbauraum sind im Wesentlichen die
emissionsgesetzgebung und Leistungs- ve Eurorunner ER20 umgesetzt. Nach der Kondensatoren des 33,3 Hz-Saugkreises
steigerung um 20% Verbrauchswerte auf- Umstellung auf IGBT-Halbleiter wurden und einige Trenner für die Umschaltung
weist, welche die Werte des bereits als Weiterentwicklungen dieses Konzeptes in zwischen den beiden Betriebsarten un-
verbrauchsgünstig geltenden Vorgänger- Projekten für die litauische, die vietname- tergebracht.
modells ER20 (Abgasstufe UIC II) noch sische sowie die französische Staatsbahn Durch eine geänderte Anordnung der
unterbieten. realisiert. Mit dem Stromrichterblock für Luftbehälter in einem Dachaufbau wurde
den Vectron DE bzw. Dual Mode wurde am Dachsegment über dem Stromrichter
6 Traktionsausrüstung der nächste Evolutionsschritt vollzogen. Platz geschaffen für die Hochspannungs-
Im Wesentlichen wurde hierbei die Leit- ausrüstung, die aus einem Stromabneh-
Auch beim elektrischen Traktions- und technikstruktur der Diesellokomotiven mer, dem Hauptschalter mit angebau-
Hilfsbetriebekonzept wurde ein einfa- mit derjenigen der Elektrolokomotiven tem Erdungsschalter sowie zwei Über-
cher Aufbau mit wenigen Schnittstellen vereinheitlicht. spannungsableitern besteht. Die Span-
zwischen den Baugruppen realisiert. Das Je zwei Fahrmotoren werden durch einen nungsabstände berücksichtigen bereits
Konzept steht für eine hohe Zuverläs- Pulswechselrichter (PWR) aus dem Span- eine mögliche 25 kV-Variante der Loko-
sigkeit, die besonders bei Lokomotiven nungszwischenkreis versorgt. Der Zwi- motive.
kleiner und mittlerer Leistung einen ho- schenkreis wird über eine ungesteuerte Beim vorgesehenen Einsatz des Vectron
hen Stellenwert hat, da dort oft bereits Gleichrichterbrücke aus einem schleif- DM kann davon ausgegangen werden,
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sich die Lokomotive unter Fahrdraht be-
findet.
Durch ein geeignetes Vorwärm-/ Warm-
haltekonzept ist eine verschleißarme
Startbereitschaft des Dieselmotors stets
gewährleistet.
8 Neue Ausrüstungs-
pakete gegenüber
dem Vectron DE
Der Vectron Dual Mode ist, wie bereits er-
wähnt, eine Weiterentwicklung des Vec-
tron DE. Im Zuge dieser Weiterentwick-
lung wurden neue Funktionen und Aus-
I Bild 7: Drehgestell Vectron Dual Mode rüstungen in das Fahrzeug integriert.
Alle Vectron Dual Mode sind standard-
mäßig mit der beschriebenen Brandbe-
dass ein erheblicher Teil der Fahrstre- Antrieb der E-Lokvarianten des Vectron kämpfungsanlage ausgerüstet. Somit
cke unter Fahrdraht und somit elektrisch durch die an den Dieselmotor angepass- ist das Befahren auch längerer Tunnels
absolviert wird. Deshalb konnte der In- te Bemessungsleistung. Dadurch wird (Länge>5 km) zulässig. Dies bekommt
halt des Kraftstofftanks von 4.000 Li- eine – gerade bei der Dual Mode-Lok eine besondere Bedeutung, da im Zuge
ter auf 2.600 Liter verkleinert werden. hochwillkommene – Gewichtseinsparung des Lärmschutzes immer häufiger Lärm-
Im dadurch freiwerdenden Einbauraum erreicht. schutzüberbauungen errichtet werden,
zwischen den Drehgestellen wurde der Das Drehgestell des Vectron Dual Mode welche zulassungstechnisch ebenfalls als
Haupttransformator samt Kühlanlage (Bild 7) ist eine Weiterentwicklung des Tunnel gelten.
untergebracht. Anspruchsvoll gestalte- lange bewährten Drehgestells SF3 des Da die Lokomotive vorrangig für den Gü-
te sich dabei die Verlegung der zusätzli- Eurorunner ER20. Es wurde an die aktu- terverkehr konzipiert ist, wurde die San-
chen Hauptstromleitungen, da das Grund- elle Normenlage angepasst und die ma- dungsanlage so ausgeführt, dass in bei-
konzept der Lokomotive mit bereits fer- ximale Geschwindigkeit von 140 km/h den Fahrtrichtungen die vorauslaufenden
tig definierten Kabelkanälen beibehalten auf 160 km/h erhöht. Damit ist neben Radsätze beider Drehgestelle gesandet
werden sollte. dem Güterverkehr auch der Regionalper- werden (8-fach-Sandung). Darüber hi-
Der Haupttransformator zeichnet sich sonenverkehr vollumfänglich abgedeckt. naus wurde die Adhäsionsregelung der
durch eine besonders kompakte Bauform Zudem wurde die maximal zulässige Rad- Antriebsteuerung weiter verbessert, um
aus. Im mit einem synthetischen Ester ge- satzlast auf 22,5 t erhöht. eine maximal mögliche Zugkraftausnut-
füllten Trafokessel befindet sich auch die zung zu realisieren.
Saugkreisdrossel. 7 Transition Zur Sicherstellung der Zukunftsfähigkeit
Die Bremsenergie beim elektrodynami- der gesamten Vectron-Plattform wurden
schen Bremsen wird im Elektrobetrieb Eine wesentliche Funktion einer Zwei- alle gegenüber dem Vectron DE neu hin-
in das Fahrleitungsnetz rückgespeist (re- kraftlokomotive ist die Transition zwi- zugekommenen Komponenten gemäß TSI
kuperatives Bremsen). Im Dieselbetrieb schen Elektro- und Dieselbetrieb. 2019 spezifiziert und ausgeführt. Die vor-
wird die überschüssige, nicht für die Diese Transition ist beim Vectron Dual handenen Komponenten wurden sukzes-
Versorgung der Hilfsbetriebe nutzbare Mode während der Fahrt möglich. Da- sive nachgezogen und ebenfalls auf die
Bremsenergie über Bremssteller und den bei bleibt der Zwischenkreis geladen, aktuelle Norm angepasst.
Bremswiderstand abgeführt (rheostati- die Hilfsbetriebe werden ohne Unterbre-
sches Bremsen). chung versorgt. Die Dauer der Zugkraft- 9 Künftige
Im Gegensatz zur ER20 ist der Bremswi- unterbrechung während der Transition Ausstattungen/Varianten
derstand in Turmbauform wie bei den ist mit einigen Sekunden minimal und
elektrischen Varianten des Vectron auf- hat somit auf den Fahrbetrieb keinen Zur Erweiterung der Funktionalität und
gebaut. Dadurch konnte die Leistung Einfluss. Vielseitigkeit des Vectron Dual Mode
auf 1.700 kW gesteigert werden. Dieser Der Transitionsprozess wird durch den sind weitere Entwicklungsschritte vor-
bewährte Bremswiderstand wurde vom Lokführer über das Display gestartet gesehen, welche nachstehend kurz ge-
Vectron DE unverändert übernommen. und erfolgt weitestgehend automatisch. nannt werden.
Der Antrieb des Vectron Dual Mode be- Aufgrund von Sicherheitsanforderun- Um einen grenzüberschreitenden Verkehr
steht aus dem bewährten Ritzelhohl- gen sind einige wenige Bedienhandlun- (z.B. Deutschland/ Österreich) zu ermög-
wellenantrieb, wie er bereits standard- gen/ Quittierungen durch den Lokfüh- lichen, wird künftig zusätzlich zur be-
mäßig in allen Siemens Diesellokomo- rer erforderlich. Beispielsweise muss stehenden Trainguard Basic (PZB) das
tiven vom Typ Eurorunner ER20 einge- er das Heben des Stromabnehmers be- europäische Zugsicherungssystem ETCS
setzt wird. Dieser unterscheidet sich vom wusst einleiten, um sicherzustellen, dass integriert.
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Zusätzlich zur bereits im Vectron DE ent- nicht-elektrifizierten Strecken von/ bis in eine Hochrüstung bereits ausgelieferter
haltenen seitenselektiven Türsteuerung den Gleisanschluss der Endkunden ge- Lokomotiven für neue Verkehrsaufgaben
erfolgt die Integration einer vollständigen fahren werden. Der Übergang zwischen und Infrastrukturanforderungen möglich.
Zugenergieversorgung (ZEV) für den Rei- Elektro- und Dieselbetrieb ist ohne anzu- Jeder Betreiber ist damit bestens für die
sezugdienst. Somit können Reisezugwa- halten in fahrender Transition möglich. Zukunft gerüstet.
gen über die einpolige Zugsammelschie- Dabei basiert die Lokomotive auf be- Der Vectron Dual Mode ist seit Oktober
ne mit einer Spannung AC 1000 V der Fre- währten und stabilen Lösungen aus den 2020 in der 15 kV Güterzug-Variante in
quenz 22 Hz (Deutschland) bzw. 50 Hz bekannten Vectron-Familien (Vectron DE Deutschland zugelassen. Weitere Zulas-
(Österreich) versorgt werden. Die maxi- und Vectron E). sungen sind in Planung.
male Leistung der ZEV beträgt 480 kVA. Mit vordefinierten Optionspaketen bietet #Graz03_A2
Für den Wendezugbetrieb wird künftig der Vectron Dual Mode einen attraktiven
das Verfahren ZWS und für die Mehr- Lösungsraum, in dem jeder Kunde für (Bildnachweis: 1, 2, 3, 4, 7 und Tabelle 1,
fachtraktion von Zugteilen das Verfah- seinen jeweiligen Bedarf die individuell Siemens Mobility GmbH, 5 und 6, MTU
ren ZMS vorgesehen. Zusätzlich sind ein passende Lösung findet. Durch die bereits Friedrichshafen GmbH)
Wendezugbetrieb bzw. eine Mehrfach- in der Integration befindlichen Erweite-
traktionssteuerung mit dem WTB ba- rungsfunktionen ETCS, Zugenergieversor- Literatur
sierend auf dem Fernsteuerkonzept der gung sowie weitere Länderzulassungen, [1] Fösel, U.; Hammer, W.; Schurr, J.; Baltes, Jj:
Vectron DE – die kraftstoffsparende diesel-
Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) gepaart mit dem flexiblen Vectron Platt- elektrische Lokomotive. Elektrische Bahnen
möglich. Als Abfertigungsverfahren ste- form-Konzept, ist innerhalb kurzer Zeit 110 (2012), H. 8-9, S. 420–431.
hen TB0, SAT und TAV zur Verfügung.
Somit ist der Vectron Dual Mode künftig
universell sowohl im Güter- als auch im
Reisezugverkehr einsetzbar. Das modula- Dipl.-Ing. Irene Brade (53); Dipl.-Ing. Maximilian Röpper
re Konzept erlaubt problemlos eine Um- Studium der Elektrotechnik (44); Studium des Maschi-
an der Hochschule für Ver- nenbaus an der Techni-
rüstung von der Fracht- zur Passagierlo-
kehrstechnik Friedrich List schen Universität München,
komotive selbst in der zweiten Lebens- in Dresden; seit 1991 bei der seit 2005 bei der Siemens
hälfte der Lokomotive. Siemens AG im Fahrzeug AG in der technischen Pro-
Für den Einsatz in osteuropäischen Län- Engineering tätig; seit 2013 jektabwicklung tätig. 2014
dern ist eine Ausrüstung mit dem Zug- Teilprojektleiter ES64F4, seit Wechsel in die Abteilung
sicherungssystem Mirel zusammen mit 2018 Teilprojektleiter für für Angebote und Projek-
einer elektrischen Einspeisung für den Vectron Dual Mode. te. Dort unter anderem technischer Ange-
25 kV-Betrieb vorgesehen. Anschrift: Siemens Mobility GmbH, SMO RS LM bots- und Projektleiter für die US-Amerika-
EN OP PM, Siemenspromenade 5, 91058 Erlan- nische Passagier Diesellok Charger. Ab 2018
Im September 2020 hat Siemens Mobili-
gen, Deutschland. Teilprojektleiter der Vectron Dual Mode. Seit
ty von DB Cargo einen Großauftrag über E-Mail: irene.brade@siemens.com 2019 technischer Angebotsleiter der Charger
bis zu 400 Zweikraftlokomotiven erhal- Dual Mode Lok für Metro North und Long Is-
ten. Diese neue Lokomotive, die zu ei- land Rail Road.
nem großen Teil auf dem Vectron Dual- Anschrift: Siemens Mobility GmbH, SMO RS LM
Mode basiert, zeichnet sich durch zu- EN OP PM, Krauss Maffei Str. 2, 80997 München,
sätzliche Rangiertritte, eine automatische Deutschland.
E-Mail: maximilian.roepper@siemens.com
Rangierkupplung sowie einen kleineren
und damit leichteren Dieselmotor aus. Dipl.-Ing. (FH) Jochen Emde
Dadurch wird die Vectron-Plattform um (51); Nach der Ausbildung
eine sowohl für die Anschlussbedienung zum Elektrogerätemechani-
als auch im Nahbereichs-Streckendienst ker und Energiegeräteelekt-
nutzbare Variante erweitert. roniker bei der Siemens AG
Studium der Allgemeinen
Elektrotechnik an der Ge-
10 Ausblick org-Simon-Ohm Fachhoch-
schule Nürnberg. 1996 er- Dipl.-Ing. Jürgen Schurr (52);
Mit dem Vectron Dual Mode ist ein hoch- neuter Eintritt in die Siemens AG. Zunächst Studium der Elektrotechnik
flexibles und zukunftsorientiertes Pro- als Projektierungs- und Vertriebsingenieur für an der Universität Stuttgart;
dukt auf den Markt gekommen. Er ist die Bahnelektrifizierung. Anschließend Projektin- seit 1995 bei Siemens AG, im
marktgerechte Weiterentwicklung des be- genieur im Projekt Transrapid. Seit 2004 Teil- Fahrzeug-Engineering tätig;
währten Vectron DE zur deutlichen Er- projektleiter im Bereich dieselelektrischer Lo- seit 1998 mit Projektstart
komotiven, seit 2010 Projektleiter für Vectron ÖBB Rh2016 Projektierung
höhung der Einsatzflexibilität bei gleich-
DE-Lokomotiven und seit 2018 Projektleiter für der Traktionsausrüstung
zeitig signifikanter Verringerung der Be- Vectron Dual Mode. von Diesellokomotiven.
triebskosten. So können mithilfe des Vec- Anschrift: Siemens Mobility GmbH, SMO RS Anschrift: Siemens Mobility GmbH, SMO RS
tron Dual Mode durchgehende Zugläufe LM PF PDC, Siemenspromenade 5, 91058 Er- LM EN TD 2, Siemenspromenade 5, 91058 Er-
ohne aufwändige Lokwechsel auf elek- langen, Deutschland. langen, Deutschland.
trifizierten Hauptstrecken und längeren, E-Mail: jochen.emde@siemens.com E-Mail: juergen.schurr@siemens.comSie können auch lesen
