Hier sucht ihr die Ursachen der neun Stillstände. Nimm dir euer Inbetriebnahmeprotokoll, die Parameterliste und das EMV-Konzept aus Teil 6 dazu.
Schritt 2 von 4. Du stellst einen Fehlerbaum auf, wertest den Fehlerspeicher aus, wählst Strategie und Messmittel, gehst den drei Fehlercodes mit Oszillogramm und Aufzeichnungen nach und schreibst den Fehlersuchleitfaden.
Danach: Rechenwege und Lösungen zu Teil 7
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Ein Fehler, der nur manchmal auftritt, hat fast immer einen Begleitumstand, der auch nur manchmal da ist. Wer den Begleitumstand findet, hat den halben Weg zur Ursache.
Am Ende hast du: einen Fehlersuchleitfaden für die Elektrowerkstatt mit drei Fehlerprotokollen, einer Messmittelliste und den Sicherheitsmaßnahmen am Traktionsumrichter.
Karte „Formeln der Antriebstechnik“: Kräfte, Moment, Leistung, Drehzahl und Geschwindigkeit, Energie, Effektivmoment und die Umrechnungen aus dem Wirtschaftsraum Nordamerika. Die Karte steht im Wissensspeicher. Leg sie neben jede Rechnung.
Erst du, dann die anderen
Zug 4 bleibt sporadisch stehen, aber nie, wenn jemand aus der Elektrowerkstatt mitfährt. Wo der Fehler sitzt, sagt dir keiner. Wie würdest du ihn einkreisen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Fehlerspeicher und Trends auswerten. Code, Zeit, Ort und Fahrzustand jeder Abschaltung nebeneinanderlegen und nach Mustern suchen. Kostet keine Fahrt und keine Nacht, zeigt aber nur, was der Umrichter aufzeichnet; eine lose Klemme sieht er nicht.
- Mit Messtechnik mitfahren, bis der Fehler auftritt. Ein Oszilloskop oder Datenlogger im Wagen zeichnet die echten Signale auf, genau dann, wenn es passiert. Dafür braucht ihr Geduld, eine sichere Installation im Fahrgastbetrieb und das richtige Messmittel am richtigen Punkt.
- Mit einem guten Antrieb vergleichen. Wagen 2 hat denselben Antrieb wie Wagen 1, andere Züge fahren mit dem alten. Schnell und billig, solange es einen guten Vergleich gibt; ein Tausch auf Verdacht kostet dagegen Nächte und Ersatzteile.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Zug 4 und seine Fehlerbilder · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Zug 4 und seine Fehlerbilder
- Zwischenkreis je Traktionsumrichter (wie in Teil 6)
- C = 4 mF · fest eingebauter Entladewiderstand 22 kΩ · Warnschild „Entladezeit 5 min“: nach dem Abschalten 5 min warten, dann Spannungsfreiheit feststellen
- Schwellen im Traktionsumrichter
- Bremssteller taktet ab 900 V · Abschaltung Überspannung bei 1.000 V · Abschaltung Unterspannung bei 500 V
- Schienenspannung
- nachts ohne Last 780 V · morgens im Weichenbereich hinter Station B 740 V
- Drehgeber BG1, BG2
- HTL 24 V, 1.024 Striche, Spuren A und B um eine Viertelperiode versetzt · Schaltschwelle des Gebereingangs 12 V · Überwachung „Drehzahlabweichung zu groß“: Geber und Motormodell weichen länger als 20 ms um mehr als 10 % voneinander ab
- Bremssteller
- Taktfrequenz 1 kHz · Schaltflanke 900 V in 0,2 µs · Anstiegszeit der Störspitzen am Gebereingang rund 0,1 µs
- Bremswiderstände RA1, RA2
- je 2,9 Ω auf dem Dach, je Wagen mit eigenem Fremdlüfter (Lüftermotor MA31 in Wagen 1, MA32 in Wagen 2) · Dauerbelastbarkeit je Widerstand mit Lüftung 40 kW, ohne Lüftung 6 kW · Thermoschalter BT31 und BT32 im Luftaustritt öffnen bei 120 °C; sie liegen in einer gemeinsamen Meldeschleife „Lüftung Bremswiderstand bereit“, die an beide Umrichter geht · öffnet die Schleife, sperren beide Umrichter ihren Bremssteller
- Lüftermotoren MA31, MA32
- Strom bei der Inbetriebnahme in Teil 6: je 3,1 A
- Leerer Zug nachts (Referenzrechnung Teil 1)
- Umlauf 249,2 s · mechanische Bremsenergie beider Motoren je Umlauf 1,482 kWh · generatorische Leistung je Motor bei Bremsbeginn aus 50 km/h 112,3 kW · ηMotor = 0,94, ηWR = 0,97
- Anfahren im Weichenbereich
- leerer Zug 23 t, ξ = 1,10, cR = 0,012, a = 0,8 m/s², v = 12 km/h · Rad 0,90 m, i = 10, ηG = 0,96
- Stromschiene an der Weiche hinter Station B
- Lücke 5,4 m, an beiden Enden je 1,0 m Auflaufschräge · Abstand der beiden Stromabnehmer eines Wagens 6,0 m
- Stromabnehmer, Herstellerangabe
- Schleifstück neu 30 mm, Verschleißgrenze 20 mm · an oder über der Grenze bleibt der Kontakt auf der ganzen Auflaufschräge, darunter endet er am Beginn der Schräge
- Ausfahrt aus der Abstellanlage
- Wagen 2 fährt voraus · Stromabnehmer hinter der Zugspitze: Wagen 2 vorn 3,0 m, Wagen 2 hinten 9,0 m, Wagen 1 vorn 15,0 m, Wagen 1 hinten 21,0 m · die Lücke beginnt 60,0 m nach dem Abfahrtspunkt der Zugspitze
- Betriebsgeschichte
- Betriebstag 5: Die Bereitschaft hat den Drehgeber BG1 auf Verdacht gegen einen neuen getauscht.
- Festlegung der Elektrowerkstatt für Messungen
- Messmittel am 750-V-Kreis sind für die höchste Spannung im Fehlerfall bemessen (bis 1.100 V) und haben mindestens Messkategorie CAT III · an Stromschiene und Unterwerk CAT IV · Messen unter Spannung nur durch Elektrofachkräfte mit persönlicher Schutzausrüstung
Alle Werte zu Zug 4 sind Unterrichtswerte, für den Unterricht festgelegt. Messwerte so, wie Umrichter und Messgerät sie anzeigen.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Fehlersuchleitfaden für die Elektrowerkstatt
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- dem Fehlerbaum zu „Zug 4 bleibt auf der Strecke stehen“ mit Baugruppen, Ursachen und Ursachenarten
- der Auswertung des Fehlerspeichers mit Mustern und Hypothesen
- der Wahl der Suchstrategie je Fehlercode mit Begründung
- der Messmittelliste mit Messkategorie, Bemessungsspannung und Bandbreite und den Sicherheitsmaßnahmen am Traktionsumrichter
- drei Fehlerprotokollen mit Symptom, Hypothese, Messung, Ursache, Abhilfe und Nachweis
- dem Leitfaden selbst: vom Auslesen des Fehlerspeichers über die Strategie bis zur Messung und zum Nachweis, mit eurer Empfehlung für die übrigen acht Züge
Zur Dokumentation
Jede Messung mit Messstelle, Messmittel, Einstellung, Messwert und Urteil, jede Rechnung mit Formel, eingesetzten Werten und Einheit. Der Leitfaden hat Version und Datum und passt auf eine Prüfkarte je Fehlercode.
Abgenommen vom anderen Team am Ende von Teil 7; die Elektrowerkstatt übernimmt den Leitfaden bei Meilenstein M5.
11.1Stelle zum Kopfereignis „Zug 4 bleibt auf der Strecke stehen“ einen Fehlerbaum auf
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Aufgabe 11.1
Diese möglichen Ursachen hat euer Team gesammelt, noch ungeordnet:
- a · Schirm der Geberleitung am Motor nicht aufgelegt
- b · Schleifstück eines Stromabnehmers verschlissen
- c · Lüftung des Bremswiderstands gestört
- d · Parameter „Strichzahl des Gebers“ falsch eingegeben
- e · Lager des Fahrmotors schwergängig
- f · Isolationsfehler in der Motorleitung
- g · Steckverbinder am Geber korrodiert
- h · Stromschiene an einer Weiche unterbrochen
- i · zu wenig Kühlflüssigkeit im Kühlkreis des Umrichters
- j · Überwachungszeit der Drehzahlabweichung zu knapp eingestellt
- k · Federspeicherbremse löst nicht vollständig
- l · Kommunikation zwischen Zugsteuerrechner und Umrichter gestört
Stelle zum Kopfereignis „Zug 4 bleibt auf der Strecke stehen“ einen Fehlerbaum auf:
- Ordne jede Ursache aus der Liste einer Ursachenart zu: elektrisch, mechanisch, thermisch, parametrisch oder EMV.
- Ordne jede Ursache der Baugruppe zu, in der sie liegt.
- Zeichne den Fehlerbaum mit ODER-Verknüpfungen in die Vorlage.
- Kennzeichne die Ursachen, die eher sporadisch als dauerhaft wirken.
- Ergänze zwei Ursachen, die in der Liste fehlen.
| Ursache | Ursachenart | Baugruppe | dauerhaft oder sporadisch |
|---|---|---|---|
| a | |||
| b | |||
| c | |||
| d | |||
| e | |||
| f | |||
| g | |||
| h | |||
| i | |||
| j | |||
| k | |||
| l | |||
| eigene 1 | |||
| eigene 2 |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: FMEA · EMV · Fehlerarten
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
11.2Werte den Fehlerspeicher von Zug 4 aus
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Aufgabe 11.2
Werte den Fehlerspeicher von Zug 4 aus:
- Sortiere die Einträge nach Fehlercode.
- Ordne jedem Code Ort, Tageszeit, Fahrzustand und Gerät zu.
- Ermittle für jeden Code das gemeinsame Muster.
- Formuliere je Muster eine Hypothese, die sich mit einer Messung bestätigen oder widerlegen lässt.
- Begründe, weshalb die Warnung W4120 für die Fehlersuche so wichtig ist wie die Störabschaltungen.
- Vergleiche das Ergebnis mit deiner Schätzung aus dem Auftrag.
| Code | Anzahl | Ort | Tageszeit | Fahrzustand | Gerät | Muster | Hypothese |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| F2110 | |||||||
| F3010 mit W4120 | |||||||
| F3220 |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Zwischenkreisumrichter · Frequenzumrichter · Gleichspannungs-Zwischenkreis
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
11.3Wähle für jeden Fehlercode die Strategie, mit der ihr die Suche beginnt
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Aufgabe 11.3
| Strategie | So geht sie |
|---|---|
| Halbierung | In der Mitte des Signalwegs messen; je nach Ergebnis in der fehlerhaften Hälfte wieder in der Mitte, bis der Abschnitt gefunden ist. |
| Signalverfolgung | Vom Anfang des Signalwegs zum Ende Stelle für Stelle messen, bis das Signal nicht mehr stimmt. |
| Ausschluss | Mögliche Ursachen streichen, die eine Beobachtung nicht erklären können, und nur die übrigen weiter untersuchen. |
| Vergleich mit einem guten Antrieb | Dieselbe Messung an einem baugleichen Antrieb ohne Fehler machen, im selben Zug oder in einem anderen, oder Baugruppen tauschen und beobachten, ob der Fehler mitwandert. |
Wähle für jeden Fehlercode die Strategie, mit der ihr die Suche beginnt:
- Vergleiche die vier Strategien nach Aufwand, Voraussetzung und Grenzen.
- Berechne, wie viele Messungen die Halbierung am Signalweg von BG1 höchstens braucht und wie viele die Signalverfolgung im ungünstigsten Fall.
- Begründe, weshalb Messungen im Stand an einen Fehler, der nur beim Bremsen auftritt, schlecht herankommen.
- Leite ab, was der Vergleich von Wagen 1 mit Wagen 2 bei F2110 und bei F3220 schon ausschließt.
- Bewerte den Tausch des Drehgebers am Betriebstag 5.
- Entscheide und begründe die Strategie je Fehlercode.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Messgerät · Oszilloskop · Fehlerarten · Messen mit Oszilloskop
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
11.4Lege Messmittel und Sicherheitsmaßnahmen für die Fehlersuche an Zug 4 fest
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Aufgabe 11.4
Diese Messmittel stehen der Elektrowerkstatt zur Verfügung (Unterrichtswerte):
- A · Passiver Tastkopf 10 : 1 mit Masseklemme, 300 V CAT II
- B · Differenztastkopf, 1.400 V, CAT III, Bandbreite 25 MHz
- C · Differenztastkopf, zwei Stück, 70 V, Bandbreite 100 MHz
- D · Oszilloskop, vier Kanäle, 200 MHz, Netzbetrieb
- E · Strommesszange für Gleich- und Wechselstrom, 1.000 A, CAT III 1.000 V
- F · Isolationsmessgerät, Prüfspannung 250 V, 500 V und 1.000 V
- G · Digitalmultimeter, 1.000 V, CAT III
- H · Zweipoliger Spannungsprüfer für Gleichspannung bis 1.500 V
- I · Wärmebildkamera
- J · Messschieber
Lege Messmittel und Sicherheitsmaßnahmen für die Fehlersuche an Zug 4 fest:
- Wähle für jede Messaufgabe in der Tabelle ein Messmittel aus der Liste.
- Lege für jede Messaufgabe Messkategorie und Bemessungsspannung fest.
- Berechne die Bandbreite, die das Messsystem für die Störspitzen am Gebereingang mindestens braucht.
- Begründe, weshalb am Zwischenkreis und am Bremswiderstand kein passiver Tastkopf mit Masseklemme verwendet wird.
- Berechne, wie lange die Spannung im Zwischenkreis nach dem Abschalten braucht, bis sie von 1.000 V unter 60 V gefallen ist.
- Prüfe damit die Wartezeit des Herstellers.
- Lege die Sicherheitsmaßnahmen fest, bevor jemand am Traktionsumrichter oder am Fahrmotor arbeitet.
| Messaufgabe | Messmittel | Messkategorie, Bemessungsspannung | Bandbreite oder Messbereich | Sicherheitsmaßnahme |
|---|---|---|---|---|
| 1 Spuren A und B am Gebereingang von TB1 während der Bremsung | ||||
| 2 Spannung am Bremswiderstand RA1 gleichzeitig mit 1 | ||||
| 3 Strom der Lüftermotoren MA31 und MA32 im Betrieb | ||||
| 4 Widerstand und Isolation von RA1 und RA2 | ||||
| 5 Spannungsfreiheit am Zwischenkreis von TB1 vor Arbeiten | ||||
| 6 Temperatur am Bremswiderstand nach einer Nachtfahrt | ||||
| 7 Dicke der Schleifstücke der Stromabnehmer |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Messkategorien · Oszilloskop · Anstiegszeit · Arbeiten in elektrischen Anlagen · Sicherheitsregeln
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11.5Geh der Meldung „Drehzahlabweichung zu groß“ von TB1 mit dem Oszillogramm nach
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Aufgabe 11.5
Geh der Meldung „Drehzahlabweichung zu groß“ von TB1 mit dem Oszillogramm nach:
- Bestimme aus dem Oszillogramm die Periodendauer der Spur A.
- Berechne daraus die Motordrehzahl und die Geschwindigkeit des Zugs während der Aufnahme.
- Berechne die Frequenz der Spur A bei 50 km/h und die Zählfrequenz bei Vierfachauswertung.
- Erkläre, weshalb der Umrichter zwei um eine Viertelperiode versetzte Spuren auswertet.
- Beschreibe die Störung nach Zeitpunkt, Höhe und Dauer.
- Begründe mit der Schaltschwelle des Gebereingangs, weshalb die Störung als zusätzliche Flanke gezählt werden kann.
- Leite aus Oszillogramm und Fehlerspeicher eine Ursache ab.
- Plane die Prüfschritte am Signalweg, mit denen ihr die Ursache nachweist.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Winkelgeber · Oszilloskop · EMV
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11.6Geh der Meldung „Überspannung Zwischenkreis“ nach
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Aufgabe 11.6
Messwerte der Elektrowerkstatt nach dem zweiten Ereignis (Unterrichtswerte):
| Messung nach Betriebstag 9 | Messwert |
|---|---|
| Widerstand RA1 und RA2 | 2,93 Ω und 2,91 Ω |
| Isolationswiderstand RA1 und RA2 gegen Gehäuse, 1.000 V | 850 MΩ und 920 MΩ |
| Strom der Lüftermotoren im Betrieb | MA31: 2,4 A · MA32: 3,1 A |
| Thermoschalter BT31 und BT32 nach dem Abkühlen | beide geschlossen |
Geh der Meldung „Überspannung Zwischenkreis“ nach:
- Lies aus der Trendaufzeichnung die Reihenfolge der Ereignisse ab.
- Berechne die elektrische Bremsleistung des leeren Zugs bei Bremsbeginn aus 50 km/h.
- Berechne, wie lange die Spannung in beiden Zwischenkreisen braucht, um von der Schienenspannung bei Nacht auf die Abschaltschwelle zu steigen.
- Berechne die mittlere Leistung, die nachts in jedem Bremswiderstand in Wärme umgesetzt wird.
- Vergleiche sie mit der Dauerbelastbarkeit mit und ohne Lüftung.
- Beurteile die Messwerte der Elektrowerkstatt.
- Leite daraus eine Ursache und eine Abhilfe ab.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Gleichspannungs-Zwischenkreis · Bremsen, elektrisches · Zwischenkreisumrichter · Kondensator · Ventilator
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11.7Geh der Meldung „Unterspannung Zwischenkreis“ an TB2 nach
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Aufgabe 11.7
Messprotokoll der Elektrowerkstatt nach Betriebstag 13 (Unterrichtswerte):
| Stromabnehmer | Dicke des Schleifstücks |
|---|---|
| Wagen 1 vorn | 26 mm |
| Wagen 1 hinten | 25 mm |
| Wagen 2 vorn | 19 mm |
| Wagen 2 hinten | 27 mm |
Geh der Meldung „Unterspannung Zwischenkreis“ an TB2 nach:
- Bestimme aus der Spannungsaufzeichnung, bei welchem Weg der Zugspitze die Spannung an TB2 einbricht.
- Berechne für jeden der vier Stromabnehmer, auf welchem Abschnitt des Wegs der Zugspitze er an der Lücke keinen Kontakt hat.
- Ermittle daraus, ob und auf welcher Länge ein Wagen ganz ohne Kontakt ist.
- Berechne die Zeit ohne Kontakt bei 12 km/h.
- Berechne die elektrische Leistung, die TB2 beim Anfahren des leeren Zugs bei 12 km/h aufnimmt.
- Berechne, wie lange der Zwischenkreis von TB2 diese Leistung allein liefern kann, bis die Unterspannungsschwelle erreicht ist.
- Leite Ursache, Abhilfe und Nachweis ab.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Schleifleitungen · Stromschienensystem · Wartung · Kondensator · Reibung
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11.8Schreibt der Elektrowerkstatt den Fehlersuchleitfaden für die neuen Fahrantriebe
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Aufgabe 11.8
Schreibt der Elektrowerkstatt den Fehlersuchleitfaden für die neuen Fahrantriebe:
- Erstellt für jeden der drei Fehlercodes ein Fehlerprotokoll mit Symptom, Hypothese, Messung, Ursache, Abhilfe und Nachweis.
- Entwerft den Leitfaden vom Auslesen des Fehlerspeichers über die Strategie bis zur Messung und zum Nachweis.
- Legt im Leitfaden Messmittel und Sicherheitsmaßnahmen je Schritt fest.
- Bewertet, ob die Umrichter bei gestörter Lüftung des Bremswiderstands den Bremssteller sperren sollen oder ob es eine bessere Reaktion gibt.
- Entscheidet, welche Abhilfen schon beim Umbau der übrigen acht Züge umgesetzt werden.
- Präsentiert den Leitfaden der Elektrowerkstatt in zehn Minuten.
Eure Fehlerprotokolle:
| Fehlercode | Symptom | Hypothese | Messung | Ursache | Abhilfe | Nachweis |
|---|---|---|---|---|---|---|
| F2110 Drehzahlabweichung | ||||||
| F3010 Überspannung | ||||||
| F3220 Unterspannung |
Gliederung eures Leitfadens:
| Schritt | Was die Elektrowerkstatt tut | Messmittel | Sicherheitsmaßnahme | Ergebnis, das weiterführt |
|---|---|---|---|---|
| 1 Fehlerspeicher auslesen | ||||
| 2 Muster und Hypothese | ||||
| 3 Strategie wählen | ||||
| 4 Messen | ||||
| 5 Abhilfe | ||||
| 6 Nachweis und Dokumentation |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Prüfprotokoll · Instandsetzung · Dokumentation · Prüfplanung
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Nach der Abhilfe fährt Zug 4 drei Wochen ohne Stillstand. Dann bleibt er zweimal stehen, wieder mit „Drehzahlabweichung zu groß“, diesmal an TB2, und beide Male bei starkem Regen.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe, welche Schritte deines Leitfadens auch für diesen Fall tragen.
- Entscheide, welche Hypothesen durch „nur bei Regen“ wahrscheinlicher werden.
- Begründe, welche Messung und welche Prüfung du ergänzt.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.