Hier wird aus „unter dem Wagen“ eine Anforderungsliste, und aus zwei englischen Typenschildern werden Zahlen, mit denen ihr rechnen könnt. Nimm eure Steckbriefe und das Fahrspiel aus Teil 1 dazu.
Schritt 2 von 4. Du erfasst das Umfeld, legst Schutzart, Bauform, Kühlart, Betriebsart, thermische Klasse und Effizienz fest, prüfst Energieversorgung und Betriebssicherheit, wertest zwei Typenschilder aus und stellst das Lastenheft zusammen.
Danach: Rechenwege und Lösungen Teil 2
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Jede Anforderung an einen Motor hat einen Grund am Einbauort. Wer den Grund nicht nennen kann, schreibt nur einen Katalog ab.
Am Ende hast du: die Umfeldanalyse, die Anforderungsliste an den Fahrmotor, zwei ausgewertete Typenschilder mit Umrechnung, eine Entscheidung zum Kompressormotor und das Lastenheft für Meilenstein M1.
Karte „Die alte Bahn auf einen Blick“: Strecke, Höhenprofil, Zug und Antriebsstrang mit allen Kennzeichen auf einer Seite. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher, Abnahme und Lernbegleitung“. Leg sie neben jede Aufgabe dieses Teils.
Erst du, dann die anderen
Die Leitung Bahnbetrieb fragt: „Was muss der neue Motor da unten eigentlich aushalten?“ Wie kommst du zu belastbaren Anforderungen an Schutzart, Kühlung und thermische Klasse? Den Weg gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Den alten Motor befragen. Typenschild, Einbau und Schadensbilder des alten Motors zeigen dreißig Jahre Erfahrung am selben Ort. Was er ausgehalten hat, hält ein neuer auch aus. Die Angaben stehen aber nach einer anderen Norm und in anderen Einheiten, und ein Motor mit Bürsten hat andere Schwachstellen als einer ohne.
- Das Umfeld messen. Ein Datenlogger am Fahrwerk zeichnet über einen Winter Temperatur, Feuchte und Schwingungen auf. Das sind harte Zahlen für genau diesen Ort. Es dauert aber Monate, und den Extremwinter erwischt man vielleicht nicht.
- Normen auswerten. Die Bahnnormen zu Umweltbedingungen für Fahrzeuge (DIN EN 50125-1) und für Fahrmotoren (DIN EN 60349) sowie DIN EN 60034 für drehende Maschinen nennen Klassen und Prüfungen. Das ist vollständig und bei der Abnahme anerkannt. Normen sind aber allgemein; den Glykolnebel neben eurer Hochbahn kennen sie nicht.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Umfeld, Einbau, Energieversorgung, Umrechnungen · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Umfeld, Einbau, Energieversorgung, Umrechnungen
- Umgebung
- −25 °C bis +40 °C am Fahrzeug · Aufstellungshöhe unter 1.000 m über Meereshöhe · Fahrbahn offen in Hochlage rund 14 m über dem Vorfeld (die Rampe überwindet davon 10 m)
- Wetter und Vorfeld
- Regen, Schnee, Eis · Enteisung der Flugzeuge auf Nachbarpositionen von Oktober bis April (Glykol-Wasser-Gemisch als Nebel)
- Reinigung
- Waschanlage im Depot mit Unterbodenwäsche (Strahlwasser)
- Einbau MA1
- im Fahrwerk unter dem Wagen, waagerecht, mit Füßen am Fahrwerksrahmen und Flansch am Achsdifferenzial · Schwingungen und Stöße aus dem Fahrwerk
- Fahrspiel
- aus Teil 1 · rund um die Uhr, rund 14 Umläufe je Stunde, je Umlauf zwei Halte zu 30 s · Beladung wechselt mit dem Flugplan
- Grenzmoment des Fahrspiels
- 740 Nm je Motor · Notbremsung mechanisch mit 2,0 m/s², federbetätigt
- Stromschiene
- 750 V DC · Spannungsbereich nach DIN EN 50163: dauernd 500 V bis 900 V, kurzzeitig bis 1.000 V · Gleichrichter-Unterwerk mit Diodengleichrichter · der Bremssteller im Antrieb schaltet ab 900 V auf den Bremswiderstand
- Bordnetz der Hilfsbetriebe
- alt 460 V, 60 Hz aus dem alten Bordnetzumrichter · neu 400 V, 50 Hz
- Umrechnungen
- 1 hp = 745,7 W · 1 lb = 0,4536 kg · 1 in = 25,4 mm · ϑ in °C = (ϑ in °F − 32) · 59
- NEMA-Code-Buchstaben (Auszug)
- Anlaufscheinleistung je hp: F 5,0 bis 5,6 kVA · G 5,6 bis 6,3 kVA · H 6,3 bis 7,1 kVA
- NEMA-Baugröße
- Frame-Nummer: die ersten beiden Ziffern geteilt durch 4 ergeben die Achshöhe in Zoll; T steht für die genormte Reihe
- Kühlarten nach DIN EN 60034-6 (Auszug, steht nicht im Tabellenbuch)
- IC 0A1 (kurz IC 01): offene Maschine mit Lüfter auf der eigenen Welle · IC 4A·· (kurz IC 4··): geschlossene Maschine, Kühlung über die Gehäuseoberfläche · letzte Ziffer, was die Kühlluft bewegt: 0 freie Konvektion, kein Lüfter · 1 Lüfter auf der eigenen Welle · 6 aufgebauter Fremdlüfter mit eigenem Motor · 8 Relativbewegung zwischen Maschine und Luft
- Im Tabellenbuch
- Tabellenbuch Elektrotechnik, 32. Auflage: Betriebsarten S1 bis S10 auf S. 524, thermische Klassen der Isolierstoffe auf S. 279; die Klasse 200 ist dort mit C bezeichnet.
Alle Werte zur alten Bahn sind Unterrichtswerte. Zahlen zum Flughafen sind öffentliche Größenordnungen, gerundet.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Betriebsumfeld, Typenschilder und Lastenheft M1
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- der Umfeldanalyse für den Einbauort des Fahrmotors mit Wertebereichen
- der Anforderungsliste: Schutzart, Bauform, Kühlart, Betriebsart, thermische Klasse, Energieeffizienz, Energieversorgung, Betriebssicherheit, je mit Begründung
- dem ausgewerteten Typenschild des alten Fahrmotors, übersetzt und umgerechnet
- dem ausgewerteten NEMA-Kompressormotor mit der Rechnung für 400 V, 50 Hz und eurer Entscheidung
- der Gegenüberstellung IEC und NEMA mit den Begriffen deutsch und englisch
- dem Lastenheft für Meilenstein M1 mit den Lernprodukten aus Teil 1
Zur Dokumentation
Das Lastenheft hat ein Deckblatt mit Projekt, Team, Stand und Abzeichnung, je Anforderung eine Nummer, einen Wert, eine Begründung und einen Prüfweg. Englische Angaben stehen mit deutscher Übersetzung. Was offen ist, steht als Frage an den Auftraggeber am Ende.
Das Lastenheft ist Meilenstein M1. Abgenommen wird es im Kreuzreview durch ein anderes Team, danach zeichnet die Projektleitung ab. Ab Teil 3 wählt ihr gegen genau dieses Lastenheft aus.
3.1Erfasse das Betriebsumfeld des Fahrmotors an seinem Einbauort
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Aufgabe 3.1
Erfasse das Betriebsumfeld des Fahrmotors an seinem Einbauort:
- Beschreibe den Einbauort des Fahrmotors mit Hilfe des Querschnitts.
- Erfasse alle Umgebungsbedingungen, die dort auf den Motor wirken, mit ihrem Wertebereich.
- Ordne jeder Bedingung die Eigenschaft des Motors zu, die sie betrifft.
- Leite aus jeder Bedingung eine Anforderung ab.
- Vergleiche den Einbauort von MA1 mit dem von MA21 und MA22 auf dem Dach.
| Einflussgröße | Wertebereich am Einbauort | betroffene Eigenschaft des Motors | Anforderung |
|---|---|---|---|
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: IP-Schutzart · Betriebsdaten, Motoren · Wasserschutz · Prüfung elektrischer Maschinen · Korrosion
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
3.2Lege Schutzart und Bauform des neuen Fahrmotors fest
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Aufgabe 3.2
Lege Schutzart und Bauform des neuen Fahrmotors fest:
- Erkläre die beiden Kennziffern des IP-Codes.
- Entschlüssele IP54, IP55 und IP65.
- Entscheide, welche Schutzart der Fahrmotor unter dem Wagen mindestens braucht, und begründe das mit deiner Umfeldanalyse.
- Erkläre die Bauformen IM B3, IM B5 und IM B35.
- Gib die Bauform an, die zum Einbau mit Füßen am Fahrwerksrahmen und Flansch am Achsdifferenzial passt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: IP-Schutzart · Bauformen · Fremdkörperschutz · Wasserschutz
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
3.3Unterscheide Kühlarten und Betriebsarten
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Aufgabe 3.3
Unterscheide Kühlarten und Betriebsarten:
- Entschlüssele die Kühlarten IC 410, IC 411 und IC 416.
- Übersetze die Angabe TENV vom Typenschild des alten Fahrmotors in einen IC-Code.
- Beurteile, was ein eigenbelüfteter Motor bei den Halten und beim Anfahren an Kühlung verliert.
- Beschreibe die Betriebsarten S1 bis S10 in je einem Satz.
- Ordne Fahrmotor, Verdampferlüfter, Kompressor, Türantrieb und Rührwerk je einer Betriebsart zu und begründe das.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Betriebsarten · Dauerbetrieb · Kurzzeitbetrieb · Aussetzbetrieb · Kühlen
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3.4Bewerte thermische Klasse und Temperaturreserve
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Aufgabe 3.4
Bewerte thermische Klasse und Temperaturreserve:
- Nenne die Grenztemperaturen der thermischen Klassen B, F, H und 200.
- Gib die zulässige Erwärmung der Klassen B, F und H bei 40 °C Umgebung an und erkläre den Unterschied zur Grenztemperatur.
- Erkläre, was „thermische Klasse 200, ausgenutzt nach 155 (F)“ bedeutet.
- Berechne die Temperaturreserve dieser Ausführung.
- Begründe mit deiner Umfeldanalyse, weshalb unter dem Wagen eine Reserve sinnvoll ist.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Thermische Klasse · Isolierstoffklassen · Temperaturbeständigkeitsklasse · Grenzübertemperatur · Lebensdauer von Isolierstoffen
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
3.5Prüfe Energiebereitstellung und Energieeffizienz
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Aufgabe 3.5
Prüfe Energiebereitstellung und Energieeffizienz:
- Beschreibe den Weg der Energie vom Unterwerk bis zum Fahrmotor.
- Gib den Spannungsbereich an, in dem der Antrieb dauernd und kurzzeitig arbeiten muss.
- Erkläre, weshalb Bremsenergie über ein Unterwerk mit Diodengleichrichter nicht ins Dreiphasennetz zurückfließen kann und wann sie trotzdem genutzt wird.
- Erkläre die Energieeffizienzklassen IE1 bis IE5 nach Tabellenbuch (Effizienz von elektrischen Antrieben) mit ihren US-Bezeichnungen.
- Entscheide, ob der Fahrmotor, der Verdampferlüfter und ein neuer Kompressormotor unter die Ökodesign-Verordnung für Elektromotoren fallen, und begründe das.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: IE-Motoren · Mindestwirkungsgrad von Motoren · Wirkungsgrad · Gleichrichterbegriffe · Betriebsdaten, Motoren
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
3.6Prüfe die Betriebssicherheit des Antriebssystems
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Aufgabe 3.6
Prüfe die Betriebssicherheit des Antriebssystems:
- Nenne Einflussgrößen, die die Betriebssicherheit des Fahrantriebs bestimmen.
- Berechne die Zugkraft, die ein einzelner Fahrmotor mit dem Grenzmoment des Fahrspiels aufbringen kann.
- Prüfe, ob ein voll besetzter Zug mit nur einem funktionsfähigen Motor in der Rampe aus dem Stand anfahren kann.
- Beurteile, welche Rolle die mechanische Notbremse spielt, wenn der elektrische Antrieb ausfällt.
- Bewerte die Rolle des Fahrantriebs im ganzen Bahnsystem: Was folgt für Fluggäste und Flughafen, wenn ein Zug auf der Strecke stehen bleibt?
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Instandhaltung · Risikobewertung · Bremsen · Betriebssicherheitsverordnung · funktionale Sicherheit, SIL
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3.7Werte das Typenschild des alten Fahrmotors aus
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Aufgabe 3.7
Werte das Typenschild des alten Fahrmotors aus:
- Übersetze alle Angaben des Typenschilds ins Deutsche.
- Rechne Leistung, Masse und Umgebungstemperatur in SI-Einheiten um.
- Berechne das Bemessungsmoment bei Grunddrehzahl.
- Berechne die elektrische Leistungsaufnahme und den Wirkungsgrad im Bemessungspunkt.
- Erkläre, was die Angabe „3000 RPM MAX“ bei einem Reihenschlussmotor bedeutet und wie die alte Bahn über die Grunddrehzahl kommt.
| Angabe (englisch) | deutsch | Wert umgerechnet |
|---|---|---|
| TRACTION MOTOR | ||
| DC SERIES WOUND | ||
| RATING 150 HP CONTINUOUS | ||
| VOLTS 520 V DC | ||
| AMPS 236 A | ||
| SPEED 2400 RPM BASE | ||
| MAX. SPEED 3000 RPM MAX | ||
| DUTY CONTINUOUS | ||
| INSULATION CLASS H | ||
| AMBIENT 104 °F | ||
| WEIGHT 1650 LB | ||
| ENCLOSURE TENV |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leistungsschild · Reihenschlussmotor · Isolierstoffklassen · Temperaturskala
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
3.8Werte den NEMA-Kompressormotor aus und prüfe ihn am neuen Bordnetz
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Aufgabe 3.8
Werte den NEMA-Kompressormotor aus und prüfe ihn am neuen Bordnetz:
- Übersetze die Angaben FRAME, SF, DESIGN, CODE, FLA, INS CL, ENCL und NOM. EFF.
- Bestimme Polzahl und Schlupf bei 60 Hz.
- Berechne Achshöhe und Anlaufstrom aus Frame-Nummer und Code-Buchstabe.
- Berechne das Verhältnis von Spannung zu Frequenz alt und neu und beurteile die Magnetisierung.
- Berechne Drehzahl, Leistung und Moment am Bordnetz 400 V, 50 Hz bei unverändertem Lastmoment.
- Beurteile, was das für den Förderstrom des Kompressors und die Kälteleistung bedeutet.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Asynchronmotor · Schlupf · Anlassen · Frequenzumrichter · Netzfrequenz
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3.9Stellt das Lastenheft für Meilenstein M1 zusammen
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Aufgabe 3.9
Stellt das Lastenheft für Meilenstein M1 zusammen:
- Stellt IEC- und NEMA-Angaben in einer Tabelle gegenüber: Leistung, Spannung und Frequenz, Baugröße, Schutzart und Gehäuse, thermische Klasse, Wirkungsgrad, Anlaufverhalten, Überlastbarkeit.
- Entscheidet, wie ihr mit dem Kompressormotor am neuen Bordnetz umgeht, und begründet die Entscheidung technisch und wirtschaftlich.
- Formuliert die Anforderungsliste an den neuen Fahrmotor: Schutzart, Bauform, Kühlart, Betriebsart, thermische Klasse, Energieeffizienz, Spannung, Betriebssicherheit.
- Fügt Fahrspiel, Last- und Leistungsbedarf aus Teil 1, Umfeldanalyse und Typenschilder zum Lastenheft zusammen.
- Legt das Lastenheft einem anderen Team zum Kreuzreview vor und arbeitet die Rückmeldung ein.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Lastenheft · Normen · Leistungsschild
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Der Kompressormotor ist als Ersatzteil nur noch in einer 60-Hz-Ausführung mit 575 V lieferbar, der in Nordamerika ebenfalls üblichen Spannung. Das neue Bordnetz bleibt bei 400 V, 50 Hz.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe, wie sich Spannung durch Frequenz und Magnetisierung gegenüber deiner bisherigen Rechnung ändern.
- Beurteile, ob der Motor am Bordnetz das nötige Moment sicher aufbringt.
- Entscheide, ob eure Lösung für den Kompressormotor im Lastenheft bestehen bleibt.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.