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CO2 Emmissionen - Das Simulationsmodell

Wie ist das Modell aufgebaut:

Das ganze Simulationsmodell basiert auf einem Tabellenkalkulationsprogramm.

Kern des Simulationsmodells sind die 3 Module Zug, Antrieb und Strecke.

Das Modul Zug

Hier werden alle Fahrzeuge so genau wie für die Fahrwiderstandrechnung nötig definiert. Masse, cw-Wert, Sitzplatzanzahl, Lagerbauart und einige Punkte mehr gehen in eine Fahrwiderstandsrechnung ein, wie sie in der Vorlesung von Dr. rer. nat. Peter Spiess (DB Systemtechnik Minden) an der Uni Hannover gelehrt wird. Diese moderne Methode baut auf den Arbeiten von Strahl ff auf und berücksichtigt auch moderne Triebfahrzeuge, wie sie ja in weiteren Varianten dieser Simulation ebenfalls berücksichtigt werden sollen.

Das Modul Antrieb

Im Modul Antrieb werden die im weiteren benötigten Funktionen für den Energieverbrauch ermittelt. Im Falle der Dampflok basiert das auf einer Kreisprozessrechnung der Zylinder für verschiedene Schieberkastendrücke und Füllungen. Bei kleinen Schieberkastendrücken wird dabei die minimale Füllung so hoch angenommen, dass es im Zylinder nicht zu nennenswerter Kondensation kommt mit dem schädlichen Auswaschen des Schmiermittels. Dies ist dann auch die unterste mögliche Leistungsgrenze der jeweligen Maschine, die bei noch geringerem Antriebsbedarf zu „Sägezahnfahrten“ (Beschleunigen – Ausrollen) zwingt. Ein Zustand, der bei Bergabfahrten aufkommt, wo dann bewusst mit minimalem Geschwindigkeitsabbau bergab gerollt werden muss, weil die benötigte Leistung zum Beibehaltung der Geschwindigkeit zu gering ist. Weiterhin werden Kondensationsverluste bei niedrigen Geschwindigkeiten sowie Drosselverluste bei schnellem, hohem Dampfdurchsatz eingerechnet. Final wird in einer „Betriebskurve“ der Lokführer und die durch ihn gewählte Fahrweise (Füllung vs Schieberkastendruck) berücksichtigt. Aus all diesen Größen wird dann eine Funktion für den indizierten Dampfverbrauch als Funktion von Zugkraft und Geschwindigkeit abgeleitet, die dann im folgenden Modul „Strecke“ eingesetzt wird. Für den Kohlenverbrauch ausgehend vom Dampfverbrauch wird im Modul „Antrieb“ auch der Kesselwirkungsgrad als Funktion der Heizfächenbelastung definiert.

Das Modul Strecke

Im Modul Strecke wird dann die Strecke wie folgt definiert:
• Die Bahnhöfe werden mit Abstand und Höhe über NN eingegeben
• zwischen den Bahnhöfen gibt es in der Regel 4 Abschnitte um Beschleunigungen/Verzögerungen dezidiert angeben zu können
• Die Strecke verläuft zwischen den einzelnen Bahnhöfen in einer konstanten Neigung
• Die Strecke ist geradlinig -> keine Krümmungswiderstände
• Der Zug bewegt sich als „Massepunkt“ durch die Strecke

In diesem Modul erfolgt auch die Zugfahrt, in dem zu jedem Bahnhof die Durchfahrtsgeschwindigkeit (Halt = 0km/h), ggf. die Aufenthaltszeit und die Geschwindigkeiten an den einzelnen Zwischenabschnitten angegeben werden. Mit der Wahl der jeweiligen Wunschgeschwindigkeiten an den einzelnen Abschnittsgrenzen errechnet das Modul aus den einzelnen Widerstandsarten von Zug und Triebfahrzeug die jeweiligen Zugkräfte und Leistungen am Haken, an den Tfz-Treibrädern und final am Abtrieb des Antriebs – bei der Dampflok also die benötigte indizierten Werte im Zylinder (Ni, zi).
Mit den Ergebnissen des Moduls Antrieb (indizierter Dampfverbrauch, Zugkraftgrenze (min/max), Leistungsgrenze, Kesselwirkungsgrad, Kesselgrenze) berechnet das Modul Strecke für jeden Streckenabschnitt die Antriebskennwerte, so dass die Geschwindigkeitseingabe diesbezüglich sofort plausibilisiert werden kann.
Final gibt das Modul dann für die einzelnen Abschnitte und die Gesamtstrecke die Fahrzeiten, Dampf- und Kohlenverbräuche aus, wobei auch die Nebenverbräuche wie Zugheizung, Kesselspeisung, Lichtmaschine und der Standverbrauch mit berücksichtigt werden.
Insbesondere die Wahl der Betriebskurve im Modul Antrieb hat großen Einfluss auf den Brennstoffverbrauch. Hier zeigt sich deutlich der Einfluss von konsequentem Betrieb mit geringster Füllung – so aufwendig dies auch bei der Regelung der Dampfmaschine ist. Kann der Lokführer nun nicht mit geringen Füllungen fahren (Zustand des Fahrwerks und der Lagerungen, Schleuderneigung der Lok, Schienenzustand etc. ) oder war es ihm zu aufwändig „immer am Rad zu drehen“ ging der Verbrauch deutlich über die in der Literatur genannten „Versuchsamt-Verbräuche“ hinaus.

Ergebnis Dampftraktion


Baurath Georg Kurtz

Haben Sie Fragen zu diesem Bericht vom 11.07.2014?
Mail an den FVME: ME-Baurath@t-online.de


Siehe auch:

Ergebnis Dampftraktion

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