Startseite > Produkte > Anwendungen > Verkehrstechnik > ICE3: High-Tech made in Germany

ICE3: High-Tech made in Germany

Wer heutzutage in Deutschland große Entfernungen mit der Bahn zurücklegt, für den ist es mittlerweile selbstverständlich, dazu den ICE zu benutzen. Der Slogan „doppelt so schnell wie das Auto, halb so schnell wie das Flugzeug“ zeigt die Stärken des ICE, nämlich die Geschwindigkeit. Für viele Reisende steht der Begriff ICE als Synonym für Hochgeschwindigkeit kombiniert mit hohem Reisekomfort. Der ICE ist „das“ High-tech-Produkt der Deutschen Bahn.

Die Entwicklung der ICE-Züge begann 1985 mit dem Bau des ICExperimental, dem Erprobungsträger des ICE1. Nach ausgedehnten Testreihen wurde das offizielle ICE-Zeitalter bei der Deutschen Bahn 1991 mit Aufnahme des Hochgeschwindigkeitsverkehrs durch ICE1-Züge auf der Neubaustrecke Hannover-Würzburg eingeleitet. Die Fahrzeiten von Hamburg nach München verkürzten sich dadurch erheblich. Die erste Generation der ICE-Züge bestand aus zwei Triebköpfen und max. 14 Mittelwagen.

Schon ein Jahr später – 1992 – begann man, sich mit dem Nachfolger, dem ICE2, zu befassen. Gegenüber der 1. Generation sollte beim ICE2 die Möglichkeit bestehen, zum einen Zugkonfigurationen wie beim ICE1 (zwei Triebköpfe + Mittelwagen) zu bilden und zum anderen so genannte Halbzüge (ein Triebkopf + fünf Mittelwagen + ein Steuerwagen) zu koppeln. Die Auslieferung der ICE2-Züge begann Ende 1995.

Für die neueste Generation der ICE-Züge, dem ICE3, enthielt das Pflichtenheft u.a. Forderungen nach einer stärkeren Motorisierung, geringerem Gewicht, der Erhöhung der spezifischen Antriebsleistung, einer Höchstgeschwindigkeit von 330 km/h und Einsatz im benachbarten Ausland. Somit entstand ein Triebzug, bei dem sich die Antriebstechnik auf den gesamten Zug verteilt. Dieses Konzept hat viele Vorteile:

• leichtere Abschottung der Schallquellen des Antriebs, da diese unter dem Zug montiert sind
• energiesparendes Bremssystem
• höhere Sitzplatzkapazität bei gleicher Zuglänge

Zugbildungskonzept, Zugsicherungs- und Bremssysteme

Genau wie beim ICE2 wurde auch beim ICE3 das Flügelkonzept umgesetzt, d.h. ein achtteiliger Triebzug (Halbzug) kann mit einem weiteren Halbzug des ICE3 gekuppelt werden. Je nach Bedarf können zwei Halbzüge zu einem Langzug gekuppelt werden oder als Halbzug fahren. Auf Grund der Tatsache, dass sich bei den verschiedenen europäischen Bahngesellschaften unterschiedliche Zugsicherungssysteme entwickelt haben, wurde der ICE3 mit verschiedenen Automatic-Train-Protection-Systemen zur Zugsicherung und -beeinflussung ausgestattet. Beim ICE3 wurden auch zukünftige Zugsicherungssysteme berücksichtigt, die europaweit die Basis für einen signaltechnisch sicheren Betrieb des ICE3 bilden. Außerdem wurden drei unterschiedliche, unabhängig voneinander wirkende Bremssysteme realisiert:

• eine generatorische Bremse mit Netzrückspeisung in den angetriebenen Wagen (max. Bremsleistung: 8200 kW)
• eine Wirbelstrombremse in den nicht angetriebenen Wagen, deren Versorgung bei Netzausfall durch den generatorischen Betrieb der Fahrmotoren sichergestellt ist
• eine pneumatische (Druckluft-) Bremse in allen Wagen. Im Störungsfall kann der Zug allein mit der pneumatischen Bremse aus der Höchstgeschwindigkeit heraus zum Stillstand gebracht werden.

Vergleichsdaten ICE1, ICE2 und ICE 3

Traktionsausrüstung

Ein Halbzug besteht aus vier angetriebenen und vier nicht angetriebenen Wagen. Jeweils vier Wagen (Endwagen, Transformatorwagen, Stromrichterwagen und Mittelwagen) bilden elektrisch eine Einheit. Auf jeweils allen vier Achsen werden End- und Stromrichterwagen angetrieben. Transformatorwagen und Mittelwagen sind antriebslos. Bedingt durch die verteilte Antriebsausrüstung mit 50 % angetriebenen Radsätzen sind Steigungen bis zu 40 Promille zu bewältigen, wobei die Radsatzlasten bei max. 17 t liegen. Die Traktionsausrüstung des ICE3 ist für verschiedene Netzspannungen – 15 kV / 16,7 Hz DBAG, SBB sowie ÖBB und 1,5 kV DC und 25 kV / 50 Hz SNCF (französische Staatsbahn) und NS (niederl. Staatsbahn), 3 kV SNCB (belgische Staatsbahn) – ausgelegt. Ein Passieren der Grenzen auch bei unterschiedlichen Netzspannungen kann ohne Probleme erfolgen. Der Systemwechsel findet in Abhängigkeit der vorhandenen Infrastruktur fahrend oder stehend statt. Alle dazu benötigten Funktionen sind in die Zugsteuerung integriert.

Auf den beiden Transformatorwagen befinden sich die Komponenten der AC-Hochspannungsanlage, wozu der Stromabnehmer (Pantograph), der Überspannungsableiter und der Vakuumhauptschalter mit Erdungsschalter zur Einspeisung des Haupttrafos gehören. Die Trafowagen sind über eine im Dach verlegte Hochspannungsleitung miteinander verbunden, die im Fehlerfall über Trennschalter aufgetrennt werden kann. Auf den Mittelwagen befinden sich jeweils die Pantographen für den AC-Betrieb mit 25 kV bzw. für den Betrieb unter Schweizer Netz, die ebenfalls an die Hochspannungsleitung angeschlossen sind. Die Pantographen für den Gleichstrom-Betrieb befinden sich auf den Stromrichterwagen. Die Einspeisung in die DC-Hochspannungsanlage (montiert in einem unter dem Wagenboden angeordneten DC-Container) erfolgt über einen für 25 kV ausgelegten Trennschalter. Der Haupttransformator ist unter dem Trafowagen angeordnet. Einsystem- und Mehrsystemtrafos sind weitestgehend baugleich. Die Umschaltung der Sekundäranschlüsse bei einem Wechsel von 15 auf 25 kV erfolgt in einem Trennschaltergerüst, welches neben dem Trafo montiert ist. Bei den Fahrmotoren kommen vierpolige, gehäuselose, fremdbelüftete Drehstrom-Asynchronmotoren mit Käfigläufer zum Einsatz. Die Antriebsleistung beträgt 500 kW je Fahrmotor, die maximale Drehzahl liegt bei 6.000 1/min.

Elektrisches Bordnetz und Klimaanlage

Das Bordnetz versorgt die Hilfsbetriebe (z.B. Pumpen, Lüfter), die Küchenverbraucher (z.B. Mikrowelle) und die Komfortverbraucher (z.B. Klimaanlage, Heizung) mit elektrischer Energie. Die Konzeption erfolgte unter Berücksichtigung der entsprechend in Europa verbreiteten Spannungssysteme (15 kV 16,7 Hz, 25 kV / 50 Hz, 3 kV DC, 1,5 kV DC). Aus diesem Grunde wurde eine 670-V-DC-Zugsammelschiene realisiert, die durch den gesamten Triebzug geht und große Vorteile auf Grund des Gewichts, des Einbauraums, der Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit aufweist. Aus der Zugsammelschiene wird ein konstantes oder drehzahlvariables Drehstromsystem (max. 440 V, 60 Hz) erzeugt, das durch Ausgangsstromrichter, die unter den einzelnen Waggons angeordnet sind, versorgt wird.

Die installierte Bordnetzleistung pro Halbzug beträgt 1000 kVA, wobei der max. Bedarf bei voller Leistung der Traktions-Hilfsbetriebe und der Klimaanlagen ca. 800 kVA beträgt. Ferner gehört zum Bordnetz eine ebenfalls durch den gesamten Triebzug gehende 110-V-Batteriesammelschiene, die die Wagenbeleuchtung, die Elektroniksteuergeräte wie Antriebssteuergerät, Bremssteuergerät, Zentrale Zugsteuerung und Türsteuerung sowie die konventionelle Schaltungsebene versorgt. An der Batteriesammelschiene werden zwei Sätze Bleibatterien mit jeweils 280 Ah betrieben, die unter den Mittelwagen untergebracht sind. Jeder Batteriesatz verfügt über ein Ladegerät mit 60 kW Leistung, das aus der 670-V-Zugsammelschiene versorgt wird. Um bei Netzspannungsausfall eine Weiterversorgung der wichtigsten Hilfsbetriebe, der Wirbelstrombremse sowie der Klimaanlage zu gewährleisten, kann jedes Batterieladegerät aus der Batterie 30 kW in die 670-V-Zugsammelschiene einspeisen.

Zum ersten Mal wurden beim ICE3 luftgestützte Klimaanlagen eingesetzt, deren Technik sich in der Luftfahrt bereits bewährt hat und die für die Erfordernisse an den Bahnbetrieb modifiziert wurden. Bei diesen Klimaanlagen kann der Einsatz von konventionellen, umweltschädigenden Kühlmitteln auf Grund der Nutzung von Luft als Kühlmedium entfallen. Weitere große Vorteile dieser Klimatechnik liegen in den reduzierten Instandhaltungsaufwendungen und im geringeren Gewicht. Auch die Personalkosten beim Austausch der Klimakomponenten werden durch den Wegfall des Entleerens und Wiederbefüllens des Kühlmittelkreises reduziert.

Leittechnik und Datenkommunikation im Zug

Das Kernstück der ICE3-Leittechnik bildet das zentrale Steuergerät. Die Ausführung erfolgte redundant, d.h. in jedem Endwagen befinden sich zwei Steuergeräte. Bei Ausfall eines Gerätes erfolgt die automatische Umschaltung auf das andere Steuergerät. Ein Train-Communication-Network (TCN) Bussystem sorgt für die Integration aller 116 Steuerungen des ICE3 und besteht prinzipiell aus dem Zugbus (Wire Train Bus; WTB) und dem Fahrzeugbus (Multifunctional Vehicle Bus; MVB). Vier Wagen bilden jeweils über ein MVB-Segment, welches über Gateways mit dem WTB verbunden ist, eine Traktionseinheit. Die einzelnen Steuerungen sind über den MVB angeschlossen. Der Datenaustausch zwischen den beiden Traktionseinheiten, sowie zwischen zwei gekuppelten Halbzügen erfolgt über den WTB. Über zwei im Führerstand integrierte Displays, in die ein Diagnosesystem implementiert wurde, welches jederzeit einen Überblick über betriebliche Besonderheiten und Störungen verschafft, erhält der Triebfahrzeugführer ausführliche Informationen über den aktuellen Status der verschiedenen Systeme. Die Diagnosemeldungen werden über Mobilfunk an die entsprechenden Werkstätten weitergeleitet.

Einsatzstrecken des ICE3

Der Planbetrieb des ICE3 bei der Deutschen Bahn und den Niederländischen Staatsbahnen begann mit der Expo 2000 am 1. Juni 2000. Der Einsatz erfolgte auf den Strecken München-Hannover, Basel-Frankfurt-Hannover und Köln-Düsseldorf-Hannover. Seit November 2000 fahren diese Züge von Amsterdam über Köln nach Frankfurt (über die alte Rheinstrecke). Seit Anfang 2001 sind alle 50 Züge im Einsatz. Nach Inbetriebnahme der Neubaustrecke Köln-Frankfurt verbinden diese Züge die beiden Metropolen mit 330 km/h.

Der ICE3 und HARTING

Um bei diesem Zug im Bedarfsfall Aggregate möglichst schnell tauschen zu können, erfolgt der Aufbau in modularer Bauweise. Somit ist die Steckverbinder-Technik hier ein sehr wichtiges Thema. Bei auszutauschenden Aggregaten werden lediglich die Steckverbindungen getrennt, so dass aufwändige Demontagen der elektrischen Verbindungen entfallen können, was insgesamt die Wartungszeiten und -kosten reduziert. Auch beim ICE3 werden in verschiedenen Applikationen HARTING-Steckverbinder verwendet, von denen zwei exemplarisch vorgestellt werden.

Motorsensorik

Bei dieser Applikation, die unter dem Wagen in der Nähe des jeweiligen Antriebs montiert ist, kommen die Han® 24HP-Gehäuse mit Han-Quintax®-Kontakten für die Übertragung von Motordaten (Temperaturüberwachungen, Drehzahlgeber) zum Einsatz.

MVB-Verteilerbox

Die MVB-Verteilerbox befindet sich im Wageninneren und separiert den MVB. Der MVB ist redundant aufgebaut (line A + B) und befindet sich innerhalb des Wagens in einem Kabel. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, wird der Bus physikalisch auf zwei Kabel aufgeteilt und separat zum Wagenübergang geführt. Auf der Gegenseite wird der Bus wieder zusammengeführt. Zum Einsatz kommen hier D-Sub-Steckverbinder in InduCom9-Gehäusen (siehe nachfolgenden Artikel über InduCom9).

Steckverbinder-Technologie im ICE

Von der Bahn wurde eine Option auf 13 weitere ICE3-Züge eingelöst, Montagebeginn im Herbst 2002. Ein weiterer Erfolg für diese Technologie zeigt die Tatsache, dass der ICE3 zukünftig auch in Spanien fährt. Vom AVE S103 – so heißt der Zug offiziell – werden 16 Züge im Auftrag von Siemens ab Herbst 2002 gebaut.

Neue Züge und Lokomotiven werden heutzutage fast ausschließlich modular aufgebaut. Demzufolge gewinnt die Steckverbinder-Technologie für die Bahnindustrie immer mehr an Bedeutung. Dies ist eine Herausforderung, der sich HARTING auch in Zukunft sowohl im Bereich Energie- wie auch Signalübertragung stellen wird. In Zusammenarbeit mit den Systemlieferanten wird die Technologiegruppe HARTING den Transportation-Markt weiterhin mit Lösungen für komplexeste Anforderungen und einfachste Handhabung versorgen.