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Kondensatoren

Kondensatoreneinheiten für Bordnetzumrichter in modernen Zügen

| Autor/ Redakteur: Dirk Hermann * / Thomas Kuther

Kondensatoren in Bordnetzumrichtern von Zügen müssen höchsten Anforderungen gerecht werden. Worauf es dabei ankommt, erfahren Sie in diesem Beitrag am Beispiel der neuen S-Bahn-Züge in Hamburg.

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Ohne Strom kein Betrieb: Bordnetzumrichter in den neuen Zügen der S-Bahn Hamburg stellen die Stromversorgung sicher.
Ohne Strom kein Betrieb: Bordnetzumrichter in den neuen Zügen der S-Bahn Hamburg stellen die Stromversorgung sicher.
(Bild: Bombardier)

Ohne Strom rollt kein moderner Zug – aber auch in den Schienenfahrzeugen selbst gibt es viele Systeme, die auf eine zuverlässige Energieversorgung angewiesen sind: Als Beispiele sind hier unter anderem Beleuchtung, Klimaanlagen und Fahrgastinformationssysteme zu nennen.

In den neuen Fahrzeugen der S-Bahn Hamburg werden Bordnetzumrichter der Marke Knorr-Bremse PowerTech dafür sorgen, dass nie ungeplant das Licht ausgeht. Ausgerüstet sind die Systeme mit maßgefertigten Kondensatoreneinheiten des Husumer Unternehmens FTCAP. Die Marke Knorr-Bremse PowerTech kombiniert seit 2014 das Knowhow der zwei führenden mittelständischen Hersteller für Hilfsbetriebeumrichter, der Transtechnik GmbH & Co. KG und der PCS Power Converter Solutions GmbH.

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Die Unternehmensgruppe steht für die zukunftsweisende Bordnetzversorgung von Schienenfahrzeugen aller Art: Mehr als 500 Mitarbeiter entwickeln und fertigen verschiedene Typen von Bordnetzumrichtern für Nahverkehrsfahrzeuge und Vollbahnen sowie elektrische Energieversorgungssysteme, Vormontagebaugruppen und elektrische Ausrüstungen. Auf Basis des breiten Portfolios bewährter Produkte entwickeln die Experten die passende Lösung für die spezifischen Anforderungen – weltweiter Service inklusive.

„Energieversorgungssysteme liefern den Verbrauchern in Schienenfahrzeugen die notwendige Energie, von der Klimaanlage bis zur Bistroausrüstung“, erläutert Martin Kutschker, Leiter F&E/R&D bei der KB-PowerTech. „Da die Zahl der Verbraucher an Bord wegen steigender Komfort- und Sicherheitsansprüche steigt, hat der Markt ein weltweites großes Wachstumspotenzial.“ Eines der laufenden Projekte von Martin Kutschker ist ein Bordnetzumrichter, der in S-Bahn-Fahrzeugen vom Typ „ET 490“ eingesetzt werden soll.

Die S-Bahn Hamburg GmbH hat beim Hersteller Bombardier Transportation 60 neue S-Bahn-Züge dieses Typs bestellt. Ein erster Einsatz der energiesparenden Neufahrzeuge ist im Rahmen eines ausgiebigen Probebetriebs ab Ende 2016 vorgesehen.

Hohe Anforderungen an die Kondensatoren

Der Bordnetzumrichter hat die Aufgabe, das AC-Netz der neuen S-Bahn-Fahrzeuge mit Energie zu versorgen; er wird von KB-PowerTech als komplettes Bauteil für den Einbau in einen Unterflur-Container geliefert. Die Lösung zeichnet sich durch einen weiten Eingangsspannungsbereich aus – die Speisung kann entweder aus einem Traktions-Zwischenkreis mit 1800 VDC oder aus einer dritten Schiene mit 1200 VDC erfolgen.

Bei kompakter Bauweise ermöglicht der Umrichter eine hohe Ausgangsleistung von 160 kVA. Eine Flüssigkeitskühlung sorgt für eine effiziente und optimale Bauraumnutzung. Die Leistungsmodule sind gut zugänglich und erlauben so eine einfache Wartung und Instandhaltung.

Eine wichtige Aufgabe in den Bordnetzumrichtern übernehmen die verbauten Kondensatoren. Sie fungieren im Gesamtsystem als Zwischenkreiskondensatoren – das bedeutet, dass sie für eine konstante Spannung sorgen und bei Bedarf Strom liefern.

Die Liste mit Anforderungen, die im vorliegenden Fall an die Kondensatoren gestellt wurden, war lang: „Wichtig waren uns vor allem eine gute thermische Anbindung an den Kühlkörper sowie ein einfacher, aber robuster mechanischer Aufbau. Die Kondensatoren sollten rüttelfest, kompakt und leicht zu montieren sein“, schildert Martin Kutschker.

„Gleichzeitig wünschten wir uns, dass die Kondensatoren in einem Gehäuse mit integrierten Busbars seriell angeordnet sind.“ Zudem sollten sie selbstverständlich den elektrotechnischen Anforderungen genügen – dazu hatte KB-PowerTech zu erfüllende Werte bezüglich der Ripplestrombelastbarkeit, Spannungsbeanspruchung, Verlustleistung und Kapazität definiert.

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