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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch behandelt die theoretischen Grundlagen und die Technik von Eisenbahn- und Straßenbahnfahrzeugen. Neben den gesetzlichen Grundlagen werden Fahrwiderstände, Antriebe, Bremsen, Laufdynamik und Laufwerke sowie die Tragwerke und Aufbauten behandelt. Großer Wert wird dabei auf anschauliche Darstellungen und zahlreiche Beispiele gelegt. Anhand dieses Buches können sich auch fachfremde Ingenieure und Eisenbahnfreunde in das Gebiet der Schienenfahrzeugtechnik erfolgreich einarbeiten. Die vorliegende Auflage wurde überarbeitet und um das Kapitel "Engineering im Schienenfahrzeugbau" ergänzt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zunächst werden die verschiedenen Ausprägungen von Schienenbahnen (Eisenbahnen, S- und U-Bahnen, Stadt- und Straßenbahnen, Zahnradbahnen, Standseilbahnen usw.) und deren gesetzliche Grundlagen dargestellt. Die Systematik der Eisenbahnfahrzeuge sowie die der Straßenbahnfahrzeuge werden, auch an Beispielen, erläutert. Grundzüge der Spurführung schließen sich an, wobei einführend auf das Zusammenspiel von Fahrzeug und Gleis eingegangen wird. Einflüsse auf den Querschnitt von Schienenfahrzeugen sowie die Energiezuführung bei elektrischen Bahnen sind weitere Themen. Aussagen zur Bedeutung der Eisenbahn im Personen- und Güterverkehr in Deutschland sowie zur Schienenfahrzeugindustrie weltweit beschließen das Kapitel.
Joachim Ihme

2. Fahrwiderstände von Schienenfahrzeugen

Wie bei allen Fahrzeugen müssen auch bei Schienenfahrzeugen die Fahrwiderstände überwunden werden, damit eine Bewegung möglich ist. Für die einzelnen Anteile des Fahrwiderstands, insbesondere Luftwiderstand, Lagerreibungs- und Rollwiderstand, Stoßwiderstand, Streckenwiderstand und Beschleunigungswiderstand werden die physikalischen Hintergründe dargestellt und Berechnungsformeln gegeben. Die Unterschiede der Fahrwiderstände von Kraftfahrzeug und Schienenfahrzeug werden erläutert. Anhand von Beispielberechnungen werden auch die zahlenmäßigen Größenordnungen der verschiedenen Widerstände, deren Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit sowie der Einfluss auf Leistung und Energieverbrauch beschrieben.
Joachim Ihme

3. Antriebsmaschinen, Leistungsübertragung

Die Begriffe „Bedarfskennlinie eines Fahrzeugs“ und „Lieferkennung einer Antriebsmaschine“ und deren grafische Darstellung werden eingeführt. Für die verschiedenen im Fahrzeugbetrieb verwendbaren Antriebsmaschinen (Dampfmaschine; Elektromotor als Gleichstrom-, Wechselstrom- und Drehstrommotor; Verbrennungsmotor; Gasturbine) werden die Drehmoment- bzw. Zugkraftkennlinien sowie die Leistungskennlinien dargestellt und besprochen, wobei sowohl die Kennlinien für Antrieb als auch für Bremsen (über die Antriebsanlagen) berücksichtigt sind. Auch der Begriff „Kennungswandler“ wird erläutert. Für Verbrennungsmotoren wird die Kennungswandlung durch mechanische und hydraulische Getriebe sowie durch elektrische Leistungsübertragung gezeigt. Die Konstruktionsprinzipien des mechanischen Teils elektrischer Antriebe werden ebenfalls dargestellt. Das Kapitel schließt mit Hybridantrieben für Schienenfahrzeuge.
Joachim Ihme

4. Bremsen für Schienenfahrzeuge

Nach einem kurzen Überblick über die geschichtliche Entwicklung der Schienenfahrzeugbremsen werden zunächst reibungsbehaftete Bremsen besprochen. Dazu werden Begriffe wie Kraftschluss und Schlupf sowie die Abhängigkeit der Reibbeiwerte von der Gleitgeschwindigkeit erläutert. Es folgt die Darstellung der Kräfte und Momente am gebremsten Fahrzeug. Neben der Handbremse und der Federspeicherbremse werden die verschiedenen Ausprägungen von Druckluftbremsen erklärt (nicht selbsttätige und selbsttätige, einlösige und mehrlösige Druckluftbremsen; Bremsartwechsel). Klotz-, Scheiben- und Trommelbremsen für Schienenfahrzeuge werden gezeigt, abschließend auch die Magnetschienenbremse. Als nicht reibungsbehaftete Bremse wird die Wirbelstrombremse erwähnt. Das Kapitel endet mit der Berechnung von Bremswegen sowie der Erläuterung des im Eisenbahnbetrieb verwendeten Begriffes „Bremsgewicht“.
Joachim Ihme

5. Radsatzführung, Federung und Dämpfung

Die in Kapitel 1 getroffenen Aussagen zur Spurführung werden in diesem Kapitel vertieft. Zunächst wird kurz auf das Schwingempfinden des Menschen eingegangen. Die Schwingungsanregung von Schienenfahrzeugen durch Gleisunebenheiten und die Möglichkeiten der Simulation von Schwingungen werden dargestellt. Dazu wird auf die Berührgeometrie zwischen Rad und Schiene eingegangen und die Bewegungsgleichungen von Radsätzen werden hergeleitet. Eingegangen wird auch auf die Stabilität des Radsatzlaufs und auf Resonanzen zwischen Radsatz und Fahrzeug. Breiten Raum nimmt die Darstellung der verschiedenen Laufwerks- und Drehgestellbauarten anhand zahlreicher Beispiele aus dem Eisenbahn- und Straßenbahnbereich ein. Zum Schluss wird auf die Theorie und die konstruktive Ausbildung der bei Schienenfahrzeugen verbreiteten Luftfederung eingegangen.
Joachim Ihme

6. Tragwerke und Aufbauten von Schienenfahrzeugen

Es werden die Anforderungen und Vorgaben zur Auslegung von Schienenfahrzeugtragwerken aus den verschiedenen Regelwerken dargestellt, sowohl für statische als auch für dynamische Belastungen. Auch die Anforderungen an die crashgerechte Auslegung und deren konstruktive Umsetzung werden besprochen. Anhand der geschichtlichen Entwicklung von Personenfahrzeugen der Eisenbahn werden die verschiedenen Bauweisen (insbesondere Differential- und Integralbauweise in Stahl bzw. Aluminium) durch zahlreiche Beispiele erläutert. Weitere Abschnitte dieses Kapitels beschäftigen sich mit den Tragwerken und Aufbauten von U-Bahn- und Straßenbahnfahrzeugen, Lokomotiven und Güterwagen. Schließlich werden noch die Auslegungskriterien für Drehgestelle aus den anzuwendenden Regelwerken dargestellt. Das Beispiel einer Finite-Elemente-Berechnung für ein Straßenbahndrehgestell beschließt das Kapitel.
Joachim Ihme

7. Engineering im Schienenfahrzeugbau

Die Engineering-Prozesse in der Schienenfahrzeug-Industrie haben sich in den letzten 25 Jahren verändert. Da die Mitwirkung der Staatsbahnen bei der Produktentwicklung aufgegeben wurde, entwickeln die Hersteller heute Fahrzeugplattformen, die die Anforderungen möglichst vieler Kunden abdecken und an spezielle Kundenwünsche angepasst werden können. Auch der Zulassungs- und Inbetriebnahme-Prozess hat sich stark verändert. Beschrieben werden die Produkterstellungsprozesse von Schienenfahrzeugen bis zur Erlangung der Inbetriebnahmegenehmigung. Die heute übliche Unterstützung der Produkterstellung von der Entwicklung, Konstruktion, Arbeits- und Montageplanung bis hin zur Fertigung und Montage einschließlich der Qualitätssicherung und des Service durch Computer-basierte Technologien (CAD, CAE, CAP, CAM, CAQ, CAS usw.) wird an vielen Beispielen aus den einzelnen Phasen des Engineering-Prozesses erläutert.
Joachim Ihme

Backmatter

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