Siemens Velaro Novo – Das neue Konzept für Hochgeschwindigkeitszüge

Reduzierte Kosten, mehr Platz für Fahrgäste. Das verspricht der Velaro Novo, das neue Fahrzeugkonzept für Hochgeschwindigkeitszüge von Siemens. SiC-Leistungshalbleiter und Synchronmotoren helfen dabei.

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Mit dem Velaro Novo hat Siemens im Vorfeld der diesjährigen InnoTrans sein neues Konzept für die Hochgeschwindigkeitszüge der Zukunft präsentiert. Im Vordergrund der im Jahr 2013 gestarteten Entwicklung standen die Themen Fahrgastkomfort, geringerer Energieverbrauch und reduzierte Gesamtkosten. Damit will man den Schienenfernverkehr im Wettbewerb mit dem Flugverkehr und den Anbietern von Fernverbindungen auf der Straße konkurrenzfähig halten.

Das jetzt vorgestellte Konzept vereint die Erfahrung von drei Velaro-Generationen, beginnend mit der 2005 ausgelieferten Version für Spanien. Weltweit sind laut Siemens über 1000 Velaro-Züge mit Geschwindigkeiten von bis zu 380 km/h im Einsatz und haben zusammen bisher über zwei Milliarden Kilometer zurückgelegt. Antriebstechnisch basiert der neue Hochgeschwindigkeitszug auf dem seit dem ICE 3 der Deutschen Bahn bewährten Konzept der verteilten Traktion, die Antriebsleistung ist also auf den gesamten Zug aufgeteilt und nicht auf Triebköpfe oder einzelne in den Zug eingereihte Antriebswagen konzentriert.

Aufbauend auf den Erfahrungen der früheren Fahrzeuggenerationen wurden für das neue Konzept verschiedene Bereiche optimiert oder neu entwickelt. So wurde großer Wert auf die Energieeffizienz gelegt. Siemens gibt an, dass der neue Hochgeschwindigkeitszug bei 300 km/h gegenüber den bisherigen Fahrzeugen dieser Plattform um 30% weniger Energie benötigt und damit bis zu 1375 Tonnen CO2 pro Zug und Jahr einspart. Erreicht wurde dies in erster Linie durch eine verbesserte Aerodynamik. Die Drehgestelle sind vollverkleidet, was neben einer Reduktion des Energieverbrauches um etwa 15% auch die Lärmemissionen senkt. Zusätzlich wurden die Endwagen weiter strömungstechnisch optimiert, die Wagenübergänge außenhautbündig gestaltet und die Hochspannungsanlage auf dem Dach verkleidet. Diese Maßnahmen sollen aufgrund des reduzierten Luftwiderstandes weitere 10% zur Energieeinsparung beitragen.

Siliziumkarbid spart Gewicht

Darüber hinaus ist der Velaro Novo gegenüber den bisherigen Velaro-Generationen um über 15% leichter. Dünnwand-Aluminiumprofile, die Verwendung des Rührreibschweißverfahrens (Friction Stir Welding) und massetechnisch optimierte, innengelagerte Drehgestelle führen zusammen mit der Verwendung von Siliziumkarbid-(SiC-)Halbleitern bei den Hilfsbetriebeumrichtern, der Stromversorgung für das Bordnetz, zu einer Reduktion des Zuggewichtes um über 70 t.

Traktionstechnisch setzt Siemens auf permanenterregte Synchronmotoren (PEM) mit Bremswiderständen. Sie ermöglichen rein elektrische und damit weitgehend verschleißfreie Betriebsbremsungen. Der Instandhaltungsaufwand der pneumatischen Bremsen wird so deutlich reduziert. Bei einem 12-monatigen Feldversuch in Russland hat diese Antriebstechnik eine Erhöhung der Zugkraft um 10%, der Bremsleistung um 70% und der Effizienz um 5% ergeben.

Zum nach Angaben von Siemens um 30% reduzierten Instandhaltungsaufwand trägt ebenfalls die laufende Erfassung der Zustandsdaten des Fahrzeugs bei. Diese werden im Hinblick auf gezielte Handlungsanweisungen für die vorausschauende Planung von Instandhaltungsarbeiten im Sinne einer zustandsorientierten Wartung ausgewertet.

Neu angeordnete Verteilertechnik schafft Platz für Fahrgäste

Die Wagenkästen des Velaro Novo sind in Leichtbaustruktur ausgeführt und folgen dem Prinzip der leeren Röhre. Das bedeutet, dass keine festen oder unverrückbaren Einbauten vorhanden sind und sich die Innenräume nach den Vorstellungen des Kunden einrichten und auch verändern lassen.

Dazu ist die elektrische Verteilertechnik in der Innendecke und in der Rückwand seitlich der Übergänge angeordnet, also nicht wie beim Velaro für die Türkische Staatsbahn im Fahrzeuginnenraum oder beim ICE 4 der Deutschen Bahn als Untersitzcontainer beziehungsweise neben den Ausstiegen. Damit steht 10% mehr Raum für Fahrgäste zur Verfügung.

Ein Testwagen ist schon auf der Schiene

Zur Minimierung von Projektrisiken und zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit wurde 2017 mit dem Aufbau eines Einzelwagenerprobungsträgers, des #seeitnovo, begonnen. Dieser ist seit 2018 in den ICE S Versuchszug der DB Systemtechnik eingestellt. Erste Versuchsfahrten dieses mit über 250 Sensoren ausgestatteten Fahrzeugs fanden auf dem Siemens Prüf- und Testcenter in Wegberg-Wildenrath statt. Seitdem ist der Wagen deutschlandweit zu Testfahrten unterwegs und hat dabei bereits eine Geschwindigkeit von 331 km/h erreicht.

Die Erprobung findet unter verschiedenen Betriebsbedingungen statt, bei denen unter anderem das Verhalten des Wagenkastens und der Drehgestelle aufgezeichnet und analysiert wird. Der Grund für den eher ungewöhnlichen Bau eines Testfahrzeuges ist laut Siemens die Erkenntnis, dass digitale Simulation des Fahrzeugverhaltens nicht der alleinige Weg sein kann, sondern nur ein Unterstützungsmittel. Die bis 2019 andauernde Erprobung im Gleis liefert zusätzlich zu den Simulationen wertvolle Daten.

Der Velaro Novo kann als Ein- oder Zweisystemzug für 15 kV / 25 kV geliefert werden und besitzt je nach Auslegung der Traktionsanlage Höchstgeschwindigkeiten von 250 km/h bis 360 km/h. Die Antriebsleistung variiert dabei zwischen 4700 kW und 8000 kW. Es steht eine siebenteilige Ausführung mit einer Länge von 202 m und eine 404 m lange 14-teilige Version zur Verfügung. Mit der Auslieferung erster Triebwagen an den Fahrgastbetrieb rechnet Siemens für das Jahr 2023. An der bisherigen Entwicklung und dem Bau des Messwagens waren mehr als 100 Mitarbeiter beteiligt.

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