Energiesparende Fahrweise (ESF)

[Leif K.]

Hallo Jens,

Ich hoffe, es hat noch niemand gefragt, ich habe das Thema auf jeden Fall nicht gefunden. Bei der Baureihe 103 zeigt mir das EBuLa beim Bremsen negative kWh, also nach meinem Verständnis Rückspeisung an. Die 103 hat aber doch keine Nutz- sondern nur eine einfache Widerstandsbremse.

Ist das ein Fehler im ZD oder einer, der aus der Realität des EBuLa übernommen wurde? Ich habe leider keine Ril 497 zum Gegenprüfen.

Danke & Viele Grüße
Leif

[Wolfgang E.]

Hallo Leif,

ich denke bei ZusiDisplay wird nicht die elektrische Wirkleistung integriert, da Zusi nicht den Wirkstrom berechnet. Stattdessen wird ZusiDisplay wahrscheinlich die mechanische Leistung integrieren, vermutlich mit einem Faktor für den Wirkungsgrad. Wenn ich mich richtig erinnere, gibt es diese Anzeige in ZD auch bei V-Loks.
Auch die Anzeige mit der Abschaltaufforderung in ZD ist sehr einfach gemacht und hat wenig mit dem Vorbild zu tun. Eine Abschlussarbeit für eine echte ESF-Anzeige gab es bei mir jetzt schon und wir können auf Strecken ohne Steigung bei einer Handvoll Tfz echte Abschaltempfehlungen geben. Bei nächster Gelegenheit sollen die genannten Einschränkungen in einer zweiten Arbeit beseitigt werden. Dann hätten wir ein funktionierendes ESF ohne zu wissen, ob das bei der Bahn genauso funktioniert.

Viele Grüße
Wolfgang

[Stefan (TheShow2006)]

Ich kann euch beruhigen, die Originalgeräte zeigen auch bei einigen Fahrzeugen mit Widerstandsbremse negative Werte an.

Grüße

[Leif K.]

Dann war also meine vorsichtige Vermutung richtig … Der Fehler des Originals wurde von Jens richtig implementiert

Bei V-Lok habe ich übrigens noch nicht drauf geachtet, bei meiner Fahrt Niebüll - Westerland mit Stwg. 477 und 218 neulich war ESF abgeschaltet.

Danke & Viele Grüße
Leif

[Jens Haupert]

Hallo,

es ist so, dass das ZD-EBuLa-Modul aktuell nicht unterscheidet, welcher Art die dyn. Bremse des jeweiligen Fahrzeugs ist. Es werden einfach die Werte aufsummiert undabhängig davon, ob die Energie tatsächlich wieder zurückgespeist oder anderweitig sinnvoll genutzt wurde. Ich kann das bei Gelegenheit mal anpassen.

Die ESF-Funktion zeigt einfach stur ab einem festen "Verfrühungs"-Wert das "Ausrollen"-Symbol an. Hintergrund ist dabei, dass der Zusi-Buchfahrplan auch gar keine Gradientinformationen enthällt anhand dessen man etwas prognostizieren könnte.

Viele Grüße
Jens

[Leif K.]

Hallo Jens,

Vielen Dank für die Erklärung. Mir wäre das wahrscheinlich normal gar nicht aufgefallen, ich habe nur im Fahrplan Wahlitz_Güterglück_1993 dieser Tage mal mit meinen Stammzügen IC 507 / IC 508 „gegen mich selber“ die Wette aufgenommen, wie weit ich durch geschickteres Wechseln zwischen Leistung und Ausrollen meinen Energieverbrauch senken kann. Da ja alle Züge am Schluss vor einem Haltebegriff enden, sah ich dabei, dass auch die „rückgewonnene“ Energie bei der letzten Haltebremsung hochzählt.

Daher kam meine Frage, der ich gleich noch eine weitere anschließen möchte: die Verbrauchswerte der ESF weichen von denen, die Zusi in der Fahrtbewertung ausgibt, zum Teil erheblich ab. Liegt das dann auch daran, dass ZD keine Gradienteninformation bekommt und die gesamte Fahrtstrecke als eben betrachtet?

Viele Grüße
Leif

[Jens Haupert]

ZusiDisplay hat eine eigene Energieberechnung, die unabhängig von Zusi funkioniert. Welche jetzt genauer ist, haben wir bisher nicht untersucht. Mir persönlich genügt es, dass da ein Wert steht, der irgendwie grob passt.

[Leif K.]

Oki , ich bedanke mich nochmals herzlich für die Erläuterungen, Jens!

Frohes Fest & Viele Grüße
Leif

PS: Ich vermute, ein Schiedsrichter für die bessere Genauigkeit der beiden Ergebnisse bereitet sich im Hinterkopf schon vor

[Wolfgang E.]

Mit der V-Lok lag ich daneben. So ist das mit der Erinnerung.

Die echten Energiezählung hängt meines Wissens an der TEMA-Box, also dem Energiezähler mit dem auch mit DB Energie abgerechnet wird. Wenn dort bei Loks mit Widerstandsbremse negative Werte integriert werden, kann da eigentlich nur ein Messfehler sein und auch keine großen Werte annehmen.

Was Zusi intern macht, weiß ich natürlich nicht, aber ich hatte nicht den Eindruck, dass die elektrischen Größen intern als komplexe Wechselstromgrößen gerechnet werden. Ich kann mich aber täuschen.
ZD hat auf jeden Fall keine Chance bei Schaltwerksloks mit elektrischen Größen zu rechnen, weil dort der Leistungsfaktor betriebspunktabhängig deutlich kleiner 1 ist. Daher die Vermutung, dass die mechanischen Größen verrechnet werden. Jens wird das genau wissen.

Letztlich kommt es auf die Absolutwerte für Ausbildungszwecke aber auch nicht so sehr an. Wichtig ist der Vergleich zwischen verschiedenen Fahrstilen auf derselben Strecke.
Ich will es perspektivisch genau haben, aber das ist ein langer Weg, bei dem der Fahrplan mit Höheninformationen angereichert werden muss und das Antriebsmodell mit komplexen Größen rechnen muss und auch ansonsten stimmiger sein muss.

Viele Grüße
Wolfgang

[KlausMueller]

Wenn man es echt genau haben wollte, müsste man ja auch noch die reale Fahrdrahtspannung berücksichtigen, die sich wiederum antriebsabhängig unterschiedlich auswirken kann. Hat das Fahrzeug einen Biozugkraftregler, oder nur einen Biosollwergeber und den Regler in der Bordekeltronik?

Um die echte Fahrdrahtspannung zu kriegen müsste man wiederum das Oberleitungsnetz mit Unterwerken mit seinen komplexen Wechselstromparametern mitsimulieren. Ich möchte mir und vor allem den Entwicklern und Streckenbauern das in Zusi nicht antun wollen, habe ich doch mit den elektrischen Netzen beruflich zu tun und sowohl Simulationssoftwareentwickler als auch -anwender in meiner Abteilung sitzen. (https://assets.new.siemens.com/siemens/ ... -pi-de.pdf)

[Wolfgang E.]

Eine flexible Fahrdrahtspannung würde für Schaltwerkslokomotiven den Ansatz aus einer Z-v-Kennlinie die Zugkraft zu bestimmen und dann daraus die Ströme komplett über den Haufen werfen. Das soll nicht heißen, dass es nicht gehen würde, aber der Aufwand für ein solches Modell mit vielen Nichtlinearitäten wäre schon recht groß. Lieber nicht.

Viele Grüße
Wolfgang

[KlausMueller]

Eben. Das würde den Simulationsaufwand vervielfachen. Flüssiges Echtzeitfahren dürfte dann am PC kaum noch möglich sein. Der Aufwand für den Streckenbau - jenseits des sichtbaren - würde explodieren.
Andererseits wäre es aber für eine vollends realistische Energieverbrauchsberechnung nötig, ich bin der Meinung dass man da nicht übertreiben sollte.

[Wolfgang E.]

Die Motor- und Oberstromberechnung bei Schaltwerkslokomotiven ist ja in Zusi aktuell sowieso ein gutes Stück von der Realität entfernt und einen korrekten Oberstrom halte ich für die Simulation schon für wichtig, da er im oberen Geschwindigkeit die maximale Zugkraft bestimmt. Wenn man das anfasst, ist es kein großer Aufwand komplex zu rechnen und somit den Wirkanteil des Oberstroms zu erhalten und folglich die Wirkleistung. Natürlich hat das immer noch Einschränkungen, weil die Leistung des Wagenzugs (Heizung/Klima) und der Nebenbetriebe nicht berücksichtigt wird. Der Fehler wäre aber im Vergleich zu den jetzigen relativ klein.

[Leif K.]

So, Ihr beiden,

Starkstromelektriker war früher ein anerkannter Lehrberuf, Schwachstromelektriker kenne ich nur als Spottausdruck Deshalb bitte ich Euch als Maschinenbauingenieur mit nur 6 SWS Elektrotechnik (inkl. Elektronik) mal kurz um etwas Nachhilfe.

Aus der Zusi-Dokumentation verstehe ich, dass im Prinzip nur die Z-v-Kurve mit fixen Phasenwinkeln und konstanten Korrekturwerten verwertet wird. Die daraus rückgerechneten Spannungen und Ströme sind eigentlich nur Show.

Wenn ich mir beim Autorenkollevtiv Bendel et al. (Hauptstadt der DDR 1984) die Beschreibung des Reihenschlussmotors anschaue, beschreibt er dort einen Leistungsfaktor Lambda, bei dem aber auch noch die Läuferfrequenz umgekehrt proportional in den Tangens(phi) mit eingeht. Von Motorkonstante steht da kein Wort.

Heißt das, dass
1.) die Motorkonstante in Zusi eine hilfsweise Vereinfachung des Modells ist, die aber über die Drehzahl eigentlich variabel sein müsste und
2.) der Winkel phi zwischen Spannung und Strom im Zeigerdiagramm sich auch über die Drehzahl verändern müsste statt nur 2 stationäre Punkte zu haben und dass damit
3.) das Verhältnis zwischen Wirk- und Blindleistung in Zusi nur sehr grob vereinfacht dargestellt wird?

Bitte entschuldigt die dumme Frage und bitte bleibt bei der Antwort zunächst bei einer Phase. Drehstrom kommt erst danach. Überhaupt wieder in komplexen Zahlen und Zeigerdiagrammen zu denken, ist für einen Maschi schon schwierig genug

Und bitte entschuldigt mein verwendetes Lehrbuch, aber es war das einzige, auf das ich in meinem Elternhaus Zugriff habe. Mein aktueller Filipovic liegt bei mir im Arbeitszimmer.

Vielen Dank für Eure Mühe & Herzliche kollegiale Grüße
Leif

PS: Sorry @Jens, dass wir gerade Dein ZD für Grundlagen der Elektrotechnik kapern.

[Wolfgang E.]

Hallo Leif,

1.) Die Motorkonstante in Zusi ist der Faktor zwischen Zugkraft dem dem Quadrat des Motorstroms. Das wäre korrekt, wenn der Erregerkreis der Reihenschlussmaschine nicht mit zunehmenden Strom gesättigt würde. In Wirklichkeit ist das keine Konstante, sondern eine Kennlinie. In dem Zugkraftdiagramm der BR110 aus Seite 542 des Zusi-Handbuchs ist der korrekte Zusammenhang wiedergegeben und wie man sieht, ist er im oberen Strombereich eher linear, da der magnetische Fluss im Motor mit steigendem Strom kaum noch zunimmt. In den Vorlesungen, auch in meiner, wird immer darauf hingewiesen, dass der Fluss in Wirklichkeit in die Sättigung geht und dann wird ohne Sättigung weitergearbeitet, da das Ganze nur so analytisch lösbar ist. Das Verhältnis zwischen Strom und Zugkraft ist weitgehend unabhängig von der Drehzahl.
2.) Der Leistungsfaktor des Motors hängt von Strom und Drehzahl ab. Bei höheren Drehzahlen ergibt sich ein besserer Leistungsfaktor, da die induzierte Spannung größer ist. Der Anker ist im Wesentlichen eine Wirkleistungsenke. Im Stillstand hingegen wirkt nur der relativ kleine Wicklungswiderstand des Motors und ein größerer Blindwiderstand der Induktivitäten, so dass sich wesentlich kleinerer Leistungsfaktor ergibt. Die Induktivität der Erregerspule ist übrigens auch stromabhängig.
3.) Zusi macht einige Vereinfachungen und falsche Annahmen. Das macht sich in Motor- und Oberstrom deutlich bemerkbar.

Bendel ist schon in Ordnung. Da muss ich aber noch reinschauen, um das mit dem tan nachvollziehen zu können. Der Filipovic hält sich nicht mit Gleichungen auf.

Ich hoffe, das hat etwas geholfen.

Viele Grüße
Wolfgang

[Leif K.]

Hallo Wolfgang

zu 1.) Wer lesen kann, ist klar im Vorteil. Ich war in der Zusi-Doku so auf die Spannungs- und Stromgleichungen fixiert, dass ich die Erklärung zur Motorkonstante im Text davor glatt übersehen habe. Dass das Verhältnis zwischen Strom und Zugkraft weitgehend drehzahlunabhängig sein muss, hätte mir beim Nachdenken auffallen müssen . Schließlich ist ja auch bei der E10 die FM-Strommessung als Zugkraft skaliert...
zu 2.) Okay, das hatte ich ungefähr so verstanden. Die Induktivität der Erregerspule ist ein wichtiger zusätzlicher Hinweis.
zu 3.) Auch das bestätigt mein Verständnis. Die falschen Annahmen muss ich nochmal durchdenken.

Viele Grüße
Leif

[Jan]

Um die echte Fahrdrahtspannung zu kriegen müsste man wiederum das Oberleitungsnetz mit Unterwerken mit seinen komplexen Wechselstromparametern mitsimulieren. Ich möchte mir und vor allem den Entwicklern und Streckenbauern das in Zusi nicht antun wollen, habe ich doch mit den elektrischen Netzen beruflich zu tun und sowohl Simulationssoftwareentwickler als auch -anwender in meiner Abteilung sitzen. (https://assets.new.siemens.com/siemens/ ... -pi-de.pdf)

Eine wirklich detailgetreue Simulation wäre viel zu komplex, das stimmt. Ich weiß, allerdings dass Maszyna EU07 trotzdem in irgendeiner Form eine Simulation der Stromversorgung über die Oberleitung bietet (allerdings, da Polen, wohl hauptsächlich auf Gleichstrom ausgerichtet), die zumindest ein bisschen über "Wenn Gleis elektrifiziert, dann Fahrdrahtspannung = Nennspannung" hinausgeht. Wie stark die im Hintergrund vereinfacht ist, weiß ich nicht, aber es wird in irgendeiner Form der Spannungsabfall in Abhängigkeit vom Oberstrom simuliert, und es gab sogar die Möglichkeit, in der Strecke virtuelle Unterwerke zu definieren, bei denen bei Überlast dann auch temporär der virtuelle Höchststromschalter rausfliegt.

Als Extremdemo dafür gab es eine Teststrecke bei der auf Knopfdruck dann irgendwas in der Art von zehn oder fünfzehn Zügen gleichzeitig angefahren sind, um den Spannungsabfall in Extremform zu demonstrieren. Mit einer Lok mit konservativ eingestelltem Unterspannungsrelais konnte man dann kaum noch anfahren, weil durch die anderen Züge die Fahrdrahtspannung so weit absank, dass einem dauernd der Hauptschalter rausflog. (Und je nach Einstellung in der Streckendatei bezüglichem maximalem Gesamtstrom hat auch noch dauernd die Sicherung des Unterwerks ausgelöst.)

[F. Schn.]

Ich hatte hier ursprünglich auch mal einen Beitrag dazu entworfen, ihn dann aber nicht abgeschickt: Technisch kann man da sicherlich mit groben Schätzwerten ganz gut voran kommen. Man könnte z.B. quasi ein globale Rauschen-Karte nehmen + den Abstand des nähesten elektrifizierten Zuges und daraus den Spannungseinbruch abschätzen.

[Wolfgang E.]

Ich hatte hier ursprünglich auch mal einen Beitrag dazu entworfen, ihn dann aber nicht abgeschickt: Technisch kann man da sicherlich mit groben Schätzwerten ganz gut voran kommen. Man könnte z.B. quasi ein globale Rauschen-Karte nehmen + den Abstand des nächsten elektrifizierten Zuges und daraus den Spannungseinbruch abschätzen.

Das Problem ist mehr, dass sich mit eine schwankenden Fahrdrahtspannung das Fahrstufen-Zv-Diagramm von Schaltwerkslokomotiven ändert und zwar nicht einfach linear. Die Reihenfolge Zv-Diagramm -> Motorstrom (Verhältnis Zugkraft-Motorstrom nicht linear und vom Motorstrom abhängiger Blindwiderstand) -> Oberstrom ist dann nicht mehr möglich. Mit den Kennlinien müsste man sich dann jeweils iterativ dem Betriebspunkt nähern. Wir haben mal versucht, aus den Ersatzbildwerten bzw. ihren Verläufen ein Zv-Diagramm zu rechnen. Das braucht recht viel Rechenzeit und neigt zum Schwingen.
Bei Drehstromloks müsste man die Oberstrombegrenzung in Abhängigkeit von der Fahrdrahtspannung nachbilden. Ein eher harmloses Problem.

Viele Grüße
Wolfgang