Statischer Ladekollektor ermöglicht Hochstrom-Elektrifizierung von Straßenbahnen

Mersen hat ein System für statische Ladekollektoren für Straßenbahnen entwickelt, das eine Hochleistungs-Energieübertragung von bodengebundener Infrastruktur zu bordeigenen Speichersystemen ermöglicht. Die Technologie unterstützt den oberleitungsfreien Betrieb in städtischen Umgebungen, in denen Oberleitungen aus ästhetischen oder planerischen Gründen eingeschränkt sind.

Übergang von Oberleitungen zu bodengebundenen Systemen
Traditionelle Straßenbahnsysteme nutzen Oberleitungen zur kontinuierlichen Stromversorgung. Obwohl diese technisch effektiv sind, können sie im Widerspruch zu städtebaulichen Anforderungen stehen, insbesondere in historischen oder geschützten Bereichen.

Bodengebundene Stromversorgungssysteme bieten eine Alternative, indem Energie an bestimmten Punkten entlang der Strecke übertragen wird und somit keine durchgehende Oberleitungsinfrastruktur erforderlich ist. Frühere Entwicklungen umfassten dynamische Stromschienensysteme, während neuere Ansätze bordeigene Energiespeicherung mit stationärem Laden an Haltestellen kombinieren.

Architektur und Betrieb des statischen Ladesystems
Bei statischen Ladesystemen ist eine leitfähige Schiene in ausgewählten Stationen integriert und wird nur dann aktiviert, wenn sich eine Straßenbahn korrekt positioniert hat. Eine Kommunikationsschnittstelle gewährleistet die sichere Aktivierung unter kontrollierten Bedingungen.

Im Stillstand senkt die Straßenbahn einen Kollektor ab, um Kontakt mit der Bodenschiene herzustellen. Während des Ein- und Ausstiegs der Fahrgäste wird elektrische Energie innerhalb eines kurzen Zeitfensters auf die bordeigenen Speichersysteme übertragen, bevor der Kollektor wieder eingefahren wird und das Fahrzeug den Betrieb fortsetzt.

Hochstromübertragung und technische Anforderungen
Im Gegensatz zur dynamischen Stromabnahme erfordert das statische Laden die Übertragung hoher Ströme in kurzer Zeit. Das neueste Kollektordesign von Mersen unterstützt Stromstärken von bis zu etwa 1.600 A innerhalb von Ladezyklen von rund 20 Sekunden.

Dies erfordert:

Das Kollektordesign entwickelte sich aus früheren Systemen mit etwa 800 A weiter und spiegelt den steigenden Leistungsbedarf moderner bordeigener Energiespeicher wie Superkondensatoren wider.

Simulationsgestütztes Design und Validierung
Zur Optimierung der Leistung setzte Mersen multiphysikalische Simulationswerkzeuge ein, um elektrische Leitfähigkeit und thermisches Verhalten zu modellieren. Dies ermöglichte die Analyse von:

Laborvalidierungen wurden mit speziellen Prüfständen durchgeführt, um elektrische, mechanische und langlebigkeitsbezogene Eigenschaften vor dem Feldeinsatz zu bewerten.




Betriebssicherheit unter realen Bedingungen
Der Einsatz im Feld brachte zusätzliche Herausforderungen mit sich, darunter Mikrobewegungen der Straßenbahn durch Fahrgastbewegungen. Diese kleinen Verschiebungen können den Kontaktdruck beeinflussen und bei hohen Strömen zu Effekten wie Mikrolichtbögen oder Verschleiß führen.

Durch iterative Designverbesserungen und Vor-Ort-Validierungen wurden Geometrie und Materialien des Kollektors optimiert, um eine stabile Leistung unter realen Betriebsbedingungen sicherzustellen.

Einsatz und Anwendungsumfeld
Statische Ladesysteme sind in mehreren städtischen Straßenbahnnetzen im Einsatz, darunter Installationen in Europa und Australien. Sie eignen sich besonders für Umgebungen, in denen die visuelle Beeinträchtigung minimiert werden muss, wie etwa in historischen Stadtzentren oder tourismussensiblen Bereichen.

Projekte wie das Straßenbahnsystem in AlUla, Saudi-Arabien, zeigen die Anwendung dieser Technologie in Regionen, die sowohl leistungsfähigen Transport als auch den Erhalt der Landschaft erfordern.

Rolle in der modernen Bahnelektrifizierung
Statische Ladekollektoren sind ein zentraler Bestandteil integrierter Elektrifizierungssysteme für Straßenbahnen, die Infrastruktur, Fahrzeugtechnik und Steuerungsschnittstellen miteinander verbinden. Ihre Entwicklung spiegelt übergeordnete Trends in der Bahnelektrifizierung wider, darunter:

Mit fortschreitenden Entwicklungen in Energiespeicherung und Leistungselektronik wird erwartet, dass solche Systeme eine zunehmend wichtige Rolle bei der Modernisierung des urbanen Schienenverkehrs spielen.

Bearbeitet von Romila DSilva, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.