Der Kontakt Fahrdraht - Schleifleiste hat die Aufgabe, elektrischen Strom zwischen der Oberleitung und dem Stromabnehmer des Triebfahrzeuges mittels eines Gleitkontaktes zu übertragen. Das Kontaktverhalten und der dabei entstehende Verschleiß sind von einer Vielzahl von Parametern und Einflussfaktoren sowie deren Verknüpfungen abhängig. Der Verschleiß lässt sich in elektrischen und mechanischen Verschleiß unterteilen. Die vorliegende Arbeit beschreibt erstmals zusammenhängend und umfassend das Kontakt- und Verschleißverhalten von Fahrdraht und Schleifleiste. Daraus geht hervor, dass der Kontaktwiderstand eine herausragende Bedeutung für den elektrischen Verschleiß besitzt. Zur Berechnung des Kontaktwiderstandes existieren für einen stationären Kontakt mehrere Modelle, die jedoch auf einer Vielzahl von Annahmen und Vereinfachungen beruhen. Die Messung des Kontaktwiderstandes zwischen dem Fahrdraht und der Schleifleiste ist somit zwingend erforderlich. Dafür wurde an der TU Dresden ein Versuchsstand errichtet, mit dem der Kontaktwiderstand unter möglichst realen Bedingungen gemessen werden kann. Untersucht wurde die Kontaktpaarung Kupferfahrdraht und Kohlenstoffschleifleiste. Die durchgeführten Messungen des Kontaktwiderstandes und der Temperaturen von Fahrdraht und Schleifleiste im Stillstand und bei Fahrt werden beschrieben und ausgewertet. Dabei zeigt sich, dass die Kontaktkraft und der Kontaktstrom den größten Einfluss auf den Kontaktwiderstand besitzen. Der Kontaktwiderstand bzw. die Kontaktspannung bilden die Grundlage zur Berechnung der Erwärmung des Kontaktbereiches. Es wird ein Verfahren vorgestellt, mit welchem die maximalen Temperaturen in Fahrdraht und Schleifleiste ermittelt werden können. Die auf diese Weise ermittelten Temperaturen erlauben tendenzielle Aussagen zum elektrischen Verschleiß.

In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell zur Beschreibung des Energiebedarfs elektrischer Fahrzeuge des ÖPNV auf Basis von Wahrscheinlichkeitsdichten entwickelt, das insbesondere eine Dimensionierung von fahrzeugseitigem Energiespeichersystem und wegseitiger Energieversorgungsinfrastruktur in einem fahrleitungsfreien Betriebskonzept (DockingPrinzip) erlaubt. Im Gegensatz zur deterministischen Energiebedarfsbestimmung ermöglicht die stochastische Modellierung mit einer Kombination aus Markov-Kette und Semi-Markov-Prozess die Berücksichtigung von Zuverlässigkeitsvorgaben im Sinne einer Missionserfüllung. Schließlich kann so die Größe hybrider Fahrzeugenergiespeichersysteme und die Lage von Nachladestationen entlang der Strecke optimiert werden. Die Wirksamkeit der Modellierung wird anhand einer Fallstudie basierend auf Messdaten für ein Straßenbahnfahrzeug demonstriert. Für die Auslegung der wegseitigen Energieversorgungsinfrastruktur werden die Belastungsgänge des Nachladeprozesses in Form von zeitgewichteten Belastungsdauerkurven für charakteristische Netztopographien hergeleitet. Ein Laden des fahrzeugseitigen Energiespeichers aus einer wegseitigen Energie-Vorsammel-Station (Docking-Station) bringt einerseits eine erhebliche Glättung des Leistungsverlaufs beim Energiebezug. Andererseits ist ein elektrischer Anschluss dieser Station an das Niederspannungsnetz in gewöhnlichen städtischen Siedlungsstrukturen innerhalb weniger hundert Meter möglich.

Wegen ihrer großen Bedeutung für die Verfügbarkeit der Stellwerke thematisiert die vorliegende Arbeit den Teilbereich der Energieversorgungsanlagen von Stellwerken. Ausgehend von aktuellen Fragestellungen werden neun Forschungsfragen definiert. Zunächst werden die Grundlagen sowie der Forschungsstand im Bereich der Energieversorgung untersucht. Anschließend erfolgt eine Analyse der historischen Entwicklung der Energieversorgung in der Stellwerkstechnik auf Grundlage einer umfangreichen Literaturrecherche. Darauf folgend werden aktuelle und zukünftige Entwicklungen auf diesem Gebiet untersucht. Im Hauptteil der Arbeit erfolgt eine Fokussierung auf die Energieversorgung von Relaisstellwerken. Die derzeit eingesetzten Anlagen werden hinsichtlich Technik, Altersstruktur und Zustand nebst Störungen analysiert. Dazu werden umfangreiche statistische Auswertungen vorgenommen. Im Anschluss wird ein universelles Erneuerungskonzept zur Ausrüstung der vorhandenen Stellwerke mit modernen Energieversorgungen vorgestellt. Durch die Untersuchung von Entscheidungskriterien wird ermittelt, wann unterschiedliche Erneuerungsvarianten eingesetzt werden sollten. In einer Lebenszykluskostenrechnung (LCC) mit anschließender Wirtschaftlichkeitsrechnung (WKR) werden diese Umbauvarianten monetär bewertet und miteinander verglichen. / Due to its importance for the availability of interlockings, this PhD thesis focuses on the part of the interlockings power supply systems. Based on current issues, nine research questions are defined. First, the basics as well as the present state of the art in research and technology in the field of power supply are examined. This is followed by an analysis of the historical development of interlocking power supply systems based on a substantial literature research. Subsequently, the current and future key developments in this field are investigated. The main part of the work focuses on power supply systems of relay interlockings. The systems currently used are analysed regarding technology, aging and present condition as well as incidents. For that purpose comprehensive statistical evaluations are conducted. After that, a universal concept for replacement of old power supplies by state-of-the-art technology in existing interlocking systems is presented. By studying decision-making-criteria, the appropriate application of different renewal variants is determined. In a life-cycle-costing (LCC) and follow-up cost effective analysis (WKR) the different variants are evaluated and compared with each other.