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Servus,

in diesem DSO-Beitrag geht es um das Problem der offenen Bugklappen bei ICE 2 und ICE 3. Leider rutscht der Thread in üblichen DSO-Sumpf ab, aber weiter unten kommen recht interessante Antworten. Vielleicht möchte ja jemand hier die Diskussion aufgreifen.

in diesem DSO-Beitrag geht es um das Problem der offenen Bugklappen bei ICE 2 und ICE 3. Leider rutscht der Thread in üblichen DSO-Sumpf ab, aber weiter unten kommen recht interessante Antworten. Vielleicht möchte ja jemand hier die Diskussion aufgreifen.

Danke für den link. Aber naja, abgesehen davon, dass die Hälfte des Threads wieder so DSO-typische Ankackerei ist, seh ich da eigentlich nichts, was nicht schon bekannt war, oder?

in diesem DSO-Beitrag geht es um das Problem der offenen Bugklappen bei ICE 2 und ICE 3. Leider rutscht der Thread in üblichen DSO-Sumpf ab, aber weiter unten kommen recht interessante Antworten. Vielleicht möchte ja jemand hier die Diskussion aufgreifen.

Danke für den link. Aber naja, abgesehen davon, dass die Hälfte des Threads wieder so DSO-typische Ankackerei ist, seh ich da eigentlich nichts, was nicht schon bekannt war, oder?

Was mich interessiert, wurde aber noch nicht beantwortet. Ich bin nämlich auch der Meinung, dass sich bei einer offenen Bugklappe gegenüber einer geschlossenen der Cw-Wert deutlich erhöht, und dass die Bugklappen hauptsächlich aus aerodynamischen Gründen angebracht worden sind...

Auf der einen Seite will man energiesparend fahren, auf der anderen Seite bläst man mit offenen Bugklappen die Energie wieder zum Fenster raus.

Hallo,

Was mich interessiert, wurde aber noch nicht beantwortet. Ich bin nämlich auch der Meinung, dass sich bei einer offenen Bugklappe gegenüber einer geschlossenen der Cw-Wert deutlich erhöht, und dass die Bugklappen hauptsächlich aus aerodynamischen Gründen angebracht worden sind...

natürlich hat man mit einer geschlossenen Bugklappe einen niedrigeren Windwiederstand.

Auf der einen Seite will man energiesparend fahren, auf der anderen Seite bläst man mit offenen Bugklappen die Energie wieder zum Fenster raus.

Teurer dürfte es in dem Moment wohl sein, wenn man auf einen Techniker wartet, der die Klappen wieder gangbar macht.

--
Viele Grüße aus Hamm in Westfalen,
Holger
***
Der bahn.kommfort-Briefkasten. Auch vor Ihrer Haustür!

Hallo,

Was mich interessiert, wurde aber noch nicht beantwortet. Ich bin nämlich auch der Meinung, dass sich bei einer offenen Bugklappe gegenüber einer geschlossenen der Cw-Wert deutlich erhöht, und dass die Bugklappen hauptsächlich aus aerodynamischen Gründen angebracht worden sind...

natürlich hat man mit einer geschlossenen Bugklappe einen niedrigeren Windwiederstand.

Genau da hat aber einer der Schlaubis auf DSO das Gegenteil behauptet. ;)

Hallo,

natürlich hat man mit einer geschlossenen Bugklappe einen niedrigeren Windwiederstand.

Genau da hat aber einer der Schlaubis auf DSO das Gegenteil behauptet. ;)

da ging es aber auch um betriebliche Einschränkungen und die hat eine geöffnete Bugklappe natürlich nicht, genauso keine Auswirkungen auf die Maximalgeschwindigkeit. Aber einen aerodynamischen Effekt hat sie.

--
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Hallo,

natürlich hat man mit einer geschlossenen Bugklappe einen niedrigeren Windwiederstand.

Genau da hat aber einer der Schlaubis auf DSO das Gegenteil behauptet. ;)

da ging es aber auch um betriebliche Einschränkungen und die hat eine geöffnete Bugklappe natürlich nicht, genauso keine Auswirkungen auf die Maximalgeschwindigkeit. Aber einen aerodynamischen Effekt hat sie.

Nein, der Herr taurus hat wortwörtlich geschrieben, dass die offene Bugklappe keine aerodynamischen Auswirkungen hat. Wobei man ihn da wohl missverstanden haben muss.

Hallo,

Was mich interessiert, wurde aber noch nicht beantwortet. Ich bin nämlich auch der Meinung, dass sich bei einer offenen Bugklappe gegenüber einer geschlossenen der Cw-Wert deutlich erhöht, und dass die Bugklappen hauptsächlich aus aerodynamischen Gründen angebracht worden sind...

natürlich hat man mit einer geschlossenen Bugklappe einen niedrigeren Windwiederstand.

Danke^^

Auf der einen Seite will man energiesparend fahren, auf der anderen Seite bläst man mit offenen Bugklappen die Energie wieder zum Fenster raus.

Teurer dürfte es in dem Moment wohl sein, wenn man auf einen Techniker wartet, der die Klappen wieder gangbar macht.

Längerfristig gesehen glaube ich das nicht, ich muss den Techniker ja nicht extra kommen lassen... vielleicht kann sich ja auch jemand die Bugklappe beim planmäßigen Werkstattaufenthalt mal anguggen.

Ich gehe auch davon aus, dass das passiert, deshalb finde ich es umso trauriger, dass die verbaute Technik so störanfällig ist, und subjektiv sehr, sehr viele ICEs mit offenen Bugklappen umherfahren.

...dürften intakte Bugklappen wichtig sein.

Hallo,
wenn es erst einmal schneit, hat man sonst ein dickes Problem.

--
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...dürften intakte Bugklappen wichtig sein.

Hallo,
wenn es erst einmal schneit, hat man sonst ein dickes Problem.

Naja, angeblich sind die Kupplungen ja geheizt, aber wenn die Heizung so zuverlässig ist wie die Hydraulik der Bugklappen, na dann Mahlzeit,...

Hallo,

...dürften intakte Bugklappen wichtig sein.

Hallo,
wenn es erst einmal schneit, hat man sonst ein dickes Problem.

Naja, angeblich sind die Kupplungen ja geheizt, aber wenn die Heizung so zuverlässig ist wie die Hydraulik der Bugklappen, na dann Mahlzeit,...

naja, "angeblich" kann man streichen, sie sind geheizt. Aber ein paar Pfund Schnee dürfte man so schnell nicht wegtauen können.

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Naja, angeblich sind die Kupplungen ja geheizt, aber wenn die Heizung so zuverlässig ist wie die Hydraulik der Bugklappen, na dann Mahlzeit,...

Die Bugkupplung ist beheizt. Eine Hydraulik gibt es nicht, die Klappen arbeiten pneumatisch.

Beim ICE 3 ist die teleskopierbare Kupplung das Hauptproblem. Die Kupplung muss zum Kuppeln um ein ganzes Stück ausfahren und vor dem Schließen der Klappen auch wieder einfahren. Wenn man sich den Machanismus mal angeschaut hat, dann merkt man, dass da doch so einiges dahinter steckt. Es reicht ja schon, dass die Verriegelungen nicht aufgehen, weil irgendein Schlauch/Kabel dagegen drückt. Dann funktioniert auch die Telekopierung nicht und folglich auch keine Bugklappe.

Naja, angeblich sind die Kupplungen ja geheizt, aber wenn die Heizung so zuverlässig ist wie die Hydraulik der Bugklappen, na dann Mahlzeit,...

Die Bugkupplung ist beheizt. Eine Hydraulik gibt es nicht, die Klappen arbeiten pneumatisch.

Beim ICE 3 ist die teleskopierbare Kupplung das Hauptproblem. Die Kupplung muss zum Kuppeln um ein ganzes Stück ausfahren und vor dem Schließen der Klappen auch wieder einfahren. Wenn man sich den Machanismus mal angeschaut hat, dann merkt man, dass da doch so einiges dahinter steckt. Es reicht ja schon, dass die Verriegelungen nicht aufgehen, weil irgendein Schlauch/Kabel dagegen drückt. Dann funktioniert auch die Telekopierung nicht und folglich auch keine Bugklappe.

Interessant, vielen Dank! Also habe ich mich doch nicht getäuscht, als ich mir mal dachte, dass es fast nicht gehen kann, dass die Bugklappe schließt, weil die Kupplung viel zu weit "vorsteht".

Was ich mich immer frage, wenn ich einen ICE mit offener Klappe sehe, ist, wer anschließend die Kupplung wieder sauber macht. Nach einigen hundert Kilometern Fahrt mit 100-300 km/h müsste sich doch dort einiges an Insekten angesammelt haben. Oder?

Was mich interessiert, wurde aber noch nicht beantwortet. Ich bin nämlich auch der Meinung, dass sich bei einer offenen Bugklappe gegenüber einer geschlossenen der Cw-Wert deutlich erhöht, und dass die Bugklappen hauptsächlich aus aerodynamischen Gründen angebracht worden sind...

Auf der einen Seite will man energiesparend fahren, auf der anderen Seite bläst man mit offenen Bugklappen die Energie wieder zum Fenster raus.

Ohne jetzt die konkreten Werte für einen ICE-W zu kennen (beim ICE-A macht es weit weniger Unterschied, alleine wegen der geringeren vmax):

Also laut http://de.wikipedia.org/wiki/CW-Wert hat eine Halbkugel mit der Außenseite in den Luftstrom einen cw-Wert von 0,34 während eine um 180° gedrehte Halbkugel einen cw-Wert von 1,33 hat.

Das lässt sich sinngemäß auch auf offene und geschlossene Bugklappe übertragen.
Geschlossen = Halbkugel mit Außenseite in Luftstrom
Offen = Halbkugel mit Innenseite in Luftstrom

Ich schätzte einfach mal, dass das der CW-Wert sich bei offener Bugklappe etwa verdoppelt und somit auch der Luftwiderstand verdoppelt gegenüber der geschlossenen Bugklappe. Auf jeden Fall dürfte es nicht so extrem wie beim Kugelbeispiel ausfallen, da der Bugklappenbereich nur einen Teil der Front ausmacht (vielleicht 30%).

Bei einer Geschwindigkeit von 300 km/h (83,33 m/s) hätte also ein ICE-W mit offener Bugklappe etwa den gleichen Luftwiderstand wie ein ICE-W bei einer Geschwindigkeit von 420 km/h mit geschlossener Bugklappe.

Ich schätzte einfach mal, dass das der CW-Wert sich bei offener Bugklappe etwa verdoppelt und somit auch der Luftwiderstand verdoppelt gegenüber der geschlossenen Bugklappe. Auf jeden Fall dürfte es nicht so extrem wie beim Kugelbeispiel ausfallen, da der Bugklappenbereich nur einen Teil der Front ausmacht (vielleicht 30%).

Bei einer Geschwindigkeit von 300 km/h (83,33 m/s) hätte also ein ICE-W mit offener Bugklappe etwa den gleichen Luftwiderstand wie ein ICE-W bei einer Geschwindigkeit von 420 km/h mit geschlossener Bugklappe.

Allerdings macht der Luftwiderstand wiederum nur einen Teil der Gesamtenergiebilanz aus, da dort ja noch der Rollwiderstand, die kinetische Energie (Trägheit der Zugmasse) sowie eventuelle potentielle Energie durch Steigungen/Gefälle hinzu kommen.

Ich denke in der Gesamtenergiebilanz dürfte ein ICE-W bei 300 km/h und offener Bugklappe höchstens etwa soviel Energie benötigen wie ein ICW-W bei 330-350 km/h mit geschlossener Bugklappe

Ich bin zwar kein Physiker, aber ganz so einfach dürfte es auch nicht sein. Der Zug schiebt bei sehr hoher Geschwindigkeit eine Druckwelle vor sich her, das dürfte die offene Bugklappe zum Teil ausgleichen. Während der Fahrt merkt man auch keinen Unterschied, das der Zug mit offenen Bugklappen z.B. schneller an Geschwindigkeit beim Rollen verliert, lediglich kalte Füße bekommt der Tf im Winter bei Fahrt mit offenen Bugklappen und hoher Geschw.

lediglich kalte Füße bekommt der Tf im Winter bei Fahrt mit offenen Bugklappen und hoher Geschw.

Merkt man das so sehr??? *wunder*
Da wird dann der Fußboden im Steuerraum kalt, oder wie?

--
[image]

Der Fußboden nicht, aber die Fußnische, wo man die Beine während der Fahrt hat. Der kalte Fahrtwind drückt dann gegen die Rückwand im Bugkupplungsraum, dahinter ist dann direkt der Führerstand.

Jedes Ding, was einen optimierten CW-Wert hat, verliert überproportional viel dieses Wertes, wenn die Form geringfügig oder mäßig gestört wird.

Da die Bugklappe nur ca. 30% der Oberfläche der Front ausmacht, dürfte eine verdrei- oder Vervierfachung des CW-Wert in diesem kleinen Bereich sich insgesamt abmildern. Sagen wir mal, der fiktive CW-Wert eines ICE-W liegt mit geschlossener Bugklappe bei 0,2.

Bei offener Bugklappe sollte das dann also 0,2 * (0,7 + 0,3*4) = 0,38 sein.
Die 4 nehme ich als Proportionalitätsfaktor zwischen dem obigen Halbkugel-Beispiel (0,34 Außenseite, 1,33 Innenseite -> macht etwa Faktor 4).

0,38 ist ungefähr das doppelte von 0,2.

Allerdings muss man natürlich dazu sagen das:

1) Der Luftwiderstand erst bei großen Geschwindigkeiten zum Tragen kommt und im unteren Geschwindigkeitsbereich vom Rollwiderstand der Räder bei weitem dominiert wird.
2) Roll- und Luftwiderstand in der Summe nur einen kleinen Anteil der Gesamtenergie ausmachen. Der weitaus größte Energieanteil ist die träge Zugmasse und die damit verbundene kinetische Energie nach E=m/2*v².

Also sicherlich wird ein Zug mit offener Bugklappe schneller von 300 auf meinetwegen 250 km/h abbremsen. Im "normalen" Geschwindigkeitsbereich bis 200 km/h dürften die Auswirkungen sehr gering sein.

Konkrete Zahlenwerte mit den vereinfachten Formeln aus einem Schultafelwerk habe ich unter http://ice-fanforum.de/index.php?id=45444 zusammen gestellt.

Inbesondere bei den typischen Durchschnittsgeschwindigkeit in Deutschland von 200 km/h und weniger macht sich der Luftwiderstand noch nicht soo sehr bemerkbar.

Würde man den Zug aber über eine absolut ebenen Strecke rollen lassen, würde man den Unterschied durchaus merken.

Immer wieder herrlich, wie du es schaffst, mit einem Schultafelwerk und etwas Überschlagsrechnung die Welt zu erklären, wozu andere Leute komplexe Simulationssysteme benötigen :-D
Nimm's mir nicht böse, aber mit dem cw-Wert von Halbkugeln und Oberflächenanteilen usw zu rechnen ist totaler Quark.

--
Grüße,
Sese

Immer wieder herrlich, wie du es schaffst, mit einem Schultafelwerk und etwas Überschlagsrechnung die Welt zu erklären, wozu andere Leute komplexe Simulationssysteme benötigen :-D
Nimm's mir nicht böse, aber mit dem cw-Wert von Halbkugeln und Oberflächenanteilen usw zu rechnen ist totaler Quark.

Das das keine korrekten genauen Ergebnisse ergibt, ist mir auch klar. Dafür hängt zuviel Detail am ganzen Problem, aber um die Größenordnungen zu überschlagen dürfte die Rechnung etwa reichen.

Gerade am Hulbkugelbeispiel sieht man ja, was der unterschied zwischen konkaver und konvexer Oberfläche maximal ausmachen kann.
Eine offene Bugklappe ist nun einmal konkav und eine geschlossene Bugklappe konvex. Somit ergeben sich sicherlich deutlich andere Luftströmungen in diesem Bereich.

Wie sehr sich das auf das Gesamtsystem auswirkt, kann ich auch nur anhand vereinfachter Überlegungen schätzen. Da müsste wirklich mal jemand mit der Computersimulation oder einem Modellversuch im Windkanal ran.

Ich bin niemanden böse, der auf diesen Umstand hinweist, aber rein formal sollten meine Berechnungen in dem jeweilig vereinfachten Modell richtig sein.
Vielleicht ist die Interpretation etwas übertrieben, ka, dafür kenne ich mich zu wenig mit der Aerodynamik, die über Abiturwissen hinaus geht, aus.

Zum Amüsieren war dieser Link einwandfrei, leider nicht sehr informativ.

Ich habe mir einfach mal den Spaß gemacht und mit den Formeln aus einem Tafelwerk und einigen Grundschätzungen die Energie eines ICE ausgerechnet.

Grundangaben:
Zugmasse (m): 450.000 kg
Anzahl Räder: 64
Masse pro Rad (mr): 7.000 kg (Gesamtgewicht / 32 Achsen / 2 Räder pro Achse)
Frontfläche (A): 11,4755 m² (2,95m x 3,89m)
CW-Wert: 0,2
Eisenbahn-Rad-Schiene-Rollwiderstandskoeffizient: 0,001
Dichte Luft (Rho): 1,293 kg/m³
Erdbeschleunigung (g): 9,80665 m/s²

Formeln:
v = Geschwindigkeit
s = zurückgelegte Wegstrecke

Rollwiderstand:
Fr = FN * cr = (9,80665 m/s² * 7.000 kg * 0,001) * 64

Luftwiderstand:
Fl = 1/2 * Rho * A * cw * v² = 1/2 * 1,293 kg/m³ * 11,4755 m² * 0,2 * v²

Kinetische Energie:
Ek = 1/2 * m * v²

Gesamtenergie:
E = Ek + s * (Fl + Fr)

Ergebnisse:
s = 190.000 m = 190 km
Annahme einer fiktiven ebenen, geraden Zugstrecke

40 km/h
Kinetische Energie: 3% der Gesamtenergie
Rollwiderstand: 93% der Gesamtenergie
Luftwiderstand: 4% der Gesamtenergie

100 km/h
Kinetische Energie: 14% der Gesamtenergie
Rollwiderstand: 68% der Gesamtenergie
Luftwiderstand: 18% der Gesamtenergie

160 km/h
Kinetische Energie: 24% der Gesamtenergie
Rollwiderstand: 46% der Gesamtenergie
Luftwiderstand: 30% der Gesamtenergie

200 km/h
Kinetische Energie: 29% der Gesamtenergie
Rollwiderstand: 35% der Gesamtenergie
Luftwiderstand: 36% der Gesamtenergie

230 km/h
Kinetische Energie: 32% der Gesamtenergie
Rollwiderstand: 29% der Gesamtenergie
Luftwiderstand: 39% der Gesamtenergie

250 km/h
Kinetische Energie: 33% der Gesamtenergie
Rollwiderstand: 25% der Gesamtenergie
Luftwiderstand: 42% der Gesamtenergie

280 km/h
Kinetische Energie: 35% der Gesamtenergie
Rollwiderstand: 21% der Gesamtenergie
Luftwiderstand: 44% der Gesamtenergie

300 km/h
Kinetische Energie: 36% der Gesamtenergie
Rollwiderstand: 19% der Gesamtenergie
Luftwiderstand: 45% der Gesamtenergie

320 km/h
Kinetische Energie: 37% der Gesamtenergie
Rollwiderstand: 17% der Gesamtenergie
Luftwiderstand: 46% der Gesamtenergie

Wie man also sieht, so dominiert Anfangs der Rollwiderstand.
Dieser Widerstand ist vereinfacht konstant mit der Geschwindigkeit und bleibt daher mit der zurückgelegten Entfernung gleich.
Der Luftwiderstand und die kinetische Energie hängen beide quadratisch von der Geschwindigkeit ab und steigen daher prozentual identisch, wobei der Luftwiderstand im konkreten Fall mit den gewählten Zahlen geringfügig größer als die kinetische Energie aufgrund der Zugmasse ist.

Da die kinetische Energie nicht mit der Entfernung variiert, macht sich der Luftwiderstand besonders bei langen schnellen Fahrten bemerkbar, also typischer SFS-Wert.

Wie genau kannst du denn kinetische Energie (in Joule) in ein Verhältnis zu Widerständen bzw. Kräften (in Newton), welche in einer ganz anderen Einheit gemessen werden, setzen?

Was mich auch stört: Wieso schreibst du: "Rollwiderstand = x Prozent der Gesamtenergie"? Eine Kraft ist keine Energie, es gilt nicht 1 Newton = 1 Newtonmeter, wie es denn nach deiner Aussage müsste.

Gesamtenergie:
E = Ek + s * (Fl + Fr)

Fl und Fr wirken aber doch nicht die gesamte Strecke konstant, so dass das das so nicht stimmen kann. Was soll 'E' überhaupt sein? Die benötigte Energie für die Strecke s oder bis zum Erreichen der Geschwindigkeit v? Oder gar abhängig von v und s?

Die kinetische Energie ist ja diejenigen Energie, die aufgebracht werden muss, um einen Körper mit einer definierten Masse in eine Bewegung mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu versetzen. (Kraft * Weg)

Die abbremsenden Kräfte (Rollwiderstand, Luftwiderstand usw.) wandeln dann eigentlich eher die kinetische Energie in Wärme um, so dass entsprechend Arbeit geleistet werden muss, um die Geschwindigkeit zu halten.

Eher könnte man sich die Frage stellen, was für einer Strecke es bedarf, um mit reiner Reibung und reinem Luftwiderstand (bei geöffneter oder geschlossener Klappe ;-) ) das Fahrzeug zum Halten zu bringen und wie sich die Kräfte dann bei jeder Geschwindigkeitsstufe zueinander verhalten. Es wird nie anhlten, ist die Antwort.

Ich habe mal Rollwiderstand und Luftwiderstand nach deinen Berechnungen ins Verhältnis gesetzt, (FR / FWind):

40 km/h:
23,25

100 km/h:
3,78

160 km/h:
1,53

200 km/h:
0,97

250 km/h:
0,60

280 km/h:
0,48

300 km/h:
0,42

320 km/h:
0,37

Fl und Fr wirken aber doch nicht die gesamte Strecke konstant, so dass das das so nicht stimmen kann. Was soll 'E' überhaupt sein? Die benötigte Energie für die Strecke s oder bis zum Erreichen der Geschwindigkeit v? Oder gar abhängig von v und s?

Angenommen, der Zug ist bereits beschleunigt und fährt die ganzen 190 km mit v0 (40 ... 320 km/h), dann ist Ekin = 0, die Gesamtenergie die für die Strecke umgesetzt werden muss (es muss ja nicht mehr beschleunigt werden) also gleich FL*s + FR*s. Hier ist es dann das einzig sinnvolle, FL und FR in ein Verhältnis zu setzen.

Angenommen, der Zug muss noch beschleunigt werden, stimmt Ekin zwar, allerdings FR und FL nicht, da diese ja zusätzlich von der stetig variablen Geschwindigkeit abhängig sind. Da wird es dann etwas unangenehm, sich die passenden Werte auszurechnen.

Fl und Fr wirken aber doch nicht die gesamte Strecke konstant, so dass das das so nicht stimmen kann. Was soll 'E' überhaupt sein? Die benötigte Energie für die Strecke s oder bis zum Erreichen der Geschwindigkeit v? Oder gar abhängig von v und s?

Angenommen, der Zug ist bereits beschleunigt und fährt die ganzen 190 km mit v0 (40 ... 320 km/h), dann ist Ekin = 0, die Gesamtenergie die für die Strecke umgesetzt werden muss (es muss ja nicht mehr beschleunigt werden) also gleich FL*s + FR*s. Hier ist es dann das einzig sinnvolle, FL und FR in ein Verhältnis zu setzen.

Aber nur wenn der Zug keine Masse hat. Solange m>0 und v>0 ist auch Ekin>0

Selbst die Erde hat aufgrund ihres Umlauf um die Sonne eine kinetische Energie.
(sind 2,6*10^33 Joule -> das ist also die Energie die man abbauen müsste, damit die Erde relativ zur Sonne still steht.)

Angenommen, der Zug muss noch beschleunigt werden, stimmt Ekin zwar, allerdings FR und FL nicht, da diese ja zusätzlich von der stetig variablen Geschwindigkeit abhängig sind.

Irgendwann musste dem Zug die Ekin in der Beschleunigungsphase zugeführt werden, aber er behält ja diese Energie, auch wenn die Beschleunigungsphase vorbei ist.

Dein Einwand bezüglich Fr und Fl ist natürlich richtig, wobei Fr im vereinfachten Fall geschwindigkeitsunabhängig ist und nicht ins Gewicht fällt.

Fl müsste man für die Beschleunigungsphase neu berechnen, was aber kein Problem ist, da man dann für v bei einer linearen Beschleunigung das arithmetische Mittel vmax/2 nehmen kann.

Aber nur wenn der Zug keine Masse hat. Solange m>0 und v>0 ist auch Ekin>0

Deshalb rede ich ja von dem Fall, dass der Zug schon beschleunigt hat. - Falls "E" versinnbildlicht die Energie sein soll, die auf der Versuchsstrecke in den bereits beschleunigten ICE hineingesteckt werden muss. Und die kinetische Energie hat dann schon wer anders für uns hinein gesteckt ;-)

Dein Einwand bezüglich Fr und Fl ist natürlich richtig, wobei Fr im vereinfachten Fall geschwindigkeitsunabhängig ist und nicht ins Gewicht fällt.

Fl müsste man für die Beschleunigungsphase neu berechnen, was aber kein Problem ist, da man dann für v bei einer linearen Beschleunigung das arithmetische Mittel vmax/2 nehmen kann.

Stimmt, so geht es. Bräuchte man als Beispieldaten nur noch die (vereinfacht natürlich) konstante Beschleunigung des ICE. Meiner Ansicht nach aber trotzdem irrelevant, da ja ausschließlich das streckenlängenunabhängige Verhältnis FL/FR bzw. EL/ER interessant ist.

Wie genau kannst du denn kinetische Energie (in Joule) in ein Verhältnis zu Widerständen bzw. Kräften (in Newton), welche in einer ganz anderen Einheit gemessen werden, setzen?

Was mich auch stört: Wieso schreibst du: "Rollwiderstand = x Prozent der Gesamtenergie"? Eine Kraft ist keine Energie, es gilt nicht 1 Newton = 1 Newtonmeter, wie es denn nach deiner Aussage müsste.

Gesamtenergie:
E = Ek + s * (Fl + Fr)

Fl und Fr wirken aber doch nicht die gesamte Strecke konstant, so dass das das so nicht stimmen kann. Was soll 'E' überhaupt sein? Die benötigte Energie für die Strecke s oder bis zum Erreichen der Geschwindigkeit v? Oder gar abhängig von v und s?

Der Rollwiderstand ist laut vereinfachter Formel konstant und nicht geschwindigkeitsabhängig und der Luftwiderstand ist zwar geschwindigkeitsabhängig, aber die Geschwindigkeit v ist ja konstant und somit der Luftwiderstand auch.

Im Endeffekt habe ich nicht den Widerstand an sich in das Verhältnis zur Gesamtenergie (E) gesetzt, sondern die Rollwiderstandsenergie und die Luftwiderstandsenergie, die sich aus Rollwiderstandskraft und Luftwiderstandskraft sowie der zurückgelegten Strecke s ergeben.. siehe zitierte Formel

E = Ek + s * (Fl + Fr)

Also Gesamtenergie = kinetische Energie des Zuges plus zurückgelegte Strecke * (Rollwiderstandskraft + Luftwiderstandskraft)

Die kinetische Energie ist ja diejenigen Energie, die aufgebracht werden muss, um einen Körper mit einer definierten Masse in eine Bewegung mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu versetzen. (Kraft * Weg)

Man kann auch sagen, die kinetische Energie ist diejenige Energie, die ein sich bewegender Körper mit der Masse m bei einer Geschwindigkeit v besitzt.
Normalerweise ist die kinetische Energie für eine nicht beschleunigte Bewegung konstant.

Die abbremsenden Kräfte (Rollwiderstand, Luftwiderstand usw.) wandeln dann eigentlich eher die kinetische Energie in Wärme um, so dass entsprechend Arbeit geleistet werden muss, um die Geschwindigkeit zu halten.

Genau. Daher muss der Zug für eine definierte Strecke s eine bestimmte Energie aufbringen um diese beiden Bremskräfte zu kompensieren, damit die Geschwindigkeit v konstant bleibt.

Eher könnte man sich die Frage stellen, was für einer Strecke es bedarf, um mit reiner Reibung und reinem Luftwiderstand (bei geöffneter oder geschlossener Klappe ;-) ) das Fahrzeug zum Halten zu bringen und wie sich die Kräfte dann bei jeder Geschwindigkeitsstufe zueinander verhalten. Es wird nie anhlten, ist die Antwort.

Das Problem mit dem "nie anhalten" habe ich schon in einer anderen Diskussion gelesen -> http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/60484-brem...

Ich habe mal Rollwiderstand und Luftwiderstand nach deinen Berechnungen ins Verhältnis gesetzt, (FR / FWind):

40 km/h:
23,25

100 km/h:
3,78

160 km/h:
1,53

200 km/h:
0,97

250 km/h:
0,60

280 km/h:
0,48

300 km/h:
0,42

320 km/h:
0,37

Dürfte so etwa passen.

Also 200 km/h scheint der kritische Punkt zu sein, wo mein Beispielzug gleiche Roll- und Luftreibung hat. Die konstante Rollreibung fällt aber dann sehr schnell mit der Geschwindigkeit gegenüber der quadratisch anwachsenden Luftwiderstandsreibung ab.
Bei mehr als 400 km/h ist die Rollreibung vernachlässigbar klein, da dominiert dann nur noch die Luftwiderstandsreibung.

Im Endeffekt habe ich nicht den Widerstand an sich in das Verhältnis zur Gesamtenergie (E) gesetzt, sondern die Rollwiderstandsenergie und die Luftwiderstandsenergie, die sich aus Rollwiderstandskraft und Luftwiderstandskraft sowie der zurückgelegten Strecke s ergeben.. siehe zitierte Formel

Da gibt es einen Haken: Ekin ist stets gleich und unabhängig von der zurückgelegten Strecke. ER und EL sind aber abhängig von der Strecke (ist ja logisch, ist ja schließlich eine stets auftretende Bremskraft, die "bewältigt" werden muss.

Wenn nun die Strecke verdoppelt wird, verschieben sich auch die Verhältnisse ER/E, Ekin/E und EL/E - nur kann das ja kaum Sinn der Übung sein, weil es doch um allgemeingültige und keine Aussagen geht. Hier ist das einzige sinnvolle zu ermitteln, wie sich ER bzw. FR und EL bzw. FL zueinander verhalten (hier ist es dann wieder egal ob man die Kraft oder die Energie nimmt, da sich die Strecke sowieso rauskürzt).

Im Endeffekt habe ich nicht den Widerstand an sich in das Verhältnis zur Gesamtenergie (E) gesetzt, sondern die Rollwiderstandsenergie und die Luftwiderstandsenergie, die sich aus Rollwiderstandskraft und Luftwiderstandskraft sowie der zurückgelegten Strecke s ergeben.. siehe zitierte Formel

Da gibt es einen Haken: Ekin ist stets gleich und unabhängig von der zurückgelegten Strecke. ER und EL sind aber abhängig von der Strecke (ist ja logisch, ist ja schließlich eine stets auftretende Bremskraft, die "bewältigt" werden muss.

Wenn nun die Strecke verdoppelt wird, verschieben sich auch die Verhältnisse ER/E, Ekin/E und EL/E - nur kann das ja kaum Sinn der Übung sein, weil es doch um allgemeingültige und keine Aussagen geht. Hier ist das einzige sinnvolle zu ermitteln, wie sich ER bzw. FR und EL bzw. FL zueinander verhalten (hier ist es dann wieder egal ob man die Kraft oder die Energie nimmt, da sich die Strecke sowieso rauskürzt).

Darum habe ich das auch für eine willkürliche konkrete Strecke gemacht, die eine typische Entfernung zwischen größeren ICE-Halten entspricht.. z.B. der groben Länge der SFS KRM oder der SFS NIM.

-> http://www.e31.net/luftwiderstand.html

Ich finde diese Seite fasst die Problematik nochmals schön zusammen.

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