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1. WO2020007548 - SCHIENENFAHRZEUG

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Beschreibu ng

Schienenfahrzeug

Gebiet der Technik

[01] Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einem über

Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen, mit einem Energiewandler, der zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrischer Energie mit einem der Schienenfahrwerke gekoppelt ist und mit einer Stromwandlerschaltung zur Wandlung der elektrischen Energie, welche an einen Lastanschluss abgebbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs.

Stand der Technik

[02] Beispielsweise ist aus der EP 3 246 193 A1 eine Energieversorgungsanordnung zur Versorgung eines Energieverbrauchers mit elektrischer Energie, insbesondere für die Verwendung in einem Containertragwagen, bekannt. Ein an einer Radachse angeordneter Hydraulik-Generator sorgt für eine

Umwandlung von kinetischer Energie des bewegten Containertragwagens in elektrische Energie. Die Energieversorgungsanordnung umfasst weiter einen Energieanschluss zum Anschließen einer Energiequelle. Ein Energiewandler wandelt die am Energieanschluss empfangene Energie in eine zum Laden einer Batterie geeignete Form um. Die in der Batterie gespeicherte Energie wird dann zur Speisung eines oder mehrerer daran angeschlossener

Energieverbraucher zur Verfügung gestellt.

[03] Als Fahrzeugverbände ausgebildete Arbeitszüge besitzen meist für die

Energieversorgung eine zentrale Energieversorgungseinheit. Diese ist oft als zentrales Dieselaggregat ausgebildet. Um eine Energieversorgung von Arbeitsaggregaten von in Fahrzeugverbänden miteingebundenen

Schienenfahrzeugen zu gewährleisten, müssen nach dem Stand der Technik für eine breite Einsatzmöglichkeit viele Schnittstellen zur Energieübertragung bereitgestellt werden. Diese Schnittstellen stellen einen hohen Kostenfaktor und Arbeitsaufwand dar und werden unter Umständen bei gewissen

Fahrzeugtypen gar nicht genutzt.

Zusammenfassung der Erfindung

[04] Der Erfindung liegen die Aufgaben zugrunde, für ein Schienenfahrzeug und ein Verfahren der eingangs genannten Art Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.

[05] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der

Ansprüche Ί und 9. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

[06] Die Erfindung sieht vor, dass an dem Lastanschluss ein Elektromotor

angeschlossen ist, dass der Elektromotor zum Betreiben eines

Verteilergetriebes ausgebildet ist und dass das Verteilergetriebe zumindest mit einem Arbeitsaggregat zur Bearbeitung des Gleises gekoppelt ist. Das Arbeitsaggregat wird dadurch völlig energieautark betrieben. Eine zusätzliche am Schienenfahrzeug oder in einem Fahrzeugverbund angeordnete

Energieversorgungseinheit ist daher nicht notwendig. Ein mit einer solchen Energieversorgungsanordnung ausgestattetes Schienenfahrzeug kann einfach und unkompliziert in einen beliebigen Fahrzeugverband zur Gleisbearbeitung miteingegliedert werden.

[07] Vorteilhafterweise umfasst die Stromwandlerschaltung einen ersten

Stromwandler, der über einen Gleichstrom-Zwischenkreis mit einem zweiten Stromwandler gekoppelt ist. Die vom Energiewandler umgewandelte elektrische Energie wird vom ersten Stromwandler von Wechselstrom bzw. Drehstrom in Gleichstrom umgewandelt, der zweite Energiewandler wandelt die elektrische Energie von Gleichstrom in Wechselstrom bzw. Drehstrom um.

[08] Zudem ist es vorteilhaft, wenn im Gleichstrom-Zwischenkreis ein

Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie vorgesehen ist. Durch den Energiespeicher wird die elektrische Energie zwischengespeichert und das Arbeitsaggregat nach Bedarf bei einem Stillstand des Schienenfahrzeugs zuverlässig mit Energie versorgt.

[09] Günstiger Weise sind die Stromwandler als bidirektionale Wandler ausgebildet und der Energiewandler ist sowohl motorisch als auch generatorisch

betreibbar. Dadurch ist es möglich, den Energiewandler für die Energieversorgung des Arbeitsaggregats oder als Fahrantrieb für das

Schienenfahrzeug zu nutzen.

[10] Bei einer weiteren günstigen Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere

Energieverbraucher an den Gleichstrom-Zwischenkreis angeschlossen.

Dadurch werden im Betrieb mehrere Energieverbraucher wie Licht, Steuerung etc. zuverlässig mit Energie versorgt.

[11] In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung sind das Arbeitsaggregat und die Stromwandlerschaltung mittels einer gemeinsamen Steuerung

angesteuert. Dadurch erfolgt ein effizientes Energiemanagement der

Energieversorgungsanordnung. Die Steuerung stellt dem Arbeitsaggregat die benötigte Energie über die Stromwandlerschaltung zur Verfügung.

[12] In einer weiteren Variante ist dem Verteilergetriebe eine Hydraulikpumpe für eine hydraulische Druckversorgung zugeordnet ist. Dadurch werden hydraulische Komponenten des Arbeitsaggregats mit Energie versorgt oder zusätzliche hydraulische Werkzeuge betrieben.

[13] Zudem ist es günstig, wenn das Arbeitsaggregat als Schleifaggregat zum

Schleifen des befahrenen Gleises ausgebildet ist. Besonders für ein als

Schleifaggregat ausgebildetes Arbeitsaggregat ist eine unabhängige

Energieversorgung im Arbeitseinsatz von Vorteil.

[14] Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass mittels der

bereitgestellten elektrischen Energie ein Elektromotor versorgt wird und dass der Elektromotor ein Verteilergetriebe antreibt, mit dem zumindest ein

Arbeitsaggregat zur Bearbeitung des Gleises gekoppelt ist. Dadurch kann das Schienenfahrzeug einfach in einen Fahrzeugverband miteingegliedert werden, ohne Schnittstellen für eine Energieversorgung vorsehen zu müssen.

[15] Eine weiterführende Variante des Verfahrens sieht vor, dass eine

Hydraulikpumpe über das Verteilergetriebe angetrieben wird, um hydraulische Komponenten des Arbeitsaggregats zu versorgen. Durch eine Erweiterung der Energieversorgung mit der Hydraulikpumpe werden noch mehr

Einsatzmöglichkeiten des Schienenfahrzeugs geschaffen. Insbesondere können Positionsänderungen und Justierungen des Arbeitsaggregats auf einfache Weise mittels Hydraulikzylinder vorgenommen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[16] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 Seitenansicht eines Fahrzeugverbands mit Traktionsfahrzeug und

Schienenfahrzeug

Fig. 2 Energieversorgungsanordnung eines Schienenfahrzeugs

Beschreibung der Ausführungsformen

[17] In Fig. 1 sind ein Traktionsfahrzeug 1 und ein daran gekuppeltes

Schienenfahrzeug 2 dargestellt. Das Traktionsfahrzeug 1 weist einen auf einem Gleis 3 verfahrbaren und auf Schienenfahrwerken 4 abgestützten

Maschinenrahmen 5 auf. Auf dem Maschinenrahmen 5 ist eine Fahrkabine 6 angeordnet. Das Traktionsfahrzeug 1 verfügt über einen Fahrantrieb 7, welcher zur Kraftübertragung mit den Schienenfahrwerken 4 gekoppelt ist.

[18] Das an das Traktionsfahrzeug 1 gekuppelte Schienenfahrzeug 2 weißt

ebenfalls einen über Schienenfahrwerke 4 verfahrbaren Maschinenrahmen 5 auf. Auf dem Maschinenrahmen 5 ist ein Fahrzeugaufbau 8 positioniert.

Zwischen den Schienenfahrwerken 4 ist ein Arbeitsaggregat 9 angeordnet.

[19] Fig. 2 zeigt eine Energieversorgungsanordnung 10 des Schienenfahrzeugs 2.

Eines der Schienenfahrwerke 4 ist mit einem als Generator ausgebildeten Energiewandler 11 gekoppelt. Der Generator ist über elektrische Leiter 12 mit einer Stromwandlerschaltung 13 verbunden. Die Stromwandlerschaltung 13 umfasst einen ersten Stromwandler 14, welcher über einen Gleichstrom- Zwischenkreis 15 mit einem zweiten Stromwandler 16 verbunden ist.

Außerdem sind im Gleichstrom-Zwischenkreis 15 ein Energiespeicher 17 angeordnet, um bei Bedarf die vom Energiewandler 11 bereitgestellte Energie zwischenzuspeichern.

[20] An den Zwischenkreis 15 sind weitere Energieverbraucher 18 anschließbar, insbesondere mit einem eigenen vorgeschalteten Stromwandler. Eine

Steuerung 19 ist zur gemeinsamen Ansteuerung der Komponenten des Stromwandlerschaltung 13 und gegebenenfalls der weiteren

Energieverbraucher 19 angeordnet. Auch das Arbeitsaggregat 9 wird vorteilhafterweise mittels der gemeinsamen Steuerung 19 angesteuert, um das Energiemanagement zu optimieren. Beispielsweise wird das Arbeitsaggregat 9 erst dann aktiviert, wenn im Energiespeicher Ί7 ausreichend Energie für einen dauerhaften Betrieb des Arbeitsaggregats 9 über eine vorgegebene

Zeitspanne hinweg vorhanden ist.

[21] Am Ausgang der Stromwandlerschaltung 13 ist ein Lastanschluss 20

angeordnet, an den ein Elektromotor 21 angeschlossen ist. Der Elektromotor 21 ist mit einem Verteilergetriebe 22 gekoppelt, welches mit dem

Arbeitsaggregat 9 zur Bearbeitung des Gleises 3 verbunden ist. Außerdem ist dem Verteilergetriebe 22 eine Hydraulikpumpe 23 für die Versorgung eines Hydrauliksystems zugeordnet.

[22] Im Folgenden wird das Verfahren für das an das Traktionsfahrzeug 1

gekuppelte Schienenfahrzeug 2 näher beschrieben. Während einer Fahrt des Fahrzeugverbandes wird die dafür benötigte Energie vom Fahrantrieb 7 des Traktionsfahrzeugs 1 über das angetriebene Schienenfahrwerk 4 auf das Gleis 3 übertragen. Das angekuppelte Schienenfahrzeug 2 wird dadurch mit kinetischer Energie beaufschlagt, wovon ein Teil zur Versorgung des

Arbeitsaggregats 9 genutzt wird.

[23] Dazu treibt zumindest eine Radachse des Schienenfahrwerks 4 des

Schienenfahrzeug 2 den als Generator oder Motor-Generator-Einheit ausgebildeten Energiewandler 11 an. Der Energiewandler 11 wandelt die rotatorisch-mechanische Energie in elektrische Energie um. Günstigerweise ist der Energiewandler 11 als Wechselstrom- bzw. Drehstromgenerator ausgebildet.

[24] Die so gewonnene elektrische Energie wird mittels des ersten Stromwandlers 14 von Wechselstrom bzw. Drehstrom in Gleichstrom umwandelt. Dadurch wird der sich im Gleichstrom-Zwischenkreis 15 befindliche Energiespeicher 17 aufgeladen und die gewonnene elektrische Energie zwischengespeichert. An die Zwischenkreisspannung sind zudem die Steuerung 19 als auch die weiteren Energieverbraucher 18 zur Versorgung mit Energie angeschlossen.

Bei den Energieverbrauchern 18 handelt es sich beispielsweise um

Leuchtmittel, um zusätzliche Steuerungskomponenten (z.B.

Fernwartungseinheit) oder Hilfsantriebe etc..

[25] Die vom Generator während einer Vorfahrt des Schienenfahrzeugs 2 erzeugte und gegebenenfalls im Energiespeicher Ί7 zwischengespeicherte elektrische Energie wird mittels des zweiten Stromwandlers Ί6 in Wechselstrom oder Drehstrom umgewandelt und am Lastanschluss 20 abgegeben.

[26] Mit der Steuerung Ί9 gekoppelte Sensoren ermitteln den Energieverbrauch des Arbeitsaggregats 9. Die benötigte Energie wird über die Steuerung Ί9 von der Stromwandlerschaltung Ί3 zur Verfügung gestellt. Der an den

Lastanschluss 20 angeschlossene Elektromotor 2Ί treibt über das

Verteilergetriebe 22 einerseits das Arbeitsaggregat 9 und andererseits die angekoppelte Hydraulikpumpe 23 an. Die Hydraulikpumpe 23 dient zum Betreiben hydraulischer Komponenten des Arbeitsaggregats 9 oder auch sonstiger hydraulischer Werkzeuge, die an Kupplungen einer hydraulischen Druckversorgung angeschlossen werden können.

[27] Günstigerweise ist der Energiewandler ΊΊ sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb nutzbar. Bei dieser Variante sind die beiden

Stromwandler 14, 16 als bidirektionale Wandler ausgebildet. Dadurch kann der als am Schienenfahrwerk 4 angeordnete Energiewandler 11 sowohl als

Fahrantrieb als auch als Generator eingesetzt werden.