[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen des Störverhaltens einer Antriebseinheit eines Schienenfahrzeuges, bei dem die Grösse eines durch die überwachte Antriebseinheit erzeugten Störstromes unter Bildung eines Messwertes gemessen wird, der Messwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird und ein Abschaltsignal zum Abschalten der Antriebseinheit erzeugt wird, wenn der Messwert den Schwellenwert überschreitet.
[0002] Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen erzeugen während ihres Betriebes mitunter erhebliche Störströme in einem relativ grossen Frequenzspektrum. Nachteilig an diesen Störströmen ist, dass diese an oder in der Gleisanlage installierte Einrichtungen wie beispielsweise Zugbeeinflussungseinrichtungen oder Gleisfreimeldeanlagen erheblich stören können. Weisen die Störströme nämlich einen Frequenzbereich auf, im dem Steuersignale von einem Stellwerk oder einer Leitzentrale zum Schienenfahrzeug - oder umgekehrt - übertragen werden, so kann die Signalübertragung erheblich gestört oder sogar unterbrochen werden.
[0003] Entsprechendes gilt auch für Gleisfreimeldeanlagen, wie kurz erläutert werden soll: Gleisfreimeldeanlagen speisen an einer Einspeisestelle einen Messstrom mit einer Frequenz von üblicherweise 100 Hz in eine der beiden Schienen der Gleisanlage ein. Ein im Gleis befindliches Schienenfahrzeug erzeugt mit seiner der Einspeisestelle nächstliegenden Achse einen Kurzschluss zwischen den Schienen, so dass der Messstrom an der jeweils anderen der beiden Schienen zur Gleisfreimeldeanlage zurückfliessen und dort detektiert werden kann. Erzeugt nun das Schienenfahrzeug im Frequenzbereich um 100 Hz in erheblichem Masse Störströme, so kann die Funktionsweise der Gleisfreimeldeanlage erheblich beeinträchtigt werden.
[0004] Um die Probleme durch Störströme von Antriebseinheiten in den Griff zu bekommen, werden die Störströme der Schienenfahrzeuge bekanntermassen fahrzeugseitig gemessen. Überschreiten die Störströme vorgegebene Grenzwerte, so werden Abhilfemassnahmen eingeleitet, beispielsweise wird eine störende Antriebseinheit abgeschaltet.
[0005] Problematisch ist nun, dass ein "verfrühtes" bzw. voreiliges Abschalten von Antriebseinheiten ebenfalls zu Störungen im Betriebsablauf führen kann; beispielsweise kann es zu Fahrplanverspätungen etc. kommen.
[0006] Der Erfindung liegt demgemäss die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen des Störverhaltens einer Antriebseinheit eines Schienenfahrzeuges anzugeben, bei dem einerseits zu grosse Störströme verhindert und andererseits ein unnötiges Abschalten der Antriebseinheit zuverlässig vermieden wird.
[0007] Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0008] Danach ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass überprüft wird, wie viele Antriebseinheiten des Zuges oder Zugverbandes, zu dem das Schienenfahrzeug gehört, eingeschaltet sind und dass der Schwellenwert in Abhängigkeit von der Anzahl der eingeschalteten Antriebseinheiten eingestellt wird.
[0009] Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu sehen, dass ein unnötiges Abschalten von Antriebseinheiten zuverlässig vermieden wird. Dies wird konkret dadurch erreicht, dass die Grösse des Schwellenwertes nicht starr bzw. fest vorgegeben wird, sondern der individuellen Betriebslage angepasst wird. Sind sehr viele Antriebseinheiten innerhalb eines Zuges oder Zugverbandes aktiv, so ist die Gesamtstörung insgesamt deutlich grösser, als wenn in einem Zug oder Zugverband nur wenige Antriebseinheiten eingeschaltet sind; an dieser Stelle setzt die Erfindung an, indem vorgesehen wird, je nach der Anzahl der aktiven Antriebseinheiten einen betriebsindividuellen Schwellenwert vorzugeben.
Vorzugsweise wird der Schwellenwert umso kleiner gewählt, je grösser die Anzahl der eingeschalteten Antriebseinheiten ist, und umso grösser gewählt, je kleiner die Anzahl der eingeschalteten Antriebseinheiten ist. Mit anderen Worten ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren somit die Wahl grösserer Schwellenwerte für den Fall, dass nur wenige Antriebseinheiten aktiv sind, als dies bei einem Verfahren möglich wäre, bei dem keine Schwellenwerteinstellung je nach Anzahl der Antriebseinheiten erfolgt; denn im letztgenannten Fall dürfte der Schwellenwert nur so gross gewählt werden, wie es die ungünstigsten Umstände noch erlauben würden.
[0010] Gemäss einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass regelmässig oder kontinuierlich während des Fahrtbetriebs des Schienenfahrzeugs überprüft wird, wie viele Antriebseinheiten des Zuges oder Zugverbandes zum jeweiligen Überprüfungszeitpunkt eingeschaltet sind und dass der Schwellenwert in Abhängigkeit von der Anzahl der zum jeweiligen Überprüfungszeitpunkt eingeschalteten Antriebseinheiten neu eingestellt wird.
Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird also nicht nur einmalig, beispielsweise bei der Inbetriebnahme des jeweiligen Zuges oder Zugverbandes geprüft, wie viele Antriebseinheiten im Zug (Zugverband) vorhanden sind und womöglich eingeschaltet werden könnten, vielmehr erfolgt eine dynamische Anpassung des Schwellenwertes an die aktuellen Betriebsverhältnisse: Wird beispielsweise festgestellt, dass die Anzahl der eingeschalteten Antriebseinheiten geringer geworden ist, weil einzelne Antriebseinheiten abgeschaltet wurden, so wird eine Neufestlegung des einzuhaltenden Schwellenwertes durchgeführt. Diese vorteilhafte Variante des Verfahrens ermöglicht also eine Schwellenwertanpassung an die jeweiligen Betriebsverhältnisse in "Echtzeit".
[0011] Wie bereits erwähnt, wird der Schwellenwert vorzugsweise umso kleiner gewählt, je grösser die Anzahl der eingeschalteten Antriebseinheiten ist. Da die Störströme der einzelnen Antriebseinheiten eines Schienenfahrzeugs erfahrungsgemäss nicht korreliert sind, lässt sich der Gesamtstörstrom der Antriebseinheiten eines Zuges (Zugverbandes) annäherungsweise bestimmen, indem die Quadrate der Einzelstörströme der Antriebseinheiten aufsummiert werden und aus der Summe die Wurzel gezogen wird. Demgemäss wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Schwellenwert für jede der Antriebseinheiten proportional zum Kehrwert aus der Wurzel der Anzahl der eingeschalteten Antriebseinheiten verändert wird.
Beispielsweise wird der Schwellenwert Imax durch Produktbildung eines vorgegebenen Maximalstörstromes I0, der für den Fall, dass nur eine einzige Antriebseinheit des Zuges (Zugverbandes) oder zwei Antriebseinheiten eingeschaltet sind, vorgegeben ist, der Wurzel aus der Zahl "2" und dem Kehrwert aus der Wurzel aus der Anzahl "n" der zum jeweiligen Überprüfungszeitpunkt eingeschalteten Antriebseinheiten gebildet, und zwar wie folgt:
<EMI ID=2.1>
[0012] Für den Maximalstörstrom I0 kann beispielsweise ein Wert von 2,0 A verwendet werden. Das Produkt
<EMI ID=3.1>
= 2,8 A bildet also einen vorgegebenen Konstantstrom zur Bestimmung des jeweiligen Schwellenwerts.
[0013] Übersteigt die Anzahl n einen Wert von acht, so wird der Schwellenwert Imax vorzugsweise nicht mehr verändert, so dass gilt:
<EMI ID=4.1>
[0014] Um zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs des Zuges (Zugverbandes) feststellen zu können, wie viele der Antriebseinheiten des Zuges (Zugverbandes) tatsächlich eingeschaltet und in Betrieb sind, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn im Zug (Zugverband) zumindest ein Datenbus betrieben wird, an den alle Antriebseinheiten unmittelbar oder mittelbar angeschlossen sind. Die Informationen, wie viele der Antriebseinheiten des Zuges (Zugverbandes) zum jeweiligen Überprüfungszeitpunkt eingeschaltet sind, lassen sich dann über den Datenbus zu jeder der überwachten Antriebseinheiten übertragen. In den Antriebseinheiten wird dann der Schwellenwert je nach der tatsächlichen Anzahl der in Betrieb befindlichen Antriebseinheiten gewählt bzw. eingestellt.
[0015] Besonders einfach und damit vorteilhaft lässt sich das Verfahren durchführen, wenn jeder der Antriebseinheiten des Zuges (Zugverbandes) eine Überwachungseinrichtung zugeordnet wird und wenn die Überwachungseinrichtungen der Antriebseinheiten untereinander über den Datenbus selbständig kommunizieren und den Betriebszustand ihrer jeweiligen Antriebseinheit an die Überwachungseinrichtungen der jeweils anderen Antriebseinheiten direkt übermitteln. In diesem Fall liegt in jeder Überwachungseinrichtung die Information vor, wie viele der übrigen Antriebseinheiten in Betrieb sind und wie viele nicht.
[0016] Zur Übertragung der Daten können Datenbusse beliebiger Art eingesetzt werden; beispielsweise kann auf die bei Zügen üblicherweise vorhandenen Bussysteme wie den MVB (Multifunction Vehicle Bus)- und/oder den WTB (Wired Train Bus)-Datenbus zurückgegriffen werden.
[0017] Alternativ zu einer "selbständigen" Kommunikation der Antriebseinheiten bzw. der Überwachungseinrichtungen der Antriebseinheiten untereinander kann auch eine zentrale Überwachung der Antriebseinheiten erfolgen: Beispielsweise kann mit einem an den Datenbus angeschlossenen Zentralgerät festgestellt werden, wie viele Antriebseinheiten des Zuges oder Zugverbands eingeschaltet sind, und es kann ein die jeweilige Gesamtzahl angebendes Steuersignal von dem Zentralgerät an alle überwachten Antriebseinheiten des Zuges bzw. Zugverbandes übermittelt werden. Auch bei dem Einsatz eines Zentralgerätes kann auf die üblicherweise in Eisenbahnzügen vorhandenen Datenbusse, wie beispielsweise den erwähnten MVB-Bus und den erwähnten WTB-Bus zurückgegriffen werden.
[0018] Um eine optimale Überwachung des Störverhaltens des Zuges bzw. Zugverbandes zu gewährleisten, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn alle Antriebseinheiten des Zuges (Zugverbandes) in der beschriebenen Weise überwacht werden und die Schwellenwerte zur Steuerung der Antriebseinheit in der beschriebenen Weise nachgeregelt werden.
[0019] Falls bei der Überwachung der Antriebseinheiten des Zuges bzw. Zugverbandes festgestellt wird, dass einzelne Antriebseinheiten den jeweils vorgegebenen Schwellenwert überschreiten, so wird nach Ablauf einer ersten vorgegebenen Grenzzeitspanne t1 (z.B. nach t1 = 0,5 Sekunden) vorzugsweise zunächst nur die Traktion der jeweiligen Antriebseinheit abgeschaltet; dies bedeutet, dass mit der jeweiligen Antriebseinheit kein Antrieb des Schienenfahrzeugs mehr erfolgt. Um die Traktion abzuschalten, werden lediglich die Traktionseinheiten der Antriebseinheit abgeschaltet. Die Antriebseinheit als solche bleibt jedoch mit dem Versorgungsnetz noch in Verbindung, so dass Hilfsbetriebe-Umrichter und dergleichen, die zur jeweiligen Antriebseinheit gehören, noch weiter betrieben werden können.
Dadurch wird es ermöglicht, dass Komforteinrichtungen, wie beispielsweise Licht, Klimaanlage und dergleichen, zunächst weiter betrieben werden können.
[0020] Überschreitet der Störstrom der Antriebseinheit seinen jeweiligen Schwellenwert jedoch noch länger, und zwar über eine zweite vorgegebene Grenzzeitspanne t2 (z.B. t2 = 1 Sekunde) hinaus, so wird die gesamte Antriebseinheit vorzugsweise vollständig galvanisch vom Netz getrennt. Somit werden auch Hilfsbetriebe-Umrichter der Antriebseinheit abgeschaltet, so dass Komforteinrichtungen, die von dem jeweiligen Hilfsbetriebe-Umrichter gespeist werden, ebenfalls ausser Betrieb gesetzt werden. Durch das vollständige Abschalten der Antriebseinheit wird sichergestellt, dass keine weiteren Störungen durch die jeweilige Antriebseinheit mehr verursacht werden können. Das vollständige Abschalten der Antriebseinheit kann beispielsweise mit dem sog.
Hauptschalter erfolgen, der dem Pantographen unterlagert den Haupttransformator (AC-Netz) oder das Netzfilter (DC-Netz) galvanisch vom Netz trennt, wodurch alle Komponenten des Leistungsteils einer Antriebseinheit stromlos geschaltet werden, also auch beispielsweise der Hilfsbetriebe-Umrichter.
[0021] Zur Messung des jeweiligen Störstromes der Antriebseinheit kann beispielsweise eine Rogowski-Spule und ein digitales Filter verwendet werden, das für den jeweils relevanten zu überwachenden Frequenzbereich durchlässig und für den übrigen Frequenzbereich undurchlässig ist. Als Filter kann beispielsweise ein digitales Besselfilter vierter, sechster oder achter Ordnung eingesetzt werden.
[0022] Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Überwachungseinrichtung für eine Antriebseinheit eines Schienenfahrzeuges, mit der sich das Störverhalten der Antriebseinheit überwachen lässt.
[0023] Diesbezüglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung anzugeben, die einerseits zu grosse Störströme verhindert und andererseits ein unnötiges Abschalten von Antriebseinheiten zuverlässig vermeidet.
[0024] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Überwachungseinrichtung für eine Antriebseinheit eines Schienenfahrzeugs mit einem Schaltelement zum Abschalten des Traktionsstromes der Antriebseinheit durch ein Abschaltsignal, mit einer Datenbusschnittstelle zum Anschluss an einen Datenbus eines Zuges oder Zugverbandes und zum Überprüfen, wie viele Antriebseinheiten insgesamt eingeschaltet sind, und mit einer Steuereinrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass sie die Grösse eines Störstromes der von ihr überwachten Antriebseinheit unter Bildung eines Messwertes misst oder einen solchen Messwert von einer separaten Messeinrichtung empfängt, den Messwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und ein Abschaltsignal zum Abschalten der Antriebseinheit erzeugt, wenn der Messwert den Schwellenwert überschreitet,
wobei die Steuereinheit regelmässig oder kontinuierlich unter Verwendung des Datenbusses überprüft, wie viele Antriebseinheiten des Zuges bzw. Zugverbandes eingeschaltet sind, und den Schwellenwert in Abhängigkeit von der Anzahl der eingeschalteten Antriebseinheiten einstellt.
[0025] Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Überwachungseinrichtung ergeben sich aus den obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren.
[0026] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen
<tb>Fig. 1<sep>einen Zugverband bestehend aus zwei Teilzügen mit insgesamt vier Antriebseinheiten und einem Datenbus und
<tb>Fig. 2<sep>ein Ausführungsbeispiel für ein Triebfahrzeug des Zugverbandes gemäss Fig. 1 im Detail.
[0027] In der Fig. 1 ist ein Zugverband 10 bestehend aus zwei Teilzügen 20 und 30 dargestellt. Jeder der beiden Teilzüge 20 und 30 weist jeweils vier Schienenfahrzeuge, und zwar zwei Triebfahrzeuge und zwei Waggons, sowie zwei Antriebseinheiten auf; die Schienenfahrzeuge sind in der Fig. 1mit den Bezugszeichen 35a bis 35h und die Antriebseinheiten mit den Bezugszeichen 40, 50, 60 und 70 gekennzeichnet. Die vier Antriebseinheiten können beispielsweise baugleich ausgeführt sein.
[0028] Jede der vier Antriebseinheiten 40, 50, 60, 70 weist jeweils zwei Traktionseinheiten auf, nämlich eine in "Triebfahrzeug-Vorwärtsrichtung" gesehen "vordere" Traktionseinheit 80 und eine "hintere" Traktionseinheit 90. Darüber hinaus ist jede der Antriebseinheiten jeweils mit einem Hilfsbetriebe-Umrichter 100 ausgestattet. Der Hilfsbetriebe-Umrichter 100 befindet sich räumlich nicht unmittelbar im jeweiligen Triebfahrzeug, in dem die Traktionseinheiten der jeweiligen Antriebseinheit untergebracht sind, sondern in dem unmittelbar an das jeweilige Triebfahrzeug angekoppelten Waggon. So befindet sich beispielsweise der Hilfsbetriebe-Umrichter 100 der Antriebseinheit 40 in dem Waggon 35b, der an das Triebfahrzeug 35a des Zuges 20 angekoppelt ist.
[0029] In der Fig. 1 erkennt man darüber hinaus, dass jede der Antriebseinheiten 40, 50, 60 und 70 jeweils mit einer Überwachungseinrichtung ausgestattet ist. Die Überwachungseinrichtungen der vier Antriebseinheiten sind in der Fig. 1mit den Bezugszeichen 130, 140, 150 und 160 gekennzeichnet; sie überwachen jeweils ihre Antriebseinrichtung dahingehend, ob diese einen zu grossen Störstrom erzeugt: Störströme können durch die Antriebseinheiten beispielsweise deshalb erzeugt werden, weil es am Pantographen bzw. Stromabnehmer des Schienenfahrzeugs zu einem Stromabriss und somit zu einer Bildung von Lichtbögen kommt (so genannte Bügelspringeffekte). Auch werden Störströme durch mechanische Störeingriffe (so genannte Gleit/Schleuderschutzeingriffe) erzeugt, die beispielsweise auf Unebenheiten in den Schienen bzw. im Gleis (z.B.
Weichen) oder auf Probleme bei der Zug-/Bremskraftübertragung auf die Schiene aufgrund von schlechten Schienenverhältnissen (Nässe, Rost, Laub u.Ä.) zurückzuführen sind; mechanische Störeingriffe können nämlich beispielsweise in den Stromrichtern der Antriebseinheit in elektrische Schwingungen umgewandelt werden, die wiederum in unerwünschter Weise als Störströme der Antriebseinheit nach aussen abgegeben werden.
[0030] Die Fig. 1 zeigt, dass die vier Überwachungseinrichtungen 130, 140, 150 und 160 über einen Datenbus 170 miteinander in Verbindung stehen und somit untereinander Daten austauschen können. Der Datenbus 170 ist in der Fig. 1 nur schematisch dargestellt und kann beispielsweise unter Verwendung der bekannten Datenbussysteme, wie dem MVB-Datenbus und/oder dem WTB-Datenbus gebildet sein; auch eine Funkverbindung wäre denkbar. Die Ausgestaltung des Datenbusses 170 ist prinzipiell beliebig; es kommt lediglich darauf an, dass eine Datenübertragung derart möglich ist, dass zu jeder der Antriebseinheiten des Zugverbandes 10 Informationen übertragen werden können, die angeben, wie viele der übrigen Antriebseinheiten zum jeweiligen Zeitpunkt eingeschaltet sind.
[0031] Der Zugverband 10 gemäss der Fig. 1wird nun wie folgt betrieben: In regelmässigen zeitlichen Abständen oder auch kontinuierlich, beispielsweise in Echtzeit, tauschen die Überwachungseinrichtungen 130, 140, 150 und 160 untereinander Informationen aus, und zwar bezüglich des jeweiligen Zustandes der von ihr überwachten Antriebseinheit. Aufgrund dieser Nachrichtenübertragung liegt in jeder der Überwachungseinrichtungen die aktuelle Information vor, welche der übrigen Antriebseinheiten tatsächlich in Betrieb sind und welche nicht. In Abhängigkeit von der jeweiligen Anzahl der in Betrieb befindlichen Antriebseinheiten ermittelt jede Überwachungseinrichtung für sich selbständig, welchen Schwellenwert der Störstrom der jeweils von ihr überwachten Antriebseinheit nicht überschreiten darf.
[0032] Dies soll am Beispiel der Antriebseinheit 40 näher erläutert werden: Liegt beispielsweise in der Antriebseinheit 40 die Information vor, dass alle vier Antriebseinheiten des Zugverbandes in Betrieb sind, so ermittelt die Antriebseinheit 40 den jeweiligen Schwellenwert gemäss folgender Gleichung:
<EMI ID=5.1>
[0033] wobei Imax den aktuellen Schwellenwert und I0einen maximalen Störstrom angibt, der für den Fall zulässig wäre, dass lediglich eine oder zwei Antriebseinheiten des Zugverbandes 10 aktiv wären. Das Formelzeichen "n" gibt an, wie viele der Antriebseinheiten des Zugverbandes 10 zum jeweiligen Überprüfungszeitpunkt in Betrieb sind.
[0034] Vorzugsweise wird die aufgeführte Gleichung für Zugverbände mit bis zu acht Antriebseinheiten verwendet; für Zugverbände mit mehr als acht Antriebseinheiten wird stattdessen vorzugsweise der Schwellenwert Imax für acht Antriebseinheiten herangezogen, es gilt demgemäss also der Zusammenhang:
<EMI ID=6.1>
[0035] Wie bereits erwähnt, sind bei dem Zugverband 10 beispielsweise vier Antriebseinheiten (n = 4) in Betrieb. Der Schwellenwert Imax, den der Störstrom der Antriebseinheit 40 nicht überschreiten darf, ergibt sich demgemäss zu:
<EMI ID=7.1>
[0036] Für den Maximalstörstrom I0 wurde in der Formel ein Wert von beispielsweise I0 = 2,0 A eingesetzt.
[0037] Überschreitet der Störstrom I der Antriebseinheit 40 nun diesen vorgegebenen Schwellenwert Imax, so wird die Überwachungseinrichtung 130 entsprechende Notmassnahmen einleiten. Die Funktionsweise der Überwachungseinrichtung 130 sowie der übrigen Überwachungseinrichtungen 140, 150 und 160 wird nachfolgend am Beispiel der Überwachungseinrichtung 130 im Zusammenhang mit der Fig. 2erläutert.
[0038] Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Überwachungseinrichtung, die im Zugverband 10 gemäss Fig. 1eingesetzt werden kann.
[0039] Man erkennt in der Fig. 2die Antriebseinheit 40 mit den beiden Traktionseinheiten 80 und 90 und dem Hilfsbetriebe-Umrichter 100. Darüber hinaus erkennt man in der Fig. 2eine Antriebssteuerung 200, die einen Bestandteil der Antriebseinheit 40 bildet und die beiden Traktionseinheiten 80 und 90 ansteuert.
[0040] Die Antriebssteuerung 200 steht über einen Netzanschluss N200 mit einem Pantographen 210 des Triebfahrzeuges 35a in Verbindung. Zwischen dem Pantographen 210 und der Antriebssteuerung 200 ist ein Schaltelement 220 angeordnet, das über eine erste Steuerleitung 230 von einer Steuereinrichtung 240 angesteuert wird. Diese Steuereinrichtung 240 steht über eine zweite Steuerleitung 250 ausserdem mit einem zweiten Schaltelement 260 in Verbindung, das den Hilfsbetriebe-Umrichter 100 mit dem Pantographen 210 elektrisch verbindet.
[0041] Die Steuereinrichtung 240, die beiden Steuerleitungen 230 und 250 sowie die beiden Schaltelemente 220 und 260 bilden Bestandteile der in der Fig. 1mit dem Bezugszeichen 130 gekennzeichneten Überwachungseinrichtung der Antriebseinheit 40.
[0042] Wie sich in der Fig. 2darüber hinaus erkennen lässt, steht die Steuereinrichtung 240 über eine Messleitung 270, die ebenfalls einen Bestandteil der Überwachungseinrichtung 130 bildet, mit einem Messanschluss M200 der Antriebssteuerung 200 in Verbindung. Über diese Messleitung 270 misst die Steuereinrichtung 240 den jeweiligen von der Antriebseinheit 40 erzeugten Störstrom I. Der Störstrom I wird über den Pantographen 210 in das Versorgungsnetz 280 des Zugverbandes 10 sowie über die Räder 290 des Schienenfahrzeugs in die Schienen 300, auf denen sich das Triebfahrzeug 35a befindet, eingespeist.
[0043] In der Fig. 2 erkennt man darüber hinaus, dass die Steuereinrichtung 240 an einem Datenbusanschluss D240 mit dem Datenbus 170 in Verbindung steht, der die Antriebseinheiten 40, 50, 60 und 70 des Zugverbandes 10 gemäss Fig. 1untereinander verbindet.
[0044] Die Überwachungseinrichtung 130 wird wie folgt betrieben:
Die Steuereinrichtung 240 misst über die Messleitung 270 den jeweiligen Störstrom I, den die Antriebseinheit 40 mit den beiden Traktionseinheiten 80 und 90 sowie dem Hilfsbetriebe-Umrichter 100 erzeugt. Der jeweilige Störstrommesswert M wird über die Messleitung 270 zur Steuereinrichtung 240 übertragen.
[0045] Die Steuereinrichtung 240 erfährt über den Datenbus 170 darüber hinaus, welche der drei übrigen Antriebseinheiten 50, 60 und 70 in Betrieb sind. Sind beispielsweise zwei Antriebseinheiten des Zugverbandes 10 in Betrieb, so beträgt die Anzahl n der eingeschalteten Antriebseinheiten n = 2. Demgemäss ermittelt die Steuereinrichtung 240 den jeweils zulässigen Schwellenwert Imax für den Störstrom I wie folgt:
<EMI ID=8.1>
[0046] Überschreitet der Messwert M diesen vorgegebenen Schwellenwert für länger als beispielsweise eine halbe Sekunde (t > 0,5 s), so schaltet die Steuereinrichtung 240 über die erste Steuerleitung 230 mit einem ersten Steuer- bzw. Abschaltsignal ST1 das Schaltelement 220 aus, so dass die Antriebssteuerung 200 der Antriebseinheit 40 nicht mehr mit Strom versorgt wird. Demgemäss werden die beiden Traktionseinheiten 80 und 90 abgeschaltet, so dass das Triebfahrzeug 35a bezüglich dieser Antriebseinheit antriebslos wird.
[0047] Das zweite Schaltelement 260 bleibt zu diesem Zeitpunkt jedoch noch eingeschaltet, so dass der Hilfsbetriebe-Umrichter 100 in Betrieb bleibt: Dies ermöglicht, dass alle an den Hilfsbetriebe-Umrichter angeschlossenen Komforteinrichtungen, wie beispielsweise Stromversorgung, Klimaanlage und dergleichen noch in Betrieb bleiben können. Für im Zugverband 10 befindliche Passagiere sind die aufgetretene Störung und die durchgeführte Abschaltung der Antriebseinheit 40 somit nicht unmittelbar erkennbar.
[0048] Üblicherweise wird das Abschalten der Traktion bzw. der beiden Traktionseinheiten 80 und 90 bereits dazu führen, dass der von der Antriebseinheit 40 erzeugte Störstrom I den jeweils vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten wird. In diesem Falle kann nach einer vorgegebenen Zeitspanne die Traktion wieder eingeschaltet und der Betrieb wieder in üblicher Form aufgenommen werden.
[0049] Überschreitet der Messwert M den vorgegebenen Schwellenwert Imaxjedoch noch länger, und zwar über eine zweite vorgegebene Grenzzeitspanne (t2 = 1 Sekunde) hinaus, so wird die Steuereinrichtung 240 mit dem zweiten Steuer- bzw. Abschaltsignal ST2 zusätzlich das zweite Schaltelement 260 abschalten, so dass auch der Hilfsbetriebe-Umrichter 100 vom Pantographen 210 und somit vom Versorgungsnetz 280 getrennt wird. In diesem Falle werden auch alle Versorgungseinrichtungen und dergleichen, die mit dem Hilfsbetriebe-Umrichter 100 versorgt werden, ausgeschaltet. Durch das Ausschalten der Hilfsbetriebe-Umrichter 100 wird die Antriebseinheit 40 galvanisch vollständig vom Pantographen 210 und somit vom Versorgungsnetz 280 getrennt. Von der Antriebseinheit 40 können somit keine weiteren Störströme in das Netz oder in die Schienen eingespeist werden.
[0050] Zur Messung des Störstromes I, der von der Antriebseinheit 40 erzeugt wird, kann entweder in der Antriebssteuerung 200 oder auch in der Steuereinrichtung 240 ein entsprechendes Messfilter vorgesehen sein. Vorzugsweise wird ein digitales Filter verwendet, das in einem vorgegebenen Frequenzbereich (z.B. zwischen 98 Hz und 100 Hz) durchlässig und ansonsten undurchlässig ist. Mit einem digitalen Filter können die Filtereigenschaften in sehr einfacher Weise und damit sehr schnell verändert und ggf. auch während des Betriebes nachgeregelt werden. Digitale Filter sind somit sehr viel universeller einsetzbar als vergleichbare analoge Filter. Vorzugsweise wird als Filter ein digitales Besselfilter sechster Ordnung verwendet.
[0051] Die Anordnung der beiden Schaltelemente 220 und 260 gemäss der Fig. 2 sowie das Abschalten der Traktionseinheiten 80 und 90 mit dem ersten Schaltelement 220 und das Abschalten des Hilfsbetriebe-Umrichters 100 mit dem zweiten Schaltelement 260 sind nur beispielhaft zu verstehen; die Schaltelemente können auch anders angeordnet oder verschaltet sein: Beispielsweise kann ein vollständiges Abschalten der Antriebseinheit mit einem in der Fig. 2 nicht gezeigten Hauptschalter erfolgen, der dem Pantographen unterlagert den Haupttransformator (AC-Netz) oder das Netzfilter (DC-Netz) galvanisch vom Netz trennen kann, wodurch alle Komponenten des Leistungsteils einer Antriebseinheit stromlos geschaltet werden, also beispielsweise auch der Hilfsbetriebe-Umrichter 100.
[0052] Die Überwachungseinrichtung 130 sowie die Antriebssteuerung 200 können eine bauliche Einheit bilden oder als separate Komponenten im Schienenfahrzeug installiert sein.
The invention relates to a method for monitoring the disturbance behavior of a drive unit of a rail vehicle, in which the size of a disturbance current generated by the monitored drive unit is measured to form a measured value, the measured value is compared with a predetermined threshold and a shutdown signal for switching off the drive unit is generated when the measured value exceeds the threshold value.
Drive units of rail vehicles generate during their operation sometimes considerable interference currents in a relatively large frequency spectrum. A disadvantage of these parasitic currents is that these installed on or in the track system facilities such as train control devices or train detection systems can significantly disrupt. If the interference currents have a frequency range in which control signals from an interlocking or a control center to the rail vehicle - or vice versa - are transmitted, the signal transmission can be significantly disturbed or even interrupted.
The same applies to train detection systems, as will be explained briefly: train detection systems feed at a feed point a measuring current with a frequency of usually 100 Hz in one of the two rails of the track system. An on-track rail vehicle generates a short circuit between the rails with its axis closest to the feed point, so that the measuring current can flow back to the track-free signaling system on the other of the two rails and be detected there. Now generates the rail vehicle in the frequency range around 100 Hz to a considerable extent interference currents, so the operation of the train detection system can be significantly affected.
In order to get the problems of interference currents from drive units under control, the noise currents of rail vehicles are known to be measured on the vehicle side. If the interference currents exceed predetermined limit values, remedial measures are initiated, for example a disturbing drive unit is switched off.
The problem now is that a "premature" or premature shutdown of drive units can also lead to disturbances in the operation; For example, it may come to timetable delays, etc.
The invention is accordingly an object of the invention to provide a method for monitoring the disturbance behavior of a drive unit of a rail vehicle, on the one hand prevents too large interference currents and on the other hand, an unnecessary shutdown of the drive unit is reliably prevented.
This object is achieved on the basis of a method of the type specified according to the invention by the characterizing features of claim 1. Advantageous embodiments of the inventive method are specified in the dependent claims.
Thereafter, the invention provides that it is checked how many drive units of the train or train, to which the rail vehicle belongs, are turned on and that the threshold value is set in dependence on the number of switched drive units.
A significant advantage of the inventive method is the fact that an unnecessary shutdown of drive units is reliably avoided. This is actually achieved by the fact that the size of the threshold value is not fixed or fixed, but is adapted to the individual operating situation. If a large number of drive units are active within a train or train, the total disturbance is significantly greater overall than when only a few drive units are switched on in one train or train; At this point, the invention starts by providing an operating threshold, depending on the number of active drive units.
Preferably, the greater the number of drive units turned on, the smaller the threshold chosen, and the greater the smaller the number of drive units engaged. In other words, the method according to the invention thus makes it possible to select larger threshold values in the event that only a few drive units are active than would be possible with a method in which no threshold value adjustment takes place, depending on the number of drive units; In the latter case, the threshold should only be chosen as large as the worst circumstances would allow.
According to a particularly preferred embodiment of the method is provided that is checked regularly or continuously during the running operation of the rail vehicle, how many drive units of the train or train association are switched on at the respective review time and that the threshold value depending on the number of the respective review time switched drive units is reset.
In this embodiment of the method is thus not only once, for example, when commissioning the train or train examined how many drive units in the train (train) are available and could possibly be turned on, rather, a dynamic adjustment of the threshold to the current operating conditions: For example, if it is determined that the number of drive units switched on has become smaller because individual drive units have been switched off, a new determination of the threshold value to be observed is carried out. This advantageous variant of the method thus enables a threshold value adjustment to the respective operating conditions in "real time".
As already mentioned, the threshold value is preferably selected to be smaller, the greater the number of drive units switched on. Since the interference currents of the individual drive units of a rail vehicle are not correlated according to experience, the total interference current of the drive units of a train (train) can be approximated by adding up the squares of the individual interference currents of the drive units and drawing the root from the sum. Accordingly, it is considered advantageous if the threshold value for each of the drive units is changed in proportion to the reciprocal from the root of the number of drive units turned on.
For example, the threshold value Imax is determined by product formation of a predetermined maximum noise current I0, which is given in the event that only a single drive unit of the train (train) or two drive units are turned on, the root of the number "2" and the inverse of the root from the number "n" of the drive units turned on at the respective checking timing, as follows:
<EMI ID = 2.1>
For example, a value of 2.0 A can be used for the maximum interference current I0. The product
<EMI ID = 3.1>
= 2.8 A thus forms a predetermined constant current for determining the respective threshold value.
If the number n exceeds a value of eight, the threshold value Imax is preferably no longer changed, so that the following applies:
<EMI ID = 4.1>
In order to determine at any time during operation of the train (train), how many of the drive units of the train (train) are actually turned on and in operation, it is considered advantageous if in train (train) at least one data bus is operated, to which all drive units are connected directly or indirectly. The information on how many of the train's drive units are switched on at the respective checking time can then be transmitted via the data bus to each of the monitored drive units. In the drive units, the threshold value is then selected or set according to the actual number of drive units in operation.
Particularly simple and therefore advantageous, the process can be carried out when each of the drive units of the train (train) is assigned a monitoring device and when the monitoring devices of the drive units communicate with each other independently via the data bus and the operating state of their respective drive unit to the monitoring devices of each transmit directly to other drive units. In this case, in each monitoring device is the information as to how many of the remaining drive units are in operation and how many are not.
For the transmission of data data buses of any kind can be used; For example, it is possible to fall back on the bus systems usually present on trains, such as the MVB (Multifunction Vehicle Bus) and / or the WTB (Wired Train Bus) data bus.
As an alternative to "autonomous" communication of the drive units or the monitoring devices of the drive units with each other can also be a central monitoring of the drive units: For example, can be determined with a central unit connected to the data bus, how many drive units of the train or train association are turned on, and a control signal indicating the respective total number can be transmitted from the central device to all monitored drive units of the train or train. Even with the use of a central device can be used on the usually existing in railway trains data buses, such as the aforementioned MVB bus and the aforementioned WTB bus.
In order to ensure optimum monitoring of the disturbance behavior of the train or train, it is considered advantageous if all drive units of the train (train) are monitored in the manner described and the threshold values for controlling the drive unit are readjusted in the manner described ,
If it is determined during the monitoring of the drive units of the train or train that individual drive units exceed the respective predetermined threshold, so after a first predetermined limit period t1 (eg after t1 = 0.5 seconds), preferably initially only the traction switched off the respective drive unit; This means that no drive of the rail vehicle takes place with the respective drive unit. To turn off the traction, only the traction units of the drive unit are turned off. However, the drive unit as such still remains in communication with the supply network, so that auxiliary transmission converters and the like, which belong to the respective drive unit, can be operated even further.
This makes it possible that comfort devices, such as light, air conditioning and the like, initially continue to operate.
However, if the disturbance current of the drive unit exceeds its respective threshold even longer, namely beyond a second predetermined limit time period t2 (for example t2 = 1 second), then the entire drive unit is preferably completely galvanically isolated from the mains. Thus, auxiliary drive inverters of the drive unit are also switched off so that comfort devices fed by the respective auxiliary drive converter are likewise put out of operation. By completely switching off the drive unit ensures that no further disturbances can be caused by the respective drive unit more. The complete shutdown of the drive unit, for example, with the so-called.
Main switch, which underlies the pantograph subordinate to the main transformer (AC network) or the line filter (DC grid) galvanically disconnected from the mains, whereby all components of the power unit of a drive unit are de-energized, including, for example, the auxiliary drive converter.
For measuring the respective interference current of the drive unit, for example, a Rogowski coil and a digital filter can be used, which is permeable to the respective relevant frequency range to be monitored and impermeable to the rest of the frequency range. As a filter, for example, a digital Bessel filter fourth, sixth or eighth order can be used.
The invention also relates to a monitoring device for a drive unit of a rail vehicle, with which the disturbance behavior of the drive unit can be monitored.
In this regard, the present invention seeks to provide a monitoring device, on the one hand prevents too large interference currents and on the other hand reliably avoids unnecessary shutdown of drive units.
This object is achieved by a monitoring device for a drive unit of a rail vehicle with a switching element for switching off the traction current of the drive unit by a shutdown signal, with a data bus interface for connection to a data bus of a train or train and to check how many drive units in total are, and with a control device which is designed such that it measures the magnitude of a noise current of the monitored by her drive unit to form a measured value or receives such a measured value from a separate measuring device, the measured value with a predetermined threshold value and a shutdown signal for switching off the drive unit generates, if the measured value exceeds the threshold,
wherein the control unit regularly or continuously checks, using the data bus, how many drive units of the train or Zugverbandes are turned on, and sets the threshold in dependence on the number of drive units is switched on.
Advantageous embodiments of the inventive monitoring device will become apparent from the above statements in connection with the inventive method.
The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment; show it
<Tb> FIG. 1 <sep> a train consisting of two parts with a total of four drive units and a data bus and
<Tb> FIG. 2 <sep> an embodiment of a traction vehicle of the train according to FIG. 1 in detail.
In Fig. 1, a train 10 consisting of two partial trains 20 and 30 is shown. Each of the two sub-trains 20 and 30 has four rail vehicles, namely two traction vehicles and two wagons, and two drive units; the rail vehicles are indicated in FIG. 1 by the reference numerals 35a to 35h and the drive units by the reference numerals 40, 50, 60 and 70. The four drive units can be designed to be identical, for example.
Each of the four drive units 40, 50, 60, 70 has two traction units each, namely a "front" traction unit 80 seen in "traction vehicle forward" and a "trailing" traction unit 90. In addition, each of the drive units is associated with each an auxiliary drive converter 100 equipped. The auxiliary drive converter 100 is spatially not directly in the respective traction vehicle, in which the traction units of the respective drive unit are housed, but in the directly coupled to the respective locomotive wagon. For example, the auxiliary drive converter 100 of the drive unit 40 is located in the wagon 35b, which is coupled to the traction vehicle 35a of the train 20.
In Fig. 1 it can be seen beyond that each of the drive units 40, 50, 60 and 70 are each equipped with a monitoring device. The monitoring devices of the four drive units are identified in FIG. 1 by reference numbers 130, 140, 150 and 160; they monitor their respective drive device as to whether it generates too large interference current: interference currents can be generated by the drive units, for example, because there is a pantograph or current collector of the rail vehicle to a power breakdown and thus to the formation of arcing (so-called ironing effects) , Also disturbing currents are generated by mechanical interference (so-called sliding / anti-skid interventions), for example, on bumps in the rails or in the track (e.g.
Turnouts) or due to problems with the train / brake power transmission to the rail due to poor track conditions (wet, rust, foliage, etc.); For example, mechanical disturbance interventions can be converted into electrical oscillations, for example in the power converters of the drive unit, which in turn are emitted to the outside in an undesired manner as interference currents of the drive unit.
FIG. 1 shows that the four monitoring devices 130, 140, 150 and 160 communicate with one another via a data bus 170 and can therefore exchange data with one another. The data bus 170 is shown only schematically in FIG. 1 and may be formed, for example, using the known data bus systems, such as the MVB data bus and / or the WTB data bus; also a radio connection would be conceivable. The configuration of the data bus 170 is in principle arbitrary; it is only important that a data transmission is possible so that information can be transmitted to each of the drive units of the train 10, indicating how many of the other drive units are turned on at the time.
The train 10 according to FIG. 1 is now operated as follows: At regular time intervals or also continuously, for example in real time, the monitoring devices 130, 140, 150 and 160 exchange information with one another, namely with respect to the respective state of her monitored drive unit. Because of this message transmission is in each of the monitoring devices before the current information, which of the other drive units are actually in operation and which are not. Depending on the respective number of drive units in operation, each monitoring device independently determines which threshold value the interference current of the respective drive unit monitored by it may not exceed.
This will be explained in more detail using the example of the drive unit 40: If, for example, the information is given in the drive unit 40 that all four drive units of the train are in operation, the drive unit 40 determines the respective threshold according to the following equation:
<EMI ID = 5.1>
Wherein Imax the current threshold and I0 indicates a maximum interference current, which would be permissible in the event that only one or two drive units of the train 10 would be active. The symbol "n" indicates how many of the drive units of the train 10 are in operation at the respective check time.
Preferably, the equation given is used for train assemblies with up to eight drive units; For train sets with more than eight drive units, the threshold value Imax is preferably used instead for eight drive units, and the context therefore applies accordingly:
<EMI ID = 6.1>
As already mentioned, in the train 10, for example, four drive units (n = 4) in operation. The threshold value Imax, which may not exceed the interference current of the drive unit 40, results accordingly:
<EMI ID = 7.1>
For the maximum interference current I0, a value of, for example, I0 = 2.0 A was used in the formula.
If the interference current I of the drive unit 40 now exceeds this predetermined threshold value Imax, then the monitoring device 130 will initiate appropriate emergency measures. The mode of operation of the monitoring device 130 and of the other monitoring devices 140, 150 and 160 will be explained below using the example of the monitoring device 130 in conjunction with FIG. 2.
Fig. 2 shows an embodiment of a monitoring device that can be used in the train 10 according to FIG. 1.
FIG. 2 shows the drive unit 40 with the two traction units 80 and 90 and the auxiliary drive converter 100. In addition, FIG. 2 shows a drive control 200, which forms part of the drive unit 40 and the two traction units 80 and controls 90.
The drive controller 200 is connected via a network connection N200 with a pantograph 210 of the traction unit 35a in connection. Between the pantograph 210 and the drive control 200, a switching element 220 is arranged, which is controlled by a control device 240 via a first control line 230. This control device 240 is also connected via a second control line 250 to a second switching element 260, which electrically connects the auxiliary drive converter 100 to the pantograph 210.
The control device 240, the two control lines 230 and 250 as well as the two switching elements 220 and 260 form components of the monitoring device of the drive unit 40 identified in FIG. 1 by the reference numeral 130.
As can also be seen in FIG. 2, the control device 240 is connected via a measuring line 270, which likewise forms part of the monitoring device 130, to a measuring connection M200 of the drive control 200. Via this measuring line 270, the control device 240 measures the respective interference current I generated by the drive unit 40. The interference current I is transmitted via the pantograph 210 to the supply network 280 of the train 10 and via the wheels 290 of the rail vehicle to the rails 300 on which the traction vehicle 35a is fed.
2 that the control device 240 is connected to the data bus 170 at a data bus connection D240, which connects the drive units 40, 50, 60 and 70 of the train 10 as shown in FIG.
The monitoring device 130 is operated as follows:
The control device 240 measures via the measuring line 270 the respective interference current I, which the drive unit 40 generates with the two traction units 80 and 90 and the auxiliary drive converter 100. The respective interference current measured value M is transmitted to the control device 240 via the measuring line 270.
In addition, the control device 240 learns via the data bus 170 which of the three remaining drive units 50, 60 and 70 are in operation. If, for example, two drive units of the train 10 are in operation, then the number n of drive units switched on is n = 2. Accordingly, the control unit 240 determines the permissible threshold value Imax for the disturbance current I as follows:
<EMI ID = 8.1>
If the measured value M exceeds this predetermined threshold value for longer than, for example, half a second (t> 0.5 s), then the control device 240 switches off the switching element 220 via the first control line 230 with a first control or switch-off signal ST1, so that the drive control 200 of the drive unit 40 is no longer supplied with power. Accordingly, the two traction units 80 and 90 are turned off, so that the traction unit 35a becomes unpowered with respect to this drive unit.
The second switching element 260 remains at this time, however, still turned on, so that the auxiliary drive converter 100 remains in operation: This allows all the comfort devices connected to the auxiliary drive converter, such as power supply, air conditioning and the like still remain in operation can. For passengers present in the train 10, the fault that has occurred and the shutdown of the drive unit 40 that has occurred are thus not immediately recognizable.
Usually, switching off the traction or the two traction units 80 and 90 will already lead to the interference current I generated by the drive unit 40 falling short of the respective predetermined threshold value. In this case, the traction can be switched on again after a predetermined period of time and the operation can be resumed in the usual form.
If the measured value M exceeds the preset threshold value Imax even longer, but over a second predetermined limit period (t2 = 1 second), the control device 240 will additionally switch off the second switching element 260 with the second control or switch-off signal ST2. so that the auxiliary drive converter 100 is disconnected from the pantograph 210 and thus from the supply network 280. In this case, all the utilities and the like supplied with the auxiliary power converter 100 are also turned off. By switching off the auxiliary drive converter 100, the drive unit 40 is galvanically completely separated from the pantograph 210 and thus from the supply network 280. From the drive unit 40 thus no further interference currents can be fed into the network or in the rails.
For measuring the interference current I, which is generated by the drive unit 40, a corresponding measuring filter can be provided either in the drive control 200 or in the control device 240. Preferably, a digital filter is used that is transmissive and otherwise opaque in a given frequency range (e.g., between 98 Hz and 100 Hz). With a digital filter, the filter properties can be changed in a very simple manner and thus very quickly and, if necessary, readjusted during operation. Digital filters are therefore much more universally applicable than comparable analog filters. Preferably, a sixth order digital Bessel filter is used as the filter.
The arrangement of the two switching elements 220 and 260 according to FIG. 2 and the switching off of the traction units 80 and 90 with the first switching element 220 and the switching off of the auxiliary drive converter 100 with the second switching element 260 are only to be understood as examples; The switching elements can also be arranged differently or interconnected: For example, a complete shutdown of the drive unit with a main switch, not shown in FIG. 2, the pantograph subordinate the main transformer (AC network) or the line filter (DC network) galvanic from Disconnect power, whereby all components of the power section of a drive unit are de-energized, so for example, the auxiliary drive inverter 100th
The monitoring device 130 and the drive control 200 may form a structural unit or be installed as separate components in the rail vehicle.