AT521386B1 - Schnittstellenvorrichtung für eine Gleisbaumaschine - Google Patents

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Abstract

Eine Schnittstellenvorrichtung (16) zum Versorgen mehrerer Abnehmer (17, 18, 19) mit elektrischer Leistung aus einem Bahnumrichter (10) einer Gleisbaumaschine (1) weist auf ein Anschlussmittel (24) zum elektrischen Verbinden mit einem Gleichspannungskreis (14) des Bahnumrichters (10) und eine mit dem Anschlussmittel (24) elektrisch verbundene Verteilereinrichtung (23) zum Anschließen der mehreren Abnehmer (17, 18, 19).

Description

SCHNITTSTELLENVORRICHTUNG FÜR EINE GLEISBAUMASCHINE
GEBIET DER TECHNIK [0001] Die Erfindung betrifft eine Schnittstellenvorrichtung zum Versorgen mehrerer Abnehmer mit elektrischer Leistung aus einem Bahnumrichter einer Gleisbaumaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Gleisbausystem mit einer derartigen Schnittstellenvorrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Gleisbaumaschine mit einem derartigen Gleisbausystem.
STAND DER TECHNIK [0002] Durch offenkundige Vorbenutzung bekannt ist eine Gleisbaumaschine mit einem Schienenwagen zum Befahren von Schienen, einem Bahnumrichter zum Bereitstellen elektrischer Leistung und mehreren Abnehmern zum Bearbeiten einer Gleisanlage. Zum Versorgen der Abnehmer mit der elektrischen Leistung sind diese an einen Wechselspannungskreis des Bahnumrichters angeschlossen. Mittels des Bahnumrichters wird eine Oberleitungsspannung zunächst in eine Gleichspannung und anschließend in die an dem Wechselspannungskreis anliegende Niederspannung umgerichtet. Nachteilig ist, dass beim Umrichten der Oberleitungsspannung in die Gleichspannung als auch beim Umrichten der Gleichspannung in die Wechselspannung Leistungsverluste auftreten, wodurch die Versorgung der Abnehmer merklichen Effizienzeinbußen unterliegt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG [0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnittstellenvorrichtung für eine Gleisbaumaschine bereitzustellen, welche eine besonders energieeffiziente Versorgung von Abnehmern mit elektrischer Leistung gewährleistet.
[0004] Diese Aufgabe wird durch eine Schnittstellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Schnittstellenvorrichtung zum Versorgen mehrerer Abnehmer mit elektrischer Leistung aus einem Bahnumrichter einer Gleisbaumaschine mit einem Anschlussmittel zum elektrischen Verbinden mit einem Gleichspannungskreis des Bahnumrichters und einer Verteilereinrichtung zum Anschließen der mehreren Abnehmer eine besonders energieeffiziente Versorgung der mehreren Abnehmer mit elektrischer Leistung gewährleistet. Gängige Bahnumrichter umfassen einen Bahngleichrichter zum Wandeln einer an einer Oberleitung anliegenden oder in einem Stromgenerator erzeugten Wechselspannung in eine Gleichspannung sowie einen Bahnwechselrichter zum Wandeln der Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Beschälten von Antriebsmotoren zum Verlagern der Gleisbaumaschine entlang von Schienen, welche beispielsweise als Asynchronmaschinen ausgebildet sind. Das Umrichten elektrischer Spannungen geht einher mit Leistungsverlusten. Die unmittelbare Anbindung der Schnittstellenvorrichtung über das Anschlussmittel an den Gleichspannungskreis des Bahnumrichters gewährleistet vorteilhaft, dass Leistungsverluste aufgrund mehrfachen Umrichtens vermieden werden können. Vorzugsweise ist zwischen dem Anschlussmittel und der Oberleitung bzw. dem Anschlussmittel und dem Stromgenerator lediglich ein einzelner Umrichter, insbesondere der Bahngleichrichter, zum Umrichten bzw. Gleichrichten der Wechselspannung der Oberleitung und in eine Gleichspannung des Gleichspannungskreises angeordnet. Die Schnittstellenvorrichtung gewährleistet insgesamt einen besonders effizienten Betrieb der Gleisbaumaschine sowie deren wirtschaftliche Herstellung.
[0005] Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist zwischen dem Bahngleichrichter und den Abnehmern kein weiterer Stromumrichter angeordnet. Die Schnittstellenvorrichtung kann also umrichterfrei ausgebildet sein. Die Leistungsversorgung der Abnehmer kann somit besonders energieeffizient erfolgen.
[0006] Vorzugsweise ist die Schnittstellenvorrichtung, insbesondere das Anschlussmittel und/
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AT 521 386 B1 2020-01-15 österreichisches patentamt oder die Verteilereinrichtung, als von dem Bahnumrichter, insbesondere räumlich, getrennte Einheit ausgebildet. Ein Eingriff in das System des Bahnumrichters, welcher besonders restriktiven Normen unterliegt, kann somit vermieden werden. Die Anbindung der Schnittstellenvorrichtung an einen, insbesondere bestehenden, Bahnumrichter kann somit einfach erfolgen.
[0007] Der Gleichspannungskreis wird auch als Gleichspannungszwischenkreis bezeichnet, da dieser normalerweise einen Zwischenkreis zwischen dem Bahngleichrichter und dem Bahnwechselrichter darstellt. Für die Funktionalität der Schnittstellenvorrichtung ist unerheblich, ob sich an den Gleichspannungskreis ein Bahnwechselrichter anschließt oder nicht. Wesentlich ist, dass die Schnittstellenvorrichtung zum Anschluss an den Gleichspannungskreis ausgebildet ist, um Leistungsverluste aufgrund mehrfachen Umrichtens seitens des Bahnumrichters zu vermeiden.
[0008] Die Schnittstellenvorrichtung, insbesondere das Anschlussmittel, ist vorzugsweise zum Anschluss an einen Gleichspannungskreis ausgebildet, dessen Spannung in einem Bereich von 200 V bis 5.000 V, insbesondere von 350 V bis 3.000 V, insbesondere von 500 V bis 1.500 V, insbesondere von 600 V bis 1.000 V, liegt. Vorzugsweise beträgt die an dem Gleichspannungskreis anliegende Spannung 750 V. Eine an der Oberleitung anliegende Eingangsspannung des Bahnumrichters beträgt vorzugsweise mindestens 5 kV, insbesondere mindestens 7,5 kV, insbesondere mindestens 10 kV, insbesondere mindestens 15 kV. Die Eingangsspannung des Bahnumrichters ist vorzugsweise eine Wechselspannung mit einer Wechselspannungsfrequenz von 16 2/3 Hz.
[0009] Eine Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 2 gewährleistet eine sichere Verbindung der mehreren Abnehmer mit dem Gleichspannungskreis des Bahnumrichters. Die Diode ist zur gerichteten Stromleitung lediglich in Richtung von dem Anschlussmittel zu der Verteilereinrichtung ausgebildet. Die Diode schützt den Bahnumrichter vor Spannungen, welche von den Abnehmern über die Schnittstellenvorrichtung auf den Bahnumrichter zurückwirken könnten. Der Bahnumrichter ist somit besonders sicher vor einem schädlichen Spannungsanstieg auf Seiten der Abnehmer geschützt. Eine Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 3 ist im Betrieb besonders robust und bewahrt den Bahnumrichter und/oder die mehreren Abnehmer vor Schäden. Vorzugsweise sind das Anschlussmittel und die Verteilereinrichtung über die Glättungseinheit miteinander verbunden. Die Glättungseinheit kann aus Richtung des Bahnumrichters vor und/oder hinter der Diode angeordnet sein. Die Glättungseinheit umfasst vorzugsweise eine Drossel bzw. eine Induktivität, und/oder einen Kondensator und/oder einen, insbesondere einstellbaren, ohmschen Widerstand. Die Glättungseinheit kann zum Abbau kurzzeitiger Spannungsspitzen ausgebildet sein. Die Glättungseinheit kann zum Dämpfen eines Schwingkreises derart ausgebildet sein, dass Spannungsschwankungen geglättet werden. Der Schwingkreis umfasst sämtliche mit der Schnittstellenvorrichtung verbundene Komponenten, insbesondere die Abnehmer und den Bahnumrichter, sowie die Schnittstellenvorrichtung selbst. Die Glättungseinheit kann eine Glättungssteuereinheit zur aktiven Schwingkreisdämpfung aufweisen. Diese kann zum Steuern des einstellbaren Widerstands ausgebildet sein. Eine Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 4 schützt den Bahnumrichter und/oder die mehreren Abnehmer vor schädigender Überspannung. Der Überspannungsschutz ist vorzugsweise zwischen der Diode und der Verteilereinrichtung angeordnet. Der Überspannungsschutz weist vorzugsweise einen Widerstand zum Wandeln elektrischer Energie in thermische Energie auf. Der Überspannungsschutz kann dazu ausgebildet sein, Strom über den Widerstand zu leiten, sofern eine an dem Überspannungsschutz und/oder an den Abnehmern anliegende Spannung die VersorgungsGrenzspannung überschreitet. Dem Stromkreis kann somit elektrische Energie zuverlässig entzogen werden, wodurch eine Schädigung der an den Stromkreis angeschlossenen Komponenten verhindert werden kann.
[0010] Der Überspannungsschutz kann dazu ausgebildet sein, beim Auftreten der Überspannung in einen TRIP-Zustand zu schalten. In dem TRIP-Zustand kann eine Taktung von mindestens einem der Umrichter, insbesondere des Bahnumrichters und/oder des Bahngleichrichters und/oder eines Industrieumrichters, unterbrochen werden. Eine Beschädigung des Bahnumrichters und/oder der Abnehmer durch die Überspannung kann somit zuverlässig verhindert wer
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AT 521 386 B1 2020-01-15 österreichisches patentamt den.
[0011] Der Überspannungsschutz kann einen Schalter, insbesondere einen Chopper, zum, insbesondere zyklischen, Unterbrechen einer elektrisch leitenden Verbindung aufweisen. Ferner kann der Überspannungsschutz einen Widerstand zum Wandeln elektrischer Energie in thermische Energie aufweisen. Vorzugsweise ist der Überspannungsschutz derart ausgebildet, dass beim Überschreiten der Versorgungs-Grenzspannung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Bahnumrichter und den mehreren Abnehmern unterbrochen wird. Zum Abbau elektrischer Energie, insbesondere zum Senken der an dem Überspannungsschutz anliegenden Spannung, kann die elektrische Energie in dem Widerstand in thermische Energie gewandelt werden. Insbesondere gewährleistet der Überspannungsschutz einen Schutz des Stromkreises, welcher sich nach der Diode, also auf Seiten der Verteilereinrichtung, anschließt.
[0012] Eine Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 5 ist besonders sicher im Betrieb und wirtschaftlich herstellbar. Vorzugsweise wird die Versorgungs-Grenzspannung an eine maximale Spannung eines Bahn- Überspannungsschutzes angepasst, sofern ein solcher vorhanden ist. Der Bahn-Überspannungsschutz ist zum Begrenzen einer maximal an dem Gleichspannungskreis und damit an dem Anschlussmittel anliegenden Spannung ausgebildet. Ein derartiger Bahn-Überspannungsschutz ist gängigerweise besonders leistungsstark ausgebildet. Der BahnÜberspannungsschutz kann mit den Merkmalen des Überspannungsschutzes weitergebildet sein. Dadurch, dass die Versorgungs-Grenzspannung höher eingestellt ist als die maximale Spannung des Bahn-Überspannungsschutzes, wird bei einem generellen Spannungsanstieg zwischen dem Bahnumrichter und den mehreren Abnehmern zunächst der leistungsstarke Bahn- Überspannungsschutz ausgelöst und Spannungen werden reduziert. Sofern zwischen dem Anschlussmittel und den mehreren Abnehmern die Spannung weiter ansteigt, löst dann der Überspannungsschutz der Schnittstellenvorrichtung aus. Der Überspannungsschutz der Schnittstellenvorrichtung kann somit besonders klein und wirtschaftlich hergestellt werden. Eine gegenseitige schädliche Beeinflussung des Überspannungsschutzes und des Bahn-Überspannungsschutzes kann zuverlässig verhindert werden.
[0013] Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Gleisbausystem zu schaffen, welches besonders energieeffizient betreibbar und wirtschaftlich herstellbar ist.
[0014] Diese Aufgabe wird durch ein Gleisbausystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Gleisbausystems entsprechen den Vorteilen der vorstehend beschriebenen Schnittstellenvorrichtung. Vorzugsweise ist der mindestens eine Abnehmer ein von einem Fahrantrieb, insbesondere dem Antriebsmotor, verschiedener Abnehmer. Der mindestens eine Abnehmer kann einen Abnehmer-Überspannungsschutz aufweisen. Der Abnehmer-Überspannungsschutz kann mit den Merkmalen des Überspannungsschutzes weitergebildet sein. Insbesondere kann der Abnehmer-Überspannungsschutz dazu ausgebildet sein, eine elektrisch leitende Verbindung zu der Verteilereinrichtung reversibel zu unterbrechen. Insbesondere kann der Abnehmer-Überspannungsschutz in einen TRIP-Zustand schaltbar sein.
[0015] Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Gleisbausystem mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens zehn, an die Schnittstellenvorrichtung angeschlossene Abnehmer auf.
[0016] Ein Gleisbausystem nach Anspruch 7 ist besonders energieeffizient betreibbar. Zu der Gleisanlage gehören Schienen, die Schienen tragende Schwellen, eine Schotterbettung sowie die Oberleitung. Der mindestens eine Abnehmer zum Bearbeiten der Gleisanlage kann ein Stopfaggregat zum Verdichten der Schotterbettung und/oder ein Schienenableger zum Verlegen der Schienen und/oder ein Kran zum Montieren und Warten der Oberleitung sein.
[0017] Ein Gleisbausystem nach Anspruch 8 ist besonders energieeffizient und wirtschaftlich betreibbar. Der Energiespeicher kann als elektrochemischer Akkumulator, insbesondere als Lithium-Polymer-Akkumulator, und/oder als Kondensator und/oder als Kreisel ausgebildet sein. Energie, insbesondere elektrische Energie, kann somit zwischengespeichert werden. Beispielsweise kann das Gleisbausystem an den Abnehmern kurzfristig freiwerdende Energie in
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AT 521 386 B1 2020-01-15 österreichisches patentamt den Energiespeicher aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben. Der Energiespeicher kann derart dimensioniert sein, dass dieser den mindestens einen Abnehmer über mehrere Stunden mit Energie versorgen kann.
[0018] Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Schnittstellenvorrichtung eine Rekuperationseinheit zum Leiten von Energie, insbesondere elektrischer Energie, von dem mindestens einen Abnehmer zu dem Energiespeicher auf. Insbesondere bei Verzögerungsvorgängen an dem mindestens einen Abnehmer freiwerdende Energie kann somit dem Energiespeicher zugeführt und später wieder an den Abnehmern zur Verfügung gestellt und somit genutzt werden.
[0019] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst mindestens einer der Abnehmer eine Fluideinheit, insbesondere eine Hydraulikeinheit, mit einem Fluidspeicher, insbesondere einem Hydraulikspeicher. Der Fluidspeicher ist vorzugsweise dazu ausgebildet, Energie in Form von unter Druck stehendem Fluid, insbesondere in Form von Hydraulikflüssigkeit oder in Form von Druckluft, zu speichern. Vorzugsweise ist die Rekuperationseinheit dazu ausgebildet, elektrische Energie von mindestens einem der Abnehmer zu dem Abnehmer mit dem Fluidspeicher zu leiten, um diese in Form von fluidischer Energie zu speichern. Überschüssige Energie, insbesondere Bremsenergie, kann somit zum Laden des Fluidspeichers verwendet werden. Anschließend kann diese Energie in einem fluidischen Antrieb, insbesondere einem Hydraulikantrieb, in Bewegungsenergie gewandelt werden. Die Energiespeicherung kann somit besonders wirtschaftlich, insbesondere ohne den Einsatz elektrochemischer Energiespeicher, gewährleistet werden.
[0020] Die Rekuperationseinheit kann auch dazu ausgebildet sein den Bahnumrichter, insbesondere den Bahnwechselrichter, mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher zu versorgen. Hierzu kann die Rekuperationseinheit mit dem Anschlussmittel stromleitend verbunden sein. Die stromleitende Verbindung ist zum Schutz des Bahnumrichters vor Überspannungen vorzugsweise schaltbar, also reversibel trennbar. Insbesondere kann die schaltbare Verbindung als schaltbare Bypassleitung ausgebildet sein, welche die Diode überbrückt. Vorteilhaft wird hierdurch erreicht, dass der Bahnumrichter vor schädlichen Spannungsschwankungen seitens der Abnehmer geschützt ist, wobei eine Leistungsversorgung des mindestens einen Antriebsmotors über den Energiespeicher gewährleistet wird.
[0021] Ein Gleisbausystem nach Anspruch 9 ist besonders wirtschaftlich herstellbar. Ein Industrieumrichter unterliegt, gegenüber dem Bahnumrichter, geringeren Restriktionen. Anforderungen zum Sicherstellen der Aufrechterhaltung des Bahnbetriebs sind an Industrieumrichter nicht zu stellen. Eine aufwendige Nachweisführung über Ausfallwahrscheinlichkeiten ist bei Industrieumrichtern meist nicht erforderlich. Industrieumrichter sind somit wesentlich preisgünstiger als Bahnumrichter mit vergleichbaren Eigenschaften. Bahnumrichter unterliegen in Gegensatz zu Industrieumrichtern den besonders restriktiven Anforderungen des Bahnumfeldes, insbesondere hinsichtlich Temperatureinsatzbereich, Schockresistenz, Vibrationsresistenz, elektromagnetische Verträglichkeit und Brandschutz. Bahnumrichter weisen typischerweise eine Eingangsleistung von mindestens 100 kW auf. Die mehreren Abnehmer können eine Eingangsleistung von weniger als 100 kW aufweisen. Bahnumrichter sind hierdurch in der Regel deutlich kostenintensiver als Industrieumrichter. Der mindestens eine Industrieumrichter ist vorzugsweise an der Verteilereinrichtung angeschlossen und wandelt die an der Verteilereinrichtung anliegende Versorgungs- Gleichspannung in eine Arbeitsspannung für einen Arbeitsantrieb. Die Arbeitsspannung kann eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein. Vorzugsweise umfasst der mindestens eine Industrieumrichter einen Schaltschrank. Der Schaltschrank kann eine Dämpfungslagerung zum vibrationsdämpfenden befestigen aufweisen. Der Schaltschrank kann fluiddicht, insbesondere flüssigkeitsdicht, ausgebildet sein. Ferner kann der Schaltschrank eine Temperaturüberwachung, insbesondere eine Temperaturwarneinheit, zum Überwachen einer Temperatur in dem Schaltschrank und/oder zum Unterbrechen einer Stromzufuhr zu dem Schaltschrank aufweisen. Vorzugsweise umfasst der Schaltschrank eine Klimaeinheit, insbesondere eine Kühleinheit. Der Schaltschrank kann eine Brandschutzeinheit, insbesondere eine Löscheinheit, umfassen.
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AT 521 386 B1 2020-01-15 österreichisches patentamt [0022] Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Industrieumrichter redundante Komponenten. Der Industrieumrichter kann eine Schalteinheit aufweisen zum Deaktivieren defekter Komponenten und zum Aktivieren funktionsfähiger, zu den defekten Komponenten redundanter Komponenten. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Gleisbaumaschine derart zu verbessern, dass diese besonders energieeffizient betreibbar und wirtschaftlich herstellbar ist.
[0023] Diese Aufgabe wird durch eine Gleisbaumaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Vorteile er erfindungsgemäßen Gleisbaumaschine entsprechen den Vorteilen des vorstehend beschriebenen Gleisbausystems sowie der vorstehend beschriebenen Schnittstellenvorrichtung. Der Bahnumrichter weist den Bahngleichrichter zum Umrichten bzw. Gleichrichten einer, insbesondere an der Oberleitung und/oder an dem Stromgenerator anliegenden, Wechselspannung auf. Ferner kann der Bahnumrichter den an dem Bahngleichrichter angeschlossenen Bahnwechselrichter zum Erzeugen eine Wechselspannung, insbesondere mit variabler Frequenz, und zum Beschälten der Antriebsmotoren zum Verlagern der Gleisbaumaschine entlang der Schienen aufweisen. Der Stromgenerator wird insbesondere von einem Verbrennungsmotor angetrieben. Zwischen den Abnehmern und der Oberleitung und/oder dem Stromgenerator ist vorzugsweise lediglich ein einzelner Umrichter, insbesondere der Bahngleichrichter, angeordnet. Die Versorgung der Abnehmer mit elektrischer Leistung ist somit besonders energieeffizient. Durch den Verzicht auf zusätzliche Umrichter kann die Gleisbaumaschine besonders wirtschaftlich hergestellt werden.
[0024] Eine Gleisbaumaschine nach Anspruch 11 ist besonders energieeffizient betreibbar. Der Gleichspannungskreis schließt sich vorzugsweise, insbesondere abnehmerseitig, an einen mit der Oberleitung und/oder dem Stromgenerator angeschlossenen Umrichter, insbesondere den Bahngleichrichter, an.
[0025] Eine Gleisbaumaschine nach Anspruch 12 ist besonders energieeffizient und wirtschaftlich betreibbar. Dadurch, dass die Spannung des Gleichspannungskreises höchstens 5 kV, insbesondere höchstens 3 kV, insbesondere höchstens 1,5 kV, insbesondere höchstens 1 kV, insbesondere 750 V beträgt, kann der mindestens eine Abnehmer, insbesondere der mindestens eine Abnehmer zum Bearbeiten der Gleisanlage und/oder der mindestens eine Energiespeicher, unmittelbar mit der Spannung des Gleichspannungskreises versorgt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN [0026] Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
[0027] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gleisbaumaschine mit einem Schienenwagen, einem auf dem Schienenwagen angeordneten Bahnumrichter und ein auf dem Schienenwagen angeordnetes, an den Bahnumrichter angeschlossenes Gleisbausystem, und [0028] Fig. 2 eine schematische Darstellung des Bahnumrichters und des Gleisbausystems in Fig. 1 im Detail, wobei das Gleisbausystem eine Schnittstellenvorrichtung mit einem Anschlussmittel und einer Verteilereinrichtung aufweist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN [0029] In der Fig. 1 ist eine Gleisbaumaschine 1 zum Bearbeiten einer Gleisanlage, insbesondere zum Verdichten einer Schotterbettung 2 der Gleisanlage, dargestellt. Die Gleisanlage umfasst zwei Schienen 3, welche über Schwellen 4 auf der Schotterbettung 2 aufliegen. Ferner umfasst die Gleisanlage eine Oberleitung 5 zur Stromversorgung der Gleisbaumaschine 1. Die an der Oberleitung 5 bereitgestellte Oberleitungsspannung beträgt 15 kV und hat eine Oberleitungsfrequenz von 16 2/3 Hz. Mit der Oberleitung 5 steht die Gleisbaumaschine 1 über einen Stromabnehmer 6 in elektrisch leitender Verbindung.
[0030] Die Gleisbaumaschine 1 umfasst einen Schienenwagen 7 zum Befahren der Schienen
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3. Der Schienenwagen 7 weist Antriebsmotoren 8 zum Verlagern der Gleisbaumaschine 1 auf den Schienen 3 auf. Die Antriebsmotoren 8 stehen in drehmomentübertragender Verbindung mit Laufrädern 9 des Schienenwagens 7.
[0031] Die Gleisbaumaschine 1 umfasst einen Bahnumrichter 10 zum Bereitstellen elektrischer Leistung, insbesondere zum Umrichten der Oberleitungsspannung in eine Umrichtergleichspannung. Ferner umfasst die Gleisbaumaschine 1 ein auf den Schienenwagen 7 angeordnetes und an den Bahnumrichter 10 angeschlossenes Gleisbausystem 11.
[0032] Der Bahnumrichter 10 steht mit dem Stromabnehmer 6 in elektrisch leitender Verbindung. Der Bahnumrichter 10 umfasst einen Bahngleichrichter 12 zum Umrichten bzw. Gleichrichten der Oberleitungsspannung in die Umrichtergleichspannung. Der Bahnumrichter 10 weist ferner einen Bahnwechselrichter 13 auf. Der Bahnwechselrichter 13 steht mit dem Bahngleichrichter 12 über einen Gleichspannungskreis 14 in elektrisch leitender Verbindung. Die an dem Gleichspannungskreis 14 anliegende Umrichtergleichspannung beträgt 750 V. Der Bahnwechselrichter 13 ist zum Beschälten der Antriebsmotoren 8 mit elektrischer Leistung ausgebildet. Zum Antrieb der als Drehstrom-Asynchronmaschinen ausgebildeten Antriebsmotoren 8 stellt der Bahnwechselrichter 13 eine Antriebswechselspannung bereit.
[0033] Die Gleisbaumaschine 1 weist ferner einen mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Stromgenerator 15 auf, welcher zum Bereitstellen einer Generatorspannung ausgebildet ist und mit dem Bahngleichrichter 12 in elektrisch leitender Verbindung steht. Der Stromgenerator 15 erlaubt den Betrieb der Gleisbaumaschine 1 bei fehlender Oberleitung 5 sowie bei fehlender Beschaltung der Oberleitung 5 mit der Oberleitungsspannung. Das Gleisbausystem 11 weist eine Schnittstellenvorrichtung 16 sowie mehrere an dem Schnittstellenvorrichtung 16 angeschlossene Abnehmer 17, 18, 19 auf. Die Abnehmer 17, 18 sind zum Bearbeiten der Gleisanlage ausgebildet. Der Abnehmer 17 ist ein Hydraulikantrieb eines Stopfaggregats 20 des Gleisbausystems 11. Der Abnehmer 18 ist als elektrischer Exzenterantrieb des Stopfaggregats 20 ausgebildet. Der Abnehmer 19 ist ein elektrochemischer Energiespeicher, insbesondere ein Lithium-Polymer-Akkumulator. Zwischen den Abnehmern 17, 18, 19 und der Schnittstellenvorrichtig 16 liegt jeweils ein als Abnehmerkreis 21 bezeichneter Stromkreis vor. Eine an dem Abnehmerstromkreis 21 anliegende Abnehmerspannung beträgt 750 V. In der Fig. 2 sind der Bahnumrichter 10 das Gleisbausystem 11 weiter im Detail dargestellt. Die Abnehmer 17, 18, 19 weisen Industrieumrichter 22 zum Wandeln der als Gleichspannung vorliegenden Abnehmerspannung in die jeweils benötigte Spannungsform auf. Die Industrieumrichter 22 umfassen einen Industrie-Überspannungsschutz zum Unterbrechen einer Stromzufuhr beim Überschreiten einer Grenzspannung.
[0034] Die Schnittstellenvorrichtung 16 weist eine Verteilereinrichtung 23 zum elektrischen Verbinden mit den Abnehmern 17, 18, 19 auf. Ferner umfasst die Schnittstellenvorrichtung 16 ein Anschlussmittel 24 zum elektrischen Verbinden der Verteilereinrichtung 23 mit dem Bahnumrichter 10, insbesondere mit dem Gleichspannungskreis 14.
[0035] Die Schnittstellenvorrichtung 16 weist eine Diode 25 auf. Über die Diode 25 ist die Verteilereinrichtung 23 mit dem Anschlussmittel 24 verbunden. Die Diode 25 ist zum gerichteten Stromleiten von dem Anschlussmittel 24 zu der Verteilereinrichtung 23 ausgebildet. Die Diode 25 ist als Halbleiterdiode ausgebildet.
[0036] Die Schnittstellenvorrichtung 16 weist eine Glättungseinheit 26 zum Glätten von Spannungsschwankungen an der Verteilereinrichtung 23, insbesondere zwischen der Diode 25 und der Verteilereinrichtung 23, auf. Die Glättungseinheit 26 umfasst zum Glätten der Spannungsschwankungen eine Drossel, einen Kondensator und/oder einen ohmschen Widerstand. Insbesondere ist die Glättungseinheit 26 dazu ausgebildet, einen etwaig ausgebildeten elektrischen Schwingkreis zwischen dem Anschlussmittel 24 und den Abnehmern 17, 18, 19 derart zu regeln bzw. zu dämpf en, dass Spannungsspitzen möglichst verhindert werden.
[0037] Die Schnittstellenvorrichtung 16 umfasst einen Überspannungsschutz 27. Der Überspannungsschutz 27 ist zum Begrenzen einer maximalen Spannung an der Verteilereinrichtung 23
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AT 521 386 B1 2020-01-15 österreichisches patentamt auf eine Versorgungs-Grenzspannung ausgebildet. Der Überspannungsschutz 27 umfasst einen Widerstand zum Wandeln elektrischer Leistung in thermische Leistung. Ferner umfasst der Überspannungsschutz 27 einen Chopper.
[0038] Der Bahnumrichter 10 weist einen Bahn-Überspannungsschutz 28 auf. Der BahnÜberspannungsschutz 28 ist dazu ausgebildet, die Umrichtergleichspannung auf eine Umrichter-Grenzspannung zu begrenzen. Der Überspannungsschutz 27 ist derart ausgebildet, dass die Versorgungs- Grenzspannung höher ist als die Umrichter-Grenzspannung.
[0039] Die Funktionsweise der Gleisbaumaschine 1 bzw. des Gleisbausystems 11 bzw. der Schnittstellenvorrichtung 16 zum Versorgen der Abnehmer 17, 18, 19 mit elektrischer Leistung aus dem Bahnumrichter 10 ist wie folgt:
[0040] Die Gleisbaumaschine 1 befindet sich auf den Schienen 3 der Gleisanlage. Der Stromabnehmer 6 steht in elektrisch leitender Verbindung mit der Oberleitung 5.
[0041] Die Gleisbaumaschine 1 wird entlang der Schienen 3 verlagert. Hierzu wird die Oberleitungsspannung in dem Bahnumrichter 10, insbesondere in dem Bahngleichrichter 12 in die Umrichtergleichspannung gewandelt. Der Bahnwechselrichter 13 wird über den Gleichspannungskreis 14 mit der Umrichtergleichspannung mit elektrischer Leistung versorgt. Der Bahnwechselrichter 13 wandelt die Umrichtergleichspannung in die Antriebswechselspannung. Die an den Antriebsmotoren 8 bereitgestellte Antriebswechselspannung bewirkt einen Antrieb der Laufräder 9. Die Gleisbaumaschine 1 wird beschleunigt und entlang der Schienen 3 verlagert. Die Gleisbaumaschine 1 wird zu dem Ort verlagert, an dem eine Bearbeitung der Gleisanlage, insbesondere eine Verdichtung der Schotterbettung 2 vorgenommen werden soll. Die Antriebsmotoren 8 werden deaktiviert. Hierzu unterbricht eine Antriebssteuerung die Versorgung der Antriebsmotoren 8 mit der Antriebswechselspannung.
[0042] Über das Anschlussmittel 24 wird elektrische Leistung zu der Diode 25 geleitet. Die Diode 25 gewährleistet eine gerichtete Stromleitung von dem Anschlussmittel 24 in Richtung der Verteilereinrichtung 23. Die mit der Diode 25 stromleitend verbundene Glättungseinheit 26 glättet Spannungsspitzen, welche insbesondere aus dem Gleichrichten in dem Bahngleichrichter 12 resultieren. Die an dem Überspannungsschutz 27 anliegende Spannung ist geringer als die Versorgungs-Grenzspannung. Über den Überspannungsschutz 27 ist die Verteilereinrichtung 23 stromleitend mit der Glättungseinheit 26 verbunden. Die elektrische Leistung wird über die Verteilereinrichtung 23 über die Abnehmerkreise 21 zu den Abnehmern 17, 18, 19 geleitet.
[0043] Eine nicht dargestellte Stopfaggregat-Steuerung steuert die Beschaltung des Hydraulikantriebs 17 und des Exzenterantriebs 18 mit elektrischer Leistung. Die Industrieumrichter 22 wandeln die an der Verteilereinrichtung 23 anliegende Versorgungs-Gleichspannung zum Betreiben je eines Elektromotors des Hydraulikantriebs 17 und des Exzenterantriebs 18 in die benötigte Spannungsform. Ferner wird der Energiespeicher 19 über den Industrieumrichter 22 und den Abnehmerkreis 21 geladen. Mittels des Stopfaggregats 20 wird die Schotterbettung 2 verdichtet.
[0044] In dem Gleichspannungskreis 14 kann es bedingt durch Schwankungen der Oberleitungsspannung und/oder aufgrund einer Rückwirkung von den Antriebsmotoren 8 zu Spannungsspitzen kommen. Wird eine Umrichter-Grenzspannung im Bereich des Gleichspannungskreises 14 überschritten, so gewährleistet der Bahn-Überspannungsschutz 28 eine Reduktion der Umrichter-Grenzspannung. Der Bahn-Überspannungsschutz 28 wandelt elektrische Energie mittels eines Widerstands in thermische Energie. Überschüssige elektrische Energie wird in Form von thermischer Energie aus dem Gleichspannungskreis 14 abgeführt.
[0045] Eine Einwirkung von Spannungsspitzen im Bereich der Abnehmerkreise 21 auf den Gleichspannungskreis 14 wird durch die Diode 25 verhindert. Überschreitet eine in der Verteilereinrichtung 23 anliegende Spannung die Versorgungs-Grenzspannung, so wird mittels des Überspannungsschutzes 27, insbesondere mittels des Widerstands, elektrische Energie in thermische Energie gewandelt und somit aus dem Stromkreis entfernt. Die Spannung in dem Stromkreis wird somit zuverlässig gesenkt. Elektrische Energie wird mittels eines Widerstands
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AT 521 386 B1 2020-01-15 österreichisches patentamt des Überspannungsschutzes 27 in thermische Energie gewandelt. Eine Beschädigung der Abnehmer 17, 18, 19, insbesondere der Industrieumrichter 22, wird somit zuverlässig verhindert.
[0046] Bei einer Unterbrechung der Energieversorgung über den Gleichspannungskreis 14 kann der Energiespeicher 19 zur Versorgung der Abnehmer 17, 18 eingesetzt werden. Insbesondere kann der Energiespeicher 19 zum Versorgen der Abnehmer 17, 18 verwendet werden, wenn keine Oberleitung 5 zum Versorgen der Gleisbaumaschine 1 mit elektrischer Leistung zur Verfügung steht.
[0047] Dadurch, dass die Schnittstellenvorrichtung 16 an dem Gleichspannungskreis 14 des Bahnumrichters 10 angeschlossen ist, kann eine Versorgung der Abnehmer 17, 18, 19 mit elektrischer Leistung besonders energieeffizient erfolgen. Die Bereitstellung der VersorgungsGleichspannung an den Abnehmern 17, 18, 19 macht den Zwischenschritt eines Wechselrichtens der Versorgungs-Gleichspannung in dem Bahnwechselrichter 13 zur Versorgung der Abnehmer 17, 18, 19 überflüssig. Das Gleisbausystem 11 ist aufgrund der Vermeidung zusätzlicher Umrichter besonders wirtschaftlich herstellbar. Die Bearbeitung der Gleisanlage mittels der Gleisbaumaschine 1 kann insgesamt besonders effizient und wirtschaftlich erfolgen.

Claims (12)

  1. Patentansprüche
    1. Schnittstellenvorrichtung zum Versorgen mehrerer Abnehmer mit elektrischer Leistung aus einem Bahnumrichter einer Gleisbaumaschine, aufweisend
    - ein Anschlussmittel (24) zum elektrischen Verbinden mit einem Gleichspannungskreis (14) des Bahnumrichters (10) und
    - eine mit dem Anschlussmittel (24) elektrisch verbundene Verteilereinrichtung (23) zum Anschließen der mehreren Abnehmer (17, 18, 19).
  2. 2. Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel (24) und die Verteilereinrichtung (23) über eine Diode (25) stromleitend verbunden sind, zur gerichteten Stromleitung von dem Anschlussmittel (24) zu der Verteilereinrichtung (23).
  3. 3. Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Glättungseinheit (26) zum Glätten von Spannungsschwankungen an der Verteilereinrichtung (23) und/oder an dem Anschlussmittel (24).
  4. 4. Schnittstellenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Überspannungsschutz (27) zum Begrenzen einer maximalen Spannung auf eine Versorgungs-Grenzspannung.
  5. 5. Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsschutz (27) derart ausgebildet ist, dass die Versorgungs- Grenzspannung höher ist als eine durch einen Bahn-Überspannungsschutz (28) des Bahnumrichters (10) begrenzte maximale Spannung an dem Anschlussmittel (24).
  6. 6. Gleisbausystem, aufweisend
    - eine Schnittstellenvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und
    - mindestens einen an die Schnittstellenvorrichtung (16) angeschlossenen Abnehmer (17, 18, 19).
  7. 7. Gleisbausystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Abnehmer (17, 18, 19) zum Bearbeiten einer Gleisanlage ausgebildet ist.
  8. 8. Gleisbausystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Abnehmer (17, 18, 19) als Energiespeicher (19) ausgebildet ist.
  9. 9. Gleisbausystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abnehmer (17, 18, 19) einen Industrieumrichter (22) aufweist.
  10. 10. Gleisbaumaschine, aufweisend
    - einen Schienenwagen (7) zum Befahren von Schienen (3),
    - einen auf dem Schienenwagen (7) angeordneten Bahnumrichter (10) zum Bereitstellen elektrischer Leistung und
    - ein auf dem Schienenwagen (7) angeordnetes und an dem Bahnumrichter (10) angeschlossenes Gleisbausystem (11) nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
  11. 11. Gleisbaumaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnumrichter (10) einen Gleichspannungskreis (14) aufweist, an dem die Schnittstellenvorrichtung (16) angeschlossen ist.
  12. 12. Gleisbaumaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung des Gleichspannungskreises (14) höchstens 5 kV beträgt.
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