DD239165A1 - Mehrsystem-e-lok fuer schwere zugeinheiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Lokomotiven welche grosse Hakenlasten bei unterschiedlichen Netzen zu bewaeltigen haben. Waehrend das Ziel ist, Kosten einzusparen, besteht die Aufgabe darin, bei Gleichspannung erhoehte Zugkraefte zu entwickeln. Die Loesung besteht darin, die Antriebe von zwei Lokomotiven jeweils wahlweise in Reihe, parallel oder/und in Gruppen an das Fahrleitungsnetz und gegen Erde zu schalten, wodurch vorteilhafte Anpassungen an die unterschiedlichen Spannungen moeglich sind. Die Anwendung erfolgt besonders bei Kohletransporten von Tagebauen zu den Grossabnehmern. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Mehrsystem-E-Lok für schwere Zugeinheiten, vor allem bei großen Steigungen in Tagebauausfahrten, in Verbindung mit unterschiedlichen Spannungssystemen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Erhöhung der Anhänge- bzw. Zuglasten von Elektrolokomotiven, werden für besondere Steigungsstrecken z. B. in Braunkohlentagebauen mehrere Lokomotiven mechanisch gekuppelt und mit Steuerleitung über einen gemeinsamen Fahrerstand die Doppellok gefahren.

Die maximal mögliche Anhängelast in Steilstrecken, wird noch dadurch eingeschränkt, daß die entwickelte Zugkraft der Lokomotive über die Kuppeleinrichtungen zwischen E-Lok und Wagen nicht voll übertragen werden kann.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß Lastkippfahrzeuge zusätzlich mit Fahrmotoren ausgerüstet und durch die Führungslokomotive gesteuert werden. Bei der Doppelloktraktion ist nachteilig, daß man prinzipiell auf einheitliche Motoranordnung in gleichartiger Spannungsform, Leistung und mechanischen Aufbau der Achsantriebe angewiesen ist. Diese Regelung ist praktikabel in einheitlichem Spannungssystem bzw. bei gleicher Traktion.

In unterschiedlichen Spannungsbereichen und -arten, wie sie zwischen Industrie- und Staatsbahnen häufig vorkommen, ist eine derartige Lösung mit Doppellok unrationell. In diesen Anwendungsgebieten ist neben einer Doppellok zur Überwindung des extrem hohen Steigungsverhältnisses ein zusätzlicher Traktionswechsel erforderlich. Damit sind erhebliche Neben- und Verlustzeiten in Kauf zu nehmen. Darüber hinaus ist eine doppelte Anzahl von Lokomotiven im Tagebau erforderlich, die einen hohen Anlagenwert darstellen.

Als weitere Möglichkeit in Steigungsstrecken wird, wenn kein Doppellok-Einsatz möglich ist, die Anhängelast reduziert, was ebenfalls zu ökonomischen Verlusten führt und eine zusätzliche Streckenbelastung in der Fahrbelegung darstellt. In besonderen Fällen, wurden Leistungsverluste im Transportaufkommen in Kauf genommen, wodurch Grenzen im Leistungsfahrbetrieb gegeben sind. Bei Verlassen eines bestimmten Fahrdrahtspannungsabschnittes durch die Zugeinheit, ist ein Traktionswechsel erforderlich, wobei im Regelfall eine Auslastung der E-Lok nicht gegeben ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Mehrsystem-E-Lok für schwere Zugeinheiten zu schaffen, die es ermöglicht, die Anhängelasten bei Verkürzung der Umlaufzeiten von Zugeinheiten zu erhöhen und die Transportkosten zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Mehrsystem-E-Lok für schwere Zugeinheiten zu entwickeln, welche bei Gleichspannung von Industrienetzen eine erhöhte Zugkraft aufweist und auch im Wechselspannungsbereich von Staatsbahnen verkehren kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei Mehrsystemlokomotiven oder eine Wechselstrom lokomotive mit Kommutatormotoren und eine Gleichstromlokomotive als Verband miteinander mechanisch und elektrisch derart gekuppelt werden, daß die spannungsfesten Gleichstrommotoren im Gleichstromnetz mit den Wechselstrommotoren in Reihe geschaltet sind, bzw. parallele Gruppen von Motoren in Reihenschaltung verknüpft sind.

Vorteilhaft sind zwischen den beiden Lokomotiven alle bzw. ein Teil der Waggons angeordnet, um die Hakenlasten zu verringern.

Im Gleichstromnetz sind die Gleichstrommotoren immerzuerst vor den Wechselstrommotoren einzeln oder in Gruppen in Reihe geschaltet, um die hohen Spannungen abzubauen, welche im 2,4KV bzw. 1,2 KV-Gleichspannungsnetz vorhanden sind.

Bei zwei gekuppelten MehrsystemIoks wird der Gleichstrom zuerst zu den Gleichstrommotoren der einen Lok, dann in Reihe zu den Gleichstrommotoren der anderen Lok, anschließend in Reihe zu allen anderen Wechselstrommotoren geschaltet.

Dabei können parallele Gruppen von Gleichstrommotoren gebildet werden.

Zur Überwindung von Steigungsstrecken mit max. möglicher Anhängelast werden für verschiedene Fahrdrahtspannungen im Transportablauf zwei Mehrbereichslokomotiven als E-Lok-Verband bzw. eine Wechselstrom- und Gleichstromlokomotive in der Form mechanisch und elektrisch gekuppelt, daß die beiden Lokomotiven im Zugverband zwischen den Wagen getrennt angeordnet, aber elektrisch über Kuppelverbindungen zu einem mechanischen, elektrischen Differential zusammengeschaltet und alle Fahrmotoren mit Gleichstrom betrieben werden.

Im Steigungsabschnitt wird die E-Lok-Kombination so geschaltet, daß alle Motoren ihr maximales Drehmoment abgeben und damit die maximale Zugkraft.

Die Anpassung des maximalen Drehmoments der Fahrmotoren auf die Antriebsräder, erfolgt zum einen durch geeignete Schaltungen der Fahrmotoren zu Parallel- und Reihenschaltung und zum anderen durch geeignete Anpassung der Motorendrehzahl und der Getriebeübersetzung sowie der Treibraddurchmesser. Die Auslegung der mechanischen Übertragungselemente erfolgt ebenfalls nach der Spannungsfestigkeit der Fahrmotoren und der maximalen zulässigen Gesamtgeschwindigkeit des E-Lok-Verbandes. Durch geeignete Kombination der mechanischen und elektrischen Größen der Gleich- und Wechselstromfahrmotoren, erzielt der Kombinations-E-Lokverband hohe Gebrauchswerteigenschaften für mehr mögliche Betriebsspannungen im Gleich- und Wechselstrombereich.

Nach Überwindung der Steilstrecken, kann der Lokverband auf die zweite Systemspannung umgeschaltet werden₍ohne das die

Zugeinheit getrennt werden muß. Ferner besteht die Möglichkeit, beide Lokomotivsysteme mit einem Teil des Zugverbandes zu trennen um so jede Einheit nur in einem ihr zugeordneten Spannungsbereich zu betreiben. Die elektrische und mechanische Kupplung kann durch geeignete Steckverbindungen und Umschalteinrichtungen gewährleistet werden. Durch die Kombination der Anordnung der elektrischen Parallelschaltung der spannungsfesten Gleichstromfahrmotoren mit den in Reihe geschalteten Wechselstromfahrmotoren wurden durch den mechanischen Aufbau in Drehgestellen der Unterwagen sowie der einzelnen Getriebeübersetzungen zwischen den Gleich- bzw. Wechselstromfahrmotoren so angeordnet, daß zum einen die Drehmomente aller Fahrmotoren ca. gleich groß sind. Die Gleichstromfahrmotoren entwickeln ihr max. Moment vom Gesamtstrom von I gegenüber den Wechselstromfahrmotoren. Alle Fahrmotoren wurden über Getriebe und Treibräder mit der Schiene fest miteinander verbunden. Durch geeignete Dimensionierung der Getriebeübersetzung zwischen Fahrmotor und Treibrad werden die Motordrehzahlen so gewählt, daß Spannungsteilung zwischen den Gleich- und Wechselstromfahrmotoren im direkten Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Spannungsbeaufschlagung erfolgt. Entsprechend der elektrischen Anordnung geben alle Fahrmotoren bei Nennleistung ihr max. Drehmoment ab. Die Spannungsverteilung auf die einzelnen Gleich- und Wechselstromfahrmotoren ist eine Funktion der Getriebeübersetzung und der Drehmomente.

Die Fahrgeschwindigkeit der Lokomotive bei Nenndrehmoment ist proportional der Gesamtmotorspannung bzw. Motorteilspannung.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden folgende Bedingungen erfüllt:

1. Alle Motordrehmomente bei Nennleistung und Nenndrehzahl sind gleich.

2. Alle Fahrmotoren wurden mechanisch fest über Treibräder, Getriebe und die Fahrschiene verbunden (stabiles Differential).

3. Die Motorteilspannungen sind direkt proportional der Motordrehzahlen. Die Motordrehzahl ist direkt proportional der Getriebeübersetzung und dem Treibraddurchmesser.

4. Der Spannungsabbau wird so vorgenommen, daß zunächst die spannungsfesten Motoren gegen das Erdpotential geschaltet werden.

5. Die Wechselstrommotoren mit niedrigen Isolationswerten gegen das Erdpotential werden nach Abbau zu hoher Spannungsbeaufschlagung mit zulässigen Teilspannungen beauflagt.

Ausführungsbeispiel

Figur 1

Die beiden Elektrolokomotiven 1 und 2 sind als Mehrsystemloks ausgebildet und wurden über eine Wagenzugeinheit 3 mit „n" mechanischen Kupplungen zwischen den Punkten 4 und 5 miteinander verbunden. Über die Stromabnehmer 6 wird die Fahrdrahtspannung von der Fahrleitung 7 auf die gemeinsame Verteilerschiene 8 übertragen. Entsprechend der Vorwahlspannung wird für Gleichstrom der Schalter 9 zugeschaltet und die Gleichstromfahrmotoren 50,60 parallel und über die Kuppelverbindungen zwischen den Anschlußpunkten 13 und 14zu den parallel geschalteten Gleichstromfahrmotoren 90,100, 110,120 elektrische Kuppelverbindungen zwischen 15,16 und den Wechselstromfahrmotoren 40,30, 20,10 zur Fahrschiene 17 angeschlossen.

Mittels der Steuereinheiten 18 und 19 verbunden über die Kuppeleinheit 23-24 erfolgt die Umsteuerung der Fahrmotorengruppenschaltung auf die jeweilige Fahrdrahtspannung.

Die Antriebsachsen 12-42,92-122 der Wechselstromfahrmotoren 10-40,90-120 werden mittels Getriebe 11-41,91-121 über die Fahrschiene 17 verbunden. Ebenfalls werden die Antriebsachsen 52-82 der Gleichstromfahrmotoren 50-80 mit den Getrieben 51-81 über die Fahrschiene 17 verbunden. Die Übersetzungsverhältnisse der Getriebe 11-41,91-121 und 51-81 sowie die Durchmesser der Antriebsräder 12-42,92-122 und 52-82 werden dem Drehzahl-, Drehmomenten- und Spannungsverhalten der Fahrmotoren 10-120 angepaßt. Die Steuereinheiten 18/19 können jeweils getrennt für Einzelfahrweise der Lokomotive 1 und 2 gesteuert werden.

Figur 2

Die Schaltungsanordnung sieht wahlweise die Möglichkeit der getrennten Fahrweise z. B. mit Wechselstrom vor. Von der

Gleichstromschalters 9 zugeschaltet. Mit dem Schalttransformator 27 bzw. 28 wird den Wechselstromfahrmotoren 10,20,30,40 die erforderliche Motorenspannung geschaltet und mit Fahrschiene 17 verbunden. Mittels der Steuereinheit 18 und 19 erfolgt die Gruppenumschaltung und die Gleichstromfahrmotoren 50,60 werden hierbei vollkomen getrennt. Analog kann die Lokomotive2 geschaltet werden.

Figur 3

In Steigungsstrecken,z.B. im Tagebau, wo mit Gleichstrom gefahren werden muß, kann eine Wechselstromlokomotive 1 mit

einer Gleichstromlokomotive 2 über eine Wagenzugeinheit 3 mechanisch und elektrisch gekuppelt werden.

Im Gleichstrombereich wird von der Fahrleitung 7 über den Stromabnehmer 5, dem Leistungsschalter 29 die

Gleichstromfahrmotoren 70,80 in Parallelschaltung mit dem parallel geschalteten Gleichstromfahrmotoren 50,60 in Reihe über die Kuppelverbindungen zwischen den Punkten 14,13 mit den Wechselstromfahrmotoren 10-40 zur Fahrschiene 17

geschaltet.

Durch elektrische Verknüpfungen der Steuereinheiten 18,19 wird ausgeschlossen, daß ein Zuschalten des

Wechselstromschalters 25 möglich ist.

Nach Überwindung der Steigungsstrecke, kann dann auch je nach Art der Fahrdrahtspannung, die Lokomotive 1 bzw. 2 elektrisch und/oder mechanisch getrennt gefahren werden.

Claims (2)

Erfindungsanspruch:

1. Mehrsystem-E-Lok für schwere Zugeinheiten unter Verwendung von zwei im Zugverband fahrenden Mehrsystemloks oder einer Wechselstrom- und einer Gleichstromlokomotive, dadurch gekennzeichnet, daß im Gleichstromnetz die spannungsfesten Gleichstrommotoren (50), (60), (70) und/oder (80) mit den Wechselstrommotoren (10) bis (40) und/oder (90) bis (120) in Reihe geschaltet sind, wobei die Gleichstrommotoren (50) und (60) bzw. (70) und (80) zu parallelen Gruppen zusammenschaltbar sind und immer in der Reihe zuerst gegen das Erdpotential angeordnet sind.

2. Mehrsystem-E-Lok nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen E-Lok (1) und E-Lok (2) eine Wagenzugeinheit (3) vorgesehen ist und elektrische Verbindungskupplungen (13) und (14), (15) und (16) sowie (23) und (24) zur Stromübertragung angeordnet sind.