DE102004018521A1

DE102004018521A1 - Doppelte Isolation für eine elektrische Antriebsmaschine eines fahrdrahtgebundenen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102004018521A1
Application number: DE200410018521
Authority: DE
Inventors: Uwe Mühlberger; Andreas Dr. Lange
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-11-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug, umfassend DOLLAR A - wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine; DOLLAR A - einen Stromabnehmer mit wenigstens einem Hin- und Rückleiter; DOLLAR A - der Stromabnehmer steht in einem lösbaren elektrischen Kontakt mit wenigstens zwei im Wesentlichen ortsfesten Fahrdrähten, wobei der Rückleiter des Stromabnehmers wenigstens einem Fahrdraht zugeordnet ist, der auf einem erdgebundenen Spannungspotential liegt; DOLLAR A - spannungstragende Teile, die zwischen dem Stromabnehmer und der elektrischen Antriebsmaschine und/oder im Inneren der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sind; DOLLAR A - dadurch gekennzeichnet, dass DOLLAR A - die elektrische Isolation der spannungstragenden Teile wenigstens in Teilbereichen als doppelte Isolation ausgebildet ist, umfassend eine erste elektrische Isolation, eine zweite elektrische Isolation und eine elektrisch leitfähige Zwischenschicht zwischen der ersten elektrischen Isolation und der zweiten elektrischen Isolation.

Description

Die Erfindung betrifft eine doppelte Isolation für eine elektrische Antriebsmaschine eines fahrdrahtgebundenen Fahrzeugs, welches elektrische Energie mittels eines Stromabnehmers von einem Fahrdraht aufnimmt.
Fahrzeuge, die mit einem Stromabnehmer auf eine Oberleitung zugreifen, können beispielsweise Schienenfahrzeuge oder elektrisch betriebene Trolli-Busse sein. Gebräuchliche Oberleitungssysteme bestehen hierbei wenigstens aus zwei Fahrdrähten, wobei ein erster Fahrdraht auf dem Speisespannungspotential für die elektrische Antriebsmaschine und ein zweiter Fahrdraht auf einem erdgebundenem Massepotential liegt. Hierbei ist es auch möglich, das Speisepotential und das Erdungspotential auf mehr als zwei Fahrdrähte zu verteilen. Ferner ist es möglich, die Fahrdrähte anstatt in Oberleitungen, welche sich oberhalb des Schienenfahrzeugs bzw. des Trolli-Busses befinden, auch unterhalb des Fahrzeugs anzuordnen. Eine solche Unterflurführung der Fahrdrähte ist jedoch aufgrund der daraus entstehenden Notwendigkeit einer speziellen Trassenausbildung weniger gebräuchlich.
Eine der Schwierigkeiten bei Fahrzeugen, welche mittels eines Stromabnehmers auf einen Fahrdraht zugreifen, ist, dass während des Betriebs nicht immer ein hinreichender elektrischer Kontakt zwischen dem Stromabnehmer und dem Fahrdraht garantiert werden kann. Solche meist kurzzeitigen Unterbrechungen des elektrischen Kontakts können dann problematisch sein, wenn aufgrund eines Isolationsfehlers in der Spannungszuführung zwischen dem Stromabnehmer und der elektrischen Antriebsmaschine Teile des Fahrzeugs, welche unter normalen Betriebszuständen spannungsfrei sind, auf ein erhöhtes Potential und insbesondere auf das Potential des Fahrdrahtes gesetzt werden. Ein solcher Isolationsfehler kann mit oder ohne Überstrom entstehen und stellt für die Insassen des Fahrzeugs eine besondere Gefährdung dar. Aus diesem Grund müssen Sicherheitsmaßnahmen für den Fall des Auftretens einer solchen Störung im Fahrzeug vorgesehen sein.
Nach dem Stand der Technik ist eine Stromsicherung vorgesehen, welche ausgelöst wird, wenn ein Stromfluss aufgrund eines fehlerhaft erhöhten Potentials an einem ansonst spannungsfreien Teil des Fahrzeugs gegenüber dem auf dem Erdungspotential befindlichen Fahrdraht auftritt. Dies setzt jedoch voraus, dass zu jeder Zeit ein hinreichender Kontakt zwischen dem Rückleiter des Stromabnehmers und dem auf dem Erdpotential befindlichen Fahrdraht besteht. Wie voranstehend beschrieben, kann ein solchermaßen hinreichender Kontakt jedoch nicht für jede Fahrsituation gewährleistet werden.
Zur Überwindung dieses Sicherheitsproblems wird daher üblicherweise die gesamte elektrische Antriebsmaschine für ein Fahrzeug, welches über einen Stromabnehmer mit elektrischer Energie versorgt wird, von den restlichen Teilen des Fahrzeugs elektrisch isoliert. Neben dem dafür notwendigen konstruktionsbedingten Aufwand, etwa eine Umhüllung aus einem nichtmetallischen Material sowie nichtmetallische Verbindung zum Fahrzeugchassis, ist insbesondere nachteilig, dass auch die Abtriebsverbindung der elektrischer Antriebsmaschine vom restlichen Antriebsstrang elektrisch isoliert werden muss. Dies gelingt nur, wenn hierfür eine Isolierkupplung verwendet wird, welche insbesondere bei den üblicherweise hohen Traktionsmomenten für derartige Fahrzeuge eine groß- und schwerbauende Einheit darstellt. Darüber hinaus darf die elektrische Antriebsmaschine keinerlei elektrische Verbindung zum restlichen Teil des Fahrzeugs aufweisen. Dies hat z. B. zur Folge, dass anstatt einer Wasserkühlung eine weniger effiziente Luftkühlung zwingend notwendig ist. Hieraus folgt, dass aufgrund der begrenzten Effizienz des Kühlsystems auch die mögliche Leistung der elektrischen Antriebsmaschine begrenzt ist. Ferner sind Antriebsmaschinen mit Wasserkühlung weit verbreitet und befinden sich daher auf einem hohen technischen Entwicklungsstand. Luftgekühlte Antriebssysteme sind daher Speziallösungen, womit ein erhöhter entwicklungstechnischer Aufwand verbunden ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung einer Komplettkapselung der elektrischen Antriebseinheit besteht darin, dass auf diese Art und Weise großbauende Antriebsmaschinen entstehen, die wegen der zusätzlich nötigen elektrischen Isolation beispielsweise nicht platzsparend unter einer Sitzreihe des Fahrzeugs untergebracht werden können.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die voranstehend genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und eine elektrische Antriebsmaschine, welche mittels eines Stromabnehmers über einen Fahrdraht mit elektrischer Energie versorgt wird, anzugeben, die nicht notwendigerweise vollständig vom restlichen Fahrzeug elektrisch isoliert werden muss und dennoch gleichzeitig ein Sicherheitssystem gegen Isolationsfehler aufweist. Das Sicherheitssystem sollte sich durch konstruktive Einfachheit sowie die Möglichkeit zur Integration in bisherige Antriebssysteme für fahrdrahtgebundene Fahrzeuge auszeichnen.
Zur Lösung der Aufgabe haben die Erfinder erkannt, dass dann das Auftreten eines Isolationsfehlers besonders sicher detektiert werden kann, wenn Teile der Spannungszuführung und vorteilhafterweise wesentliche Teile und besonders bevorzugt die gesamte Spannungszuführung von einer elektrisch leitfähigen Zwischenschicht umgeben ist, welche sowohl gegenüber dem spannungstragenden Teilen der Spannungszuführung wie auch gegen den spannungsfrei zu haltenden Teils des Fahrzeugs elektrisch isoliert ist. Erfindungsgemäß umfasst die Spannungszuführung eine doppelte elektrische Isolation mit einer zwischengeschalteten elektrisch leitfähigen Zwischenschicht. Hierbei wird in der vorliegenden Anmeldung jener Teil der elektrischen Isolation, der die elektrisch leitfähige Zwischenschicht von den spannungstragenden Teilen der Spannungszuführung trennt, als erste elektrische Isolation bezeichnet. Entsprechend wird im Folgenden der Ausdruck „zweite elektrische Isolation" für die Isolation der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht zum Außenbereich des Fahrzeugs verwendet.
Tritt nun aufgrund eines Isolationsfehlers eine Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht und den spannungstragenden Teilen der Spannungszuführung auf, d. h. ein Fehler in der ersten elektrischen Isolation, so wird die elektrisch leitfähige Zwischenschicht das entsprechende Spannungspotential des zugeordneten Fahrdrahtes annehmen und es kann eine Spannungsunterbrechung ausgelöst werden. Hierzu können Mittel zur Spannungsunterbrechung zwischen dem Stromabnehmer und dem Fahrdraht bzw. vorteilhafterweise zwischen dem Stromabnehmer und der Spannungszuführung vorgesehen sein. Durch ein solches Auslösen der Sicherheitsfunktion aufgrund der Spannungsüberwachung der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht ist es vielfach möglich, dass der Isolationsfehler noch nicht ganz bis zu den spannungsfreien Bereichen des Fahrzeugs durchgreift und somit jederzeit gewährleistet ist, dass insbesondere der möglicherweise von Mitfahrern berührte Teil des Fahrzeugs spannungsfrei bleibt.
Für den Fall, dass die Schädigung der Isolation der Spannungszuführung von einem Außenbereich des Isolationsmaterials ausgeht, d. h. die zweite elektrische Isolation betrifft, so ist es möglich, die entstehende Fehlstellenbildung wiederum durch eine Messung an der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht zu detektieren. Besteht aufgrund der Fehlstelle eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den spannungsfrei zu haltenden Bereichen des Fahrzeugs und der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht, so ist dies über eine Widerstandsmessung bestimmbar. Ferner ist es denkbar, die elektrisch leitfähige Zwischenschicht auf ein bestimmtes Potential zu setzen, wobei die Quelle für die Speisespannung so dimensioniert wird, dass kein Sicherheitsproblem im Fall einer fehlerhaften Außenisolation auftritt. Entstehen nun leitende Verbindungen zwischen den Außenbereichen und der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht, so kann dies durch einen entsprechenden Spannungsabfall bis weitestgehend auf das Erdungspotential des Außenbereichs detektiert werden.
Die erfindungsgemäße Idee einer elektrisch leitfähigen Zwischenschicht in der Isolation kann neben der Spannungszuführung auch für weitere spannungstragende Teile einer elektrischen Antriebsmaschine eines fahrdrahtgebundenen Fahrzeugs angewandt werden. Ein Beispiel ist die Anbringung einer elektrisch leitfähigen Zwischenschicht in der elektrischen Isolation der Wicklungsleiter und hierbei insbesondere in der äußeren Isolation der von den geblechten Statorzahnpaketen begrenzten Wicklungsleiter.
Ferner ist es vorteilhaft, an verschiedenen Bereichen der Spannungszuführung bzw. den spannungstragenden Teilen der elektrischen Antriebsmaschine galvanisch getrennte elektrisch leitfähige Zwischenschichten in der Isolation anzubringen. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass beim Austreten einer schadhaften Stelle in der Isolation zugleich die Auffindung des Schadensorts vereinfacht wird. In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar mehrere elektrisch nicht verbundene leitfähige Zwischenschichten überlappend, d.h. in mehreren aufeinanderfolgenden Schichten anzuordnen, wodurch ein noch besserer Schutz des spannungsfrei zu haltenden Bereichs des Fahrzeugs gewährleistet wird.
Gleichwohl ist auch eine einzige, ausgedehnte elektrischen Zwischenschicht in der elektrischen Isolation von Vorteil. Hierfür spricht die einfache und ohne eine zeitliche Verzögerung realisierbare Überwachung des Spannungspotentials der einheitlichen, elektrisch leitfähigen Zwischenschicht in Verbindung mit dem Sicherheitssystem für die Spannungsunterbrechung im Falle einer Beschädigung der Isolation. In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann eine solchermaßen einheitliche, elektrisch leitfähigen Zwischenschicht mit weiteren hiervon galvanisch getrennten und lokalen angebrachten elektrisch leitfähige Zwischenschichten, welche die einheitliche, elektrisch leitfähigen Zwischenschicht überlagern, zu einem Gesamtsystem für die Sicherheitsabschirmung der spannungstragenden Komponenten verbunden werden.
Besonders bevorzugt wird eine elektrisch leitfähige Zwischenschicht für die gesamte elektrische Isolation vom Stromabnehmer bis in die elektrische Antriebsmaschine hinein. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Zwischenschicht bis zu den Wicklungen der elektrischen Antriebsmaschine geführt werden, beispielsweise können auch die Blechpakete der elektrischen Antriebsmaschine ganz oder zum Teil mit der Zwischenschicht in leitender Verbindung stehen. Bei einer solchen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass beim Ausfall der ersten elektrischen Isolation zwischen den spannungsführenden Teilen und der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht das Fahrzeug weiterhin fahrbereit ist, solange die zweite elektrische Isolation, welche die elektrisch leitfähige Zwischenschicht nach außen abschließt, intakt bleibt. Das Fahrzeug fällt damit nicht vollständig aus und kann mit Eigenantrieb zur Inspektion gebracht werden. Zu keiner Zeit besteht die Gefahr, dass der Fahrzeuginnenraum auf ein gefährliches Spannungspotential gesetzt wird. Aus diesem Grund kann auf zusätzliche Maßnahmen zur elektrischen Isolation der Antriebsmaschine zum Fahrzeuginnenraum verzichtet werden.
Im Folgenden wird die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Idee anhand einer Figur für den Fall der Verwendung einer Transversalflussmaschine (TFM) als elektrische Antriebsmaschine für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug dargestellt:
1 zeigt einen Axialschnitt eine erfindungsgemäß gestaltete Spannungszuführung sowie eine erfindungsgemäß ausgeführte doppelte Isolation der Nutwandungen und der Statorzahnpakete einer Transversalflussmaschine.
1 zeigt schematisch vereinfacht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannungszuführung 2 im Axialschnitt, welche vom fahrzeugseitigen Ende eines Stromabnehmers 3 bis zur elektrischen Antriebsmaschine 1, hier eine Transversalflussmaschine, reicht. Die spannungstragenden Teile 9 der Spannungszuführung 2 sind von einer ersten elektrischen Isolation 6 ummantelt. Diese ist wiederum von einer elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 umschlossen, die selbst wiederum zum Außenbereich 8 hin mit einer zweiten elektrischen Isolation 7 umkleidet ist. Die Isolationsschichten werden entsprechend des fachmännischen Könnens ausgebildet und sind jede für sich geeignet, für den Fall, dass keine Beschädigung vorliegt, eine sichere Isolation des Fahrzeuginnenraums vom Speisespannungspotential zu ermöglichen. Für die elektrisch leitfähige Zwischenschicht 4 ergeben sich verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten, diese umfassen beispielsweise eine metallische Hülse, eine gewickelte Zwischenschicht oder ein Schicht eines metallischen Pulvers, das mechanisch durch die erste und die zweite elektrische Isolation (6,7) stabilisiert wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Verbindungsstück 12 mit einer doppelten elektrischen Isolation, die eine erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Zwischenschicht 4 aufweist, umhüllt. Dieses Verbindungsstück 12 verbindet im vorliegenden Beispiel zwei spannungstragende Teile 9.1, 9.2 der Spannungszuführung 2. Außerdem erstreckt sich, entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung, die doppelte Isolation mit der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 über die gesamte Länge der Spannungszuführung 2 vom Stromabnehmer 3 bis zur elektrischen Antriebsmaschine 1 und in diese hinein.
Aus 1 ist ferner ersichtlich, dass bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein elektrischer Kontakt zwischen dem Statorzahnpaketen 15.1 und 15.2 der elektrischen Antriebsmaschine 1 und der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 besteht. Damit werden die Statorzahnpakete 15.1 und 15.2 Teil der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4.
Zusätzlich weist die in 1 dargestellte Ausgestaltung der Erfindung an den Endbereichen der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 eine Verbindungshülse 5 auf. Diese kann beispielsweise als Blechabwicklung aus einem Stanzblech hergestellt werden. Diese Verbindungshülse 5 dient dazu, den Endbereich der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 mechanisch zu stabilisieren.
Durch die koaxiale Anordnung der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 um die spannungstragenden Bereiche 9 der Spannungszuführung 2 entsteht aufgrund der galvanischen Trennung mittels der eingebetteten elektrischen Isolationsschicht 4 ein Potentialunterschied zwischen diesen beiden Leitern, welcher der vom Stromabnehmer vom Fahrdraht abgegriffenen Speisespannung entspricht, wenn sich die elektrische Zwischenschicht 4 auf dem Erdungspotential befindet. Tritt nun eine schadhafte Stelle in der ersten elektrischen Isolation 6 auf, so findet zwischen den spannungstragenden Teilen 9 und der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 ein Potentialausgleich statt. Somit ist es möglich, mittels einer kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen durchgeführten Spannungsmessung zwischen der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 und den spannungstragenden Bereichen der Spannungszuführung 2 die Qualität der ersten elektrischen Isolation zu kontrollieren. In 1 ist ein Messmittel zur Spannungsmessung 10.1 dargestellt, welches dazu dient, das Potential der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 gegen das Potential der spannungstragenden Teile 9 der Spannungszuführung 2 zu ermitteln. Tritt ein abrupter Spannungsabfall oder ein Spannungsabfall unter ein bestimmtes Minimalniveau auf, so kann aus Sicherheitsgründen eine sofortige Spannungstrennung vom Stromabnehmer vorgenommen werden. Nimmt die Spannungsdifferenz jedoch nur langsam ab, so ergibt sich ferner die Möglichkeit, unterhalb eines bestimmten Grenzwerts eine Inspektion, verbunden mit einem Austausch der Spannungszuführung 2 oder Teilen davon vorzunehmen.
Da im Falle des Zusammenbruchs der ersten elektrischen Isolation der Spannungszuführung 2 die elektrische Zwischenschicht 7 auf dem Speisepotential liegt, ist es aus Sicherheitsgründen notwendig, die elektrisch leitfähige Zwischenschicht 4 durch eine zusätzliche zweite elektrische Isolation 7 von den zwingend spannungslosen Teilen 8 des Fahrzeugs elektrisch zu trennen. Weist nun die elektrisch leitfähige Zwischenschicht 4 ihrerseits eine leitende Verbindung zum zwingend spannungsfreien Außenbereich 8 auf, so kann durch die Messung von Spannungsunterschieden zwischen dem Außenbereich 8 und der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 ermittelt werden, ob sich durch eine Leckage an einer anderen, nicht unmittelbar überwachten Stelle der Isolation ein Spannungspotential gegen den Erdleiter im Innenbereich oder dem Chassis des Fahrzeugs aufbaut. In 1 ist hierfür ein weiteres Messmittel zur Spannungsmessung 10.2 skizziert, welches das Potential der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 gegen das Massepotential des Fahrzeugs überwacht. Ferner ist es möglich, durch Widerstandsmessungen zwischen der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 und einem leitfähigen Bereich des normalerweise spannungsfreien Außenbereichs 8, wie z. B. der Welle der elektrischen Antriebsmaschine, die Güte der zweiten elektrischen Isolation zu bestimmen. Zur Illustration ist in 1 ein Messmittel zur Widerstandsmessung 11 skizziert, mit dem diese Überwachung durchgeführt wird.
In 1 ist ferner eine weitere oder ergänzende Platzierungsmöglichkeit für die elektrisch leitfähige Zwischenschicht 4, nämlich im Innern der elektrischen Antriebsmaschine 1 gezeigt. In dem hier dargestellten axialen Schnitt durch die elektrischen Antriebsmaschine 1, im vorliegenden Fall einer Transversalflussmaschine (TFM), sind geblechte Statorzahnpakete 15.1 und 15.2 abgebildet, die z. B. durch Isolatorscheiben 13, die einen Teil der zweiten elektrischen Isolation 7 der Spannungszuführung 2 bilden, gegen die angrenzenden Maschinenteile elektrisch isoliert sind. Diese Statorzahnpakete 15.1 und 15.2 sind elektrisch mit einem Teilbereich 4.1 der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 verbunden und bilden somit eine auf einem einheitlichen Potential liegende Zwischenmasse. Hiervon ist durch den im Inneren der elektrischen Antriebsmaschine 1 ausgebildeten Teilbereich 6.1 der ersten elektrischen Isolation 6 der Bereich des Wicklungsleiters 19 getrennt, der durch die spannungstragenden Teile 9 der Spannungszuführung 2 mit der Speisespannung beaufschlagt werden. Somit ist auch der Wicklungsleiter 19 ein spannungstragendes Teil 9, um die bevorzugt eine doppelte Isolation im Innern der elektrischen Antriebsmaschine 1 ausgebildet wird. Hierzu trennt die zweite Isolation 7.1 die elektrische Zwischenschicht 4.1 im Bereich des Nutgrunds 17 und im Bereich der Statorzahnpakete 15.1 und 15.2, die Teil der elektrischen Zwischenschicht 4.1 sind, vom Jochring 21, der auf dem Massepotential des Fahrzeugs liegt. Ein zusätzliche Isolation des Jochrings 21 oder andere Teile der elektrischen Antriebsmaschine 1 gegen den Außenbereich 8 des Fahrzeugs ist nicht mehr notwendig. Die erste Isolation 6.1 wird zur Vervollständigung der doppelten Isolation zwischen dem Wicklungsleiter 19 und der elektrischen Zwischenschicht 4.1 ausgebildet.
Bevorzugt wird die Ausbildung einer doppelten Isolation im Inneren der elektrischen Antriebsmaschine 1, welche den Wicklungsleiter 19 im Axialschnitt von wenigstens von drei Seiten umhüllt. Räumlich betrachtet bedeutet dies, dass der in die elektrische Antriebsmaschine 1 eingebettete Teil des Wicklungsleiters 19 von einer doppelten Isolation eingefasst wird. Für jene Seite des Wicklungsleiter 19, die in Richtung des Fahrzeuginnenbereichs weist und für die kein mechanischer Kontakt zu weiteren Fahrzeugteilen besteht, wird ebenfalls eine erfindungsgemäße doppelte Isolation bevorzugt, diese ist jedoch optional und kann durch eine einfache, die gesamte elektrische Antriebsmaschine 1 umfassende Außenisolation ersetzt werden. In 1 ist der Fall eines vollständig mit einer doppelten Isolation eingefassten spannungstragenden Bereichs 9, hier des Wicklungsleiters 19, im Inneren der elektrischen Antriebsmaschine 1 dargestellt. Die optionalen Bereiche der doppelten Isolation zum Außenbereich hin sind gestrichelt dargestellt und umfassen den Teilbereich 6.2 der ersten elektrischen Isolation 6, den Teilbereich 4.2 der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 und den Teilbereich 7.2 der zweiten elektrischen Isolation 7. Bei einer vollständig geschlossenen Ausbildung der doppelten Isolation kann insbesondere auf zusätzliche Maßnahmen zur galvanischen Trennung der Antriebsmaschine vom Fahrzeuginnenraum, wie die Befestigung auf Isolationsfüßen und eine Isolationskupplung, verzichtet werden.
Entsprechend dem vorangehenden Ausführungsbeispiel kann bei einer Ausgestaltung gemäß 1 durch Spannungsmessungen zwischen der elektrischen Zwischenschicht 4 bzw. den Statorzahnpaketen 15 und dem Wicklungsleiter 19 die Qualität der Isolation kontrolliert werden und im Falle einer Leckage eine Spannungstrennung bewirkt werden. Ferner ist auch eine Potentialmessung zwischen der elektrisch leitenden Zwischenschicht 4 und dem notwendigerweise spannungsfreien Außenbereich 8, wie etwa dem Motorgehäuse, zur zusätzlichen Sicherheitsüberwachung möglich.
Im Rahmen der Erfindung wird ferner eine Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine 1 und einer Spannungszuführung 2 umfassend einer doppelte elektrischen Isolation mit einer elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 4 offenbart sowie ein Verfahren zur Überwachung des Auftretens von Fehlstellen in der doppelten elektrischen Isolation.

1: Elektrische Antriebsmaschine
2: Spannungszuführung
3: Fahrzeugseitiges Ende des Stromabnehmers
4, 4.1, 4.2: Elektrisch leitfähige Zwischenschicht
5: Verbindungshülse
6, 6.1, 6.2: erste elektrische Isolation
7, 7.1, 7.2: zweite elektrische Isolation
8: Spannungsfreier Bereich des Fahrzeugs
9: spannungstragende Teile
10.1, 10.2: Messmittel zur Spannungsmessung
11: Messmittel zur Widerstandmessung
12: Verbindungsstück
13: Isolationsscheiben
15.1, 15.2: Statorzahnpakete
17: Nutgrund
19: Wicklungsleiter
21: Jochring

Claims

Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug, umfassend 1.1 wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine (1); 1.1 einen Stromabnehmer (3) mit wenigstens einem Hin- und Rückleiter; 1.2 der Stromabnehmer (3) steht in einem lösbaren elektrischen Kontakt mit wenigstens zwei im Wesentlichen ortsfesten Fahrdrähten, wobei der Rückleiter des Stromabnehmers wenigstens einem Fahrdraht zugeordnet ist, der auf einem erdgebundenen Spannungspotential liegt; 1.3 spannungstragende Teile (9), die zwischen dem Stromabnehmer (3) und der elektrischen Antriebsmaschine (1) und/oder im Inneren der elektrischen Antriebsmaschine (1) angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass 1.4 die elektrische Isolation der spannungstragenden Teile (9) wenigstens in Teilbereichen als doppelte Isolation ausgebildet ist, umfassend eine erste elektrischen Isolation (6), eine zweite elektrischen Isolation (7) und eine elektrisch leitfähige Zwischenschicht (4) zwischen der ersten elektrischen Isolation (6) und der zweiten elektrischen Isolation (7).
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelte Isolation wenigstens vom Stromabnehmer (3) bis zur elektrischen Antriebsmaschine (1) reicht.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (4) der doppelten Isolation in leitender Verbindung zu wenigstens einem Statorzahnpaket (15.1) der elektrischen Antriebsmaschine (1) steht.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsleiter (19) der elektrischen Antriebsmaschine (1) wenigstens im Bereich der Einbettung in die elektrische Antriebsmaschine (1) mit einer doppelten Isolation abgeschirmt ist.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsleiter (19) der elektrischen Antriebsmaschine (1) an allen Seiten umlaufend mit einer doppelten Isolation abgeschirmt ist
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (4) aus mehreren gegeneinander isolierten, elektrisch leitfähigen Zwischenschichten besteht.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Zwischenschichten an unterschiedlichen Bereichen der spannungstragenden Teile (9) angeordnet sind.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der elektrisch leitenden Zwischenschichten (4) einander überlappen und durch eine elektrische Isolation getrennt sind.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Überwachung des Potentialunterschiedes zwischen der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht (4) und den spannungstragenden Teilen (9) und/oder der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht (4) und den spannungsfreien Teilen (8) des Fahrzeugs vorgesehen sind.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (1) eine TFM-Maschine ist.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (4) gegen den Wicklungsleiter (19) und den Jochring (21) der elektrischen Antriebsmaschine (1) isoliert und wenigstens teilweise im Nutgrund (17) ausgebildet ist sowie mit den den Nutgrund (17) axial begrenzenden Statorzahnpaketen (15) in elektrisch leitender Verbindung steht.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (4) die spannungstragenden Teile der Spannungszuführung (2) wenigstens bereichsweise koaxial umfasst.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Isolation (6) und/oder die zweite elektrische Isolation (7) einen gerollten Isolierstreifen umfasst.
Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (4) an wenigstens einem Ende ein Verbindungsstück (12) in Form einer Blechabwicklung umfasst, welche die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (4) an ihrem Außenumfang umgreift.
Verfahren zur Überwachung einer Antriebseinheit für ein fahrdrahtgebundenes Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 – 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Unterschreiten einer Minimalspannungsdifferenz zwischen der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht (4) und den spannungstragenden Teilen (9) und/oder bei Überschreiten einer maximalen Potentialdifferenz zwischen der elektrisch leitenden Zwischenschicht (4) und den spannungsfreien Teilen (8) des Fahrzeugs ein Fehlersignal und/oder eine Spannungsunterbrechung zwischen dem Hinleiter des Stromabnehmers (3) und der Spannungszuführung (2) zur elektrischen Antriebsmaschine ausgelöst wird.