DE102005045603A1

DE102005045603A1 - Verfahren zum Überwachen des Störverhaltens einer Antriebseinheit eines Schienenfahrzeuges

Info

Publication number: DE102005045603A1
Application number: DE200510045603
Authority: DE
Inventors: Christoph Gensler; Michael Kistner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-24
Also published as: CH698741B1; AT502554B1; DE102005045603B4; AT502554A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen des Störverhaltens einer Antriebseinheit (40, 50, 60, 70) eines Schienenfahrzeuges, bei dem die Größe eines durch die überwachte Antriebseinheit (40) erzeugten Störstromes (I) unter Bildung eines Messwertes (M) gemessen wird, der Messwert (M) mit einem vorgegebenen Schwellenwert (I¶max¶) verglichen wird und ein Abschaltsignal (ST1) zum Abschalten der Antriebseinheit (40) erzeugt wird, wenn der Messwert (M) den Schwellenwert (I¶max¶) überschreitet. DOLLAR A Der Erfindung liegt 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. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass überprüft wird, wie viele Antriebseinheiten eingeschaltet sind und dass der Schwellenwert (I¶max¶) in Abhängigkeit von der Anzahl (n) der eingeschalteten Antriebseinheiten eingestellt wird.

Description

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.
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.
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.
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.
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.

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.

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 Unteransprüchen angegeben.

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.

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.

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".

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 I_max 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:

Für den Maximalstörstrom I₀ kann beispielsweise ein wert von 2,0 A verwendet werden. Das Produkt √2·I₀ = 2,8 A bildet also einen vorgegebenen Konstantstrom zur Bestimmung des jeweiligen Schwellenwerts.

Übersteigt die Anzahl n einen Wert von acht, so wird der Schwellenwert Imax vorzugsweise nicht mehr verändert, so dass gilt: Imax (n > 8) = Imax (n = 8)

Um zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs des Zuges (Zugverbandes) feststellen zu können, wie viele der Antriebseinhei ten 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 ge setzt 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.

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.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Überwachungseinrichtung für eine Antriebseinheit eines Schienenfahrzeuges, mit der sich das Störverhalten der Antriebseinheit überwachen lässt.

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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Überwachungseinrichtung für eine Antriebseinheit eines Schienenfahrzeugs mit einem Schaltelement zum Abschalten des Traktionsstromes der Antriebseinheit, mit einer Datenbusschnittstelle zum Anschluss an einen Datenbus eines Zuges bzw. Zugverbandes 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 Mess einrichtung 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.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung ergeben sich aus den obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen
1 einen Zugverband bestehend aus zwei Teilzügen mit insgesamt vier Antriebseinheiten und einem Datenbus und
2 ein Ausführungsbeispiel für ein Triebfahrzeug des Zugverbandes gemäß 1 im Detail.
In der 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 1 mit 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.
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 befin det 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.
In der 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 1 mit 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.
Die 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 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 prinzi piell 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.
Der Zugverband 10 gemäß der 1 wird 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.
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:
wobei I_max den aktuellen Schwellenwert und I₀ einen 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.
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 I_max für acht Antriebseinheiten herangezogen, es gilt demgemäß also der Zusammenhang:
Wie bereits erwähnt, sind bei dem Zugverband 10 beispielsweise vier Antriebseinheiten (n = 4) in Betrieb. Der Schwellenwert I_max, den der Störstrom der Antriebseinheit 40 nicht überschreiten darf, ergibt sich demgemäß zu:
Für den Maximalstörstrom I₀ wurde in der Formel ein Wert von beispielsweise I₀ = 2,0 A eingesetzt.
Überschreitet der Störstrom I der Antriebseinheit 40 nun diesen vorgegebenen Schwellenwert I_max, 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 2 erläutert.
Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Überwachungseinrichtung, die im Zugverband 10 gemäß 1 eingesetzt werden kann.
Man erkennt in der 2 die Antriebseinheit 40 mit den beiden Traktionseinheiten 80 und 90 und dem Hilfsbetriebe-Umrichter 100. Darüber hinaus erkennt man in der 2 eine Antriebssteuerung 200, die einen Bestandteil der Antriebseinheit 40 bildet und die beiden Traktionseinheiten 80 und 90 ansteuert.
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.
Die Steuereinrichtung 240, die beiden Steuerleitungen 230 und 250 sowie die beiden Schaltelemente 220 und 260 bilden Bestandteile der in der 1 mit dem Bezugszeichen 130 gekennzeichneten Überwachungseinrichtung der Antriebseinheit 40.
Wie sich in der 2 darüber 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.
In der 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 1 untereinander verbindet.
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.
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 I_max für den Störstrom I wie folgt:
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.
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.
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.
Überschreitet der Messwert M den vorgegebenen Schwellenwert I_max jedoch 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.
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.
Die Anordnung der beiden Schaltelemente 220 und 260 gemäß der 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 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.
Die Überwachungseinrichtung 130 sowie die Antriebssteuerung 200 können eine bauliche Einheit bilden oder als separate Komponenten im Schienenfahrzeug installiert sein.

Claims

Verfahren zum Überwachen des Störverhaltens einer Antriebseinheit (40, 50, 60, 70) eines Schienenfahrzeuges (35a), bei dem – die Größe eines durch die überwachte Antriebseinheit (40) erzeugten Störstromes (I) unter Bildung eines Messwertes (M) gemessen wird, – der Messwert (M) mit einem vorgegebenen Schwellenwert (I_max) verglichen wird und – ein Abschaltsignal (ST1) zum Abschalten der Antriebseinheit (40) erzeugt wird, wenn der Messwert (M) den Schwellenwert (I_max) überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass – überprüft wird, wie viele Antriebseinheiten insgesamt eingeschaltet sind, und – der Schwellenwert (I_max) in Abhängigkeit von der Anzahl (n) der eingeschalteten Antriebseinheiten eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass regelmäßig oder kontinuierlich während des Fahrtbetriebs des Schienenfahrzeugs (35a) überprüft wird, wie viele Antriebseinheiten (40, 50, 60, 70) des Zuges oder Zugverbandes (10) zum jeweiligen Überprüfungszeitpunkt eingeschaltet sind, und – dass der Schwellenwert (I_max) in Abhängigkeit von der Anzahl (n) der zum jeweiligen Überprüfungszeitpunkt eingeschalteten Antriebseinheiten eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert umso kleiner gewählt wird, je größer die Anzahl der eingeschalteten Antriebseinheiten ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert durch Produktbildung – eines vorgegebenen Konstantstromes (√2·I₀) und – dem Kehrwert der Wurzel aus der Anzahl (n) der zum jeweiligen Überprüfungszeitpunkt eingeschalteten Antriebseinheiten gebildet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass im Zug oder Zugverband (10) zumindest ein Datenbus (170) betrieben wird, an den alle Antriebseinheiten unmittelbar oder mittelbar angeschlossen sind, und – dass die Information, wie viele der Antriebseinheiten des Zuges oder Zugverbandes zum jeweiligen Überprüfungszeitpunkt eingeschaltet sind, über den Datenbus an die überwachte Antriebseinheit übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Überwachungseinrichtungen (130, 140, 150, 160) der Antriebseinheiten untereinander über den Datenbus (170) selbstständig kommunizieren und den Betriebszustand der jeweils anderen Antriebseinheiten direkt erfahren.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem an den Datenbus angeschlossenen Zentralgerät festgestellt wird, wie viele Antriebseinheiten eingeschaltet sind, und dass ein die jeweilige Gesamtzahl angebendes Steuersignal von dem Zentralgerät an alle überwachten Antriebseinheiten des Zuges oder Zugverbandes übermittelt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Antriebseinheiten des Zuges oder Zugverbandes in der beschriebenen Weise überwacht werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass im Falle eines Überschreitens des vorgegebenen Schwellenwerts für eine Zeitspanne (t), die eine erste vorgegebene Grenzzeitspanne (t1) überdauert, die Traktion (80, 90) der überwachten Antriebseinheit (40), abgeschaltet wird, und – dass im Falle eines Überschreitens des vorgegebenen Schwellenwerts für eine Zeitspanne (t), die eine zweite vorgegebene Grenzzeitspanne (t2) überdauert, die überwachte Antriebseinheit vollständig vom Netz getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines vollständigen Abtrennens der überwachten Antriebseinheit (40) vom Netz (280) alle weiteren elektrischen Geräte (100), die mit der überwachten Antriebseinheit mittelbar oder unmittelbar elektrisch in Verbindung stehen, ebenfalls abgeschaltet werden.
Überwachungseinrichtung für eine Antriebseinheit eines Schienenfahrzeugs mit – einem Schaltelement (220, 260) zum Abschalten des Traktionsstromes der Antriebseinheit (40), – mit einer Datenbusschnittstelle (D240) zum Anschluss an einen Datenbus (170) eines Zuges oder Zugverbandes (10) und – mit einer Steuereinrichtung (240), die derart ausgestaltet ist, dass sie – die Größe eines Störstromes (I) der von ihr überwachten Antriebseinheit (40) unter Bildung eines Messwertes (M) misst oder einen solchen Messwert empfängt, – den Messwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert (I_max) vergleicht und – ein Abschaltsignal (ST1, ST2) zum Abschalten der Antriebseinheit erzeugt, wenn der Messwert den Schwellenwert überschreitet, wobei die Steuereinheit regelmäßig oder kontinuierlich unter Verwendung des Datenbusses (170) überprüft, wie viele Antriebseinheiten des Zuges oder Zugverbandes (10) eingeschaltet sind, und den Schwellenwert in Abhängigkeit von der Anzahl (n) der eingeschalteten Antriebseinheiten einstellt.