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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs, das mindestens einen Antriebsmotor aufweist, bei dem ein motortemperaturkritischer Betrieb des Antriebsmotors anhand zumindest eines vorbestimmten Parameters als solcher erkannt wird.
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Beim Betrieb von Schienenfahrzeugen kann es vorkommen, dass diese in einem Betriebsmodus gefahren werden, in dem ein elektrischer Antriebsmotor des Schienenfahrzeugs mehr Wärme erzeugt, als von ihm abgeführt wird. Der Antriebsmotor überhitzt und kann Schaden nehmen. Ein Beispiel für einen solchen motortemperaturkritischen Betrieb ist eine Langsamfahrt oder Schleichfahrt eines Schienenfahrzeugs mit einem selbstbelüfteten Antriebsmotor. Der Lüfter auf der Motorwelle führt bei geringen Drehzahlen systembedingt nur eine zu geringe Luftmenge am Motor vorbei, so dass es zu einer nicht ausreichenden Kühlung des Motors kommt. Gerade bei Schienenfahrzeugen kann ein Betrieb bei geringen Geschwindigkeiten zu einer relativ hohen Motorbelastung führen, beispielsweise bei einer Bergfahrt bei einem hohen Gewicht des Zuges oder einem Ausfallbetrieb, bei dem ein oder mehrere Antriebsmotoren ausgefallen sind und die Antriebslast auf die anderen Elektromotoren verteilt wird. Bei einem solchen motortemperaturkritischen Betrieb kann es zu einer Überlastung des Antriebsmotors kommen.
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Zur Abhilfe dieses Problems ist es bekannt, den Motor überdimensioniert auszulegen. Dies führt jedoch zu Mehrkosten. Aus der Offenlegungsschrift
EP 0 930 692 A2 ist es bekannt, den Lüfter auf der Motorwelle von der Rotation der Motorwelle zu entkoppeln. Durch einen eigenen Lüfterantrieb kann auch bei geringer Geschwindigkeit für ausreichende Kühlung gesorgt werden. Aus der gleichen Schrift ist es außerdem bekannt, einen Lüfter mit besonders großen Schaufeln vorzusehen, der auch bei einer geringen Geschwindigkeit für eine ausreichende Kühlung sorgt. Bei einer hohen Motordrehzahl sorgt ein Entkopplungsglied für eine Verlangsamung der Lüfterdrehzahl.
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Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs anzugeben, mit dem eine Überhitzung eines Antriebsmotors eines Schienenfahrzeugs auch bei einem motortemperaturkritischen Betrieb vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß in Abhängigkeit von einem Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs eine über eine reguläre Betriebskühlung des Antriebsmotors hinaus gehende Motorkühlung eingeleitet wird. Es kann mehr Wärme als im regulären Betrieb vom Motor abgeführt werden, so dass einer Überhitzung des Motors und einem Schaden des Motors entgegengewirkt werden kann, ohne dass auf Motorleistung oder Motormoment verzichtet werden muss.
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Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft anwendbar in einem Langsamfahrbetrieb des Schienenfahrzeugs, beispielsweise unterhalb von 20 km/h, insbesondere unterhalb von 15 km/h, insbesondere in Verbindung mit einem eigenbelüfteten Elektromotor, bei dem die Drehzahl des Motorlüfters an die Drehzahl der Motorwelle zwangsgekoppelt ist.
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Als ein motortemperaturkritischer Betrieb kann ein Betrieb verstanden werden, der außerhalb des regulären Betriebs des Antriebsmotors liegt, der also im regulären Betrieb zweckmäßigerweise nicht erreicht wird oder äußerst selten, also nur für weniger als 0,1% der regulären Betriebszeit. Er ist zweckmäßigerweise ein Betrieb, bei dem eine für den Motor kritische Temperatur vorliegt oder vorhersehbar erreicht wird. Eine für den Motor kritischen Temperatur kann eine Temperatur sein, die im regulären Betrieb nicht zulässig ist und die insbesondere über einem regulären Temperaturregelbereich liegt.
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Der motortemperaturkritische Betrieb ist vorteilhafterweise ein Betrieb, bei dem ein oder mehrere Parameter, z.B. eine Temperatur, einen vorbestimmten, insbesondere einen die Lebensdauer beeinflussenden Grenzwert übersteigen oder – je nach Parameter – darunter fallen. Ein Beispiel ist das Überschreiten einer vorbestimmten Motortemperatur, insbesondere eine in Bezug auf die Lebensdauer des Motors kritische Motortemperatur, beispielsweise oberhalb 200°C. Ein solcher Parameter kann auch eine Fahrweise sein, z.B. ein Fahren von mehr als fünf Minuten mit einer geringen Geschwindigkeit, beispielsweise unterhalb von 15 km/h. Auch die Zugkraft kann als Parameter verwendet werden, beispielsweise mehr als 30% der Maximalzugkraft bei der geringen Geschwindigkeit über einen Zeitraum, der einen vorbestimmten Zeitraum überschreitet. Auch eine Kopplung der erwähnten Parameter ist möglich.
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Ebenfalls kann ein Ort des Schienenfahrzeugs als Parameter verwendet werden, z.B. wenn das Schienenfahrzeug am Fuß eines Berges steht und mit einer steilen Bergfahrt beginnt. Weiter ist als Parameter ein Betriebszustand von Aggregaten des Schienenfahrzeugs möglich. Ist z.B. ein Aggregat ausgefallen, z.B. eine Kühlungskomponente oder ein anderer Antriebsmotor, so kann dies bereits ohne weitere erschwerende Umstände als motortemperaturkritischer Betrieb gesehen werden.
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Der motortemperaturkritische Betrieb kann beim Erkennen eintreten, bereits vorliegen oder als in Zukunft eintretend erkannt werden. So können beispielsweise kritische Bergstrecken als solche bekannt sein und eine Steuereinheit des Schienenfahrzeugs kann die Position des Schienenfahrzeugs, beispielsweise aus GPS-Daten, erfassen und erkennen, dass die kritische Bergfahrt bevorsteht. Bei einem Güterzug kann ein motortemperaturkritischer Betrieb schon bereits bei einer verhältnismäßig geringen, aber lang anhaltenden Steigung auftreten. Da der Steuereinheit auch die Masse des Zugs, beziehungsweise die Zugkraft von der Antriebslok auf die Wagen bekannt sein kann, ist auch hier ein motortemperaturkritischer Betrieb vorhersehbar.
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Das Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs kann durch einen Sensor erfolgen, der z.B. den Parameter abtastet und ein Über- oder Unterschreiten eines Grenzwerts erfasst. Auch eine Steuereinheit ist möglich, die den Parameter überwacht, z.B. anhand eines oder mehrerer Sensoren oder einem Empfänger, der Parameterdaten von außerhalb, z.B. außerhalb des Schienenfahrzeugs, empfängt, wie GPS-Signale, wenn der Parameter ein Orts-Parameter ist, oder Gewichtsdaten, wenn einer stationären Einheit das Gewichts des Zugs bekannt ist. Die den motortemperaturkritischen Betrieb festlegenden Parameterdaten können in der Steuereinheit hinterlegt sein, so dass die Steuereinheit einen Zustand des Motors mit den hinterlegten Parameterdaten vergleichen kann.
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Die reguläre Betriebskühlung ist zweckmäßigerweise eine reguläre Kühlung des Antriebsmotors bei einem regulären Betrieb. Sie erfolgt ohne das Vorliegen eines motortemperaturkritischen Betriebs. Sie kann eine aktuelle Kühlung sein und ist beispielsweise diejenige Kühlung, die unmittelbar vor dem Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs, beim Einsetzen des motortemperaturkritischen Betriebs und/oder unmittelbar vor dem Einsetzen der Sonderkühlung erfolgt. Sie kann während der Sonderkühlung weiter erfolgen oder durch diese ersetzt werden.
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Die über eine reguläre Betriebskühlung des Antriebsmotors hinaus gehende Motorkühlung kann jedwede geeignete Kühlart des Antriebsmotors sein. Sie wird in Abhängigkeit vom Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs eingeleitet. Darunter kann verstanden werden, dass das Einleiten der Kühlung das Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs voraussetzt. Eine solche Motorkühlung kann also dann eingeleitet werden, wenn ein motortemperaturkritischer Betrieb erkannt wird oder erkannt wurde. Das Erkennen kann vor, bei oder nach dem Eintreten des motortemperaturkritischen Betriebs sein, entsprechend kann die Sonderkühlung vor bei oder nach dessen Eintreten erfolgen
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Zum Steuern der über eine reguläre Betriebskühlung des Antriebsmotors hinaus gehenden Motorkühlung, im Folgenden auch Sonderkühlung genannt, kann das Schienenfahrzeug eine Steuereinheit zum Steuern der Motortemperatur des Antriebsmotors haben. Diese kann auch den motortemperaturkritischen Betrieb erkennen und die Sonderkühlung einleiten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist generell bei einem heißen beziehungsweise überhitzten Elektromotor einsetzbar, insbesondere bei einem Defekt der Motorkühlung und vor allem bei einer Langsamfahrt, insbesondere wenn der Elektromotor ein selbstkühlender Motor ist, dessen Kühlleistung also von der Motordrehzahl abhängig ist. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren anwendbar, wenn der motortemperaturkritische Betrieb ein Langsamfahrbetrieb ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird Kühlgas aus einem Kompressor zum Antriebsmotor geblasen. Der Kompressor ist zweckmäßigerweise zusätzlich zu einer regulären Motorlüftung vorhanden, also zusätzlich zu einem Motorlüfter, der die Kühlung des Antriebsmotors im regulären Betrieb bewältigt. Der Kompressor kann ein Kompressor aus dem Bordnetz des Schienenfahrzeugs sein. Er versorgt somit zumindest ein anderes Aggregat als den Antriebsmotor mit Druckluft. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der zusätzliche Kompressor am Motor angeordnet und insbesondere nur diesem zugeordnet ist, also der Antriebsmotor das einzige Aggregat des Schienenfahrzeugs ist, das mit Druckluft vom Kompressor versorgt wird. Es kann auf diese Weise mit einem höheren Kompressordruck eingeblasen werden, als ihm das Bordnetz zur Verfügung stellen kann, und es kann eine Stoßkühlung besonders effektiv erfolgen. Bei einer Anordnung am Motor ist der Kompressor zweckmäßigerweise nicht weiter als 1 m vom Antriebsmotor entfernt. Das Blasen kann ein Anblasen von Kühlgas an den Motor oder ein Einblasen von Kühlgas in den Motor sein. Das Kühlgas ist zweckmäßigerweise kühle Luft und kann Umgebungsluft sein.
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Zweckmäßigerweise wird die Druckluftkühlung zumindest an eine besonders kritische Stelle des Antriebsmotors geführt, zum Beispiel in einen Spalt in das Innere eines Motorgehäuses hinein.
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Vorteilhafterweise ist die Sonderkühlung eine Stoßkühlung. Als Stoßkühlung kann eine Kühlung bezeichnet werden, deren Kühlleistung über einen Zeitraum von maximal fünf Minuten, insbesondere maximal eine Minute, mehr als 50% der maximalen Sonderkühlleistung beträgt. Erfolgt die Stoßkühlung in einem zeitlichen Rechteckprofil, also mit einer von Null an stark ansteigenden Kühlleistung, einem Leistungsplateau und dann einer auf Null stark abfallenden Kühlleistung, so dauert dieser Kühlimpuls maximal fünf Minuten, insbesondere maximal nur eine Minute.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn Kühlgas aus einem zusätzlich zu einem Betriebslüfter vorhandenen und am Antriebsmotor angeordneten Stoßlüfter zum Antriebsmotor geblasen wird. Hierbei wird der Stoßlüfter zweckmäßigerweise direkt am Motor angeordnet, also in einem Abstand von maximal 70 cm, insbesondere maximal 50 cm. Zweckmäßigerweise ist dieser Stoßlüfter nicht von der Motorwelle angetrieben sondern umfasst einen eigenen Lüfterantrieb. Unter einem Lüfter wird eine druckluftspeicherfreie Einheit verstanden, die komprimierte Luft direkt ausbläst.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass Kühlgas aus einem Druckluftspeicher zum Antriebsmotor geblasen wird. Der Druckluftspeicher kann ein Bordnetzspeicher sein, der Druckluft für zumindest ein weiteres Aggregat des Schienenfahrzeugs speichert. Es ist jedoch auch möglich, dass der Druckluftspeicher einzig dem Antriebsmotor zugeordnet ist und die Druckluft aus dem Druckluftspeicher ausschließlich dem Antriebsmotor für die Sonderkühlung zugeführt wird, insbesondere für die Stoßkühlung. Ein Vorteil des Druckluftspeichers liegt darin, dass er nach der Sonderkühlung langsam wieder befüllt werden kann. Es ist daher nur eine geringe Kompressorleistung für einen solchen Druckluftspeicher notwendig.
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Es ist auch möglich und vorteilhaft, dass Kühlluft aus einem Aggregat des Bordsystems des Schienenfahrzeugs zum Antriebsmotor geleitet wird. Die Kühlluft kann aus einem Kühler für Kühlwasser, beispielsweise des Stromrichters, oder aus dem Kühler des Öls, beispielsweise für den Haupttrafo, verwendet werden. Die Kühlluft kann abgezweigt und dem Antriebsmotor zweckmäßigerweise in einer Leitung zugeführt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass Fahrtwind mithilfe eines Windleitelements zum Antriebsmotor geleitet wird. Das Windleitelement ist hierbei zweckmäßigerweise so ausgeführt, dass es auch bei nur geringer Geschwindigkeit eine größere Kühlwirkung erzielt als der reguläre Motorlüfter. Es ist vorteilhafterweise an einem Außenumfang des Schienenfahrzeugs angeordnet, da es hierdurch dem Fahrtwind besonders gut ausgesetzt werden kann und die Luft besonders effektiv zum Antriebsmotor geleitet werden kann.
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Zweckmäßigerweise wird das Windleitelement in Abhängigkeit von einem Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs aus einer Ruheposition in eine Lüftungsposition bewegt. Gerade bei Anordnung an einem Außenumfang des Schienenfahrzeugs ist das Windleitelement bei hohen Geschwindigkeiten strömungsmechanisch nachteilig. Es umfasst daher zweckmäßigerweise eine Ruheposition und eine Lüftungsposition, wobei die Ruheposition für den regulären Betrieb und die Lüftungsposition für den motortemperaturkritischen Betrieb vorgesehen sein kann.
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Zweckmäßigerweise wird das Windleitelement auch in Abhängigkeit vom motortemperaturkritischen Betrieb in seine Ruheposition zurückbewegt, so dass es nach Beendigung des motortemperaturkritischen Betriebs oder nach Beendigung der Sonderkühlung, insbesondere der Stoßkühlung, wieder in seine Ruheposition zurückbewegt wird.
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Eine Kühlung des Antriebsmotors durch das Zuführen von Kühlgas kann besonders effektiv gestaltet werden, wenn der Antriebsmotor ein Gehäuse mit Belüftungsöffnungen ausweist und Kühlgas durch die Belüftungsöffnungen gezielt an diejenigen Stellen des Antriebsmotors geblasen wird, die gemäß des vorbestimmten und den motorkritischen Betrieb anzeigenden Parameters überhitzt sind oder zu überhitzen drohen. Durch die Belüftungsöffnungen kann das Kühlgas besonders nah an die heißen Komponenten des Antriebsmotors geführt werden und diese können effektiv gekühlt werden.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass Kühlflüssigkeit aus einem Aggregat des Bordsystems des Schienenfahrzeugs zum Antriebsmotor geleitet wird. Das Wasser kann Kondenswasser oder Brauchwasser sein. Besonders geeignet ist Kühlwasser eines anderen Aggregats des Bordsystems. Alternativ bietet sich Öl als Kühlmedium an, das beispielsweise in Kühlanlagen oder in einem Transformator vorhanden sein kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Kühlkörper mit einem Feststoff am Antriebsmotor angeordnet ist, der in einen flüssigen Zustand überführt wird, wobei zum Erreichen des Phasenübergangs fest/flüssig Wärme aus dem Antriebsmotor in den Feststoff eingebracht wird. Auch auf diese Weise ist eine Sonderkühlung zum Abmildern einer kurzfristigen großen Wärmeentwicklung im Antriebsmotor effektiv möglich. Hierbei wird der zu schmelzende Feststoff zweckmäßigerweise an eine besonders wärmeempfindliche Stelle des Antriebsmotors oder an eine überdurchschnittlich heiße Stelle des Antriebsmotors gegeben, so dass primär von dort die Wärme in den Feststoff abgeführt wird.
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Der Kühlkörper ist zweckmäßigerweise in einem flächigen Kontakt mit zumindest einem Element des Antriebsmotors angeordnet. Der Kühlkörper kann hier auch im regulären Betrieb unmittelbar am Antriebsmotor angeordnet sein oder bei Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs an diesen herangerückt und durch Anlage in Verbindung gebracht werden. Durch die Überführung der Wärme vom Antriebsmotor in den Feststoff geht dieser von seiner festen Phase in seine flüssige Phase über und nimmt die Wärme aus dem Antriebsmotor auf.
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Zweckmäßigerweise ist der Feststoff so ausgeführt, dass er im Bereich von ±20 K um eine für den Motor kritischen Temperatur seine Phasenübergangstemperatur von fest zu flüssig hat. Liegt der Kühlkörper auch im regulären Betrieb am Antriebsmotor an, so kann die Sonderkühlung auch ohne ein Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs vonstatten gehen.
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Alternativ kann ein Kühlkörper mit einem Feststoff am Antriebsmotor angeordnet ist, der in einen gasförmigen Zustand überführt wird, wobei zum Erreichen des Phasenübergangs fest/gasförmig Wärme aus dem Antriebsmotor in den Feststoff eingebracht wird. Auch hierbei sind alle oben genannten Details zur Festkörperkühlung anwendbar.
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Weiter alternativ kann anstelle des Feststoffs eine Flüssigkeit verwendet werden und anstelle des Phasenübergangs fest/flüssig der Phasenübergang flüssig/gasförmig. Auch hierbei sind alle oben genannten Details zur Festkörperkühlung anwendbar, jedoch mit Bezug zur Flüssigkeitskühlung mit Phasenübergang.
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Bei Verwendung eine Feststoffkühlung – oder allgemeiner: einer Phasenübergangskühlung – kann in Abwandlung zu dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren auf ein Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs verzichtet werden. Es handelt sich dann um ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs, das mindestens einen Antriebsmotor aufweist mit einem daran angeordneten Kühlkörper mit einem Feststoff oder einer Flüssigkeit. Erfindungsgemäß wird bei einem Vorliegen des motortemperaturkritischen Betriebs durch einen Phasenübergang des Kühlmittels, also des Feststoffs von fest zu flüssig oder von fest zu gasförmig oder der Flüssigkeit von flüssig zu gasförmig, eine insbesondere über eine reguläre Betriebskühlung des Antriebsmotors hinaus gehende Motorkühlung eingeleitet. Außerdem ist eine solche Erfindung auf einem Schienenfahrzeug mit mindestens einem Antriebsmotor gerichtet, bei dem erfindungsgemäß ein Kühlkörper mit einem Feststoff oder einer Flüssigkeit am Antriebsmotor angeordnet ist, bei dem die Phasenübergangstemperatur, also des Feststoffs von fest nach flüssig oder von fest zu gasförmig oder der Flüssigkeit von flüssig zu gasförmig, bei einer motorkritischen Motortemperatur liegt.
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Außerdem ist die Erfindung gerichtet auf ein Schienenfahrzeug mit mindestens einem Antriebsmotor und einer Steuereinheit zum Steuern der Motortemperatur des Antriebsmotors, die dazu vorbereitet ist, einen motortemperaturkritischen Betrieb des Antriebsmotors anhand zumindest eines vorbestimmten Parameters als solchen zu erkennen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit erfindungsgemäß dazu vorbereitet ist, in Abhängigkeit von einem Erkennen des motortemperaturkritischen Betriebs eine über eine reguläre Betriebskühlung des Antriebsmotors hinausgehende Motorkühlung einzuleiten. Der Antriebsmotor kann gekühlt und ein Schaden am Antriebsmotor kann entgegengewirkt werden.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Die Ausführungsbeispiele sind außerdem derart, dass dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden können.
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Es zeigen:
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1 ein Schienenfahrzeug mit einer Anzahl von Antriebsmotoren,
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2 eine schematische Darstellung eines Drehgestells des Schienenfahrzeugs aus 1 mit einem der Antriebsmotoren,
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3 einen Antriebsmotor mit einem Druckluftspeicher zum Zuführen von Kühlluft,
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4 einen Antriebsmotor mit einer Flüssigkeitskühlung,
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5 einen Antriebsmotor mit einer Feststoffkühlung und
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6 ein Drehgestell mit einem Windleitelement zum Zuführen von Fahrtwind zum Antriebsmotor.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs 2, das einen Triebwagen 4 mit vier angetriebenen Achsen aufweist. Jede Achse wird von einem Antriebsmotor 6 angetrieben, der von einem Traktionsumrichter 8 gespeist wird. Der Traktionsumrichter 8 umfasst einen Eingangsumrichter 10, der aus der Netzspannung einer Oberleitung – gegebenenfalls über mehrere Stufen – eine Zwischenkreisgleichspannung in einem Zwischenkreis 12 erzeugt.
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Mit dem Zwischenkreis 12 elektrisch verbunden sind zwei Motorumrichter 14, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Pulswechselrichter ausgeführt sind. Die beiden Motorumrichter 14 wandeln die Zwischenkreisgleichspannung in Dreiphasen-Wechselspannung für die Antriebsmotoren 6 um, wobei jeder der beiden Motorumrichter 14 jeweils zwei Antriebsmotoren 6 versorgt. Es ist auch möglich nur einen oder mehr als zwei Antriebsmotoren 6 zu versorgen. Die Versorgung der Antriebsmotoren 6 mit Betriebsspannung wird von einer Steuereinheit 16 gesteuert, die den Betrieb des Traktionsumrichters 8 und der Antriebsmotoren 6 steuert.
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Die Steuereinheit 16 ist mit nicht dargestellten Sensoren zur Temperaturüberwachung der Antriebsmotoren 6 verbunden. Auf diese Weise erkennt die Steuereinheit 16 einen motortemperaturkritischen Betrieb der Antriebsmotoren 6 oder auch nur eines der Antriebsmotoren 6. Der motortemperaturkritische Betrieb zeichnet sich durch eine Temperatur in einem Bereich aus, die über einem vorab festgelegten Grenzwert liegt, der beispielsweise 200°C ist, insbesondere zwischen 200°C und 220°C liegt. Wird eine Temperatur am oder in einem Antriebsmotor 6 oberhalb des Grenzwerts erfasst, so liegt ein motortemperaturkritischer Betrieb des Antriebsmotors 6 vor.
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Bei Vorliegen eines motortemperaturkritischen Betriebs oder auch dann, wenn der motortemperaturkritische Betrieb noch nicht vorliegt, jedoch absehbar ist, beispielsweise durch eine anstehende Bergfahrt, und/oder durch einen Langsamfahrbetrieb über einen festgelegten Zeitraum, beispielsweise mehr als fünf Minuten, unterhalb einer festgelegten Geschwindigkeit, beispielsweise 15 km/h, leitet die Steuereinheit 16 eine Sonderkühlung des Antriebsmotors 6 ein, bei dem der motortemperaturkritische Betrieb erkannt wurde, also eine Kühlung des Antriebsmotors 6, der über eine reguläre Betriebskühlung hinausgeht.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Möglichkeit einer solchen Sonderkühlung. 2 zeigt ein Drehgestell 18 mit zwei Fahrzeugrädern 20 auf einer Radachse 22. Die Radachse 22 wird von einem Antriebsmotor 6 über ein Getriebe 24 angetrieben, das zwei Stirnräder 26, 28 aufweist, die fest auf der Motorwelle 30, beziehungsweise der Radachse 22, sitzen. Eine Lagerung des Antriebsmotors 6 am Schienenfahrzeug 2 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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Zur Kühlung des Antriebsmotors 6 ist auf der Motorwelle 30 ein Lüfter 32 angeordnet, der stets mit der Drehzahl der Motorwelle 30 dreht und dem Antriebsmotor 6 somit Umgebungsluft zuführt. Diese Kühlluft wird durch ein Gehäuse 34 des Antriebsmotors 6 gedrückt, das an seinen Längsseiten Öffnungen 36 aufweist.
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Zur Sonderkühlung verfügt das Schienenfahrzeug 2 über einen Kompressor 38, der zweckmäßigerweise in der Nähe des Antriebsmotors 6 angeordnet ist. Über eine Druckluftleitung 40 wird vom Kompressor 38 komprimierte Umgebungsluft in die Öffnung 36 des Gehäuses 34 zur Kühlung des Antriebsmotors 6 eingeblasen. Zusätzlich umfasst das Gehäuse 34 weitere Öffnungen 42, von denen der Übersichtlichkeit halber nur eine Öffnung 42 in 2 dargestellt ist. Mithilfe weiterer Druckluftleitungen 44 wird komprimierte Umgebungsluft durch die Öffnungen 42 in das Gehäuse 34 des Antriebsmotors 6 geblasen, und zwar an besonders temperaturbelastete Elemente des Antriebsmotors 6.
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Das Einleiten der komprimierten Umgebungsluft zur Sonderkühlung des Antriebsmotors 6 an diesen heran, beziehungsweise in diesen hinein, wird von der Steuereinheit 16 gesteuert. Die Sonderkühlung wird in Abhängigkeit vom motortemperaturkritischen Betrieb eingeleitet, also dann, wenn ein motortemperaturkritischen Betrieb als vorliegend oder voraussichtlich eintretend erkannt wurde.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine mögliche Sonderkühlung des Antriebsmotors 6. Der Antriebsmotor 6 mit seinem Gehäuse 34 ist gleich ausgeführt, wie in 2 dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel aus 2, auf das bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert und nicht erwähnte Merkmale sind in den folgenden Ausführungsbeispielen übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben sind.
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Anstelle des Kompressors 38 verfügt der Antriebsmotors 6 in diesem Ausführungsbeispiel über einen Druckluftspeicher 46. Dieser wird von einem Kompressor 48 mit Druckluft versorgt, die über ein Ventil 50 in den Antriebsmotors 6 eingeblasen wird, analog wie zur 2 beschrieben. Das Ventil 50 wird von der Steuereinheit 16 geöffnet und geschlossen.
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Eine weitere Möglichkeit zur Motorkühlung ist ebenfalls in 3 dargestellt und betrifft die Motorkühlung mit einem zusätzlichen Stoßlüfter 52, der zusätzlich zum Lüfter 32 für den regulären Betrieb vorhanden ist. Die Rotation des Lüfters 32 ist von derjenigen der Motorwelle 30 entkoppelt und erfolgt über einen eigenen Antrieb 54, der von der Steuereinheit 16 angesteuert wird. Die Sonderkühlung durch den Stoßlüfter 52 ist mit einer Kompressorkühlung oder Druckluftspeicherkühlung kombinierbar, ist allerdings auch einzeln und ohne Kompressor, beziehungsweise Druckluftspeicher 46, ausführbar und sinnvoll.
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Eine weitere Möglichkeit zur Sonderkühlung ist in 4 dargestellt. 4 zeigt den Antriebsmotor 6 mit dem Gehäuse 34, um den herum ein Flüssigkeitskühler 56 angeordnet ist. Alternativ ist es möglich, den Flüssigkeitskühler 56 innerhalb des Gehäuses 34 anzuordnen und möglichst in Kontakt mit einem oder mehreren temperaturkritischen Elementen des Antriebsmotors 6. Über eine Zuleitung 58 und eine Ableitung 60 wird der Flüssigkeitskühler 56 mit Kühlflüssigkeit versorgt, beispielsweise Wasser oder Öl. Die Kühlflüssigkeit kann von einem anderen Aggregat des Schienenfahrzeugs 2 stammen, beispielsweise von einem Aggregat des Bordsystems oder – im Falle von Kühlöl – aus einem Transformator des Schienenfahrzeugs 2. Über ein nicht dargestelltes Ventil steuert die Steuereinheit 16 den Zu- und Abfluss von Kühlflüssigkeit zum beziehungsweise vom Flüssigkeitskühler 56. Zweckmäßigerweise geschieht das in Abhängigkeit vom motortemperaturkritischen Betrieb. Eine solche Flüssigkeitskühlung findet dann als Sonderkühlung zusätzlich zur regulären Kühlung durch den Lüfter 32 statt.
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Eine Kühlung mithilfe eines speziellen Festkörpers 62 ist in 5 schematisch angezeigt. Der Kühlkörper 62 ist mit einem Feststoff 64 gefüllt, dessen Schmelztemperatur bei 140°C liegt. Erreicht der Feststoff 64 diese Temperatur, schmilzt er und nimmt auf diese Weise eine hohe Wärmemenge aus dem Antriebsmotor 6 auf. Hierfür liegt der Kühlkörper 62 zweckmäßigerweise innerhalb des Gehäuses 34 des Antriebsmotors 6. Fällt die Temperatur des Antriebsmotors 6 beziehungsweise von dessen temperaturkritischem Element wieder unter die Schmelztemperatur ab, so wird der Feststoff 64 wieder fest und gibt die aufgenommene Wärme wieder ab. Eine solche Sonderkühlung kann auch unabhängig von der Steuereinheit 16, beziehungsweise unabhängig von einem Erkennen des motorkritischen Betriebs, erfolgen, da der Feststoff 64 auch ohne jegliche Steuerung die Phasenübergangswärme beim Schmelzen aufnimmt.
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Eine Zuführung von Kühlluft mithilfe eines Windleitelements 66 ist in 6 dargestellt. Das Windleitelement 66 wird von der Steuereinheit 16 in Abhängigkeit vom motortemperaturkritischen Betrieb in eine Kühlposition bewegt, bei der das Windleitelement 66 zumindest teilweise außerhalb einer Fahrzeugwand 68 angeordnet ist. Ist die Sonderkühlung abgeschlossen oder soll sie nicht eingeleitet werden, so ist das Windleitelement 66 in einer Ruheposition angeordnet, die in 6 durch eine gestrichelte Stellung dargestellt ist. Zum Schwenken des Windleitelements 66 von der Ruheposition in die Kühlposition kann ein Schwenkmotor vorhanden sein, der von der Steuereinheit 16 angesteuert wird. Fahrtwind 70, der in 6 durch einen Pfeil angedeutet ist, wird zum Antriebsmotor 6 geleitet und dringt durch die Öffnung 36 im Gehäuse 34 in den Antriebsmotor 6 zu dessen Kühlung ein.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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