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Die Erfindung betrifft ein Schienentransportsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Schienentransportsystems.
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Es ist allgemein bekannt, dass Schienenfahrzeuge Räder aufweisen, die auf einer Schiene, insbesondere auf einem Schienenteil, abrollen. Als Antrieb werden bei der Eisenbahn umrichtergespeiste Getriebemotoren verwendet, welche ein von einem Elektromotor antreibbares Getriebe aufweisen.
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Aus der
DE 39 27 311 A1 ist ein elektromotorischer Schienenfahrzeug-Direktantrieb bekannt.
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Aus der
DE 25 55 909 A1 ist eine Einrichtung zur Nachrichtenübertragung bei ortsveränderlichen Objekten bekannt.
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Aus der
DE 35 25 790 A1 ist eine Vorrichtung zum Transportieren und Positionieren von Lasten bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienentransportsystem in möglichst kompakter, einfacher und kostengünstiger Weise weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Schienentransportsystem nach den in Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach den in Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Schienentransportsystem sind, dass es, zumindest ein entlang einer Schiene, insbesondere entlang eines Schienenteils, bewegbar angeordnetes Schienenfahrzeug aufweist,
wobei das Schienenfahrzeug einen ersten Direktantrieb aufweist.
Von Vorteil ist dabei, dass das Schienenfahrzeug sehr kompakt aufbaubar ist und Gewicht einsparbar ist, da kein Getriebemotor oder dergleichen verwendet wird.
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Erfindungsgemäß weist das Schienenfahrzeug einen weiteren Direktantrieb auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine große Masse und/oder große Streckensteigungswinkel überwindbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der jeweilige Direktantrieb einen jeweiligen wechselrichtergespeisten Elektromotor auf, dessen Rotorwelle drehfest mit einem jeweiligen Rad verbunden ist, welches das Schienenteil berührt und/oder an dem Schienenteil abrollt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Antreiben des Schienenfahrzeugs mittels eines kostengünstigen Schienenrades ermöglicht ist.
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Erfindungsgemäß weist der jeweilige Direktantrieb einen wechselrichtergespeisten Elektromotor auf, dessen Rotorwelle drehfest mit einer jeweiligen Scheibe verbunden ist,
wobei am Außenumfang der jeweiligen Scheibe Dauermagnete angeordnet sind, die von dem Schienenteil beabstandet sind,
insbesondere wobei der Abstand geringer ist als der Außenradius der jeweiligen Scheibe, insbesondere wobei die jeweilige Scheibe von dem Schienenteil beabstandet ist,
insbesondere wobei der Außendurchmesser der jeweiligen Scheibe größer ist als der Außendurchmesser der Rotorwelle. Von Vorteil ist dabei, dass ein berührungsloses Antreiben des Schienenfahrzeugs ermöglicht ist, wobei allerdings zwischen der äußeren Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe und der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs eine nicht verschwindende Differenz besteht, insbesondere ein Schlupf,
insbesondere wobei die Differenz abhängig ist vom Wert des Antriebsdrehmoments des die jeweiligen Scheibe antreibenden Direktantriebs.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Schienenfahrzeug ein Laufrad auf, welches von einem von einem Direktantrieb angetriebenen Rad in Schienenrichtung beabstandet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Gewichtskraft der zu transportierenden Masse nicht vollständig über das vom ersten Direktantrieb angetriebenen Rades an die Schiene, insbesondere an das Schienenteil, übertragen werden muss.
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Erfindungsgemäß ist eine Regelvorrichtung zur Ausführung einer Master-Slave-Regelung am Schienenfahrzeug angeordnet und mit Wechselrichtern der jeweiligen Direktantriebe verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Regelung der jeweiligen Direktantriebe in gegenseitiger Abhängigkeit in einfacher Weise ermöglicht ist.
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Erfindungsgemäß ist ein Datenübertragungskanal vorgesehen,
insbesondere wobei am Schienenteil ein Schlitzhohlleiterbereich ausgebildet ist oder wobei ein Schlitzhohlleiter mit dem Schienenteil verbunden ist,
wobei in den Schlitzhohlleiterbereich oder in den Schlitzhohlleiter Antennen zumindest teilweise hineinragen, deren empfangene Signale einer elektronischen Schaltung zugeleitet werden oder deren zu sendende Signale von einer elektronischen Schaltung erzeugt werden,
wobei die jeweilige elektronische Schaltung mit dem jeweiligen Wechselrichter elektrisch verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Regelung der jeweiligen Direktantriebe in gegenseitiger Abhängigkeit ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an jedem Direktantrieb jeweils ein Sensor zur Erfassung der Winkelposition oder der Winkelgeschwindigkeit des vom jeweiligen Direktantrieb angetriebenen Rades angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Genauigkeit beim Regeln erreichbar ist.
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Erfindungsgemäß werden am ersten Direktantrieb erfasste Istwerte, insbesondere für Winkelposition oder Winkelgeschwindigkeit des vom ersten Direktantrieb angetriebenen Rades, über den Datenübertragungskanal als Sollwerte übertragen, so dass der als Slave fungierende wechselrichtergespeiste weitere Direktantrieb von der Regelvorrichtung derart angesteuert wird, dass die an dem vom als Slave fungierenden wechselrichtergespeisten weiteren Direktantrieb erfassten Istwerte auf die Sollwerte hin geregelt werden. Von Vorteil ist dabei, dass die Slaves gemäß dem gemeldeten Zustandswerten des Masters steuerbar sind. Somit ist bei einer Werteschwankung des Masters der jeweilige Slave entsprechend nachregelbar, so dass die relative Werteschwankung zwischen dem am Master und am Slave erfassten Istwert gering bleibt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Schienentransportsystems ist vorgesehen, dass das Schienentransportsystem ein oder mehrere Schienenfahrzeuge aufweist, die von Direktantrieben angetrieben werden,
wobei die Direktantriebe in Master-Slave-Regelung betrieben werden,
und wobei ein erster Direktantrieb als Master fungiert und die weiteren Direktantriebe als Slave fungieren.
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Von Vorteil ist dabei, dass ein kompaktes Schienenfahrzeug herstellbar ist, welches in einfacher Weise betreibbar ist und wobei eine kostengünstige Regelung der Direktantriebe ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden zeitabschnittsweise ein oder mehrere als Slave fungierende weitere Direktantriebe elektrisch abgeschaltet,
insbesondere beim Durchfahren von Streckenabschnitten mit einer Steigung, die geringer ist als ein kritischer Steigungswert, und/oder bei Transportieren einer Last, deren Masse einen kritischen Wert an Masse unterschreitet. Von Vorteil ist dabei, dass Energie einsparbar ist.
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Erfindungsgemäß werden die Direktantriebe, insbesondere die als Slave fungierenden weiteren Direktantriebe, derart in Abhängigkeit des als Master betriebenen ersten Direktantriebs betrieben, dass der zwischen zwei Schienenfahrzeugen bestehende Abstand in Schienenrichtung konstant gehalten wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Last von zwei Schienenfahrzeugen gemeinsam transportierbar ist, ohne dass die Schienenfahrzeuge mechanisch aneinander gekoppelt werden müssen. Denn der Abstand wird konstant gehalten mittels der Master-Slave-Regelung. Somit kann die zu transportierende Last auf die beiden Schienenfahrzeuge aufgelegt werden, ohne dass eine mechanische Verbindung, insbesondere mechanische Kupplung, zwischen den beiden Schienenfahrzeugen notwendig ist. Somit ist das Verfahren sogar bei einer Beabstandung der Schienenfahrzeuge ausführbar, die größer ist als jede Länge der Schienenfahrzeuge in Schienenrichtung.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zumindest zeitabschnittsweise die Drehzahl eines oder jedes als Slave fungierenden weiteren Direktantriebs auf die beim als Master fungierenden ersten Direktantrieb erfasste Drehzahl hin geregelt
oder wobei
die Drehzahl eines oder jedes als Slave fungierenden weiteren Direktantriebs auf einen Wert hin geregelt wird, der dem Produkt aus einem Faktor f und der beim als Master fungierenden ersten Direktantrieb erfassten Drehzahl gleicht,
insbesondere wobei f = d2 / d1 ist,
insbesondere wobei der Faktor f dem Verhältnis des Außendurchmessers d2 eines zweiten Rades und des Außendurchmessers d1 eines ersten Rades gleicht, wobei das erste Rad vom als Slave fungierenden weiteren Direktantrieb und das zweite Rad vom als Master fungierenden ersten Direktantrieb angetrieben wird. Von Vorteil ist dabei, dass abhängig von der Radgröße die Umfangsgeschwindigkeit der Räder synchron vorgebbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein Schienensystem gezeigt, wobei ein Schienenfahrzeug einen ersten Direktantrieb 1 aufweist.
- In der 2 ist ein Schienensystem gezeigt, das im Unterschied zur 1 einen weiteren Direktantrieb 20 aufweist, der als Slave betrieben wird, wobei der erste Direktantrieb 1 als Master betrieben wird.
- In der 3 ist ein Schienensystem gezeigt, bei dem zwei Schienenfahrzeuge, die jeweils zu dem in 2 gezeigten Schienenfahrzeug baugleich ausgeführt sind, synchron betrieben werden.
- In der 4 ist die Realisierung einer Datenübertragung zwischen dem als Master fungierenden ersten Direktantrieb 1 und dem als Slave fungierenden weiteren Direktantrieben 20 gezeigt, wofür ein Schlitzhohlleiter 40 eingesetzt ist.
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Wie in 1 gezeigt, weist das Schienenfahrzeug einen ersten Direktantrieb 1 auf, der es in Schienenrichtung antreibbar macht.
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Der erste Direktantrieb weist definitionsgemäß einen wechselrichtergespeisten Elektromotor auf, der ohne Getriebe betrieben wird. Somit wird die Rotorwelle des Elektromotors drehfest verbunden mit einem Rad des Schienenfahrzeugs, welches auf dem Schienenteil 4 abrollt und dabei das vom Motor erzeugte Drehmoment in Antriebskraft, also auch in in Schienenrichtung wirkende Kraft, umwandelt.
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Der erste Direktantrieb weist einen Sensor zur Winkelpositionserfassung oder Drehzahlerfassung des angetriebenen Rades des Schienenfahrzeugs auf.
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Durch die Verwendung dieses Direktantriebs ist der Antrieb mit wenig Masse ausführbar, ein kompakter schlanker Aufbau des Schienenfahrzeugs ermöglicht und außerdem ist eine intelligente Vernetzung der Direktantriebe miteinander ausführbar sowie eine gleichmäßige Antriebskraftverteilung bei dem Gestänge 2 des Schienenfahrzeugs.
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Besonders gut wird dies erreicht, indem an einem Schienenfahrzeug in Schienenrichtung voneinander beabstandete Räder jeweils von einem Direktantrieb angetrieben wird. Dabei wird ein erstes Rad von dem ersten Direktantrieb 1, der als Master fungiert, angetrieben und ein zweites Rad von dem weiteren Direktantrieb 20, der als Slave angetrieben wird. Hierzu ist der den Motor des ersten Direktantriebs 1 speisende Wechselrichter mittels eines Datenübertragungskanals mit dem den Motor des weiteren Direktantriebs 20 speisenden Wechselrichter zum Datenaustausch verbunden. Somit sind die erfassten Istwerte der Position oder Geschwindigkeit des vom ersten Direktantrieb 1 angetriebenen Rades an den als Slave fungierenden weiteren Direktantrieb 20, insbesondere dessen Wechselrichter, übertragbar. Dieser Wechselrichter des als Slave fungierenden weiteren Direktantriebs 20 weist eine Regeleinheit auf, die diese übertragenen Istwerte als Sollwertvorgabe aufweist und die am Rad des als Slave fungierenden weiteren Direktantriebs 20 erfassten Istwerte der Position beziehungsweise der Geschwindigkeit auf die Sollwertvorgabe hinregelt, indem sie eine auf das Rad des als Slave fungierenden weiteren Direktantriebs 20 wirkende physikalische Größe, wie beispielsweise ein Drehmoment oder eine Drehzahl, entsprechend stellt. Die Regeleinheit ist dabei vorzugsweise als linearer Regler aufgebaut, insbesondere als Proportionalregler, also P-Regler, oder als PI-Regler oder als PID-Regler.
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Zur Bildung des Datenübertragungskanals ist parallel zum Schienenteil 4 ein Schlitzhohlleiter 40 angeordnet. Dieser ist entweder separat ausgebildet und mit dem Schienenteil 4 verbunden, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig. Der Schlitzhohlleiter 40 weist einen Hohlraum auf, der als Wellenleiter in Schienenrichtung verwendbar ist, also elektromagnetische Wellen in Schienenrichtung weiterleitbar sind.
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Wie in 4 gezeigt ist jedem als Master und jedem als Slave fungierenden Direktantrieb (1, 20) eine Antenne 41 zugeordnet, die am jeweiligen dem jeweiligen Direktantrieb (1, 20) zugeordneten Schienenfahrzeug angeordnet ist und somit mit dem jeweiligen Schienenfahrzeug beziehungsweise Direktantrieb (1, 20) mitbewegbar ist.
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Mittels der jeweiligen zumindest teilweise in den Hohlraum des Schlitzhohlleiters 40 hineinragende Antenne 41 ist eine Welle einkoppelbar oder auskoppelbbar in den Hohlraum des Schlitzhohlleiters 40.
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Wie in 1 gezeigt, ist also das Schienenfahrzeug mit nur einem einzigen Direktantrieb 1 ausführbar.
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Wie in 2 gezeigt, ist das Schienenfahrzeug mit dem ersten Direktantrieb 1, der als Master fungiert, ausführbar und mit dem weiteren Direktantrieb 20, der als Slave fungiert. Wie oben beschrieben, werden die beiden Direktantriebe (1, 20) in Master-Slave-Regelung betrieben. Der weitere Direktantrieb 20 ist zur Einsparung von Energie bei Streckenabschnitten geringer Neigung oder bei geringer zu transportierender Last abschaltbar, so dass das zugehörige Rad nur als Laufrad 3 fungiert.
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Wie in 3 gezeigt, sind auch zwei Schienenfahrzeuge synchron betreibbar, indem auf einem ersten Schienenfahrzeug der als Master fungierende erste Direktantrieb 1 in Master-Slave-Regelung nicht nur zu einem zusätzlichen als Slave fungierenden weiteren Direktantrieb 20 desselben Schienenfahrzeugs, sondern auch zu einem oder mehreren als Slave fungierenden weiteren Direktantrieben 20 eines weiteren Schienenfahrzeugs Daten überträgt. Mittels des synchronen Betreibens ist der Abstand zwischen den Schienenfahrzeugen in Schienenrichtung konstant haltbar und es ist eine Last von den Schienenfahrzeugen gemeinsam transportierbar. Die Gewichtskraft der zu transportierenden Last wird also auf die synchron betriebenen Schienenfahrzeuge aufgeteilt.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden nicht nur zwei, sondern sogar mehr Schienenfahrzeuge auf diese Weise synchron zum ersten Schienenfahrzeug betrieben.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Schienenteil 4 mit dem Schlitzhohlleiter 40 integral, also einteilig, ausgeführt. Hierzu wird vorteiligerweise das Schienenteil 4 als Stranggussteil gefertigt und dabei ein Hohlraum mit in Schienenrichtung verlaufendem Schlitz vorgesehen. Somit ist nur ein einziges Teil zu fertigen, wobei dieses Teil nicht nur die Schienenfunktion, sondern auch die Datenübertragungsfunktion aufweist.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist als Direktantrieb ein Polradantrieb vorgesehen. Hierbei ist statt eines Rades, welches das Schienenteil 4 berührt, eine an ihrem Außenumfang mit Dauermagneten besetzte Scheibe vorgesehen, die vom Schienenteil 4 beabstandet ist, insbesondere einige Millimeter. Die in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Dauermagnete sind dabei mit zueinander entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung ausgeführt. Somit ist ein Wirbelstromantrieb realisiert. Denn die Dauermagnete induzieren im Schienenteil 4 Wirbelströme, so dass eine auf das Schienenfahrzeug wirkende Vortriebskraft in Schienenrichtung erzeugbar ist.
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Das Schienenteil 4 weist zur Scheibe hin, also an ihrem der Scheibe nächstliegenden Oberflächenbereich, einen geeigneten, insbesondere möglichst planen, sich in Schienenrichtung erstreckenden Flächenabschnitt an ihrer Oberfläche auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Direktantrieb als Master
- 2
- Gestänge
- 3
- Laufrad
- 4
- Schienenteil
- 20
- weiterer Direktantrieb als Slave
- 40
- Schlitzhohlleiter
- 41
- Antenne
