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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs mit mehreren Antriebsmotoren, bei dem die Antriebsmotoren von einer Steuervorrichtung in der Weise angesteuert werden, dass eine Antriebskraft der Antriebsmotoren eine vorbestimmte maximale Kraftkennlinie nicht überschreitet.
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Moderne Triebwagenzüge werden mit mehreren Triebwagen betrieben, die jeweils mehrere Antriebsmotoren aufweisen, so dass der Triebwagen von einer Vielzahl von Antriebsmotoren angetrieben wird. Die Motoren werden durch Stromrichter mit Betriebsspannung versorgt, wobei der Stromrichter je nach Art der Antriebsmotoren einen Antriebsmotor alleine oder mehrere Antriebsmotoren gemeinsam versorgt. Bei einem Ausfall eines Antriebsmotors steht dem Triebwagen und damit dem gesamten Triebwagenzug nur eine verminderte maximale Leistung zur Verfügung. Versorgt ein Stromrichter mehrere Antriebsmotoren, beispielsweise vier Asynchronmotoren, so kann es vorkommen, dass bei Ausfall des Stromrichters die Leistung des Triebwagenzugs so verringert ist, dass Normen oder Leistungsanforderungen des Zugbetreibers nicht mehr erfüllt werden können. Dies gilt auch für den Ausfall eines ganzen Treibwagens, z.B. bei einem Defekt eines Eingangsumrichters oder des Stromabnehmers.
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Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, die Antriebsleistung der Triebwagenzüge so zu dimensionieren, dass auch bei Ausfall eines Stromrichters, der mehrere Antriebsmotoren versorgt, oder dem Ausfall aller Antriebsmotoren eines Triebwagens stets genügend Leistung zur Verfügung steht. Bei einem Triebzug mit zum Beispiel vier Triebwagen stehen bei einem Ausfall eines Triebwagens nur 75 % der Leistung für den gesamten Zug zur Verfügung. Entsprechend der Anforderungen von Betreibern, Normen oder anderen Leistungsanforderungen, beispielsweise technische Spezifikationen für die Interoperabilität (TSI), muss jedoch bei einem solchen Ausfall noch genug Leistung zur Verfügung stehen, um den Triebzug auch bei einer Steigung noch ausreichend beschleunigen zu können. So muss beispielsweise bis 60 km/h gemäß TSI für den europäischen interoperablen Eisenbahnverkehr noch eine Beschleunigung von 0,05 m/s2 zur Verfügung stehen. Infolgedessen werden die Antriebe der Triebwagenzüge so ausgelegt, dass diese Anforderung auch bei einem Ausfall von 25% der gesamten Zugleistung erfüllt wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs anzugeben, mit dem das Schienenfahrzeug auch in einem Ausfallbetrieb kostengünstig betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Antriebsmotoren erfindungsgemäß in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsmodi mit unterschiedlichen vorbestimmten maximalen Kraftkennlinien betrieben werden. Je nach Situation, z.B. bei einem Defekt oder einer erhöhten Anforderung an das Schienenfahrzeug, z.B. bei Bedarf einer erhöhten Beschleunigung oder bei einer starken Steigung, kann der passende Betriebsmodus und damit die passende maximale Kraftkennlinie verwendet werden.
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Zweckmäßigerweise hat jeder Betriebsmodus eine einzige maximale Kraftkennlinie, wobei die Kraftkennlinien von zumindest zwei Betriebsmodi unterschiedlich sind.
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Anstelle der Antriebskraft und der Kraftkennlinie kann auch ein Antriebsmoment und eine Momentkennlinie oder eine Antriebsleistung und eine Leistungskennlinie verwendet werden, wobei eine Kraft als gleichwertig zu einem Moment und/oder einer Leistung angesehen wird. In Bezug auf diese Erfindung wird der Einfachheit halber nur die Begriffe der Antriebskraft und der Kraftkennlinie verwendet, die die Begriffe des Moments und der Momentkennlinie oder der Leistung und der Leistungskennlinie mit umfassen.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es auch bei einer kostengünstigeren kleineren Dimensionierung der Antriebskomponenten eines Triebwagenzugs möglich sein kann, den Antrieb des Zugs unter Erfüllung aller Bedingungen auch bei besonders schwierigen Betriebsbedingungen und/oder Ausfall eines Triebwagens oder Antriebsteils aufrecht zu erhalten. Dies bedingt jedoch einen Betriebsmodus mit einer höheren Leistung des verbleibenden Antriebsteils des Zuges als im Betriebsmodus für den regulären Betrieb, sodass ein erhöhter Verschleiß beziehungsweise ein erhöhter Lebensdauerverbrauch der betroffenen Komponenten stattfindet. Ein solcher Betrieb unter erhöhten Belastungen sollte daher nicht unter Normalbedingungen, also nicht im regulären Betrieb bzw. Betriebsmodus angewendet werden.
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Außerdem sollte der erhöhte Belastungen erlaubende Betriebsmodus nur solchen Belastungen erlauben, die einen Verschleiß immer noch in einem vertretbaren Bereich halten. Bei einem Betriebsmodus ist somit zweckmäßigerweise eine obere Kraftgrenze oder Leistungsgrenze festzulegen. Entsprechend sieht die Erfindung vor, für jeden Betriebsmodus, also auch bei einem Ausfall zumindest eines Antriebsmotors oder einem Sonderbetrieb, eine Kraftkennlinie zur Verfügung zu stellen. Es liegen also in einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Antriebsmotoren – und/oder eines oder mehrerer Stromrichter für die Antriebsmotoren – zumindest zwei Kraftkennlinien vor, die zweckmäßigerweise jeweils eine obere Kraft- oder Leistungsgrenze für die betriebene Antriebsmotoren festlegen.
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Die Betriebsmodi umfassen vorteilhafterweise einen regulären Betriebsmodus, also einen regulären Betrieb, und einen Sonderbetriebsmodus, der insbesondere eine gegenüber dem regulären Betrieb erhöhte Belastung der Antriebsmotoren erlaubt. Die Kraftkennlinien legen zweckmäßigerweise eine Obergrenze für die Antriebskraft, des Motormoments und/oder der Zugleistung fest, insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs. Eine Motordrehzahl oder andere fest mit der Fahrgeschwindigkeit gekoppelte Größen sind als äquivalent mit der Fahrgeschwindigkeit, und sollen vom Begriff der Fahrgeschwindigkeit mit umfasst sein. Ein Betrieb der Antriebsmotoren erfolgt somit zweckmäßigerweise im Bereich unterhalb der Kraftkennlinie und nach oben hin bis einschließlich zur Kraftkennlinie. Die Kraftkennlinie legt zweckmäßigerweise eine obere Kraft-, Moment- oder Leistungsgrenze für den Betrieb fest, insbesondere für mehrere betriebene Antriebsmotoren zusammen, z.B. alle Antriebsmotoren eines Motorumrichters, alle Antriebsmotoren eines Triebwagens oder alle Antriebsmotoren eines Zugteils eines gesamten Zugs. Die Antriebsmotoren werden dann gemeinsam mit der entsprechenden Kraftkennlinie betrieben.
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Das Schienenfahrzeug ist zweckmäßigerweise ein Triebwagenzug, der aus einem oder mehreren Zugteilen bestehen kann, die wiederum einen oder mehrere Triebwagen, also angetriebene Wagen, aufweisen können. Die Kraftkennlinien sind zweckmäßigerweise in der Steuervorrichtung des Schienenfahrzeugs hinterlegt, die den Antrieb der Antriebsmotoren des Schienenfahrzeugs oder eines Triebwagens des Schienenfahrzeugs steuert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Kraftkennlinie für den Betriebsmodus des regulären Betriebs vorbestimmt und zumindest eine Kraftkennlinie für einen Sonderbetriebmodus vorbestimmt. Ein Sonderbetriebsmodus ist bei einem Sonderbetrieb des Schienenfahrzeugs anzuwenden, z.B. bei Fahrt an einer Steigung oberhalb einer vorbestimmten Steigungsgrenze, bei einer geforderten Beschleunigung oberhalb einer vorbestimmten Beschleunigungsgrenze, bei einem Abschleppbetrieb, bei dem ein Schienenfahrzeug ein anderes Schienenfahrzeug abschleppt und/oder bei einem Defektbetrieb, also einem Betrieb mit zumindest einem ausgefallenen Antriebsmotor.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Sonderbetrieb ein Defektbetrieb mit einem Betriebsausfall von zumindest einem der Antriebsmotoren des Schienenfahrzeugs. Hierbei werden die Antriebsmotoren mit der Kraftkennlinie für den Defektbetrieb betrieben, die gegenüber der Kraftkennlinie für den regulären Betrieb erhöht ist. Der Betriebsausfall des Antriebsmotors kann durch einen Defekt des Antriebsmotors oder einer anderen Komponente hervorgerufen werden, beispielsweise einen Defekt eines Stromrichters, der diesen Antriebsmotor versorgt. Die Kraftkennlinie für den Defektbetrieb wird zweckmäßigerweise ausschließlich bei einem Betriebsausfall von zumindest einem der Antriebsmotoren des Schienenfahrzeugs angewendet.
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Vorteilhafterweise werden die Antriebsmotoren erst bei einem Betriebsausfall von mehreren Antriebsmotoren, die zusammen zumindest 20% der gesamten regulären Antriebsleistung des Schienenfahrzeugs erbringen, mit der Kraftkennlinie für den Defektbetrieb betrieben. Sind weniger als 20% des Gesamtantriebs außer Betrieb, so ist es in der Regel ausreichend, das Schienenfahrzeug mit der Kraftkennlinie des regulären Betriebs zu betreiben, da hierdurch die üblichen Bedingungen noch erfüllbar sind. Auf einem verschleißintensiveren Betrieb kann hierbei verzichtet werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass bei einem Betriebsausfall von zumindest einem Antriebmotor sämtliche betriebsbereite Antriebsmotoren des Schienenfahrzeugs mit der Kraftkennlinie für den Defektbetrieb betrieben werden. Die verbleibenden, betriebsbereiten Antriebsmotoren können gleichmäßig belastet werden, sodass eine Spitzenbelastung von einzelnen Antriebsmotoren vermieden wird. Zweckmäßigerweise wird diese Gleichverteilung erst dann angewendet, wenn zumindest 20%, insbesondere 25%, aller vorhandenen Antriebsmotoren des Schienenfahrzeugs ausgefallen sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Kraftkennlinie für den Sonderbetrieb ausschließlich bis zu einer vorbestimmten Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs gegenüber der Kraftkennlinie für den regulären Betrieb erhöht ist, insbesondere von 0 km/h durchgehend bis zur vorbestimmten Geschwindigkeit. Diese Ausführungsform der Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Antriebsmotoren eines Schienenfahrzeugs in einem unteren Geschwindigkeitsbereich üblicherweise nicht mit voller Leistung betrieben werden, sondern mit einer maximale Kraft bzw. einem maximalen Moment, die konstant oder in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit variabel sein kann. Es stehen somit im unteren Geschwindigkeitsbereich noch Leistungsreserven zur Verfügung, die für einen Defektbetrieb relativ verschleißarm genutzt werden können. Ein leicht erhöhter Verschleiß wird hierbei nicht durch eine besonders hohe Leistung der Antriebsmotoren im Sonderbetrieb bewirkt, sondern eher durch hohe Momente im Antriebsstrang. Dieser ist entsprechend der maximalen Kräfte der Kraftlinie für den Sonderbetrieb auszulegen. Die vorbestimmte Geschwindigkeit beträgt zweckmäßigerweise zumindest 60 km/h. Hierdurch kann erreicht werden, dass die beispielsweise gemäß TSI gegebene Bedingung der vorbestimmten Beschleunigung bei 60 km/h erfüllt wird.
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Vorteilhafterweise ist einer der Betriebsmodi ein Betriebsmodus für einen regulären Betrieb und umfasst eine Kraftkennlinie für den regulären Betrieb, die bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit von einer ansteigenden Leistung in eine konstante Leistung übergeht. Die Kraftkennlinie für den Sonderbetrieb kann somit am Punkt der vorbestimmten Geschwindigkeit in die Kraftkennlinie für den regulären Betrieb einmünden. Ein leistungsstärkerer Sonderbetrieb wird daher nur in einem solchen Betrieb gefahren, bei dem die Kraftkennlinie für den regulären Betrieb unterhalb der maximalen Leistung der Antriebsmotoren liegt. Hierdurch ist ein Verschleiß der Antriebsmotoren beziehungsweise des Antriebsstrangs im Anfahrbereich bei einem Sonderbetrieb zwar etwas höher als im regulären Betrieb, kann jedoch insgesamt noch in einem vertretbaren Rahmen gehalten werden.
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Mit gleichem Vorteil ist einer der Betriebsmodi ein Betriebsmodus für einen regulären Betrieb und umfasst eine Kraftkennlinie für den regulären Betrieb, die bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit von einer konstanten Kraft in eine abfallende Kraft übergeht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass einer der Betriebsmodi ein Betriebsmodus für einen Sonderbetrieb ist und eine Kraftkennlinie für den Sonderbetrieb umfasst, die bis zu einer vorbestimmten Geschwindigkeit parallel zur Kraftkennlinie für den regulären Betrieb verläuft. Auch hierdurch lässt sich ein Verschleiß im Antriebsstrang bei einem Sonderbetrieb in einem vertretbaren Rahmen gehalten werden. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn die Kraftkennlinie für den regulären Betrieb in diesem parallelen Bereich mit konstanter Kraft verläuft.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist einer der Betriebsmodi ein Betriebsmodus für einen Sonderbetrieb und umfasst eine Kraftkennlinie für den Sonderbetrieb, die sich mit wachsender Geschwindigkeit an die Kraftkennlinie für den regulären Betrieb annähert. Vorteilhafterweise gilt dies für den gesamten Bereich unterhalb der vorbestimmten Geschwindigkeit. Hierbei haben zweckmäßigerweise beide Kraftkennlinien einen linearen Kraftverlauf und vorteilhafterweise hat die Kraftkennlinien für den regulären Betrieb einen konstanten Kraftverlauf. Hierdurch kann erreicht werden, dass die maximale Leistung der Antriebsmotoren relativ spät erreicht wird und ein Verschleiß somit gering gehalten werden kann.
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Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass einer der Betriebsmodi ein Betriebsmodus für einen Sonderbetrieb ist und eine Kraftkennlinie für den Sonderbetrieb umfasst, die in einem Geschwindigkeitsbereich unterhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeit mit konstanter Kraft verläuft, wohingegen eine Kraftkennlinie für den regulären Betrieb im gleichen Geschwindigkeitsbereich mit abfallender Kraft verläuft. Zweckmäßigerweise gilt dies für zumindest den überwiegenden Teil des Geschwindigkeitsbereichs, insbesondere den gesamten Geschwindigkeitsbereich bis zur vorbestimmten Geschwindigkeit. Vorteilhafterweise haben beide Kraftkennlinien in diesem Geschwindigkeitsbereich einen linearen Kraftverlauf, insbesondere im überwiegenden Teil dieses Geschwindigkeitsbereichs. Zweckmäßigerweise reicht der konstante Kraftverlauf bis zur vorbestimmten Geschwindigkeit und der abfallende Kraftverlauf bis zur maximalen Leistung, die durch die Kraftkennlinie für den regulären Betrieb festgelegt ist.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn einer der Betriebsmodi ein Betriebsmodus für einen Sonderbetrieb ist und eine Kraftkennlinie für den Sonderbetrieb umfasst, die über in ihrem gesamten Bereich gegenüber einer Kraftkennlinie für einen regulären Betrieb erhöht ist. Hierdurch kann ein Betrieb gefahren werden, der über den gesamten Geschwindigkeitsbereich bis zu einer Höchstgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs eine höhere Leistung der Antriebsmotoren als im regulären Betrieb erlaubt.
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Vorteilhafterweise ist einer der Betriebsmodi ein Betriebsmodus für einen Sonderbetrieb und umfasst eine Kraftkennlinie für den Sonderbetrieb, die nur oberhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeit gegenüber einer Kraftkennlinie für einen regulären Betrieb erhöht ist. Hierdurch kann im Leistungsbereich der Antriebsmotoren eine erhöhte Leistung abgerufen werden, wobei ein Verschleiß durch die Kraftkennlinie, die eine obere Leistungsgrenze festlegt, in einem vertretbaren Rahmen gehalten werden kann.
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Weiter betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug mit mehreren Antriebsmotoren und einer Steuervorrichtung zum Steuern der Antriebsmotoren in der Weise, dass eine Antriebskraft eine vorbestimmte Kraftkennlinie nicht überschreitet. Es wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung erfindungsgemäß mehrere verschiedene Kraftkennlinien hinterlegt sind und die Steuervorrichtung dazu vorbereitet ist, die Antriebsmotoren die Antriebsmotoren in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsmodi mit unterschiedlichen vorbestimmten Kraftkennlinien zu betreiben.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar.
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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. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
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Es zeigen:
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1 ein Schienenfahrzeug mit mehreren Antriebsmotoren,
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2 ein Diagramm mit zwei Kraftkennlinien aufgetragen über die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs,
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3 ein weiteres Diagramm mit zwei anderen Kraftkennlinien,
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4 drei weitere Kraftkennlinien in einem weiteren Diagramm,
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5 ein weiteres Diagramm mit einer über den gesamten Geschwindigkeitsbereich erhöhten Kraftkennlinie, und
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6 eine Kraftkennlinie für einen Sonderbetrieb, die nur im Leistungsbereich erhöht ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs 2, das mehrere Triebwagen 4 aufweist, von denen der Übersichtlichkeit halber nur ein Triebwagen 4 dargestellt ist. Das Schienenfahrzeug 2 besteht aus mehreren Zugteilen mit jeweils zwei Triebwagen 4, zwischen denen nicht angetriebene Wagen 6 angeordnet sind.
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Jeder der Triebwagen 4 weist mehrere Antriebsmotoren 8 auf, je zwei an einer der beiden angetriebenen Achsen. Jeder Antriebsmotor 8 wird von einem Traktionsumrichter 10 gespeist, der einen Eingangsumrichter 12 aufweist, der aus der Netzspannung einer Oberleitung – gegebenenfalls über mehrere Stufen – eine Zwischenkreisgleichspannung in einem Zwischenkreis 14 erzeugt. Zwischen dem Eingangsumrichter 12 und dem Stromabnehmer bzw. Fahrdraht kann noch ein Transformator für den Wechselstrombetrieb oder ein Filter für den Gleichstrombetrieb angeordnet sein.
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Mit dem Zwischenkreis 14 elektrisch verbunden sind zwei Motorumrichter 16, die die Zwischenkreisgleichspannung in Dreiphasenwechselspannung für die Antriebsmotoren 8 umwandeln. Jeder der beiden Motorumrichter 16 versorgt hierbei zwei Antriebsmotoren 8, wobei es ebenso gut möglich ist, dass nur ein Motorumrichter 16 für alle vier Antriebsmotoren 8 vorgesehen ist. Je nach Antriebsmotor ist es in einem anderen Ausführungsbeispiel ebenso gut möglich, dass ein Motorumrichten nur einen einzigen Antriebsmotor versorgt. Die Versorgung der Antriebsmotoren 8 mit Betriebsspannung wird von einer Steuervorrichtung 18 gesteuert, die den Betrieb des Traktionsumrichters 10 und der Antriebsmotoren 8 steuert.
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Während des regulären Betriebs des Schienenfahrzeugs 2 werden die Antriebsmotoren 8 von der Steuervorrichtung 18 mit einer Kraftkennlinie 20 gesteuert, die in 2 dargestellt ist. 2 zeigt ein Diagramm der Kraftkennlinie 20, die über die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 2 aufgetragen ist. In einem unteren Geschwindigkeitsbereich unterhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeit 22, im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 130 km/h, verläuft die Kraftkennlinie 20 konstant. Die Antriebsmotoren 8 erzeugen hierbei ein konstantes Moment über den gesamten Geschwindigkeitsbereich unterhalb der vorbestimmten Geschwindigkeit 22. Die Leistung der Antriebsmotoren 8 steigt hierbei linear an. Eine entsprechende äquivalente Leistungskennlinie würde somit in diesem Bereich von 0 an linear aufsteigen.
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Die in 2 angegebene Geschwindigkeit von 130 km/h ist auf Hochgeschwindigkeitszüge bezogen. Die Erfindung ist jedoch ebenso gut anwendbar bei S-Bahnen, Straßenbahnen, Metrozügen und dergleichen. Entsprechend liegt die vorgegebene Geschwindigkeit hier niedriger, generell im projektspezifischen Bereich, z.B. zwischen 30 km/h und 60 km/h.
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Die in 2 aufgetragene Kraft ist die Kraft von allen Antriebsmotoren 8 eines Triebwagens 4 zusammen. Die Antriebsmotoren 8 sind alle gleich ausgeführt, so dass ein einzelner Antriebsmotor 8 ein Viertel der Kraft bzw. des Moments erzeugt. Alle Antriebsmotoren 8 werden gleich angesteuert und erzeugen die gleiche Kraft bzw. das gleiche Moment.
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Entsprechend der Kraftkennlinie 20 erreicht die Leistung bei der vorbestimmten Geschwindigkeit 22 ihr Maximum und bleibt oberhalb der Geschwindigkeit 22 konstant. Hierdurch fällt die Kraftkennlinie 20 reziprok zur Geschwindigkeit ab, wie in 2 dargestellt ist. Selbstverständlich können die Antriebsmotoren 8 auch so angesteuert werden, dass ihr Moment beziehungsweise ihre Leistung unterhalb der Kraftkennlinie 20 liegt, entsprechend den Fahranforderungen, die beispielsweise von einem Fahrstand des Schienenfahrzeugs 2 ausgegeben werden. Die Kraftkennlinie 20 stellt somit eine obere Kraft-, Moment- bzw. Leistungsgrenze der Antriebsmotoren 8 dar.
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Während des Betriebs des Schienenfahrzeugs 2 kann es vorkommen, dass ein oder mehrere Antriebsmotoren 8 durch einen Defekt eines Bauteils des Schienenfahrzeugs 2 ausfallen. Ist ein Antriebsmotor 8 defekt und fällt somit alleine aus, so ist die Leistung der übrigen Antriebsmotoren 8 des gesamten Schienenfahrzeugs 2 ausreichend, um allen Anforderungen an das Schienenfahrzeug 2 zu genügen. Das Gleiche gilt, wenn beispielsweise ein Motorumrichter 16 ausfällt und somit die beiden von ihm versorgten Antriebsmotoren 8 außer Betrieb gehen. Erst wenn vier Antriebsmotoren 8 ausfallen, beispielsweise durch den Antriebsausfall eines gesamten Triebwagens 4, wie beispielsweise bei einem Defekt des Eingangsumrichters 12, des Stromabnehmers des Triebwagens 4 oder des Zwischenkreises 14, ist die maximale Leistung entsprechend der Kraftkennlinie 20 nicht mehr ausreichend, um manche Anforderungen an das Schienenfahrzeug 2 zu erfüllen. Hierzu wäre eine größere Gesamtleistung aller verbleibenden Antriebsmotoren 8 des Schienenfahrzeugs 2 nötig.
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Um auch in einem solchen Fall den Anforderungen zu genügen, beispielsweise einer technischen Spezifikation für die Interoperabilität (TSI) für den Hochgeschwindigkeitsverkehr, ist in der Steuervorrichtung 18 eine weitere Kraftkennlinie 24 hinterlegt, die in 2 gestrichelt dargestellt ist. Diese Kraftkennlinie 24 verläuft oberhalb der vorbestimmten Geschwindigkeit 22 identisch mit der Kraftkennlinie 20 für den regulären Betrieb der Antriebsmotoren 8, beziehungsweise des Schienenfahrzeugs 2. Unterhalb dieser Geschwindigkeit 22 ist die Kraftkennlinie 24 für den Defektbetrieb des Schienenfahrzeugs 2 beziehungsweise der Antriebsmotoren 8 jedoch gegenüber der regulären Kraftkennlinie 20 erhöht. Hierbei verlaufen die beiden Kraftkennlinien 20, 24 in einem unteren Geschwindigkeitsbereich mit Bezug auf das Moment der Antriebsmotoren 8 parallel, bis die Kraftkennlinie 24 die maximale Leistung der Kraftkennlinie 20 erreicht.
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Ab dieser Geschwindigkeit, die aufgrund der erhöhten Kraft unterhalb der vorbestimmten Geschwindigkeit 22 liegt, knickt die Kraftkennlinie 24 entsprechend der konstanten Leistung auf den geschwindigkeitsreziproken Ast der Kraftkennlinie 20 ab, der durch die Kraftkennlinie 24 nach oben hin, also zu geringeren Geschwindigkeiten, fortgesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform der Kraftlinien 20, 24 wird den Antriebsmotoren 8 auch bei dem Defektbetrieb mit erhöhtem Moment keine höhere Leistung als die maximale Leistung des regulären Betriebs abverlangt, sodass der Verschleiß der Antriebsmotoren beziehungsweise des Antriebsstrangs relativ gering ist. Die erhöhte Kraft im unteren Bereich der Kraftkennlinie 24 macht allerdings eine Verstärkung des Antriebsstrangs sinnvoll, wie des Getriebes der Antriebsmotoren 8, oder andere Komponenten und Schnittstellen.
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3 zeigt eine weitere Kraftkennlinie 26 für den Defektbetrieb. Die Kraftlinie 20 aus 3 ist im Wesentlichen identisch zur Kraftlinie 20 aus 2. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel aus 2, auf das bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Nicht erwähnte Merkmale sind in den folgenden Ausführungsbeispielen übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben sind.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel aus 2 verläuft die Kraftkennlinie 26 für den Defektbetrieb der Antriebsmotoren 8 aus 3 nicht konstant, sondern linear abfallend. Hierdurch ist das Moment beziehungsweise die Leistung im untersten Drehbereich etwas höher, dafür im oberen Geschwindigkeitsbereich des linear abfallenden Bereichs der Kraftkennlinie 26 etwas geringer. Hierdurch wird der Antriebsstrang am oberen Leistungsende mit einem geringeren Moment beaufschlagt, was sich schonend für den Antriebsstrang auswirken kann. Außerdem ist eine solche Kraftkennlinie 26 verschleißverringernd für den Motorumrichter 14, der im oberen Leistungsbereich weniger beansprucht wird.
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Je nach Konfiguration von Traktionsumrichter 10 und Antriebsmotoren 8 kann jedoch eine hohe Umrichterbeanspruchung im oberen Leistungsbereich sinnvoll sein. Liegen beispielsweise relativ große Stromrichter im Verhältnis zur möglichen Leistung der Antriebsmotoren 8 vor, so ist das Fahren mit einer maximalen Leistung auch im geringeren Drehzahlbereich, also in einem geringeren Geschwindigkeitsbereich, mit nur einer sehr geringen Lebensdauerverkürzung des Motorumrichters 16 beziehungsweise Traktionsumrichters 10 verbunden. In einem solchen Fall ist es sinnvoll, im unteren Drehzahlbereich beziehungsweise Geschwindigkeitsbereich mit konstanter Kraft zu fahren, wie dies durch die Kraftkennlinie 24 aus 2 und die Kraftkennlinie 28 aus 4 gezeigt ist.
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Bei geringerer Umrichterdimensionierung ist hingegen eine Kraftkennlinie 26, wie aus 3, oder eine Kraftkennlinie 30, wie aus 4 ersichtlich, sinnvoll. Insbesondere bei einer linear absteigenden Kraftkennlinie 30 ist ein paralleler Verlauf mit der Kraftkennlinie 32 für den regulären Betrieb der Antriebsmotoren 8 sinnvoll, wie dies in 4 dargestellt ist.
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Die in 5 abgebildete Kraftkennlinie 34 für den Sonderbetrieb ist im gesamten Geschwindigkeitsbereich des Schienenfahrzeugs 2 gegenüber der Kraftkennlinie 36 für den regulären Betrieb erhöht. Sie verläuft in dem Geschwindigkeitsbereich, in dem die Kraftkennlinie 36 für den regulären Betrieb linear verläuft, ebenfalls linear und insbesondere parallel zu dieser und verläuft in dem Geschwindigkeitsbereich, in dem die Kraftkennlinie 36 für den regulären Betrieb mit konstanter Leistung verläuft, ebenfalls mit konstanter Leistung.
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Eine solche Kraftkennlinie 34 ist für einen Sonderbetrieb geeignet, in dem unabhängig von der Geschwindigkeit eine erhöhte Leistung der Antriebsmotoren 8 zur Verfügung stehen muss, z.B. bei einem besonders schweren Schienenfahrzeug 2 oder bei einem Abschleppen eines anderen Schienenfahrzeugs.
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Die in 6 abgebildete Kraftkennlinie 38 für den Sonderbetrieb verläuft im Leistungsbereich, also in dem Bereich, in dem sie mit konstanter Leistung verläuft, mit erhöhter Leistung bzw. Kraft. Im Anfahrbereich, also bis zur vorbestimmten Geschwindigkeit 40, bis zu der die Kraftkennlinie 36 für den regulären Betrieb linear verläuft, ist sie identisch mit der Kraftkennlinie 36. Hierdurch kann das Schienenfahrzeug eine höhere maximale Geschwindigkeit erreichen oder die maximale reguläre Geschwindigkeit schneller erreichen. Ein solcher Sonderbetriebsmodus ist vorteilhaft, um beispielsweise Verspätungen aufholen zu können.
