DE102014226455A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug, wobei die Vorrichtung mindestens eine Schnittstelle (SS) für mindestens ein Thyristor-Steuersignal (TS1, TS2, TS3) und mindestens ein Schaltelement umfasst, wobei das mindestens eine Schaltelement als Bipolartransistor ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung mindestens eine Interface-Steuereinrichtung (5) zur Umwandlung des Thyristor-Steuersignals (TS1, TS2, TS3) in ein Bipolartransistor-Steuersignal (BSS1, BSS2, BSS3) umfasst, wobei die Interface-Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit des Thyristor-Steuersignals (TS1, TS2, TS3) das Bipolartransistor-Steuersignal (BSS1, BSS2, BSS3) für das mindestens eine Schaltelement erzeugt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug.
  • Es ist bekannt, in Schienenfahrzeugen Vorrichtungen zur Gleichspannungswandlung, die auch als Gleichstromsteller bezeichnet werden, zu verwenden, um z.B. eine Antriebsmaschine mit elektrischer Energie zu versorgen. Diese Vorrichtungen umfassen zumindest ein, vorzugsweise jedoch mehrere elektrische Schaltelemente, um eine Eingangsspannung in eine gewünschte Ausgangsspannung, die die Antriebsmaschine oder einen der Antriebsmaschine zugeordneten Wechselrichter speist, zu wandeln. Diese Vorrichtungen zur Gleichspannungswandlung können hierbei als Hochsetzsteller und Tiefsetzsteller betrieben werden.
  • In Schienenfahrzeugen älterer Bauart werden zum Teil Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung verwendet, die als elektrisches Schaltelement einen Thyristor umfassen. Hierbei erzeugt ein Antriebssteuergerät des Schienenfahrzeugs ein Thyristor-Steuersignal, um die gewünschte Ausgangsspannung zu erzeugen.
  • Die DE 33 04 377 A1 offenbart eine Einrichtung zur Energieversorgung von Nutzverbrauchern in einem Schienenfahrzeug. Hierin wird die Verwendung eines Thyristor-Wechselstrom-Wechselrichters gelehrt.
  • Allerdings bestehen bezüglich dieser Vorrichtungen zur Gleichspannungswandlung Probleme bei der Ersatzteilbeschaffung, da einzelne Ersatzteile, insbesondere Thyristoren, nicht mehr verfügbar sind. Weiter ist es wünschenswert, eine Zuverlässigkeit der Gleichspannungswandlung in diesen Schienenfahrzeugen zu verbessern.
  • Es stellt sich somit das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug zu schaffen, welche einen Ersatz der thyristor-basierten Vorrichtungen zur Gleichspannungswandlung in Schienenfahrzeugen mit minimalen Änderungen der mechanischen, elektrischen und signaltechnischen Anbindung der Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung ermöglichen.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 14. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug. Die Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung kann auch als Gleichstromsteller bezeichnet werden. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Schnittstelle für mindestens ein Thyristor-Steuersignal. Über die Schnittstelle kann eine signaltechnische Verbindung zwischen der vorgeschlagenen Vorrichtung und einer Antriebssteuereinrichtung des Schienenfahrzeugs, beispielsweise einem Antriebssteuergerät, hergestellt werden. Die signaltechnische Verbindung kann hierbei insbesondere eine bidirektionale Verbindung sein. Somit können über die Schnittstelle Signale an die vorgeschlagene Vorrichtung und von der vorgeschlagenen Vorrichtung übertragen werden. Die Schnittstelle dient hierbei zum Übertragen von Signalen, die im Rahmen des Betriebs einer thyristorbasierten Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung zur Vorrichtung und von der Vorrichtung übertragen werden.
  • An die vorgeschlagene Vorrichtung können über die Schnittstelle z.B. eines oder mehrere der folgenden Signale übertragen werden. Beispielsweise können über die Schnittstelle Steuersignale für einen ersten Antriebs-Thyristor, einen weiteren Antriebs-Thyristor und einen Brems-Thyristor übertragen werden. Weiter können über die Schnittstelle Signale übertragen werden, die das Auftreten eines Grenzstroms und/oder Überstroms kodieren. Weiter kann über die Schnittstelle ein Fehler-Rücksetzsignal übertragen werden. Weiter kann über die Schnittstelle ein Bereitschaftssignal übertragen werden, welches eine Betriebsbereitschaft eines externen Steuergeräts, beispielsweise eines Fahrzeugsteuergeräts oder des vorgenannten Antriebssteuergeräts, kodiert. Weiter kann über die Schnittstelle ein Fahrsignal übertragen werden, welches einen gewünschten Fahrbetrieb oder Bremsbetrieb kodiert. Diese Signale können hierbei über die Schnittstelle an die vorgeschlagene Vorrichtung übertragen werden.
  • Von der vorgeschlagenen Vorrichtung können über die Schnittstelle z.B. eines oder mehrere der folgenden Signale übertragen werden. So kann beispielsweise ein sogenanntes Zwangszünden-Signal übertragen werden, welches repräsentiert, ob ein Schaltelement der Vorrichtung, z.B. im Rahmen eines Fehlermanagements, eingeschaltet, also leitend geschaltet, ist. Weiter kann ein Zwangssperren-Signal übertragen werden, welches repräsentiert, ob mindestens ein Schaltelement der Vorrichtung, z.B. im Rahmen eines Fehlermanagements, sperrend, also nicht-leitend, geschaltet ist. Weiter kann ein Netzteilstörungs-Signal übertragen werden, welches eine fehlende Funktionsfähigkeit des Netzteiles repräsentiert. Weiter kann ein Überspannungs-Fehlersignal übertragen werden, welches das Auftreten einer Überspannung repräsentiert. Weiter kann ein Schaltelement-Fehlersignal übertragen werden, welches einen Schaltelement-Fehler oder das Auftreten eines solchen Fehlers repräsentiert. Weiter kann ein Bremsstromfehler-Signal übertragen werden, welches einen fehlerhaften Bremsstrom repräsentiert.
  • Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens ein Schaltelement. Das Schaltelement kann auch als Leistungsschaltelement bezeichnet werden und dient der Herstellung oder Unterbrechung einer elektrischen Verbindung in einem Leistungsteil der vorgeschlagenen Vorrichtung. Beispielsweise kann durch das mindestens eine Schaltelement in einem leitenden Zustand ein Strom fließen, der im Fahrbetrieb die vorhergehend erwähnte Antriebsmaschine versorgt. Auch kann durch das mindestens eine Schaltelement in einem leitenden Zustand ein Bremsstrom fließen, der von der Antriebsmaschine im Bremsbetrieb des Schienenfahrzeugs erzeugt wird.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung drei Schaltelemente, wobei zwei der drei Schaltelemente im Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs betrieben werden und somit auch als Antriebs-Schaltelemente bezeichnet werden können. Das dritte der drei Schaltelemente kann im Bremsbetrieb des Schienenfahrzeugs betrieben werden und somit auch als Brems-Schaltelement bezeichnet werden.
  • Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Schaltelement als Bipolartransistor ausgebildet. Umfasst die Vorrichtung mehrere Schaltelemente, so kann jedes Schaltelement als Bipolartransistor ausgebildet sein.
  • Ein Bipolartransistor kann bevorzugt als IGBT ausgebildet sein (Insulated Gate Bipolar Transistor). Alternativ kann ein Bipolartransistor als MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ausgebildet sein.
  • Als Antriebs-Bipolartransistoren können Bipolartransistoren der Vorrichtung bezeichnet werden, die im Fahrbetrieb des Schienenfahrzeuges, also zumindest bei einem motorischen Betrieb der Antriebsmaschine, betrieben, also leitend und nicht-leitend geschaltet, werden, insbesondere versetzt getaktet betrieben werden. Die Antriebs-Bipolartransistoren können auch in einem Bremsbetrieb betrieben werden.
  • Als Brems-Bipolartransistor kann ein Bipolartransistor der Vorrichtung bezeichnet werden, der nur in einem Widerstand-Bremsbetrieb leitend geschaltet wird. In diesem Widerstands-Bremsbetrieb kann ein Bremsstrom über den Brems-Bipolartransistor hin zu einem Bremswiderstand fließen. Zumindest in dem Widerstands-Bremsbetrieb können also alle drei Bipolartransistoren betrieben werden.
  • Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens eine Interface-Steuereinrichtung zur Umwandlung des Thyristor-Steuersignals in ein Bipolartransistor-Steuersignal. Die Interface-Steuereinrichtung ist hierbei signaltechnisch mit der vorhergehend erläuterten Schnittstelle verbunden. Weiter kann die Interface-Steuereinrichtung zur Umwandlung signaltechnisch mit einer Schaltelement-Steuereinrichtung, die nachfolgend auch als Bipolartransistor-Steuereinrichtung bezeichnet wird, verbunden sein. Weiter erzeugt die Interface-Steuereinrichtung in Abhängigkeit des Thyristor-Steuersignals das Bipolartransistor-Steuersignal für das mindestens eine Schaltelement. Umfasst die Vorrichtung mehrere Schaltelemente, so kann die Interface-Steuereinrichtung in Abhängigkeit der mehreren Thyristor-Steuersignale jeweils Bipolartransistor-Steuersignale für die jeweiligen Schaltelemente erzeugen. Insbesondere können somit mittels der Interface-Steuereinrichtung Steuersignale für die Antriebs-Schaltelemente sowie ein Steuersignal für das Brems-Schaltelement erzeugt werden.
  • Die Interface-Steuereinrichtung kann hierbei eine Schutzeinrichtung und eine Ansteuereinrichtung umfassen oder ausbilden. Die Schutzeinrichtung und die Ansteuereinrichtung können baulich getrennt, also separat, ausgebildet sein, insbesondere als separate Einrichtungen. In diesem Fall können die Schutz- und die Ansteuereinrichtung signaltechnisch verbunden sein. Alternativ können die Schutzeinrichtung und die Ansteuereinrichtung aus als gemeinsame Einrichtung ausgebildet sein. Die Ansteuereinrichtung kann hierbei in Abhängigkeit des Thyristor-Steuersignals das Bipolartransistor-Steuersignal für das mindestens eine Schaltelement erzeugen. Die Schutzeinrichtung kann nachfolgend noch näher erläuterte Schutzfunktionen ausführen.
  • Hierbei kann die Schnittstelle eine Potentialtrennung zwischen der Schnittstelle und der Interface-Steuereinrichtung bereitstellen. Diese Potentialtrennung kann beispielsweise durch ein oder mehrere optische Signalleitungselement(e), beispielsweise Optokopplereinrichtungen und/oder Lichtwellenleiter, bereitgestellt werden. Alternativ kann die Potentialtrennung auch als induktive Potentialtrennung, beispielsweise durch einen oder mehrere Transformator(en), bereitgestellt werden.
  • Die Interface-Steuereinrichtung, insbesondere die Ansteuereinrichtung der Interface-Steuereinrichtung, zur Umwandlung der Thyristor-Steuersignale kann vorzugsweise als programmierbare logische Schaltung (PLD) ausgebildet sein. Selbstverständlich ist jedoch auch eine alternative Ausführung vorstellbar, beispielsweise als Mikrocontroller.
  • Insbesondere kann mittels der Interface-Steuereinrichtung in Abhängigkeit des mindestens einen Thyristor-Steuersignals ein optisches Bipolartransistor-Steuersignal erzeugt werden. Das optische Bipolartransistor-Steuersignal kann dann über ein optisches Signalübertragungsmittel, beispielsweise einen Lichtwellenleiter, an die Bipolartransistor-Steuereinrichtung übertragen werden.
  • Beispielsweise kann die Interface-Steuereinrichtung, insbesondere die Ansteuereinrichtung der Interface-Steuereinrichtung, mit einer Bipolartransistor-Steuereinrichtung über einen oder mehrere Lichtwellenleiter signaltechnisch verbunden sein. So kann Bipolartransistor leitend geschaltet werden, wenn Licht von der Interface-Steuereinrichtung durch den Lichtwellenleiter gestrahlt und von einem Lichtempfänger der Bipolartransistor-Steuereinrichtung empfangen wird. Weiter kann Licht, beispielsweise über einen weiteren Lichtwellenleiter, von Bipolartransistor-Steuereinrichtung hin zur Interface-Steuereinrichtung gestrahlt werden, wenn der Bipolartransistor funktionsfähig ist. Wird ein Bipolartransistor-Fehler detektiert, so kann eine Lichtquelle der Bipolartransistor-Steuereinrichtung deaktiviert werden, wodurch kein Licht mehr von der Bipolartransistor-Steuereinrichtung hin zur Interface-Steuereinrichtung übertragen wird und die Interface-Steuereinrichtung ein Bipolartransistorfehler-Signal detektieren kann.
  • Die Interface-Steuereinrichtung kann dabei auf einer nachfolgend noch näher erläuterten Grundhalteplatte der Vorrichtung angeordnet sein, wobei zwischen der Interface-Steuereinrichtung und der Grundhalteplatte vorzugsweise noch mindestens ein Abstandshalteelement angeordnet sein kann. Auch die Bipolar-Steuereinrichtung kann auf der Grundhalteplatte angeordnet sein, wobei gegebenenfalls ebenfalls ein Abstandshalteelement zwischen der Grundhalteplatte und der Bipolartransistor-Steuereinrichtung angeordnet sein kann.
  • Insgesamt ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die vorgeschlagene bipolartransistor-basierte Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung eine bisher genutzte Thyristor-basierte Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung ersetzen kann, ohne dass aufwendige Änderungen für die Signalerzeugung und signaltechnische Anbindung notwendig sind. Somit wird in vorteilhafter Weise ein einfacher Ersatz einer thyristor-basierten Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung durch eine bipolartransistor-basierte Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung geschaffen, die ohne Anpassung der Erzeugung von Steuersignalen in ein bestehendes Schienenfahrzeug integriert werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird durch die Interface-Steuereinrichtung, insbesondere die Ansteuereinrichtung der Interface-Steuereinrichtung, eine durch das Bipolartransistor-Steuersignal kodierte Einschaltzeitdauer des Bipolartransistors als Summe einer durch das Thyristor-Steuersignal codierten Einschaltzeitdauer sowie einer vorbestimmten, thyristorspezifischen Löschzeitdauer bestimmt. Somit ist die durch das Bipolartransistor-Steuersignal kodierte Einschaltzeitdauer länger als die durch das Thyristor-Steuersignal kodierte Einschaltzeitdauer. Die thyristorspezifische Löschzeit kann hierbei für konstant sein, insbesondere auch für alle Schaltelemente der Vorrichtung gleich sein. Insbesondere kann die Löschzeit eine Zeit aus einem Bereich von 20 ms. (einschließlich) bis 100 ms. (einschließlich) sein. Vorzugsweise beträgt die Löschzeit 80 ms.
  • Umfasst die Vorrichtung mehrere Bipolartransistoren, so kann auch nur die durch die Steuersignale von ausgewählten, jedoch nicht allen, Bipolartransistoren kodierte Einschaltzeitdauer länger als die durch das entsprechende Thyristor-Steuersignal kodierte Einschaltzeitdauer sein. Insbesondere kann die durch ein Antriebs-Bipolartransistor-Steuersignal kodierte Einschaltzeitdauer als Summe der durch das entsprechende Thyristor-Steuersignal kodierten Einschaltzeitdauer sowie der vorbestimmten, thyristorspezifischen Löschzeitdauer bestimmt werden, wobei die durch ein Brems-Bipolartransistor-Steuersignal kodierte Einschaltzeitdauer gleich der durch das Thyristor-Steuersignal kodierten Einschaltzeitdauer ist.
  • Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Implementierung der Anpassung der Steuersignale an die verwendeten Bipolartransistoren.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist durch die Interface-Steuereinrichtung, insbesondere die Schutzeinrichtung der Interface-Steuereinrichtung, in Abhängigkeit eines Fehlersignals ein schnittstellenkompatibles Fehlersignal erzeugbar. Insbesondere ist in Abhängigkeit eines Bipolartransistorfehler-Signals ein schnittstellenkompatibles Fehlersignal erzeugbar. Dies bedeutet, dass durch die Interface-Steuereinrichtung ein von dem Bipolartransistor oder einer Bipolartransistor-Steuereinrichtung an die Interface-Steuereinrichtung übertragenes Fehlersignal in ein Thyristorfehler-Signal umgewandelt werden kann, wobei das Thyristorfehler-Signal über die Schnittstelle, z.B. an das Antriebssteuergerät, übertragen werden kann.
  • Ein solches schnittstellenkompatibles Fehlersignal kann beispielsweise das vorhergehend erläuterte Zwangszünden-Signal, das vorhergehend erläuterte Zwangssperren-Signal sowie das Schaltelement-Fehlersignal sein. Selbstverständlich kann die Interface-Steuereinrichtung auch das vorhergehend erläuterte Netzteilstörungs-Signal sowie das Bremsstromfehler-Signal und das Überspannungs-Signal erzeugen und über die Schnittstelle übertragen.
  • Alternativ oder kumulativ ist durch die Interface-Steuereinrichtung, insbesondere die Ansteuereinrichtung der Interface-Steuereinrichtung, ein fehlersignalabhängiges Fehlermanagement durchführbar. Hierfür kann insbesondere eine Fehlerart detektiert werden. Bei Detektion eines Fehlersignals durch die Interface-Steuereinrichtung und/oder in Abhängigkeit der detektierten Fehlerart kann dann in Abhängigkeit der Fehlerart eine Fehlermanagementfunktion ausgeführt werden. Das Fehlermanagement kann aber auch durch die Schutzeinrichtung durchgeführt werden.
  • Z.B. kann, wenn ein Bipolartransistorfehler-Signal detektiert wird, eine Zwangszündung eines, mehrere oder aller Bipolartransistoren, also ein Umschalten in den leitenden Zustand, durchgeführt werden, insbesondere für eine vorbestimmte Zeitdauer.
  • Z.B. kann, wenn ein Bipolartransistorfehler-Signal detektiert wird, ein Zwangssperren eines, mehrerer oder aller Bipolartransistoren, also ein Schalten in den nicht-leitenden Zustand, durchgeführt werden, beispielsweise ebenfalls für eine vorbestimmte Zeitdauer. Insbesondere können, wenn ein Bipolartransistorfehler-Signal detektiert wird, die Antriebs-Bipolartransistoren zwangsgezündet werden, wobei ein Brems-Bipolartransistor zwangsgesperrt wird.
  • Ein Bipolartransistorfehler-Signal kann beispielsweise erzeugt werden, falls der Bipolartransistor einen entsättigten Zustand einnimmt. Auch kann ein Bipolartransistor-Fehlersignal erzeugt werden, falls eine Versorgungsspannung des Bipolartransistors von einer gewünschten Versorgungsspannung, insbesondere um mehr als ein vorbestimmtes Maß, abweicht. Diese Bipolartransistorfehler-Signale können beispielsweise durch die Bipolartransistor-Steuereinrichtung erzeugt werden, wobei die Bipolartransistor-Steuereinrichtung ebenfalls den fehlerhaften Zustand des Bipolartransistors detektieren kann.
  • Im Rahmen eines Fehlermanagements können beispielsweise folgende Fehlermanagement- oder Schutzfunktionen, insbesondere durch die Ansteuereinrichtung der Interface-Steuereinrichtung, durchgeführt werden.
  • Wird eine fehlende Funktionsfähigkeit eines Netzteils detektiert, so können alle Bipolartransistoren oder alle Antriebs-Bipolartransistoren zwangsgesperrt werden, insbesondere für eine vorbestimmte Zeitdauer. In diesem Fall kann das vorhergehend erläuterte Zwangssperren-Signal und das Netzteilstörungs-Signal von der Interface-Steuereinrichtung erzeugt und über die Schnittstelle, z.B. zum Antriebssteuergerät, übertragen werden. Weiter kann eine nachfolgend noch näher erläuterte Fehleranzeigeeinrichtung derart angesteuert werden, dass ein Netzteilstörungs-Zustand und/oder ein Zwangssperren-Zustand angezeigt wird.
  • Wird eine Überspannung an einem Bipolartransistor detektiert, so kann ein Überspannungs-Signal und ein Zwangssperren-Signal von der Interface-Steuereinrichtung erzeugt und über die Schnittstelle übertragen werden. Ebenfalls können in diesem Fall die Antriebs-Bipolartransistoren zwangsgesperrt und der Brems-Bipolartransistor zwangsgezündet werden, insbesondere für eine vorbestimmte Zeitdauer. Weiter kann die Fehleranzeigeeinrichtung derart angesteuert werden, dass ein Überspannungs-Zustand und/oder der Zwangssperren-Zustand und/oder ein Zwangszünden-Zustand angezeigt wird.
  • Weiter kann ein Überstromsignal und/oder ein Grenzstromsignal an die Interface-Steuereinrichtung übertragen werden. Ein Überstromsignal kann beispielsweise erzeugt werden, falls ein Antriebsmaschinenstrom einen ersten vorstimmten Schwellwert überschreitet. Ein Grenzstromsignal kann beispielsweise erzeugt werden, falls der Antriebsmaschinenstrom einen zweiten vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Ein Überstrom- und Grenzstromsignal können erzeugt werden, falls der Antriebsmaschinenstrom einen dritten vorbestimmten Schwellwert überschreitet, wobei der dritte Schwellwert größer als der zweite Schwellwert und der zweite Schwellwert größer als der erste Schwellwert ist. Der erste Schwellwert kann beispielsweise 1300A betragen. Der zweite Schwellwert kann beispielsweise 1500A betragen. Der dritte Schwellwert kann beispielsweise 1600A betragen.
  • Der Antriebsstrom kann hierbei einen Strom bezeichnen, der von der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Antriebsmaschine oder von der Antriebsmaschine hin zur vorgeschlagenen Vorrichtung fließt. Der Antriebsstrom kann z.B. ein Eingangs- oder Ausgangsstrom eines Wechselrichters sein, der Wechselströme/Wechselspannungen für die Antriebsmaschine bereitstellt oder von der Antriebsmaschine erzeugte Wechselströme/Wechselspannungen in Gleichstrom/Gleichspannung umwandelt.
  • Der Antriebsstrom kann hierbei durch eine geeignete Erfassungseinrichtung erfasst werden. Weiter kann ein Überstrom und/oder Grenzstrom von einer von der vorgeschlagenen Vorrichtung verschiedenen Vorrichtung detektiert werden, insbesondere durch das vorhergehend erläuterte Antriebssteuergerät. Beispielsweise kann die Erfassungseinrichtung mit dem Antriebssteuergerät signaltechnisch verbunden sein.
  • Wird entweder ein Überstromsignal oder ein Grenzstromsignal an die Interface-Steuereinrichtung übertragen, so können alle Bipolartransistoren oder alle Antriebs-Bipolartransistoren zwangsgesperrt werden, insbesondere für eine vorbestimmte Zeitdauer. Gleichzeitig kann ein Zwangssperren-Signal als auch ein Überstromsignal, aber kein Grenzstromsignal, als Rückmeldesignal von der Interface-Steuereinrichtung erzeugt und über die Schnittstelle übertragen werden. Weiter kann die Fehleranzeigeeinrichtung derart angesteuert werden, dass der Überstrom- oder Grenzstrom-Zustand und/oder der Zwangssperren-Zustand angezeigt wird.
  • Werden sowohl ein Überstromsignal als auch ein Grenzstromsignal an die Interface-Steuereinrichtung übertragen, so können alle Bipolartransistoren oder alle Antriebs-Bipolartransistoren zwangsgezündet werden, insbesondere für eine vorbestimmte Zeitdauer. Gleichzeitig kann ein Überstrom-Signal und ein Zwangszünden-Signal, aber kein Grenzstromsignal, von der Interface-Steuereinrichtung erzeugt und über die Schnittstelle übertragen werden. Weiter kann die Fehleranzeigeeinrichtung derart angesteuert werden, dass ein Überstrom- und Grenzstrom-Zustand und/oder der Zwangszünden-Zustand angezeigt wird.
  • Werden sowohl ein Grenzstrom als auch ein Überstrom detektiert werden, so kann gleichzeitig eine Energieversorgung der vorgeschlagenen Vorrichtung unterbrochen werden. Beispielsweise kann ein Hauptsicherungselement, z.B. ein Relais, geöffnet werden, um die Energieversorgung zu unterbrechen. Durch das Zwangszünden kann insbesondere ein derart hoher Stromfluss ermöglicht werden, dass eine entsprechende Sicherung auslöst, die beispielsweise die vorgeschlagene Vorrichtung von einer Energieversorgung trennt.
  • Wird ein Fehler eines Bipolartransistors, insbesondere ein Schaltfehler des Bipolartransistors, beispielsweise durch die Bipolartransistor-Steuereinrichtung, detektiert, so kann der entsprechende Bipolartransistor oder können alle Bipolartransistoren zwangsgesperrt werden, insbesondere für eine vorbestimme Zeitdauer. Weiter kann durch die Steuereinrichtung ein Bipolartransistorfehler-Signal sowie ein Zwangssperren-Signal von der Interface-Steuereinrichtung erzeugt und über die Schnittstelle übertragen werden. Weiter kann die Fehleranzeigeeinrichtung derart angesteuert werden, dass ein Bipolartranistorfehler-Zustand und/oder der Zwangssperren-Zustand angezeigt wird.
  • Weiter kann ein Bremsstromfehler-Signal an die Interface-Steuereinrichtung übertragen werden. Ein Bremsstromfehler kann von einer von der vorgeschlagenen Vorrichtung verschiedenen Vorrichtung detektiert werden, insbesondere durch das vorhergehend erläuterte Antriebssteuergerät. Insbesondere kann der Bremsstromfehler detektiert werden, wenn ein Bremsstrom im Fahrbetrieb größer als Null ist. Weiter kann ein Bremsstromfehler-Signal als Rückmeldesignal von der Interface-Steuereinrichtung erzeugt und über die Schnittstelle übertragen werden. Weiter kann die Fehleranzeigeeinrichtung derart angesteuert werden, dass ein Bremsstromfehler-Zustand angezeigt wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Überwachung einer Bipolartransistor-Spannung, beispielsweise einen Spannungssensor. Ein Überspannungs-Signal ist durch die Einrichtung zur Überwachung erzeugbar, wenn die Bipolartransistor-Spannung kleiner als eine vorbestimmte Minimalspannung und/oder größer als eine vorbestimmte Maximalspannung ist. Weiter ist das Überspannungs-Signal an die Interface-Steuereinrichtung, insbesondere die Ansteuereinrichtung der Interface-Steuereinrichtung, übertragbar. Das Überspannungs-Signal kann hierbei ein Bipolartransistorfehler-Signal sein. Entsprechend kann in Abhängigkeit des Überspannungs-Signals ein überspannungssignalabhängiges Fehlermanagement, beispielsweise ein Zwangssperren oder Zwangszünden von Bipolartransistoren, durchgeführt werden. Die Bipolartransistor-Spannung kann eine Spannung über einem Kollektor- und Emitter-Anschluss des Bipolartransistors bezeichnen.
  • Die Einrichtung zur Überwachung der Bipolartransistor-Spannung kann ebenfalls auf der vorhergehend erläuterten Grundhalteplatte angeordnet sein. Insbesondere kann die Einrichtung zur Überwachung der Bipolartransistor-Spannung zwischen einer Bipolartransistor-Steuereinrichtung und der Grundhalteplatte angeordnet sein. Auch kann die Einrichtung zur Überwachung der Bipolartransistor-Spannung in die Bipolartransistor-Steuereinrichtung integriert sein. Weiter kann die Interface-Steuereinrichtung in Abhängigkeit des Überspannungs-Signals ein schnittstellenkompatibles Fehlersignal erzeugen.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Fehleranzeigeeinrichtung. Die Fehleranzeigeeinrichtung kann hierbei signaltechnisch mit der Interface-Steuereinrichtung, insbesondere mit der Ansteuereinrichtung, vorzugsweise aber mit der Schutzeinrichtung, der Interface-Steuereinrichtung, verbunden sein. Somit ist es möglich, dass die Fehleranzeigeeinrichtung durch die Interface-Steuereinrichtung, insbesondere die Ansteuer- oder Schutzeinrichtung der Interface-Steuereinrichtung, gesteuert wird. Weiter kann die Fehleranzeigeeinrichtung signaltechnisch mit der Schnittstelle verbunden sein. Somit es möglich, dass die Fehleranzeigeeinrichtung durch eine externe Steuereinrichtung, beispielsweise das Antriebsteuergerät, gesteuert wird. Beispielsweise kann die Fehleranzeigeeinrichtung ein oder mehrere Lichtquellen, insbesondere LED, umfassen, wobei eine oder mehrere Lichtquellen in Abhängigkeit eines vorbestimmten Fehlers aktiviert werden und somit den vorbestimmen Fehler, insbesondere einen der vorhergehend erläuterten Fehler, anzeigen können.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Überwachung einer Betriebstemperatur des mindestens einen Bipolartransistors. Auch kann die Vorrichtung eine weitere Einrichtung zur Überwachung der Betriebstemperatur an einer Diode umfassen. Die Einrichtung zur Überwachung einer Betriebstemperatur kann insbesondere als Temperatursensor ausgebildet sein oder einen solchen umfassen, insbesondere ein als Bimetallelement ausgebildeten Temperatursensor. Die Einrichtung kann signaltechnisch mit dem vorhergehend erläuterten Antriebssteuergerät verbunden sein, welches die Betriebstemperatur auswertet. Übersteigt z.B. die Betriebstemperatur einen maximal zulässigen Wert, so kann das Antriebssteuergerät keine Steuersignale mehr an die Interface-Steuereinrichtung übertragen.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Halteeinrichtung für den mindestens einen Bipolartransistor, wobei der mindestens eine Bipolartransistor in einer Schrägstellung an der Halteeinrichtung befestigbar ist. Die Halteeinrichtung ist somit derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass der mindestens eine Bipolartransistor mit der Schrägstellung an der Halteeinrichtung befestigt oder festgelegt werden kann. Die Halteeinrichtung kann hierbei im Schienenfahrzeug angeordnet sein.
  • In der Schrägstellung kann eine zentrale Symmetrieachse des Bipolartransistors mit einer vertikalen Achse einen vorbestimmten Winkel einschließen, wobei der vorbestimmte Winkel größer als 0°, vorzugsweise größer als 5° ist. Besonders vorzugsweise liegt der Winkel im Bereich von 10° bis 25°. Insbesondere kann der Winkel 15° betragen.
  • Die vertikale Achse kann hierbei parallel zu einer Gravitationsrichtung orientiert sein, wobei die Gravitationsrichtung die Richtung der Gravitationskraft bezeichnet. Die vertikale Richtung kann insbesondere parallel zu einer Fahrzeughochachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein.
  • Die Halteeinrichtung kann direkt oder indirekt an einem Fahrzeugboden des Schienenfahrzeugs und/oder an einem Fahrzeugrahmen des Schienenfahrzeugs befestigt sein. Die Halteeinrichtung kann insbesondere einen Montagerahmen umfassen, wobei der Montagerahmen beispielsweise auf der vorhergehend erläuterten Grundhalteplatte angeordnet oder an dieser befestigt sein kann. Die Grundhalteplatte kann hierbei Teil der Halteeinrichtung sein. Weiter kann die Grundhalteplatte an einem Fahrzeugboden und/oder einem -rahmen befestigt sein. Weiter kann die Halteeinrichtung ein Halteprofil umfassen, wobei das Halteprofil an dem Montagerahmen befestigt sein kann. Das Halteprofil kann insbesondere ein Blechprofil sein. Das Halteprofil kann einen Befestigungsabschnitt aufweisen, wobei der Befestigungsabschnitt beispielsweise eine ebene Oberfläche aufweisen kann. Dieser Befestigungsabschnitt, insbesondere die ebene Oberfläche, kann hierbei schräg gestellt sein.
  • Die Schrägstellung ermöglicht, wie nachfolgend noch näher erläutert, eine verbesserte Kühlung des Bipolartransistors, insbesondere durch mindestens ein Wärmerohr. Eine gute Kühlung ist, wie nachfolgend noch näher erläutert, insbesondere bei der Verwendung von Bipolartransistoren vorteilhaft, insbesondere wenn die vorgeschlagene bipolartransistor-basierte Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung eine bisher genutzte thyristor-basierte Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung ersetzt, insbesondere auf dem gleichen Bauraum. Somit ermöglicht die vorgeschlagene Schrägstellung in vorteilhafter Weise eine erhöhte Betriebssicherheit der Vorrichtung bei der Verwendung von Bipolartransistoren, insbesondere auf geringem Bauraum.
  • Weiter beschrieben wird eine Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug, die mindestens ein Schaltelement, insbesondere einen Bipolartransistor umfasst, wobei die Vorrichtung eine Halteeinrichtung für das mindestens eine Schaltelement umfasst, wobei das mindestens eine Schaltelement in der vorhergehend erläuterten Schrägstellung an der Halteeinrichtung befestigbar ist. Diese Vorrichtung kann hierbei gemäß einem oder mehreren Merkmal(en) der Ansprüche oder gemäß einem oder mehreren in der Beschreibung erläuterten Aspekt(en) weitergebildet sein.
  • Weiter kann die Vorrichtung eine Halteeinrichtung für mindestens eine Diode der Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung umfassen, wobei die mindestens eine Diode in einer Schrägstellung an der Halteeinrichtung befestigbar ist. Die Diode kann elektrisch parallel zu dem mindestens einen Bipolartransistor angeordnet sein. Auch können mehrere Dioden in der Schrägstellung an der Halteeinrichtung befestigt sein, insbesondere eine (Schutz-)Diode, die elektrisch parallel zu dem mindestens einen Antriebs-Bipolartransistor angeordnet ist und/oder eine (Freilauf-)Diode, die zwischen einem Versorgungsspannungsanschluss der Vorrichtung und einem Emitter-Anschluss mindestens eines Bipolartransistors angeordnet ist und/oder eine (Freilauf-)Diode, die zwischen einem Versorgungsspannungsanschluss der Vorrichtung und einem Referenzpotentialanschluss der Vorrichtung angeordnet ist. Die Halteeinrichtung für mindestens eine Diode kann hierbei gemäß einem oder mehrerer Aspekt(e) der Halteeinrichtung für den mindestens einen Bipolartransistor weitergebildet sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Transistorverbundeinheit, wobei die Transistorverbundeinheit mindestens zwei Bipolartransistoren, vorzugsweise drei Bipolartransistoren, und mindestens ein Mittel zur Festlegung der mindestens zwei Bipolartransistoren umfasst. Das Mittel zur Festlegung ist hierbei derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass die mindestens zwei Bipolartransistoren in einer konstanten relativen Anordnung zueinander im Schienenfahrzeug angeordnet werden können. In diesem Fall kann die Transistorverbundeinheit in der vorhergehend erläuterten Schrägstellung an der Halteeinrichtung befestigbar sein.
  • Insbesondere kann die Transistorverbundeinheit als Spannverbandeinheit ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung einen Spannverbandrahmen aufweisen, wobei ein Spannmittel an dem Spannverbandrahmen befestigt sein kann. Der Spannverbandrahmen kann in der vorhergehend erläuterten Schrägstellung an der Halteeinrichtung, insbesondere an dem Befestigungsabschnitt, befestigt sein. Auch die mindestens zwei Bipolartransistoren können an dem Spannverbandrahmen befestigt sein. Durch das Spannmittel können die mindestens zwei Bipolartransistoren miteinander verspannt werden, insbesondere aneinander gepresst werden. Beispielsweise kann die Spanneinrichtung als Tellerfeder ausgebildet sein, die eine Federkraft auf die mindestens zwei Bipolartransistoren, die insbesondere übereinander angeordnet sein können, ausüben kann. Hierdurch können die Bipolartransistoren an einen Halteabschnitt der Spannverbandeinheit, insbesondere einen Halteabschnitt des Spannverbandrahmens, gepresst werden und somit mechanisch festgelegt werden.
  • Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine mechanische Fixierung der Bipolartransistoren ermöglicht.
  • Weiter kann die Vorrichtung eine Diodenverbundeinheit umfassen, wobei die Diodenverbundeinheit mindestens zwei Dioden, vorzugsweise drei Dioden, und mindestens ein Mittel zur Festlegung der mindestens zwei Dioden umfassen. Die Dioden können insbesondere die vorhergehend beschriebene Schutzdiode und/oder Freilaufdiode(n) sein. Das Mittel zur Festlegung ist hierbei derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass die mindestens zwei Dioden in einer konstanten relativen Anordnung zueinander im Schienenfahrzeug angeordnet werden können. In diesem Fall kann die Diodenverbundeinheit in der vorhergehend erläuterten Schrägstellung an der Halteeinrichtung befestigbar sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Kühleinrichtung zur Kühlung des mindestens einen Bipolartransistors. Die Kühleinrichtung kann hierbei thermisch mit dem Bipolartransistor, insbesondere einem Gehäuse des Bipolartransistors, gekoppelt sein. Insbesondere kann die Kühleinrichtung als Kühlplatte ausgebildet sein oder eine plattenförmigen Abschnitt umfassen. Die Kühleinrichtung kann hierbei aus einem Material mit einer vorbestimmten thermischen Leitfähigkeit, insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer oder aus Aluminium, ausgebildet sein.
  • Die vorhergehend erläuterte Transistorverbundeinheit kann die mindestens eine Kühleinrichtung umfassen. Beispielsweise kann die mindestens eine Kühleinrichtung zwischen den mindestens zwei Bipolartransistoren der Transistorverbundeinheit angeordnet sein. Die Kühleinrichtung kann hierbei ebenfalls an der Halteeinrichtung befestigt sein. Auch kann die Kühleinrichtung auch an dem vorhergehend erläuterten Spannverbandrahmen befestigt sein.
  • Bei der Verwendung von Bipolartransistoren kann viel thermische Energie erzeugt werden, insbesondere mehr thermische Energie als bei der Verwendung von Thyristoren. Insbesondere bei einem geringen Bauraum für die vorgeschlagene Vorrichtung erfordert die Verwendung von Bipolartransistoren eine effektive Kühlung. Dies ist insbesondere der Fall, wenn, wie vorhergehend erläutert, die bipolartransistor-basierte Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung eine bisher genutzte thyristor-basierte Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung ersetzt, insbesondere auf dem gleichen Bauraum. Diese effektive Kühlung wird durch die vorgeschlagene Kühleinrichtung bereitgestellt. Somit ermöglicht die vorgeschlagene Kühleinrichtung in vorteilhafter Weise ein erhöhte Betriebssicherheit der Vorrichtung bei der Verwendung von Bipolartransistoren, insbesondere auf geringem Bauraum.
  • Auch kann die Vorrichtung mindestens eine Kühleinrichtung zur Kühlung der mindestens einen Diode umfassen. Die Kühleinrichtung für die mindestens eine Diode kann hierbei gemäß einem oder mehrerer Aspekt(e) der Kühleinrichtung für den mindestens einen Bipolartransistor weitergebildet sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kühleinrichtung mindestens ein Wärmerohr. Das Wärmerohr kann hierbei ein kondensationsseitiges Ende und ein verdampfungsseitiges Ende aufweisen. An dem kondensationsseitigen Ende kann mindestens ein Kühlkörper, beispielsweise ein eine oder mehrere Finnen ausbildender oder aufweisender Kühlkörper, angeordnet sein. Das verdampfungsseitige Ende des Wärmerohrs kann mit mindestens einem Bipolartransistor thermisch gekoppelt sein.
  • Die Kühleinrichtung kann hierbei derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass das mindestens eine Wärmerohr schräg gestellt ist. Insbesondere kann die Kühleinrichtung derart an der Halteeinrichtung befestigt sein, dass das mindestens eine Wärmerohr schräg gestellt ist. Dass das mindestens eine Wärmerohr schräggestellt ist, kann bedeuten, dass eine zentrale Längsachse des Wärmerohrs einen vorbestimmten Winkel mit einer Horizontalen einschließt, wobei der vorbestimmte Winkel größer als 0°, vorzugsweise größer als 5°, vorzugsweise größer als 10° und kleiner als 25°, ist. Insbesondere kann der Winkel 15° betragen. Die Horizontale kann beispielsweise parallel zu einer Ebene orientiert sein, die von einer Fahrzeuglängsachse und einer Fahrzeugquerachse aufgespannt wird.
  • Die Verwendung von Wärmerohren ermöglicht eine effektive Abführung von thermischer Energie, insbesondere also eine hohe Kühlleistung. Somit ist die Verwendung von Wärmerohren insbesondere für die Kühlung der bipolartransistor-basierten Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung geeignet, die eine bisher genutzte thyristor-basierte Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung ersetzt, insbesondere auf dem gleichen Bauraum.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Kühleinrichtung zumindest teilweise als Kühlplatte ausgebildet oder umfasst eine Kühlplatte. Weiter bildet die Kühlplatte zumindest einen Teil des Wärmerohrs aus. Beispielsweise kann die Kühlplatte einen Kühlkanal aufweisen oder ausbilden, der Teil des Wärmerohrs sein kann. Insbesondere kann der von der Kühlplatte ausgebildete Teil des Wärmerohrs ein verdampfungsseitiges Ende des Wärmerohrs ausbilden. Insbesondere kann die Kühleinrichtung mehrere Kühlplatten ausbilden oder umfassen, wobei jede Kühlplatte ein Teil oder Teile, insbesondere (ein) verdampfungsseitige(s) Ende(n), von einem oder mehreren Wärmerohr(en) ausbilden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Kühleinrichtung zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet. Somit besteht die Kühleinrichtung zumindest teilweise oder vollständig aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere aus metallischem Material. Weiter ist die Kühleinrichtung elektrisch mit einem Kollektor-Anschluss oder einem Emitter-Anschluss des Bipolartransistors elektrisch verbunden. Insbesondere kann die mindestens eine Kühleinrichtung zumindest einen Teil eines elektrischen Leiters zum Anschluss des mindestens einen Bipolartransistors ausbilden. So kann ein Strom, der durch den Bipolartransistor in einem leitenden Zustand des Bipolartransistors fließt, auch durch oder über die mindestens eine Kühleinrichtung oder einen Teil davon fließen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein verringerter Bauraumbedarf der vorgeschlagenen Vorrichtung.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens ein weiteres transistorspezifisches Beschaltungselement mechanisch und/oder thermisch und/oder elektrisch mit der mindestens einen Kühleinrichtung verbunden. Das transistorspezifische Beschaltungselement kann beispielsweise ein Dämpfungswiderstand oder ein Dämpfungskondensator sein.
  • Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch die weiteren transistorspezifischen Beschaltungselemente mechanisch befestigt und/oder gekühlt und/oder über die Kühleinrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden können.
  • Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug. Das beschriebene Verfahren ist hierbei durch eine Vorrichtung gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen durchführbar.
  • Hierbei wird mindestens ein Thyristor-Steuersignal, beispielsweise von einem Antriebssteuergerät, über die Schnittstelle für das mindestens eine Thyristor-Steuersignal an die Interface-Steuereinrichtung zur Umwandlung des Thyristor-Steuersignals in ein Bipolartransistor-Steuersignal übertragen. Weiter erzeugt die Interface-Steuereinrichtung in Abhängigkeit des Thyristor-Steuersignals das Bipolartransistor-Steuersignal für mindestens ein als Bipolartransistor ausgebildetes Schaltelement, wobei das Bipolartransistor-Steuersignal an mindestens einen Bipolartransistor übertragen wird. Insbesondere kann das Bipolartransistor-Steuersignal an eine Bipolartransistor-Steuereinrichtung übertragen werden, wobei mittels der Interface-Steuereinrichtung ein leitender Zustand oder ein nicht-leitender Zustand des Bipolartransistors eingestellt werden kann, insbesondere über einen Gate-Anschluss des Bipolartransistors.
  • Insbesondere kann, wie vorhergehend bereits erläutert, eine durch das Bipolartransistor-Steuersignal kodierte Einschaltzeitdauer als Summe einer durch das Thyristor-Steuersignal kodierte Einschaltzeitdauer und einer vorbestimmten Löschzeitdauer bestimmt werden.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
  • 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
  • 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
  • In 1 ist ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Leistungsteil 2 sowie ein Steuerteil 3. Hierbei bezeichnet der Leistungsteil 2 einen Teil der Vorrichtung 1, der zur Übertragung von Leistungssignalen, beispielsweise zur Übertragung von Leistungsstrom- und/oder Leistungsspannungssignalen, dient. Der Steuerteil 3 bezeichnet einen Teil der Vorrichtung 1, der zur Erzeugung und Übertragung von Steuersignalen dient.
  • Dargestellt sind die elektrische Anschlüsse T1, T2, T3, T4, T5, T6 des Leistungsteils 2 an weitere elektrische Netzwerke, beispielsweise ein Netzwerk zur Energieversorgung sowie ein Traktionsnetzwerk.
  • So kann ein erster Anschluss T1 des Leistungsteils 2 mit einem ersten Referenzpotential verbunden werden, welches beispielsweise 750 V betragen kann und zwischen dem ersten Anschluss T1 und einem vierten und fünften Anschluss T4, T5 anliegt. Zwischen einem dritten Anschluss T3 und dem ersten Anschluss T1 kann ein Bremswiderstand angeordnet sein. Weiter kann zwischen einem zweiten Anschluss T2 und einem vierten Anschluss T4 ein nicht dargestellter Wechselrichter angeordnet sein, der eine Wechselspannung für eine elektrische Antriebsmaschine (nicht dargestellt) des Schienenfahrzeugs bereitstellt.
  • Der vierte Anschluss T4, ein fünfter Anschluss T5 können zum Verbinden des Leistungsteils 2 mit einem weiteren Referenzpotential, welches geringer als das erste Referenzpotential sein kann und beispielsweise 0 V beträgt, vorgesehen sein, wobei die entsprechende Verbindung ein oder mehrere elektrische Schaltelemente umfassen kann. Der sechste Anschluss T6 kann über ein Beschaltungselement, insbesondere einen Widerstand, mit dem weiteren Referenzpotential verbunden sein.
  • Der Leistungsteil 2 umfasst einen ersten Antriebs-Bipolartransistor ABT1, einen zweiten Antriebs-Bipolartransistor ABT2 sowie einen Brems-Bipolartransistor BBT. Die Emitter-Anschlüsse der Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT sind hierbei jeweils mit dem zweiten Anschluss T2 des Leistungsteils 2 verbunden. Kollektor-Anschlüsse der Antriebs-Bipolartransistoren ABT1, ABT2 sind hierbei mit dem ersten Anschluss T1 verbunden. Ein Kollektor-Anschluss des Brems-Bipolartransistors BBT ist mit dem dritten Anschluss T3 verbunden. Somit kann ein Antriebsstrom in einem Fahrbetrieb, insbesondere einem motorischen Fahrbetrieb, durch einen der Antriebs-Bipolartransistoren ABT1, ABT2 und durch den zweiten Anschluss T2 zu dem vorhergehend erläuterten Wechselrichter fließen. Bei einem Widerstandsbremsen kann ein Bremsstrom durch den Brems-Bipolartransistor BBT hin zum Bremswiderstand fließen.
  • Weiter dargestellt ist eine erste Schutzdiode D1, die elektrisch parallel zu den Antriebs-Bipolartransistoren ABT1, ABT2 angeordnet ist. Weiter dargestellt ist eine zweite Schutzdiode D2, die elektrisch parallel zu dem Brems-Bipolartransistor BBT angeordnet ist. Die Schutzdioden D1, D2 dienen insbesondere dazu, dass sich keine ungewünschten Spannungen über den entsprechenden Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT aufbauen. Weiter vorgesehen ist eine erste Freilaufdiode D3, die zwischen dem fünften Anschluss T5 und den Emitter-Anschlüssen der Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT angeordnet ist. Weiter dargestellt ist eine dritte Schutzdiode D4, die elektrisch zwischen dem Kollektor-Anschluss des Brems-Bipolartransistors BBT und dem ersten Anschluss T1 angeordnet ist.
  • Weiter dargestellt ist eine zweite Freilaufdiode D5, die auch als Bremsdiode bezeichnet werden kann und die elektrisch zwischen dem vierten Anschluss T4 und dem ersten Anschluss T1 angeordnet ist.
  • Weiter dargestellt ist, dass der Leistungsteil 2 einen Dämpfungsabschnitt 4 aufweist. Der Dämpfungsabschnitt 4 umfasst eine Dämpfungsdiode D6, die elektrisch zwischen dem sechsten Anschluss T6 und dem fünften Anschluss T5 angeordnet ist. Weiter umfasst der Dämpfungsabschnitt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R und einem Kondensator C, wobei die Reihenschaltung zwischen dem fünften Anschluss T5 und dem ersten Anschluss T1 angeordnet ist. Ein Mittelabgriffspunkt der Reihenschaltung ist elektrisch mit dem sechsten Anschluss T6 verbunden. Der Dämpfungsabschnitt dient zur Begrenzung einer Spannung, die sich insbesondere nach einem Schaltvorgang in einen nicht-leitenden Zustand eines Antriebs-Bipolartransistors ABT1, ABT2 oder des Brems-Bipolartransistors BBT1 an dem entsprechenden Bipolartransistor aufbauen kann. Insbesondere kann ein nach dem Schaltvorgang in den nicht-leitenden Zustand fließender Strom durch den Dämpfungsabschnitt 4 fließen bis die erste Freilaufdiode D3 oder die zweite Freilaufdiode D5 leitend ist.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst eine Schnittstelle SS zur signaltechnischen Verbindung der Vorrichtung 1 mit einem Antriebssteuergerät ASG, welches nicht Teil der Vorrichtung 1 ist. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine sogenannte Interface-Steuereinrichtung 5, die signaltechnisch mit der Schnittstelle SS verbunden ist. Die Interface-Steuereinrichtung 5 umfasst eine Schutzeinrichtung 18 und eine Ansteuereinrichtung 19, die in 1 als baulich getrennte und signaltechnisch verbundene Einrichtungen 18, 19 dargestellt sind. Selbstverständlich können diese Einrichtungen 18, 19 auch als in eine Einrichtung integriert sein.
  • Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Anzeigeeinrichtung 6, die beispielsweise ein oder mehrere Lichtquellen, z.B. als LED ausgebildete Lichtquellen, umfassen kann. Die Anzeigeeinrichtung 6 ist signaltechnisch mit der Schutzeinrichtung 18 verbunden, wobei ein Betrieb der Anzeigeeinrichtung durch die Schutzeinrichtung 18 gesteuert wird.
  • Dargestellt ist weiter, dass die Vorrichtung 1 für jeden Bipolartransistor ABT1, ABT2, BBT jeweils eine Bipolartransistor-Steuereinrichtung SABT1, SABT2, SBBT umfasst. Diese Bipolartransistor-Steuereinrichtungen SABT1, SABT2, SBBT sind signaltechnisch jeweils mit einem Gate-Anschluss der jeweiligen Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT verbunden und können z.B. als Gate-Units ausgebildet sein. Durch die Bipolartransistor-Steuereinrichtungen SABT1, SABT2, SBBT können die jeweiligen Bipolartransistoren ABT1, AB2, BBT elektrisch leitend, also gezündet, oder nicht-leitend, also sperrend, geschaltet werden. Bipolartransistor-Steuereinrichtungen SABT1, SABT2, SBBT sind signaltechnisch mit der Interface-Steuereinrichtung 5, insbesondere der Ansteuereinrichtung 19 der Interface-Steuereinrichtung 5, verbunden.
  • Über einen ersten optischen Kommunikationskanal, beispielsweise einen ersten Lichtwellenleiter, können Bipolartransistor-Steuersignale BSS1, BSS2, BBS3 von der Interface-Steuereinrichtung 5, insbesondere der Ansteuereinrichtung 19 der Interface-Steuereinrichtung 5, an die jeweilige Bipolartransistor-Steuereinrichtung SABT1, SABT2, SBBT übertragen werden. Über einen weiteren optischen Kommunikationskanal, beispielsweise einen weiteren Lichtwellenleiter, kann ein optisches Rückmeldesignal RSS von der jeweiligen Bipolartransistor-Steuereinrichtung SABT1, SABT2, SBBT an die Interface-Steuereinrichtung 5, insbesondere der Ansteuereinrichtung 19 der Interface-Steuereinrichtung 5, übertragen werden.
  • Wird z.B. ein Lichtsignal mit einer Amplitude größer als 0 von der Interface-Steuereinrichtung 5 an die Bipolartransistor-Steuereinrichtung SABT1, SABT2, SBBT übertragen, so kann der entsprechende Bipolartransistor ABT1, ABT2, BBT elektrisch leitend geschaltet werden. Wird kein Lichtsignal von der Interface-Steuereinrichtung 5 an die Bipolartransistor-Steuereinrichtung SABT1, SABT2, SBBT übertragen, so kann der entsprechende Bipolartransistor ABT1, ABT2, BBT elektrisch nicht-leitend geschaltet werden.
  • Wird z.B. ein Lichtsignal mit einer Amplitude größer als 0 von der Bipolartransistor-Steuereinrichtung SABT1, SABT2, SBBT an die Interface-Steuereinrichtung 5 übertragen, so kann durch die Interface-Steuereinrichtung 5 detektiert werden, dass kein Bipolartransistor-Fehler vorliegt. Wird jedoch kein Licht übertragen, so kann ein Bipolartransistor-Fehler durch die Interface-Steuereinrichtung 5, insbesondere die Schutzeinrichtung 18 der Interface-Steuereinrichtung 5, detektiert werden.
  • Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Einrichtung 7 zur Erfassung einer Betriebsspannung des Brems-Bipolartransistors BBT, wobei die Bipolartransistor-Spannung zwischen dem Emitter-Anschluss und dem Kollektor-Anschluss des Brems-Bipolartransistors BBT abfällt. Die Einrichtung 7 ist signaltechnisch mit der Interface-Steuereinrichtung 5, insbesondere der Ansteuereinrichtung 19 der Interface-Steuereinrichtung 5, verbunden. Überschreitet die Betriebsspannung einen vorbestimmten Schwellwert, beispielsweise einen Schwellwert von 1.700 V, so wird ein Überspannungs-Signal US an die Interface-Steuereinrichtung 5 übertragen. Das Überspannungssignal US kann hierbei jedoch von der Schutzeinrichtung 18 ausgewertet werden. Beispielsweise kann das Überspannungs-Signal US über einen optischen Kommunikationskanal, beispielsweise einen Lichtwellenleiter, an die Interface-Steuereinrichtung 5 übertragen werden, wobei im fehlerfreien Zustand Licht mit einer Amplitude größer 0 über den Lichtwellenleiter übertragen wird und im Fehlerfall kein Licht übertragen wird.
  • Das Antriebssteuergerät ASG kann ein erstes Thyristor-Steuersignal TS1, ein zweites Thyristor-Steuersignal TS2 und ein drittes Thyristor-Steuersignal TS3 über die Schnittstelle SS an die Interface-Steuereinrichtung 5 übertragen. In Abhängigkeit des ersten Thyristor-Steuersignals TS1 kann die Interface-Steuereinrichtung 5, insbesondere die Ansteuereinrichtung 19, ein erstes Bipolartransistor-Steuersignal BSS1 erzeugen, welches an die Bipolartransistor-Steuereinrichtung SABT1 des ersten Antriebs-Bipolartransistors ABT1 übertragen wird. Entsprechend kann die Interface-Steuereinrichtung 5, insbesondere die Ansteuereinrichtung 19, in Abhängigkeit des zweiten und dritten Thyristor-Steuersignals TS2, TS3 jeweils ein Bipolartransistor-Steuersignal BSS2, BSS3 erzeugen, die jeweils an die entsprechende Bipolartransistor-Steuereinrichtung SABT2, SBBT übertragen werden. Insbesondere kann die Interface-Steuereinrichtung 5 das erste Bipolartransistor-Steuersignal BSS1 und das zweite Bipolartransistor-Steuersignal BSS2 derart erzeugen, dass die durch das entsprechende Bipolartransistor-Steuersignal BSS1, BSS2 kodierte Einschaltzeitdauer als Summe einer durch das entsprechende Thyristor-Steuersignal TS1, TS2 kodierte Einschaltzeitdauer sowie einer vorbestimmten Löschzeitdauer bestimmt wird. Weiter kann die Interface-Steuereinrichtung 5 das dritte Bipolartransistor-Steuersignal BSS3 derart erzeugen, dass die durch das dritte Bipolartransistor-Steuersignal BSS3 kodierte Einschaltzeitdauer gleich der durch das entsprechende Thyristor-Steuersignal TS3 kodierten Einschaltzeitdauer ist.
  • Weiter kann das Antriebssteuergerät ASG ein Grenzstrom-Signal GSS, ein Überstrom-Signal USS, ein Rücksetz-Signal RSS, ein Bereitschafts-Signal BSS sowie ein Fahr-Brems-Signal FBS über die Schnittstelle SS an die Interface-Steuereinrichtung 5 übertragen.
  • Das Überstrom-Signal USS kann übertragen werden, falls ein Antriebsstrom der elektrischen Maschine, also insbesondere eine Eingangs- oder Ausgangsstrom des zwischen dem zweiten und dem vierten Anschluss T2, T4 angeordneten Wechselrichters, eine erste Stromschwelle überschreitet. Das Grenzstrom-Signal GSS kann beispielsweise übertragen werden, falls der Antriebsstrom eine zweite vorbestimmte Stromschwelle übertritt, die höher als die erste Stromschwelle ist. In diesem Fall kann das Überstrom-Signal USS nicht mehr übertragen werden. Sowohl das Überstrom-Signal USS als auch das Grenzstrom-Signal GSS können übertragen werden, falls der Antriebsstrom höher als eine dritte vorbestimmte Stromschwelle ist, die höher als die zweite Stromschwelle ist. Das Rücksetz-Signal RSS kann übertragen werden, falls vorliegender und detektierter Fehlerzustand zurückgesetzt werden soll. Das Bereitschafts-Signal BSS kann übertragen werden, falls das Antriebssteuergerät ASG betriebsbereit ist. Das Fahr-Brems-Signal FBS kann kodieren, ob ein Fahr- oder Bremsbetrieb gewünscht ist.
  • Die Interface-Steuereinrichtung 5, insbesondere die Schutzeinrichtung 18, kann ein Zwangszünden-Signal ZZS, ein Zwangssperren-Signal ZSS, ein Netzteilstörungs-Signal NSS, ein Überspannungs-Signal USS1, ein Bipolartransistor-Fehlersignal BFS und ein Bremsstrom-Fehlersignal BSFS erzeugen und über die Schnittstelle SS an das Antriebssteuergerät ASG übertragen.
  • Beispielsweise kann ein Zwangszünden-Signal ZZS erzeugt werden, falls mindestens einer der Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT zwangsgezündet, also elektrisch leitend, geschaltet wird, beispielsweise falls ein oder mehrere Fehler vorliegen. Ein Zwangssperren-Signal ZSS kann übertragen werden, falls mindestens einer der Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT zwangsgesperrt, also elektrisch nicht-leitend geschaltet wird, beispielsweise aufgrund eines oder mehrerer Fehler. Ein Netzteilstörungs-Signal NSS kann beispielsweise übertragen werden, falls eine Störung des Netzteils (nicht dargestellt) detektiert wird. Das Überspannungs-Signal USS1 kann beispielsweise übertragen werden, falls eine Betriebsspannung an mindestens einem der Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT größer als ein vorbestimmter Spannungsschwellwert ist. Ein Bipolartransistor-Fehlersignal BFS kann beispielsweise übertragen werden, falls, wie vorhergehend erläutert, ein Bipolartransistor-Fehler vorliegt. Ein Bremsstrom-Fehlersignal BSFS kann beispielsweise übertragen werden, wenn in einem Fahrbetrieb ein Strom durch den Brems-Bipolartransistor BBT größer als 0 ist.
  • Weiter kann die Interface-Steuereinrichtung 5, insbesondere die Schutzeinrichtung 18, die vorhergehend erläuterten Fehlermanagement- bzw. Schutzfunktionen einleiten oder durchführen.
  • In 2 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Grundhalteplatte 8, die beispielsweise an einem Fahrzeugboden (nicht dargestellt) befestigt sein kann. Eine zur Halterung dienende Oberfläche der Grundhalteplatte 8 kann beispielsweise parallel zu einer Ebene orientiert sein, die von einer Vertikalrichtung z und einer Longitudinalrichtung (nicht dargestellt) aufgespannt wird. Die Vertikalrichtung z kann beispielsweise parallel zu einer Fahrzeughochachse des Schienenfahrzeugs orientiert sein. An der Grundhalteplatte 8 kann ein Montagerahmen 9 befestigt sein. Beispielsweise kann der Montagerahmen 9 über Schraubverbindungen an der Grundhalteplatte 8 befestigt sein. An dem Montagerahmen 9, beispielsweise an einem der Grundhalteplatte 8 zugewandten Abschnitts des Montagerahmens 9, kann ein z.B. als Blechprofil ausgebildetes Profilelement 10 befestigt sein, beispielsweise ebenfalls über Schraubverbindungen. Das Profilelement 10 kann einen Befestigungsabschnitt 11 aufweisen, der gegenüber der vertikalen Achse z mit einem Winkel α, insbesondere einem Winkel zwischen 5° und 25°, beispielsweise von 15°, schräg gestellt angeordnet ist. An den Befestigungsabschnitt 11 kann eine Transistorverbundeinheit 12 angeordnet sein. Die Transistorverbundeinheit 12 kann eine Deckelplatte 13 und eine Grundplatte 14 umfassen. An der Deckelplatte 13 kann eine Tellerfeder 15 befestigt sein. Weiter kann die Transistorverbundeinheit 12 die jeweils als Scheibenzellen ausgebildeten Antriebs-Bipolartransistoren ABT1, ABT2 und den Brems-Bipolartransistor BBT umfassen. Diese können in der Transistorverbundeinheit 12 übereinanderliegend angeordnet sein.
  • Zwischen der Tellerfeder 15 und dem ersten Antriebs-Bipolartransistor ABT1 kann ein erster Kühlkörper KK1 angeordnet sein. Entsprechend kann zwischen dem ersten Antriebs-Bipolartransistor ABT1 und dem zweiten Antriebs-Bipolartransistor ABT2 ein zweiter Kühlkörper KK2 angeordnet sein. Weiter kann zwischen dem zweiten Antriebs-Bipolartransistor ABT2 und dem Brems-Bipolartransistor BBT ein dritter Kühlkörper KK3 angeordnet sein. Weiter können zwischen dem Brems-Bipolartransistor BBT und der Bodenplatte 14 ein vierter Kühlkörper KK4 sowie ein Abstandshalter ABH angeordnet sein. Die Kühlkörper KK1, ..., KK4 können hierbei aus Metall ausgebildet sein.
  • Weiter können die Kühlkörper KK1, ..., KK4 mit Emitter-Anschlüssen oder Kollektor-Anschlüssen der jeweiligen Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT verbunden sein. Die Kühlkörper KK1, KK2, KK3, KK4 können hierbei insbesondere Teil der elektrischen Zuleitung oder elektrischen Ableitung der entsprechenden Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT sein.
  • Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Kühleinrichtung, die zur Kühlung der Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT dient. Die Kühleinrichtung umfasst die vier vorhergehend erläuterten Kühlkörper KK1, KK2, KK3, KK4 sowie pro Kühlkörper KK1, ..., KK4 jeweils beispielsweise vier Wärmerohre In 2 ist hierbei jedoch nur ein Wärmerohr WR1 des ersten Kühlkörpers KK1, ein Wärmerohr WR2 des zweiten Kühlkörpers KK2, ein Wärmerohr WR3 des dritten Kühlkörpers und ein Wärmerohr WR4 des vierten Kühlkörpers KK4 dargestellt. Die jeweils drei weitere Wärmerohre pro Kühlkörper sind in der dargestellten Seitenansicht nicht sichtbar, da sie in einer Richtung, die orthogonal zur Zeichenebene und weg vom Betrachter orientiert ist, hinter dem jeweils dargestellten Wärmerohr WR1, WR2, WR3, WR4 angeordnet sind. Die Kühlkörper KK1, KK2, KK3, KK4 weisen hierbei jeweils 4 Kanäle auf, die einen Teil der jeweiligen Wärmerohre WR1, ..., WR4, insbesondere ein verdampfungsseitiges Ende der Wärmerohre WR1, ..., WR4 ausbilden. Die Wärmerohre WR1, ..., WR4 sind thermisch mit den Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT gekoppelt, die zwischen den Kühlkörpern KK1, ..., KK4, die einen Teil des entsprechenden Wärmerohrs WR1, ..., WR4 ausbilden, angeordnet sind. Eine Kühlung wird erreicht, indem an dem verdampfungsseiten Ende thermische Energie der Bipolartransistoren zum Verdampfen eines Kühlfluids genutzt wird, welches dann, insbesondere auch aufgrund der Schrägstellung der Wärmerohre WR1, ..., WR4 hin zum verdampfungsseiten Ende der Wärmerohre WR1, ..., WR4 steigt. Dort kondensiert das Kühlfluid aufgrund der Abgabe von thermischer Energie an die Umgebung und fließt, insbesondere auch aufgrund der Schrägstellung der Wärmerohre WR1, ..., WR4 zurück zum verdampfungsseitigen Ende.
  • An dem kondensationsseitigen Ende der Wärmerohre WR1, WR2, WR3, WR4 sind Finnen 16 angeordnet, wobei der Übersichtlichkeit halber nur eine Finne 16 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Hierdurch wird eine Abführung von thermischer Energie an dem kondensationsseitigen Ende der Wärmerohre WR1, ..., WR4 verbessert.
  • Weiter dargestellt ist eine gestrichelte zentrale Symmetrieachse der Transistorverbundeinheit 12. Auch diese weist eine Schrägstellung auf, insbesondere ist die Transistorverbundeinheit 12 mit dem Winkel α gegenüber der Vertikalachse z schräggestellt. Hieraus ergibt sich eine Schrägstellung der Wärmerohre WR1, ..., WR4, deren Längsachsen orthogonal zu der zentralen Symmetrieachse der Transistorverbundeinheit 12 orientiert sind. Hierdurch wird, wie vorhergehend erläutert, der Transport von Kühlfluid in den Wärmerohren WR1, ..., WR4 im dampfförmigen Zustand vom verdampfungsseitigen Ende hin zum kondensationsseitigen Ende verbessert.
  • Weiter dargestellt ist ein weiteres Profilelement 17, über welches die kondensationsseitigen Enden der Wärmerohre WR1, ..., WR4 an der Grundhalteplatte 8 befestigt sind.
  • In 2 nicht dargestellt ist eine Diodenverbundeinheit, die die in 1 dargestellte erste Schutzdiode D1, die erste Freilaufdiode D3 sowie die zweite Freilaufdiode D5 umfassen kann. Diese Diodenverbundeinheit kann in gleicher Weise wie die dargestellte Transistorverbundeinheit 12 ausgebildet sein, wobei die Diodenverbundeinheit anstelle der Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT die Dioden D1, D3, D5 umfasst.
  • Diese Diodenverbundeinheit kann ebenfalls, beispielsweise über das in 2 dargestellte Profilelement oder ein weiteres Profilelement, mit einer gewünschten Schrägstellung an der Grundhalteplatte 8 befestigt werden. Auch kann die Diodenverbundeinheit eine Tellerfeder sowie eine Kühleinrichtung mit Kühlkörpern und Wärmerohren umfassen, wobei zwischen den Dioden D1, D3, D5 bzw. zwischen einer Diode und einer Tellerfeder sowie einer Diode und einem Abstandshalter Kühlkörper angeordnet sein können.
  • In 2 ist dargestellt, dass jeder Bipolartransistor ABT1, ABT2, BBT beidseitig von Kühlkörpern KK1, ..., KK4 umfasst ist, wodurch sich eine effektive Kühlung ergibt. Nicht dargestellt sind weitere Beschaltungselemente der Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT, die über Kupferplatten thermisch mit den Wärmerohren WR1, ..., WR4 verbunden sein können. Diese Beschaltungselemente können beispielsweise Widerstände und/oder Kondensatoren umfassen oder als solche ausgebildet sein und beispielsweise elektrisch parallel zu den entsprechenden Bipolartransistoren ABT1, ABT2, BBT geschaltet sein. Die zusätzlichen Beschaltungselemente können einer Dämpfung, insbesondere einer Reduktion von unerwünschten Oberwellen, beim getakteten Betrieb der Bipolartransistoren ABT1, AB2, BBT dienen. Entsprechend kann jede Diode D1, D3, D5 der Diodenverbundeinheit beidseitig von umfasst sein, wodurch sich eine effektive Kühlung ergibt. Auch weitere Beschaltungselemente der Dioden D1, D3, D5 können über Kupfer- oder Aluminiumplatten thermisch mit den Wärmerohren der Diodenverbundeinheit verbunden sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3304377 A1 [0004]

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug, wobei die Vorrichtung mindestens eine Schnittstelle (SS) für mindestens ein Thyristor-Steuersignal (TS1, TS2, TS3) und mindestens ein Schaltelement umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schaltelement als Bipolartransistor ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung mindestens eine Interface-Steuereinrichtung (5) zur Umwandlung des Thyristor-Steuersignals (TS1, TS2, TS3) in ein Bipolartransistor-Steuersignal (BSS1, BSS2, BSS3) umfasst, wobei die Interface-Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit des Thyristor-Steuersignals (TS1, TS2, TS3) das Bipolartransistor-Steuersignal (BSS1, BSS2, BSS3) für das mindestens eine Schaltelement erzeugt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Interface-Steuereinrichtung (5) eine durch das Bipolartransistor-Steuersignal (BSS1, BSS2, BSS3) kodierte Einschaltzeitdauer als Summe einer durch das Thyristor-Steuersignal (TS1, TS2, TS3) kodierte Einschaltzeitdauer sowie einer vorbestimmten Löschzeitdauer bestimmt wird.
  3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Interface-Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit eines Fehlersignals ein schnittstellenkompatibles Fehlersignal erzeugbar ist und/oder ein fehlersignalabhängiges Fehlermanagement durchführbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung (7) zur Überwachung einer Bipolartransistor-Spannung umfasst, wobei ein Überspannungssignal durch die Einrichtung (7) zur Überwachung erzeugbar ist, wenn die Bipolartransistor-Spannung kleiner als eine vorbestimmte Minimalspannung und/oder größer als eine vorbestimmte Maximalspannung, wobei das Überspannungssignal an die Interface-Steuereinrichtung (5) übertragbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Fehleranzeigeeinrichtung (6) umfasst.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Überwachung einer Betriebstemperatur des mindestens einen Bipolartransistors umfasst.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Halteeinrichtung für den mindestens einen Bipolartransistor umfasst, wobei der mindestens eine Bipolartransistor in einer Schrägstellung an der Halteeinrichtung befestigbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Transistorverbundeinheit (12) umfasst, wobei die Transistorverbundeinheit (12) mindestens zwei Bipolartransistoren und mindestens ein Mittel zur Festlegung der mindestens zwei Bipolartransistoren umfasst.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Kühleinrichtung zur Kühlung des mindestens einen Bipolartransistors umfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung mindestens ein Wärmerohr (WR1, WR2, WR3, WR4) umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung als Kühlplatte ausgebildet ist oder eine Kühlplatte umfasst, wobei die Kühlplatte zumindest einen Teil des Wärmerohrs (WR1, WR2, WR3, WR4) ausbildet.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kühleinrichtung zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet ist, wobei die Kühleinrichtung mit einem Kollektor-Anschluss oder einem Emitter-Anschluss des mindestens einen Bipolartransistors elektrisch verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres transistorspezifisches Beschaltungselement mechanisch und/oder thermisch und/oder elektrisch mit der mindestens einen Kühleinrichtung verbunden ist.
  14. Verfahren zur Gleichspannungswandlung in einem Schienenfahrzeug, wobei mindestens ein Thyristor-Steuersignal (TS1, TS2, TS3) über eine Schnittstelle (SS) für das mindestens eine Thyristor-Steuersignal (TS1, TS2, TS3) an mindestens eine Interface-Steuereinrichtung (5) zur Umwandlung des Thyristor-Steuersignals (TS1, TS2, TS3) in ein Bipolartransistor-Steuersignal (BSS1, BSS2, BSS3) übertragen wird, wobei die Interface-Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit des Thyristor-Steuersignals (TS1, TS2, TS3) das Bipolartransistor-Steuersignal (BSS1, BSS2, BSS3) für mindestens ein als Bipolartransistor ausgebildetes Schaltelement erzeugt, wobei das Bipolartransistor-Steuersignal (BSS1, BSS2, BSS3) an den mindestens einen Bipolartransistor übertragen wird.
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