DE19819094A1 - Schienenfahrzeugsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeugsystem, das Funktionseinheiten zur Bildung eines Zuges aufweist.

Übliche Schienenfahrzeugkonzepte beruhen auf einer Funktionsaufteilung zwischen "Transportgeschwindigkeit erzeugen", real durch eine Lokomotive (Lok) und "Transportgut aufnehmen", realisiert durch Waggons. Basierend auf dieser starren Funktionsaufteilung sind unterschiedliche Lok-/Zugtypen entstanden.

Unterfunktionen der Transportgeschwindigkeitserzeugung sind die Funktionen "Antreiben" und "Bremsen". Die Beschleunigungskräfte der Funktion "Antreiben" werden ausschließlich über den Rad/Schiene-Kontakt der Lok übertragen, zum Bremsen wird zusätzlich die Bremse mit ihren Waggon-Rad/Schiene-Kontakten hin­ zugezogen. Der Lokantrieb kann bei elektrisch angetriebenen Einheiten im Brems­ betrieb generatorisch genutzt werden, wobei die gewonnene Energie in das Netz zurückgespeist oder über einen Bremswiderstand vernichtet wird. Auch bei diesel- bzw. dieselelektrisch angetriebenen Einheiten ist prinzipiell eine (Rück)gewinnung von elektrischer Energie realisierbar. Die Zugbremse arbeitet dagegen pneuma­ tisch/mechanisch und ermöglicht keine Energierückspeisung. Sie ist starkem Ver­ schleiß ausgesetzt und verursacht hohe Betriebskosten.

Im Personenbeförderungsbereich sind erste Tendenzen in Richtung einer anderen Funktionsaufteilung erkennbar. Im ICE3 werden beispielsweise erstmals "Antriebs­ drehgestelle" zum Einsatz kommen, die jedoch nicht konsequent über den gesamten Zug verteilt sind. Beim ICE3 gibt es nichtangetriebene Achsen und damit Bedarf an einem stark ausgeprägten pneumatischen Lok-/Zugbremssystem.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeugsystem anzugeben, das einen universellen, bedarfsabhängigen und während der Betriebszeit veränder­ baren Zugaufbau ermöglicht und dabei Verbesserungen bezüglich des Energiebe­ darfs und der Betriebskosten erwarten läßt.

Diese Aufgabe wird durch ein Schienenfahrzeugsystem mit modularen Funktions­ einheiten gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weite­ ren Ansprüchen angegeben.

Das Schienenfahrzeugsystem weist als modular zusammensetzbare Funktionsein­ heiten Verbindungsdrehgestelle und darauf aufsetzbare Funktionseinheiten, Steu­ ereinheiten und Transporteinheiten auf. Die Verbindungsdrehgestelle übernehmen neben der Tragefunktion von Steuer-, Versorgungs- oder Transporteinheiten sowohl die Antriebs- und Bremsfunktion als auch eine Kupplungsfunktion wahr. Das damit vorgeschlagene Zugbaukastensystem weist eine Reihe von Vorteilen auf. Die Funk­ tionseinheiten sind beliebig zu einem Zug zusammenstellbar, wobei alle Radsätze elektrisch angetrieben bzw. gebremst sind. Die Motorisierung der Verbindungsdreh­ gestelle kann lastabhängig in Baureihen für unterschiedliche Leistungen realisiert werden. Es sind Verbindungsdrehgestelle unterschiedlicher Leistung kombinierbar. Auf den Verbindungsdrehgestellen sind Transporteinheiten unterschiedlicher Art anordenbar. Transporteinheiten für Personen und für Güter sind in einem Zug kom­ binierbar. Die Transporteinheiten für Güter können sich in üblicher Weise unter­ scheiden nach Containertransport, Schüttgut-Transport und anderem Transport. Steuereinheiten sind am Zuganfang und/oder Zugende anordenbar, wobei die Steu­ ereinheiten unabhängig von der Zugart und der Antriebsleistung sein können.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindungsdrehgestelle so ausgeführt, daß die Verbindung zweier Verbindungsdrehgestellhälften mechanisch, magnetisch/elek­ tromagnetisch oder auch berührungsfrei und antriebsgesteuert erfolgen kann. Ein An- oder Abkoppeln weiterer Einheiten, wie Versorgungseinheiten, Steuereinheiten und/oder Transporteinheiten auf den entsprechenden Verbindungsdrehgestellhälften ist vorteilhaft auch während der Fahrt möglich.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung beispielhaft dargestellten Zuges.

Fig. 1 zeigt einen modular zusammengesetzten Zug 1, bei dem auf Verbindungs­ drehgestellen 2 Versorgungseinheiten 3, Steuereinheiten 4 und Transporteinheiten 5 aufgesetzt sind.

Die Verbindungsdrehgestelle 2 weisen jeweils wenigstens zwei Achsen mit jeweils einer elektrischen Antriebs/Bremseinheit auf. Sie sind teilbar ausgeführt, so daß sie eine Kupplungsfunktion übernehmen. Solche Verbindungsdrehgestelle 2 werden mit unterschiedlichen Antriebs/Bremsleistungen zur Verfügung gestellt. Als Sondermo­ dul im Sinne eines Zugbaukastens sind auch Verbindungsdrehgestelle möglich, bei denen nur eine der Achsen angetrieben bzw. gebremst ist.

Die Versorgungseinheiten 3 enthalten die notwendigen Einrichtungen, wie Stromab­ nehmer 6, Transformator und Stromrichter zur Stromentnahme aus einer Fahrleitung und zur Energierücklieferung in die Fahrleitung oder zur Wandlung von fossiler Energie in elektrische Energie. Auch die Versorgungseinheiten 3 werden im Schie­ nenfahrzeugsystem für unterschiedliche Leistungen zur Verfügung gestellt. Univer­ sell einsetzbare Steuereinheiten 4 können dagegen last- oder leistungsunabhängig ausgeführt sein.

Transporteinheiten 5 sind unterschiedlich ausgeführt je nach Personen- oder Güter­ transport und auch nach der Art des zu transportierenden Gutes.

Es sind mehrere Versorgungseinheiten 3 im Zug anordenbar zur Anpassung an die jeweilige Antriebsleistung und um den Zug teilbar auszuführen.

Ein so gebildeter Zug enthält in der Regel ausschließlich elektrisch angetriebene und gebremste Achsen, wodurch eine gesteigerte Energierückspeisung ermöglicht ist. Die Gesamtenergiebilanz eines Bahnsystems wird erheblich verbessert. Pneu­ matisch bzw. mechanisch wirkende Bremsen sind zwar zusätzlich erforderlich, ihr Einsatz ist jedoch wesentlich verringert. Eine Geringerdimensionierung und Ver­ schleißreduktion können verwirklicht werden. Die Antriebsleistung läßt sich gut an den tatsächlichen temporär bedingten Bedarf anpassen.

Eine Leistungsstufung der Verbindungsdrehgestelle und Versorgungseinheiten im Sinne einer Baureihengestaltung erlaubt es, in personentransportschwachen Be­ triebszeiten Gütertransportelemente im Personenzugverband mitzuführen. Es ist denkbar, daß Steuereinheiten nach einer an einer beliebigen Stelle des Zugverban­ des durchgeführten Zugtrennung - eventuell sogar während der Fahrt - mit den so entstandenen Teilzügen separat zu unterschiedlichen Zielbahnhöfen weiterfahren bzw. mit anderen, in gleicher Weise konzipierten Teilzügen zu neuen Mischverbän­ den gekoppelt werden könnten. Dadurch kann die Transportkapazität einzelner Tra­ ssen optimiert und eine verbesserte Zuglaufplanung ermöglicht werden.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugsystemes sind in die einzelnen Verbindungsdrehgestelle 2 dezentrale Controller (Steuereinheiten) integriert. In einer Steuereinheit 4 befindet sich ein zentraler Fahrzeugsteuerungs­ rechner. Die aktuelle Belastung der einzelnen Achsen der Verbindungsdrehgestelle 2 wird über Lastsensoren erfaßt und dem entsprechenden dezentralen Controller mitgeteilt. Jeder der dezentralen Controller ist damit in die Lage versetzt, in Kom­ munikation mit dem zentraler Fahrzeugsteuerungsrechner über ein Bussystem die einzelnen Achsen individuell, in Abhängigkeit vom aktuellen Belastungsfall und Zug­ zustand bedarfsgerecht zu regeln, also anzutreiben oder abzubremsen. Weiterhin wird dadurch ein antriebsgekoppelter Zugverbund ermöglicht, bei dem alle Einhei­ ten, wie Versorgungseinheiten 3, Steuereinheiten 4 und Transporteinheiten 5 an­ triebsgeregelt ohne direkten Bedarf einer mechanischen oder elektromagnetischen Kupplung hintereinander fahren.

Claims (5)

1. Schienenfahrzeugsystem, das zur Bildung eines Zuges (1) als modular zusammensetzbare Funktionseinheiten Verbindungsdrehgestelle (2) und darauf auf­ setzbare Versorgungseinheiten (3), Steuereinheiten (4), und Transporteinheiten (5) enthält, wobei

• - die Verbindungsdrehgestelle (2) teilbar ausgeführt sind und jeweils we­ nigstens zwei Achsen aufweisen, von denen wenigstens eine mit einer elektrischen Antriebs/Bremseinheit versehen ist und wobei Verbindungs­ drehgestelle (2) mit unterschiedlichen Antriebs/Brems-Leistungen zur Verfügung stehen,
• - die Versorgungseinheiten (3) die notwendigen Einrichtungen, wie Strom­ abnehmer (6), Transformator und Stromrichter zur Stromentnahme aus einer und Rücklieferung in eine Fahrleitung enthalten, und wobei die Ver­ sorgungseinheiten (3) für unterschiedliche elektrische Leistungen zur Verfügung stehen, oder auch zu diesel-/dieselelektrisch betriebenen Ein­ heiten kompatibel ausgeführt sind,
• - die Steuereinheiten (4) last- oder leistungs-unabhängig, universell ein­ setzbar ausgeführt sind,
• - die Transporteinheiten (5) unterschiedlich ausgeführt sind für Personen- oder Gütertransport und auch nach der Art des zu transportierenden Gu­ tes, und
• - Steuereinheiten (4), Versorgungseinheiten (3) und Transporteinheiten (5) im Zug (1) jeweils durch Verbindungsdrehgestelle (2) miteinander ver­ bunden sind, und wobei
• - die Schnittstellen der Versorgung-, Steuer- und Transporteinheiten ein­ heitlich und so gestaltet sind, daß ein einfaches und schnelles Austau­ schen ermöglicht ist.

2. Schienenfahrzeugsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsdrehgestelle (2) so ausgeführt sind, daß die Verbindung zweier Verbindungsdrehgestellhälften mechanisch, magnetisch/elektromagnetisch oder auch berührungsfrei und antriebsgesteuert erfolgen kann.

3. Schienenfahrzeugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Einheit zur Umwandlung von Primärenergie in elektrische Energie, wie z. B. ein von einem Dieselmotor angetriebener Generator, vorhanden ist, die elektri­ sche Antriebsenergie für die Verbindungsdrehgestellantriebe erzeugt, wobei beim Bremsen rückgewonnene Energie in einer mit Energiespeichern versehenen Versor­ gungseinheit (3) zwischengespeichert oder einem Netz zugeführt wird.

4. Schienenfahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in die Verbindungsdrehgestelle (2) dezentrale Gontroller inte­ griert sind, denen die aktuelle, durch Lastsensoren erfaßte Belastung der einzelnen Achsen mitteilbar ist und welche die einzelnen Achsen in Abhängigkeit vom aktuel­ len Belastungsfall individuell und bedarfsgerecht antreiben oder abbremsen.

5. Schienenfahrzeugsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Fahrzeugsteuerungsrechner in einer Steuereinheit (4) vorgesehen ist, welcher über ein Bussystem in Kommunikation mit den dezentralen Controllern steht.