DE69816285T2

DE69816285T2 - Polaritätsdetektor in einer durchgehenden leitung im zug und stromversorgung mit polaritätswechsel

Info

Publication number: DE69816285T2
Application number: DE1998616285
Authority: DE
Inventors: W. Anthony LUMBIS
Original assignee: New York Air Brake LLC
Current assignee: New York Air Brake LLC
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: EP0975486B1; AU732910B2; AU6970698A; ATE244653T1; CA2282435C; WO1998046447A1; BR9809760B1; DE69816285D1; EP0975486A1; BR9809760A; CA2282435A1; US5907193A

Description

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrifizierte Eisenbahnen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Anschluss einer Stromquelle an eine gespeiste Stromleitung im Zug.
Für elektropneumatisches Zugbremsen muss der elektrische Strom von der Lokomotive aus auf Leitern übertragen werden, die zwischen den einzelnen Waggons über die gesamte Zuglänge bzw. den Zugverband in Reihe geschaltet sind. Ein typisches elektropneumatisches (EP) Bremssystem benötigt von 1200 Watt bis 2500 Watt Strom, der bei Spannungen im Bereich von 230 Volt DC fließt.
In sehr langen Zügen, beispielsweise in Frachtzügen, die zwischen einer halben Meile und zwei Meilen lang sein und über hundert Waggons enthalten können, besteht ein Bedarf nach anderen Stromquellen als derjenigen auf der Kopflokomotive, um Strom- und Spannungswerte über den gesamten Zug hinweg aufrecht zu erhalten. Die Zusammensetzung des Zuges variiert kontinuierlich. Die vorgeschlagene Verwendung von Zwittersteckern zwischen den Waggons verstärkt die Änderungen von Polaritätswechseln über die gesamte Zugleitung. Dies hat zwar kein Problem bezüglich der Ausrüstung der einzelnen Waggons geschaffen, würde aber ein Problem verursachen, wenn zusätzliche Stromquellen ohne Kenntnis der entsprechenden Polarität der Zugleitungen an die Zugleitung angeschlossen würden. Mehrere Stromquellen in Personenzügen, die von einer dritten Schiene mit 600 Volt DC gespeist werden, sind aus US-Patent Nr. 5,293,632 bekannt.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren nach Anspruch 1 und einen Zug nach Anspruch 10 zur Bewältigung dieses Problems. Das Verfahren umfasst die Verwendung eines lokalen Stromkontrollers in der Zugleitung zur Bestimmung der Polarität der Stromleitungen, welche durch die Zugleitung verlaufen. Der lokale Stromkontroller schließt sodann die zweite Stromquelle an die Stromleitungen mit der ermittelten Polarität an. Schließlich speist der lokale Stromkontroller die Strom leitungen mit einer zweiten Stromquelle, nachdem der Anschluss der entsprechenden Polarität vollzogen ist.
Der Hauptkontroller auf der Lokomotive überträgt einen Speisungsbefehl auf den lokalen Stromkontroller, um die Ermittlung der Polarität einzuleiten, wobei die entsprechenden Ausgangsleitungen angeschlossen werden und Strom an die Zugleitung angelegt wird. Der Strombefehl wird über die Zugleitungen und vorzugsweise über die Stromleitungen übertragen. Zur Ermittlung der Polarität schließt der lokale Kontroller parallel geschaltete, entgegengesetzte Dioden an die Stromleitungen an und ermittelt die Durchschaltung einer der Dioden. Dies zeigt die Polarität der Leitungen an. Der lokale Stromkontroller benützt einen Schalter, um die Dioden an den Stromleitungen anzuschließen; dieser Schalter kann aus Relais- oder Transistorschaltern bestehen. Der lokale Stromkontroller ermittelt die Durchschaltung der Diode durch einen elektrooptischen Isolator. Der lokale Stromkontroller benützt auch einen Schalter zum Anschließen der zweiten Stromquelle an die Stromleitungen mit der ermittelten Polarität. Der Schalter kann ein Relais sein, das zwei Gruppen von C-förmigen Kontakten steuert, oder er kann aus Transistor-Schaltern bestehen. Der lokale Stromkontroller benützt auch einen Schalter zur Steuerung der Speisung der Stromleitungen mit der zweiten Stromquelle.
Andere Ziele, Vorteile und Neuerungen der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn diese in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Zuges nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Darstellung des Polaritätsdetektors mit Strom quellen-Polaritätswechsel nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Darstellung des Fließdiagramms des Verfahrens nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Blockdiagramm eines Zugverbands mit mehreren Lokomotiven zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Zugverband wie in 1 dargestellt umfasst eine Lokomotive 10, mehrere Waggons 30 und einen Waggon 40 mit einer zweiten Stromquelle durch die Zugleitung 50. Die Zugleitung ist vorzugsweise ein Paar von Stromleitungen, kann aber auch andere Signalleitungen umfassen. Das beschriebene System schafft eine Kommunikation über die Stromleitungen, doch können die Strom- und Kommunikationsleitungen getrennte Leitungen in der Zugleitung 50 sein. Die Lokomotive 10 kommuniziert und steuert die Bremsung und überwacht die Integrität der einzelnen Waggons unter Verwendung eines Hauptbremskontrollers oder eines Kommunikations-Chips 11, der ein Neuron-Chip als Teil eines LonWorks Kommunikationssystems der Echelon Corporation in Palo Alto, Kalifornien, ist.
Der Neuron-Chip 11 kann über einen Transceiver 12 kommunizieren, der über den Stromleitungs-Kopplungsschaltkreis 13 an die Stromleitung 50 angeschlossen ist. Der Stromleitungs-Kopplungsschaltkreis 13 kann beispielsweise ein Transformator-Kondensator-Schaltkreis sein, um DC-Isolierung bereit zu stellen; der Prozessor besteht aus einem Neuron-Chip 11, einem Taktgeber 14, einem Reset 15 und einem Speicher 16. Der Neuron-Chip 11 wird von einem Spannungsumformer 17 gespeist, der an eine Stromversorgung 18 angeschlossen ist. Wie dargestellt, wird der an der Lokomotive verfügbare 75-Volt-DC-Eingang durch die Stromversorgung 18 konditioniert und liefert eine 24-Volt-DC-Versorgung zum Umformer 17. Der DC-DC-Umformer 17 liefert 5 Volt DC-Ausgang vom 24-Volt-DC-Eingang. Der Neuron-Chip 11 steuert die Speisung der oder Energiezuführung zu den Stromleitungen auf der Zugleitung 50 durch einen Relaistreiber 22 und ein Relais 24. Die Hochspannungs-DC-Stromquelle auf der Zugleitung ist als Eingang an das Relais 24 angeschlossen und auf dem Zugleitungskabel 50 unter der Kontrolle des Relais 24 vorgesehen. In der Regel ist die verfügbare Stromquelle 230 Volt DC.
Jeder einzelne Waggon 30 umfasst einen lokalen Bremskontroller oder Neuron-Chips 31, der über die Zugleitung 50 via Stromleitungs-Transceiver 32 und Stromleitungs-Kopplungs-Stromkreis 33 kommuniziert. Andere Bauteile des Kontrollers umfassen den Neuron-Chip 31, einen Taktgeber 34, einen Reset-Schaltkreis 35 und einen Speicher 36. Eine mit der Zugleitung 50 verbundene Stromversorgung 38 wird von der Zugleitung gespeist und lädt die Batterie 41 mittels Batterieladegerät 39. Die Batterie 41 liefert Strom als Eingang in den Umformer 37, der den Neuron-Chip 31 speist.
Es ist zu beachten, dass der Neuron-Chip 11 und der LonWorks eine bevorzugte Kommunikationsmethode darstellt. Es können aber auch andere Kommunikationsmethoden angewendet werden. Das Kommunikations-, Steuerungs- und Überwachungssystem auf der Lokomotive und den einzelnen Waggons kann zusätzliche elektronische Elemente oder Teile enthalten, doch die offenbarten sind die für die Methode der vorliegenden Erfindung benötigten.
Obwohl jeder Waggon 30 und 40 eine Batterie 41 besitzt, wird das System von 120-240 Volt AC oder DC mit einer Stromstärke von 1200 bis 2500 Watt über die Zugleitung 50 betrieben. Die Zugleitung 50 ist eine seriell geschaltete Zugleitung, die über einen entsprechenden Stecker von Waggon zu Waggon verläuft. Die Batterie 41 auf jedem Waggon hat ausreichend Energie zum Betreiben des Neuron-Chips 31 und dessen Transceiver 32.
Der Waggon 40 umfasst einen Neuron-Chip oder Kontroller 31, der mittels Transceiver 32 und Kopplungsschaltkreis 33 an die Zugleitung 50 angeschlossen ist. Er umfasst zudem die Stromversorgung 38, das Batterieladegerät 39, die Batterie 41 und den Umformer 37, den Taktgeber 34, den Reset 35 und den Zeitgeber 36, der aus Klarheitsgründen nicht dargestellt ist. Der Waggon 40 umfasst zudem eine Zugleitungsstromquelle 42, die mit dem Polaritätsschalter 44 an das Zugleitungskabel 50 angeschlossen ist. Die Zugleitungsstromquelle 42 wird mit dem Stromschalter 46 aktiviert, der – wie der Polaritätsschalter 44 – vom Neuron-Kontroller 31 gesteuert wird. Der Neuron-Kontroller 31 ermittelt mit einem Polaritätsdetektor 48 die Polarität der Stromleitungen in der Zugleitung 50 und stellt mit dem Polaritätsschalter 44 die entsprechende Polarität ein. Nachdem dies durchgeführt ist, aktiviert der Stromschalter 46 die Zugleitungsstromquelle 42 oder verbindet diese mit dem Polaritätsschalter 44. Das Fließdiagramm für diesen Prozess ist in 3 dargestellt und beginnt mit dem Empfang eines Strombefehls, der vom Neuron 31 in Waggon 40 vom Lokomotiven-Kontroller-Neuron 11 kommend empfangen wird.
Es ist zu beachten, dass der Waggon 40 eine sekundäre Stromquelle für die Zugleitung darstellt, die sich auf einem Waggon oder einer zusätzlichen Lokomotive im Zugverband befinden kann. Das Neuron 31 kann ausschließlich der sekundären Stromquelle 42 gewidmet sein, oder ein Teil des Systems, das auf den Waggons zur Steuerung und Überwachung anderer Elemente verfügbar ist, einschließlich der EP-Bremsen.
Eine Implementierung des Systems für den Waggon 40 ist in 2 dargestellt; der Polaritätsdetektor 48 umfasst ein Paar parallel geschalteter, entgegengesetzter Dioden D1 und D2, die zwischen der Zugleitung 1 und der Zugleitung 2 angeschlossen sind. Die Dioden D1 und D2 werden mit den Kontakten 80, die vom Relais 82 gesteuert werden, das vom Relaistreiber 84 unter der Steuerung des Neuron-Kontrollers 31 betrieben wird, selektiv mit den Zugleitungen verbunden und von diesen getrennt. Wenn der Neuron-Kontroller 31 seinen Befehl zum Anschluss der zweiten Strom quelle 42 erhält, aktiviert er das Relais 82 und schließt die Kontakte 80, indem die Dioden D1, D2 parallel entgegengesetzt an die Zugstromleitungen angeschlossen werden. Seriell geschaltet mit den Dioden D1 und D2 sind die elektro-optischen Isolatoren 86, welche die Durchschaltung durch eine der zwei Dioden D1 und D2 ermitteln und diese an den Neuron-Kontroller 31 kommunizieren. Wenn die Zugleitung 1 im Vergleich mit der Zugleitung 2 positiv ist, leitet die Diode D1. Wenn die Zugleitung 2 bezüglich der Zugleitung 1 positiv ist, leitet die Diode D2. Unter Anwendung dieser Information kann der Neuron-Kontroller 31 feststellen, welche Polarität der Zugleitungen gegeben ist.
Der Polaritätsschalter 44 ist dargestellt als zwei Gruppen C-förmiger Kontakte 70 und 72, die selektiv an den positiven und negativen Anschlüssen der Zugleitungsstromquelle 42 angeschlossen sind. Die Stellung der Kontakte 70 und 72 wird vom Relais 74 gesteuert, das vom Relaistreiber 76 betrieben wird, der vom Neuron-Kontroller 31 gesteuert wird. Auf der Grundlage der vom Neuron-Kontroller 31 ermittelten Polarität wird das Relais 74 entweder aktiviert oder deaktiviert. In der dargestellten deaktivierten Stellung ist der positive Anschluss der Zugleitungsstromquelle 42 mit der Zugleitung 1 verbunden, und der negative Anschluss mit der Zugleitung 2. Wenn die entgegengesetzte Polarität festgestellt wird, aktiviert das Neuron 31 das Relais 74 durch den Relaistreiber 76, um die Stellung der Kontakte 70 und 72 von der dargestellten zu ändern und schließt über den Kontakt 70 die Zugleitung 1 an den negativen Anschluss der Zugleitungsstromquelle 42 und über den Kontakt 72 die Zugleitung 2 an den positiven Anschluss der Zugleitungsstromquelle 42 an.
Der Stromschalter 46 kann einen Transistorschalter enthalten, der mit dem entfernten "Einschalt"-Kreis der Zugleitungsstromquelle 42 verbunden ist. Das Schließen dieses Stromschalters 46 speist ein Relais in der Zugleitungsstromquelle 42, das die Zugleitung über den zuvor konfigurierten Polaritätsschalter 44 mit Strom versorgt.
Obwohl der Polaritätsdetektor 48 und der Polaritätsschalter 44 in 2 als Relaisgesteuert dargestellt sind, wäre dieselbe Implementierung auch mit Leistungstransis torschaltern möglich. Der Neuron-Kontroller 31 würde diese Schalter mit Treibern betreiben, die äquivalent zu 84 und 76 sind und welche die Dioden D1 und D2 an die Zugleitungen 1 und 2 anschließen und diese von denselben trennen und den Anschluss der Polarität der Zugleitungsstromquelle 42 an die Zugleitungen ermitteln würden.
Ein Zug kann mehr als eine Lokomotive aufweisen, wie in 4 dargestellt. So sind beispielsweise die zwei Lokomotiven 10A und 10B verbunden durch eine EP-Zugleitung 110 für den Anschluss an die Zugleitung 50 dargestellt. Jede Lokomotive verfügt über einen eigenen EP-Zugleitungsstecker 108, 112 und 118. Die Führungslokomotive 10A ist mit einem EP-Bremskontroller 100 und einer Operator-Schnittstelleneinheit 102 versehen, die mit dem Zugleitungs-Kommunikationskontroller 104 verbunden ist. Der Zugleitungs-Kommunikationskontroller 104 würde die Elemente 11–18 der 1 enthalten. Ein Lokomotiven-Farbdisplay 106 ist optional. Der Zugleitungs-Kommunikationskontroller 104 ist mit dem EP-Zugleitungsstecker 108 der Führungslokomotive 10A mit der EP-Zugleitung 110 verbunden. Die Zugleitungs-Kommunikationssteuerung 104 kommuniziert über die EP-Zugleitung 110.
In der nachlaufenden Lokomotive 10B ist eine Stromleitungsversorgung 116 mit dem Zugleitungs-Stromkontroller 114 verbunden. Die EP-Zugleitungsstecker 112 und 118 verbinden den Zugleitungskontroller 114 mit der EP-Zugleitung 110. Der Zugleitungs-Stromkontroller 114 umfasst die Elemente 11, 22 und 24 aus der 1. Der Zugleitungs-Stromkontroller 114 stellt den Hochleistungs-Spannungsanschluss an die EP-Zugleitung 110 und 50 bereit.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar im Detail beschrieben und illustriert, doch ist zu beachten, dass dies nur beispielhaften Charakter hat und keine einschränkende Wirkung besitzt. Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung wird ausschließlich von den Bedingungen der angehängten Patentansprüche beschränkt.

Claims

Verfahren für die Speisung der Stromleitungen (50) in einem Zug mit einer zweiten Stromquelle (42), wobei der Zug mindestens eine Lokomotive (10) und eine Vielzahl von Waggons (30, 40) umfasst, jeder Waggon mit Hilfe einer Zugleitung mit einem benachbarten Waggon elektrisch in Reihe geschaltet ist, wobei die Zugleitung mindestens zwei Stromleitungen, die von einer ersten Stromversorgung gespeist werden, umfasst und jeder Waggon einen lokalen Kontroller (31) aufweist, der von einem Hauptkontroller (11) in der Lokomotive gesteuert wird, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Ermitteln der Polarität der Stromleitungen; Anschließen der zweiten Stromquelle an die Stromleitungen mit der ermittelten Polarität; und Speisen der Stromleitungen mit der zweiten Stromquelle; einen lokalen Stromkontroller, der an die zweite Stromquelle und die Zugleitungen angeschlossen ist, wobei der lokale Stromkontroller die Ermittlung, den Anschluss und die Speisung ausführt.
Verfahren nach Anspruch 1, das die Übertragung eines Strombefehls vom Hauptkontroller zum lokalen Stromkontroller umfasst, um die Ermittlung, den Anschluss und die Speisung einzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Strombefehl über die Zugleitungen übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Strombefehl über die Stromleitung übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ermittlung der Polarität den Anschluss parallel geschalteter entgegengesetzter Dioden (D₁, D₂) an die Stromleitungen und die Ermittlung der Durchschaltung einer der Dioden umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Dioden mit Hilfe eines Schalters (80, 82), der von einem lokalen Stromkontroller aktiviert wird, an die Stromleitungen angeschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anschluss der zweiten Stromquelle an die Stromleitungen mit der ermittelten Polarität die Steuerung eines Zustands eines Schalters (70, 72, 74) mit Hilfe eines lokalen Stromkontrollers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der lokale Stromkontroller ebenfalls die Speisung der Stromleitungen mit der zweiten Stromquelle steuert.
Verfahren nach Anspruch 8, das die Übertragung eines Strombefehls von dem Hauptkontroller zum lokalen Stromkontroller umfasst, um den Anschluss und die Speisung einzuleiten.
Zug, der mindestens eine Lokomotive (10) und eine Vielzahl von Waggons (30, 40) umfasst, wobei jeder Waggon mit Hilfe einer Zugleitung mit einem benachbarten Waggon elektrisch in Reihe geschaltet ist, wobei die Zugleitung mindestens zwei Stromleitungen (50) aufweist, die von einer ersten Stromquelle gespeist werden, und jeder Waggon einen lokalen Kontroller (31) aufweist, der von einem Hauptkontroller (11) in der Lokomotive gesteuert wird, einschließlich einer zweiten Quelle (42), wobei der Zug gekennzeichnet ist durch: einen lokalen Stromkontroller (31), der die Polarität der Stromleitungen ermittelt, die zweite Stromquelle an die Stromleitungen mit der ermittelten Polarität anschließt und die Stromleitungen mit der zweiten Stromquelle speist.
Zug nach Anspruch 10, wobei der Hauptkontroller einen Strombefehl zu dem lokalen Stromkontroller überträgt, um das Ermitteln, Anschließen und Speisen einzuleiten.
Zug nach Anspruch 11, wobei der Strombefehl über die Zugleitungen übertragen wird.
Zug nach Anspruch 11, wobei der Strombefehl über die Stromleitung übertragen wird.
Zug nach Anspruch 10, der einen Schalter (80, 82) umfasst, der durch einen lokalen Stromkontroller aktiviert wird, der parallel geschaltete, entgegengesetzte Dioden (D₁, D₂) anschließt, die an die Stromleitungen angeschlossen sind, wobei der lokale Stromkontroller die Polarität durch Ermitteln der Durchschaltung einer der Dioden ermittelt.
Zug nach Anspruch 14, der elektrooptische Isolatoren (86) umfasst, die die Dioden mit dem lokalen Stromkontroller verbinden.
Zug nach Anspruch 14, wobei der Schalter ein Relais (82) mit einem Paar Kontakten (80) umfasst, die mit jeder der Dioden in Reihe geschaltet sind.
Zug nach Anspruch 14, wobei der Schalter einen Halbleiterschalter umfasst, der mit jeder der Dioden in Reihe geschaltet ist.
Zug nach Anspruch 10, der einen ersten Schalter (70, 72, 74) umfasst, der von dem lokalen Stromkontroller gesteuert wird, um die zweite Stromquelle an die Stromleitungen mit der ermittelten Polarität anzuschließen.
Zug nach Anspruch 18, wobei der erste Schalter ein Relais (74) umfasst, das ein Paar C-förmige Kontakte (70, 72) steuert, die die zweite Stromquelle mit den Stromleitungen verbinden.
Zug nach Anspruch 18, wobei der erste Schalter Halbleiterschalter umfasst, die die zweite Stromquelle mit den Stromleitungen verbinden.
Zug nach Anspruch 18, der einen zweiten Schalter (46) umfasst, der von dem lokalen Stromkontroller gesteuert wird, um die zweite Stromquelle mit dem ersten Schalter zu verbinden und die Stromleitungen mit der zweiten Stromquelle zu speisen.
Zug nach Anspruch 21, wobei der zweite Schalter einen Festkörperschalter umfasst, der ein Relais mit zwei normalerweise offenen Kontakten antreibt und die zweite Stromquelle mit dem ersten Schalter verbindet.