EP2483126B1

EP2483126B1 - Schienenfahrzeug

Info

Publication number: EP2483126B1
Application number: EP10757180.4A
Authority: EP
Inventors: Guido Wolf; Manfred Detterbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: PL2483126T3; CN102574535A; US20120181391A1; PT2483126E; DE102009048666B4; WO2011039002A1; DE102009048666A1; ES2537119T3; US8690108B2; CN102574535B; RU2506185C2; DK2483126T3; RU2012117136A; EP2483126A1; BR112012007126A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit zumindest einer zum Gleis gerichteten Fahrzeugantenne eines Zugsicherungssystems.
Schienenfahrzeuge der genannten Art sind allgemein bekannt, wobei die Fahrzeugantennen entsprechender Schienenfahrzeuge üblicherweise zur Übertragung von Daten zwischen einer im Gleis angeordneten streckenseitigen Einrichtung, etwa in Form einer Balise, und dem Schienenfahrzeug dienen. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Zugsicherungs- beziehungsweise Zugbeeinflussungssystem sowie der Art der jeweiligen streckenseitigen Einrichtung können hierbei Fahrzeugantennen unterschiedlicher Art zum Einsatz kommen.
Ein Schienenfahrzeug der genannten Art ist in der EP 2 082 943 A2 offenbart.
Zum Gleis gerichtete Fahrzeugantennen, d.h. im Wesentlichen nach unten gerichtete Fahrzeugantennen, können insbesondere in Abhängigkeit von der Art des jeweiligen Schienenfahrzeugs das Problem aufweisen, dass sie durch elektrische Störungen beeinflusst werden können. So kommt es bei solchen Schienenfahrzeugen, die ihre zur Fortbewegung benötigte Energie aus einer Oberleitung oder einer Stromschiene beziehen, in der Praxis zu unvermeidbaren elektrischen Funkenbildungen zwischen dem fahrzeugseitigen Stromabnehmer und dem Fahrdraht beziehungsweise der Stromschiene, wodurch transiente Störungen im Fahrstrom erzeugt werden. Dabei werden als transiente Störungen nicht periodische Störungen bezeichnet, die häufig vergleichsweise steile Anstiegsflanken sowie vergleichsweise hohe Spitzenwerte aufweisen. Entsprechende transiente Störungen werden auch durch das Ein- und Ausschalten des Hauptschalters eines elektromotorisch angetriebenen Schienenfahrzeugs hervorgerufen. Während des Fahrbetriebs tritt die Funkenbildung zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer insbesondere an Unstetigkeiten des Fahrdrahts auf, wie beispielsweise beim Überfahren von Abzweigstellen oder Phasentrennstellen.
Die beschriebenen Funken erzeugenden Phänomene generieren gleichsam als Störgenerator ein sehr breitbandiges, transientes Störspektrum, welches sich dem Fahr- und Rückstrom überlagert, also in die Oberleitung beziehungsweise den Fahrdraht und in die Schienen fließt. Dabei wird der Stromkreis der transienten Störströme über parasitäre Kapazitäten zwischen Fahrleitungsnetz und Schiene geschlossen. Der sich dem Rückstrom überlagernde Anteil des Funken-Störspektrums kann nun insbesondere solche Zugsicherungssysteme beeinflussen, die mit zum Gleis gerichteten Fahrzeugantennen arbeiten.
Des Weiteren können durch den Betrieb anderer Schienenfahrzeuge hervorgerufene transiente Störungen für den Fall, dass sich mehrere Schienenfahrzeuge auf demselben Unterwerksabschnitt befinden, über die transienten Rückströme in den Schienen auch das Zugsicherungssystem beziehungsweise die Fahrzeugantennen anderer Schienenfahrzeuge beeinflussen beziehungsweise stören. Dies bedeutet, dass entsprechende Störungen grundsätzlich auch solche Schienenfahrzeuge beeinflussen können, die selbst nicht elektromotorisch angetrieben sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit zumindest einer zum Gleis gerichteten Fahrzeugantenne eines Zugsicherungssystems anzugeben, durch welches die Störfestigkeit des Zugsicherungssystems erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schienenfahrzeug mit zumindest einer zum Gleis gerichteten Fahrzeugantenne eines Zugsicherungssystems, wobei der Wagenkasten des Schienenfahrzeugs und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs angeordnete Achse mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind und die zumindest eine Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs als die mit dem Wagenkasten elektrisch verbundene Achse angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug zeichnet sich somit dadurch aus, dass sein Wagenkasten und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs angeordnete Achse mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Dabei umfasst die Formulierung "Wagenkasten des Schienenfahrzeugs" im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung auch solche Schienenfahrzeuge, die aus mehreren Wagen beziehungsweise Wagenteilen aufgebaut sind. In diesem Fall handelt es sich bei dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, der mit der Achse mittels der kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden ist, somit um den Wagenkasten eines der Wagen beziehungsweise Wagenteile des Schienenfahrzeugs.
Der Erfindung liegt die grundlegende Idee zugrunde, das Störspektrum im Rückstrom nicht auf der aktiven Seite der Fahrzeugantenne zum Gleisbett, sondern auf der passiven Seite der Fahrzeugantenne, d.h. oberhalb der Fahrzeugantenne, im Wagenkasten entlang zu führen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass Fahrzeugantennen üblicherweise eine ausgesprochene Richtwirkung haben und nach oben zum Wagenkasten hin aufgrund unterschiedlicher Maßnahmen, wie beispielsweise einer entsprechenden Schirmung, vergleichsweise unempfindlich sind.
In der Regel ist es nun jedoch nicht wünschenswert, zwecks Umleitung der transienten Störströme auch den Fahrstrom über den Wagenkasten zu führen und beispielsweise am führenden Drehgestell wieder in die Schienen zu leiten. Nachteil hierbei wäre unter anderem, dass auch Ströme von anderen Schienenfahrzeugen in den Wagenkasten gezogen werden würden. Daher erfolgt erfindungsgemäß mittels der kapazitiven Verbindung zwischen dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs und der im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs angeordneten Achse vorteilhafterweise eine Trennung der Strompfade für transienten, hochfrequenten Störstrom und niederfrequenten Betriebsstrom mit einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz.
Erfindungsgemäß ist die Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs als die mit dem Wagenkasten elektrisch verbundene Achse angeordnet. Dies bedeutet, dass die zumindest eine Fahrzeugantenne von dem Ende des Schienenfahrzeugs aus gesehen hinter der mittels der kapazitiven Verbindung elektrisch mit dem Wagenkasten verbundenen Achse angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass transiente Störströme über die kapazitive Verbindung in den Wagenkasten geleitet werden und somit die auf das Gleis gerichtete, in einem Bereich unterhalb des Wagenkastens angeordnete Fahrzeugantenne auf ihrer passiven Seite passieren. Diese Störstromumleitung über den Wagenkasten hat zur Folge, dass sich der Störstrom in den Schienen unterhalb des Schienenfahrzeugs entsprechend verringert, so dass auf die Fahrzeugantenne ein deutlich kleineres Störmagnetfeld einkoppelt. Im Ergebnis führt dies somit zu einer deutlichen Verbesserung beziehungsweise Erhöhung der Störfestigkeit der Fahrzeugantenne und damit auch des gesamten Zugsicherungssystems gegenüber hochfrequenten, insbesondere transienten Störungen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug derart ausgestaltet, dass die kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten und die Achse geschalteten Kondensator sowie einen an der Achse vorgesehenen Erdungskontakt umfasst. Hierbei handelt es sich vorteilhafterweise um eine besonders einfache, als solche bewährte Komponenten verwendende Realisierung der kapazitiven Verbindung.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart weitergebildet sein, dass die kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten und der Achse abgestimmt ist, dass der resultierende Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne aufweist. Dies bedeutet, dass die Kapazität der kapazitiven Verbindung derart gewählt ist, dass sie in Verbindung mit der Induktivität der Zuleitung zu der Achse, d.h. beispielsweise zu dem Erdungskontakt, einen Schwingkreis bildet, dessen Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne liegt. Somit weist der durch die kapazitive Verbindung sowie die Induktivität der elektrischen Verbindung gebildete elektrische Schwingkreis beziehungsweise Saugkreis bei der relevanten Frequenz, d.h. bei der Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne, einen besonders geringen komplexen Widerstand auf. Hierdurch wird die kapazitive Erdung vorteilhafterweise zu einer "Saugkreiserdung" erweitert, welche vorzugsweise eine Ableitung von Strömen mit Frequenzen im Bereich der Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne bewirkt. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch eine Umleitung transienter beziehungsweise generell hochfrequenter Ströme über den Wagenkasten und damit aus dem aktiven Bereich der Fahrzeugantenne heraus auch für solche Zugsicherungssysteme ermöglicht wird, deren Übertragungsfrequenz beziehungsweise deren Übertragungsfrequenzen im Megahertz-Bereich liegt. Hierdurch kann eine Verbesserung der Störfestigkeit beispielsweise auch für das europäische Zugsicherungssystem ETCS (European Train Control System) erzielt werden, dessen Empfangskanal in einem Frequenzbereich um 4,2 MHz arbeitet.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart ausgeprägt sein, dass der Wagenkasten und eine im Bereich des anderen Endes des Schienenfahrzeugs angeordnete weitere Achse mittels einer weiteren kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Dies bietet den Vorteil, dass für die hochfrequenten transienten Störströme ein wohldefinierter Rückstrompfad über den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs in beide Richtungen bereitgestellt wird.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug dabei ferner derart weitergebildet, dass zumindest eine weitere Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem anderen Ende des Schienenfahrzeugs als die mit dem Wagenkasten elektrisch verbundene weitere Achse angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass eine in Bezug auf die beiden Enden des Schienenfahrzeugs symmetrische Anordnung geschaffen wird, so dass das Schienenfahrzeug fahrtrichtungsunabhängig und damit besonders flexibel einsetzbar ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Fahrzeugantennen von Zugsicherungssystemen üblicherweise in Fahrtrichtung gesehen in einem vorderen Bereich eines Schienenfahrzeugs angeordnet sind, um eine möglichst frühzeitige Datenübertragung auf das Schienenfahrzeug zu ermöglichen. Bei der genannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs werden hochfrequente Störströme vorteilhafterweise unabhängig von der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs vor der in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung jeweils aktiven Fahrzeugantenne in den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs geleitet, wodurch auf die jeweilige Fahrzeugantenne einwirkende Störmagnetfelder vorteilhafterweise erheblich reduziert werden können.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs umfasst die weitere kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen Wagenkasten und die weitere Achse geschalteten weiteren Kondensator sowie einen an der weiteren Achse vorgesehenen weiteren Erdungskontakt. Analog zu den diesbezüglichen Ausführungen im Zusammenhang mit der kapazitiven Verbindung handelt es sich hierbei um eine besonders einfache und zugleich robuste Ausführungsform der weiteren kapazitiven Verbindung.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart weitergebildet sein, dass die weitere kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten und der weiteren Achse abgestimmt ist, dass der resultierende weitere Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der weiteren Fahrzeugantenne aufweist. Entsprechend den diesbezüglichen Ausführungen im Zusammenhang mit der entsprechenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die kapazitive Verbindung kann hierdurch auch für Störfrequenzen im Megahertz-Bereich eine wirksame Umleitung der entsprechenden Störströme über den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs bewirkt werden. Hierzu ist die Erdung des Wagenkastens über die weitere kapazitive Verbindung und die weitere Achse in Form eines elektrischen Saugkreises ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug kann es sich grundsätzlich um ein Schienenfahrzeug mit einem beliebigen, für sich bekannten Antrieb handeln. Dies schließt neben elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen beispielsweise auch Dieselfahrzeuge, Dampflokomotiven oder auch Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb ein. Wie eingangs bereits erwähnt können nämlich auch Fahrzeuge ohne eigenen Elektromotor von Störströmen betroffen sein, die von Fremdfahrzeugen verursacht sind.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug elektromotorisch angetrieben und weist einen über einen Stromabnehmer an einen Fahrdraht anbindbaren Transformator auf. Dies ist vorteilhaft, da entsprechende elektromotorisch angetriebene Schienenfahrzeuge mit Wechselspannungsversorgung aufgrund der Anbindung an den Fahrdraht in besonderem Maße transienten Störungen ausgesetzt sind und daher für solche Schienenfahrzeuge eine besonders ausgeprägte Verbesserung der Störfestigkeit der Fahrzeugantenne beziehungsweise des Zugsicherungssystems erzielt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs sind der Wagenkasten und der Rückstromzweig des Transformators mittels einer ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine weitere Reduzierung von Störströmen im Bereich unterhalb der Fahrzeugantenne erzielt werden, so dass sich die Störfestigkeit der Fahrzeugantenne beziehungsweise des Zugsicherungssystems vorteilhafterweise weiter erhöht. Um eine bestmögliche Wirkung zu erzielen, ist die zusätzliche kapazitive Verbindung vorteilhafterweise derart zu realisieren, dass ein erster zusätzlicher Kondensator niederinduktiv zwischen dem Rückstromzweig beziehungsweise der Rückstromleitung des Transformators und dem Wagenkasten eingeschleift beziehungsweise angeordnet wird. Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass der Rückstromleiter direkt über den ersten zusätzlichen Kondensator geführt wird, während der andere Anschluss des ersten zusätzlichen Kondensators flächenhaft, beispielsweise über eine kurze Stromschiene, mit dem Wagenkasten verbunden wird.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart ausgestaltet sein, dass der Wagenkasten und die Hochspannungsseite des Transformators mittels einer zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Analog zu den Ausführungen im Zusammenhang mit der ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung kann zusätzlich oder alternativ hierzu auch mittels der zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung eine gezielte Einleitung transienter Störströme, die ihren Ursprung im Fahrdraht beziehungsweise im jeweiligen Schienenfahrzeug beziehungsweise deren Wechselwirkung haben, in den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs erfolgen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug derart weitergebildet, dass das Schienenfahrzeug einen elektromotorischen Antrieb mit einer gleichstromversorgten Traktionsanlage aufweist. Dabei umfasst die Traktionsanlage neben zumindest einem Traktionsstromrichter gegebenenfalls ein dem Traktionsstromrichter vorgeschaltetes Netzfilter. Die genannte bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist vorteilhaft, da entsprechende elektromotorisch angetriebene Schienenfahrzeuge mit Gleichspannungsversorgung aufgrund der Anbindung an den Fahrdraht ebenso wie die zuvor diskutierten Fahrzeuge mit Wechselspannungsversorgung transienten Störungen ausgesetzt sind und daher auch für solche Schienenfahrzeuge eine besonders ausgeprägte Verbesserung der Störfestigkeit der Fahrzeugantenne beziehungsweise des Zugsicherungssystems erzielt werden kann.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug dabei weiterhin derart ausgestaltet, dass der Wagenkasten und der Rückstromzweig der Traktionsanlage mittels einer dritten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs sind der Wagenkasten und die Hochspannungsseite des Eingangs der Traktionsanlage mittels einer vierten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden.
Die Vorteile der beiden zuvor genannten bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Falle einer Gleichspannungsversorgung entsprechen im Wesentlichen den zuvor bereits beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Falle einer Wechselspannungsversorgung, so dass diesbezüglich auf die jeweiligen vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Schienenfahrzeug auch um ein Mehrsystemfahrzeug handeln kann, dass sowohl zur Wechselspannungsversorgung als auch zur Gleichspannungsversorgung vorgesehen ist.
Bei der Fahrzeugantenne kann es sich grundsätzlich um eine Fahrzeugantenne eines beliebigen Zugsicherungssystems handeln. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass die Fahrzeugantenne auf das Gleis gerichtet ist, d.h. üblicherweise unterhalb des Wagenkastens oder an einem Drehgestell angebracht ist, um eine Kommunikation mit einer im Gleis angeordneten streckenseitigen Einrichtung zu ermöglichen. Bei der streckenseitigen Einrichtung kann es sich hierbei insbesondere um eine Balise, beispielsweise des nationalen spanischen Zugsicherungssystems ASFA, handeln.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist die zumindest eine Fahrzeugantenne eine Fahrzeugantenne des europäischen Zugsicherungssystems ETCS (European Train Control System). Dies ist vorteilhaft, da sich gezeigt hat, dass auch ETCS eine Empfindlichkeit gegenüber Störströmen in den Gleisen aufweist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Störungen bei ETCS üblicherweise zu einer Zwangsbremsung des betreffenden Fahrzeugs führen, wodurch sich erhebliche Verzögerungen und Störung des Schienenverkehrs ergeben können. Vorteilhafterweise bietet das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug somit die Möglichkeit, fahrzeugseitig die Störfestigkeit dieses vergleichsweise neuen, für ganz Europa vorgesehenen Zugsicherungssystems zu verbessern.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug ein elektrischer Triebzug. Dies ist vorteilhaft, da insbesondere auch bei elektrischen Triebzügen mit verteilter Traktion Störungen der Fahrzeugantenne beziehungsweise des jeweiligen Zugsicherungssystems durch hochfrequente Störströme in den Schienen zu beobachten sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigt die

Figur: in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs.

In der Figur ist ein Schienenfahrzeug 1 in Form eines elektrischen Triebzuges dargestellt. Dabei ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine Hälfte des Zuges abgebildet. Das Schienenfahrzeug 1 weist einen Endwagen 2, einen Trafowagen 3 sowie einen nur teilweise dargestellten Mittelwagen 4 auf. Die Wagen 2, 3, 4 weisen jeweils einen Wagenkasten 5a, 5b, 5c sowie Drehgestelle 6a, 6b, 6c, 6d, 6e mit Achsen beziehungsweise Rädern 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i, 7j auf.
Es ist hervorzuheben, dass es sich bei der Darstellung der Figur lediglich um eine zum Zweck der Erläuterung der Erfindung stark vereinfachte, schematische Darstellung handelt. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Wagenkästen 5a, 5b, 5c der Wagen 2, 3, 4 des Schienenfahrzeugs 1 im Folgenden auch in ihrer Gesamtheit als Wagenkasten bezeichnet werden. Dies gilt einerseits vor dem Hintergrund, dass die anhand des Ausführungsbeispiels beschriebene Erfindung auch für Schienenfahrzeuge mit durchgehendem Wagenkasten anwendbar ist; darüber hinaus sind die Wagenkästen 5a, 5b, 5c der Wagen 2, 3, 4 in dem Ausführungsbeispiel der Figur über Potenzialausgleichsleiter 12a, 12b elektrisch miteinander verbunden, so dass sie auch diesbezüglich aus elektrischer Sicht als Einheit betrachtet werden können.
Entsprechend der Darstellung der Figur ist der Trafowagen 3 über einen Stromabnehmer 15 elektrisch mit einem Fahrdraht 35 verbunden. Die aus dem Fahrdraht 35 entnommene elektrische Energie wird dabei über einen Hauptschalter 14 der Hochspannungsseite eines Transformators 13 des Schienenfahrzeugs 1 zugeführt. Hierbei handelt es sich somit um eine übliche Anbindung der Elektromotoren eines elektromotorisch angetriebenen, wechselstromgespeisten Schienenfahrzeugs an den Fahrdraht 35 beziehungsweise das entsprechende Hochspannungsnetz.
Es sei darauf hingewiesen, dass die folgenden Ausführungen im Wesentlich analog für den Fall eines elektromotorisch angetriebenen Schienenfahrzeugs mit Gleichspannungsversorgung, beispielsweise mittels einer Gleichspannung von 600 V, 750 V, 1,5 kV oder 3 kV, gelten. In diesem Fall ist in der Figur im Wesentlichen lediglich der Transformator 14 durch eine Traktionsanlage zu ersetzen, die neben zumindest einem Traktionsstromrichter gegebenenfalls ein dem Traktionsstromrichter vorgeschaltetes Netzfilter umfasst, wobei die übrigen Komponenten hiervon weitgehend unberührt bleiben. Darüber hinaus kann es sich bei dem Schienenfahrzeug auch um ein Mehrsystemfahrzeug handeln, das sowohl zur Gleichspannungsversorgung als auch zur Wechselspannungsversorgung vorgesehen ist, wobei die folgenden Ausführungsbeispiele jeweils für beide Systeme anwendbar sind.
Der Trafowagen 3 beziehungsweise genauer die Achsen 7f und 7g des Trafowagens 3 weisen Erdungskontakte 10a, 10b für die Betriebserdung auf. Darüber hinaus ist bei der Achse 7j des Mittelwagens 4 ein Erdungskontakt 11 für die Schutzerdung vorgesehen.
Bei alleinigem Vorhandensein der zuvor genannten Komponenten würden transiente Störungen, die zwischen dem Stromabnehmer 15 und dem Fahrdraht 35 entstehen, über parasitäre Kapazitäten C_P und C_D auf den Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 gelangen. Von dort würde der derart kapazitiv eingekoppelte hochfrequente Störstrom über den Potenzialausgleichsleiter 12b zum Mittelwagen fließen und über den Erdungskontakt der Schutzerdung 11 auf die Schienen 30 gelangen. Darüber hinaus würden Störströme auch direkt über den Hauptschalter 14 oder - insbesondere sofern der Hauptschalter 14 geöffnet ist - über die parasitäre Kapazität C_HS des Hauptschalters 14 sowie über die parasitäre Wicklungskapazität C_TR des Transformators 13 und die Erdungskontakte für die Betriebserdung 10a, 10b auf die Schienen 30 gelangen. Passiert ein entsprechender Störstrom nun die Schienen beziehungsweise das Gleis 30 in Höhe einer Fahrzeugantenne 25 eines Zugsicherungssystems, koppelt das den Störstrom umgebende Magnetfeld auf die Fahrzeugantenne 25 ein. In Abhängigkeit von der Modulation, dem Frequenzbereich und der Amplitude der Signalübertragung des Zugsicherungssystems, zu dem die Fahrzeugantenne 25 gehört, kann es durch die Überlagerung dieses transienten Magnetfeldes mit dem Nutzmagnetfeld der Fahrzeugantenne 25 zu Störungen im Empfangskanal des Zugsicherungssystems kommen.
Von Störströmen der zuvor beschriebenen Art sind insbesondere elektrische Triebzüge im Wechselstrom- und/oder Gleichstrombetrieb mit verteilter Traktion betroffen. Darüber hinaus sind insbesondere solche Arten von Zugsicherungssystemen gegenüber entsprechenden Störungen anfällig, die zu einem gegebenen Zeitpunkt jeweils nicht mit zwei, sondern nur mit einer Fahrzeugantenne arbeiten. Ursache hierfür ist, dass bei der Verwendung lediglich einer Fahrzeugantenne die Möglichkeit einer Gleichtaktunterdrückung der Störfelder entfällt. Entsprechende Zugsicherungssysteme, die jeweils nur eine aktive Fahrzeugantenne aufweisen, verwenden üblicherweise Balisen im Gleisbett.
Um nun die Störfestigkeit entsprechender Zugsicherungssysteme durch fahrzeugseitige Maßnahmen zu erhöhen, sind der Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs 1 angeordnete Achse 7a mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden. Dabei umfasst die kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten 5a, 5b, 5c und die Achse 7a geschalteten Kondensator 16 sowie einen an der Achse 7a vorgesehenen Erdungskontakt 17. Dies bedeutet, dass die erste Achse 7a des Schienenfahrzeugs 1 über den Kondensator 16 mit dem Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 verbunden ist. Vorzugsweise weist darüber hinaus auch eine weitere Achse im Bereich des in der Figur nicht dargestellten anderen Endes des Schienenfahrzeugs 1 einen weiteren Erdungskontakt auf und ist mittels dieses weiteren Erdungskontakts sowie über einen weiteren Kondensator ebenfalls an den Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 angebunden.
Entsprechend der Darstellung der Figur ist die Fahrzeugantenne 25 bezogen auf eine nach links verlaufende Fahrtrichtung hinter der elektrisch mit dem Wagenkasten 5a des Schienenfahrzeugs 1 verbundenen Achse angeordnet, d.h. die Fahrzeugantenne 25 weist einen größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs 1, in dessen Bereich sie angeordnet ist, als die mit dem Wagenkasten 5a elektrisch verbundene Achse 7a auf. Hierbei wird die Fahrzeugantenne 25 aus Platzgründen vorzugsweise nach dem ersten Drehgestell 6a des Schienenfahrzeugs 1 angeordnet.
Als weitere Maßnahme zur Reduzierung der auf die Fahrzeugantenne 25 einwirkenden Störströme sind der Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 und der Rückstromzweig des Transformators 13 mittels einer ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden. Hierzu sind erste zusätzliche Kondensatoren 19a und 19b vorgesehen. Die ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b bewirken somit, dass hochfrequente Ströme aus dem Rückstromzweig des Transformators 13 ebenfalls in den Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 eingeleitet werden.
Alternativ oder zusätzlich zu der zuvor genannten Maßnahme ist in der Figur darüber hinaus auch die Möglichkeit gezeigt, dass der Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 und die Hochspannungsseite des Transformators 13 mittels einer zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Dabei weist die zweite zusätzliche kapazitive Verbindung einen zweiten zusätzlichen Kondensator 20 in Form eines Hochspannungskondenstors auf. Hierdurch werden hochfrequente Störströme bereits auf der Hochspannungsseite des Transformators 13 in den Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 beziehungsweise genauer in den Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 geleitet.
Die sich unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Maßnahmen ergebenden Wege des transienten Störstromes sind in der Figur durch entsprechende kleine Pfeile angedeutet. So bleiben die transienten Störströme, die vom Dachgarten kapazitiv in den Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 einkoppeln, wegen der induktiven Verkopplung zwischen dem Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 und dem Fahrdraht 35 bevorzugt in dem Wagenkasten 5b des Trafowagens 3. Über den Potenzialausgleichsleiter 12a gelangen die Störströme im Weiteren zum Endwagen 2 und fließen dort über den Kondensator 16 und den Erdungskontakt 17 in die Schienen beziehungsweise das Gleis 30.
Der Anteil der transienten Störströme, der über die Wicklungskapazität C_TR des Transformators 13 fließt, gelangt über die ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b zwischen dem Rückstrompfad des Transformators 13 und dem Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 auf den Wagenkasten 5b und fließt von dort wieder über den Potenzialausgleichsleiter 12a sowie den Kondensator 16 und der Erdungskontakt 17 in die Schienen 30. Wird zusätzlich oder alternativ zu den ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b im Rückstrompfad des Betriebsstroms der zweite zusätzliche Kondensator 20 im Hochspannungspfad des Transformators 13 angeordnet, nimmt auch hier der hochfrequente Anteil des Stroms den Weg über den Potenzialausgleichsleiter 12a, den Wagenkasten 5a, den Kondensator 16 sowie den Erdungskontakt 17 und die Achse 7a in die Schienen beziehungsweise das Gleis 30.
Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass in der Figur lediglich ein Teil des Schienenfahrzeugs 1 dargestellt ist. Sofern das Schienenfahrzeug 1 einen weiteren Trafowagen aufweist, entspricht dieser hinsichtlich der vorgesehenen Komponenten vorzugsweise dem gezeigten Trafowagen 3. Gleiches gilt analog hinsichtlich des Aufbaus des anderen Endwagens des Schienenfahrzeugs 1.
In den zuvor beschriebenen Fällen bevorzugt der transiente Störstrom somit aufgrund der induktiven Kopplung zur Oberleitung, d.h. zum Fahrdraht 25, und dem sehr niederimpedanten, gut leitenden Wagenkasten 5a, 5a, 5c als Rückstrompfad den Wagenkasten 5a, 5b, 5c, so dass nur noch ein kleiner Teil des Störstroms unter dem Schienenfahrzeug 1 in den Schienen 30 fließt. Dadurch, dass die Fahrzeugantenne 25 hinter der kapazitiven Erdung des Wagenkastens 5a, 5b, 5c, d.h. hinter der kapazitiven Verbindung zwischen dem Wagenkasten 5a und der Achse 7a angeordnet ist, koppelt auf die Fahrzeugantenne 25 ein deutlich kleineres Störmagnetfeld ein, da der Störstrom im Bereich der Schienen beziehungsweise des Gleises 30 unterhalb des Schienenfahrzeugs 1 durch die Umleitung der insbesondere transienten Störströme über den Wagenkasten 5a, 5b, 5c entsprechend kleiner geworden ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Störfestigkeit der Fahrzeugantenne 25 beziehungsweise des zugehörigen Zugsicherungssystems deutlich verbessert.
Um die Störfestigkeit in entsprechender Weise auch für Fahrzeugantennen mit hohen Übertragungsfrequenzen, d.h. etwa im Megahertz-Bereich, zu verbessern, weist die kapazitive Verbindung vorteilhafterweise eine Kapazität auf, die derart auf die Induktivität 18 der elektrischen Verbindung zwischen den Wagenkasten 5a des Endwagens 2 und der Achse 7a abgestimmt ist, dass der resultierende Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne 25 aufweist. Sofern eine entsprechende Abstimmung nicht erfolgen würde, würde die Induktivität der Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator 16 und dem Raderd- beziehungsweise Erdungskontakt 17 bei hohen Frequenzen einen zu hohen komplexen Widerstand bilden, so dass die Ableitung der Störung über den Kondensator 16 unter Umständen nicht mehr zufriedenstellend arbeiten würde.
Durch die Abstimmung der Kapazität des Kondensators 16 auf die Induktivität 18 der Verbindungsleitung wird nun eine auf die Übertragungs- beziehungsweise Signalisierungsfrequenz der Fahrzeugantenne 25 abgestimmte "Saugkreiserdung" realisiert. Hierdurch wird eine Ableitung der Störströme in zuverlässiger Art und Weise auch für hohe Frequenzen, etwa im Megahertz-Bereich, gewährleistet. Dies bietet den Vorteil, dass eine Erhöhung der Störfestigkeit beispielsweise auch für das europäische Zugsicherungssystem ETCS ermöglicht wird, das im Empfangskanal in einem Frequenzbereich um etwa 4,2 MHz arbeitet.
Es sei darauf hingewiesen, dass das beschriebene Prinzip des abgestimmten Saugkreises in entsprechender Weise grundsätzlich auch bezüglich der ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b beziehungsweise bezüglich des zweiten zusätzlichen Kondensators 20 einsetzbar ist. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass hier eine niederinduktive Anbindung zwischen Hochspannungs- beziehungsweise Rückstromleitung und dem Wagenkasten 5a, 5b, 5c nicht möglich ist, da beispielsweise Stichleitungen zu den ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b oder zu dem zweiten zusätzlichen Kondensator 20 erforderlich sind.
Im Folgenden wird beispielhaft beschrieben, wie eine Abstimmung der Kapazität der kapazitiven Verbindung, d.h. des Kondensators 16, auf die Induktivität 18 der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten 5a und der Achse 7a erfolgen kann. So kann dies beispielsweise derart geschehen, dass einmalig für eine Fahrzeugserie - vorzugsweise am ersten gebauten Fahrzeug - die Kapazität 16, d.h. die Saugkreiskapazität, bestimmt wird. Hierzu kann zunächst die Kapazität 16 bei geschätzter Leitungsinduktivität von beispielsweise etwa 1 µH/m der Verbindungsleitung zum Erdungskontakt 17 und gegebener Empfangsfrequenz des Zugsicherungssystems nach folgender Formel rechnerisch bestimmt werden: $C = \frac{1}{L * {(2 * π * f)}^{2}},$
wobei C die Kapazität, L die Induktivität und f die Empfangs- beziehungsweise Übertragungsfrequenz der Zugsicherungssystems bezeichnet.
Anschließend kann ein Kondensator mit der so bestimmten Kapazität in die Verbindungsleitung zum Raderd- beziehungsweise Erdungskontakt 17 eingebracht beziehungsweise eingeschleift werden. Hierbei ist die reale Einbausituation des Kondensators 16 für die Serienlösung genau nachzubilden, um den Einfluss parasitärer Kapazitäten und Induktivitäten schon im Versuchsaufbau mit zu berücksichtigen. In einem Versuch kann anschließend die Resonanzfrequenz des so gebildeten Schwingkreises ermittelt werden. Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass die Zuleitung zum Erdungskontakt 17 mit einer Leitung umwickelt wird, welche einen Ausgang eines Prüfgenerators mit einem Innenwiderstand von beispielsweise 50 Ω kurzschließt. Die Spannung am Kondensator 16 wird abgegriffen und gemessen, was beispielsweise mittels eines Oszilloskops und eines vorgeschalteten 10:1-Tastkopfes mit 10 MΩ Innenwiderstand geschehen kann. Durch eine Variation der Frequenz wird das Spannungsmaximum im Kondensator 16 ermittelt und die entsprechende Frequenz abgelesen. Unter Berücksichtigung der parasitären Kapazität des Tastkopfes kann nun die Leitungsinduktivität genau bestimmt werden. Bei einer erneuten Messung mit einem Kondensator 16, der eine entsprechend abgeänderte Kapazität aufweist, sollte dann die Frequenz, bei der das Spannungsmaximum auftritt, mit der Übertragungsfrequenz der Zugsicherungssystems im Wesentlichen übereinstimmen.
Generell ist anzustreben, Bauteiletoleranzen bei unterschiedlichen Fahrzeugen einer Serie möglichst gering zu halten, damit der zuvor beschriebene Abgleichvorgang lediglich einmalig erforderlich ist. Dies kann für die Leitungsinduktivität durch eine gleich bleibende Länge der kapazitiven Verbindung sowie einen gleichen Verlegeweg durch Kabelschellen zum Erdungskontakt 17 erreicht werden. Vorzugsweise sollte der Kondensator 16 darüber hinaus eine möglichst geringe Toleranz sowie Temperatur- und Langzeitdrift aufweisen.
Sofern die Güte des Saugkreises vergleichsweise gering ist, d.h. keine zu starke Überhöhung der Resonanzkurve vorliegt, hat dies den Effekt beziehungsweise Vorteil, dass in diesem Fall der Saugkreis breitbandig wirkt und Bauteiletoleranzen beziehungsweise -driften einen vergleichsweise geringen Einfluss auf die Wirksamkeit der Schaltung haben.
Entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ermöglicht es das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug durch vergleichsweise einfache und mit einem vergleichsweise geringen Kostenaufwand verbundene fahrzeugseitige Maßnahmen, die Störfestigkeit von auf das Gleis gerichteten Fahrzeugantennen beziehungsweise der zugehörigen Zugsicherungssysteme deutlich zu verbessern.

Claims

Schienenfahrzeug (1) mit zumindest einer zum Gleis (30) gerichteten Fahrzeugantenne (25) eines Zugsicherungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) des Schienenfahrzeugs (1) und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs (1) angeordnete Achse (7a) mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind und

- die zumindest eine Fahrzeugantenne (25) in einem größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs (1) als die mit dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) elektrisch verbundene Achse (7a) angeordnet ist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und die Achse (7a) geschalteten Kondensator (16) sowie einen an der Achse vorgesehenen Erdungskontakt (17) umfasst.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der Achse (7a) abgestimmt ist, dass der resultierende Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne (25) aufweist.
Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und eine im Bereich des anderen Endes des Schienenfahrzeugs (1) angeordnete weitere Achse mittels einer weiteren kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem anderen Ende des Schienenfahrzeugs (1) als die mit dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) elektrisch verbundene weitere Achse angeordnet ist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die weitere kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten und die weitere Achse geschalteten weiteren Kondensator sowie einen an der weiteren Achse vorgesehenen weiteren Erdungskontakt umfasst.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die weitere kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der weiteren Achse abgestimmt ist, dass der resultierende weitere Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der weiteren Fahrzeugantenne aufweist.
Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (1) elektromotorisch angetrieben ist und einen über einen Stromabnehmer (15) an einen Fahrdraht (35) anbindbaren Transformator (13) aufweist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der Rückstromzweig des Transformators (13) mittels einer ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und die Hochspannungsseite des Transformators (13) mittels einer zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (1) einen elektromotorischen Antrieb mit einer gleichstromversorgten Traktionsanlage aufweist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der Rückstromzweig der Traktionsanlage mittels einer dritten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und die Hochspannungsseite des Eingangs der Traktionsanlage mittels einer vierten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind.
Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Fahrzeugantenne (25) eine Fahrzeugantenne des europäischen Zugsicherungssystems ETCS (European Train Control System) ist.
Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (1) ein elektrischer Triebzug ist.