EP2870019A2 - Electrically driven rail vehicle - Google Patents

Electrically driven rail vehicle

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Publication number
EP2870019A2
EP2870019A2 EP13731314.4A EP13731314A EP2870019A2 EP 2870019 A2 EP2870019 A2 EP 2870019A2 EP 13731314 A EP13731314 A EP 13731314A EP 2870019 A2 EP2870019 A2 EP 2870019A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
rail vehicle
vehicle
transmitted
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13731314.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Einar Jakobsen
Albin SPRENGNAGEL
Harald STEININGER
Josef Summerer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility Austria GmbH
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG Oesterreich filed Critical Siemens AG Oesterreich
Publication of EP2870019A2 publication Critical patent/EP2870019A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/18—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
    • B60L5/22—Supporting means for the contact bow
    • B60L5/24—Pantographs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
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    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/429—Current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the invention relates to an electrically driven
  • Suburban rail vehicles in particular subways, very often draw electrical energy via current collectors arranged in the vicinity of the chassis, which are spring-loaded
  • the drive converters can report their current power value to a vehicle control system. However, this is not sufficient for optimizing the entire driving operation. Presentation of the invention
  • the invention is therefore based on the object
  • Feed-in points are thereby a much higher
  • Power take-offs e.g., air conditioning or compressed air compressors
  • vehicle lighting are detected.
  • Each pantograph assign a current measuring device which determines the current flowing through the respective pantograph current.
  • a further embodiment of the invention provides, in each case on the vehicle longitudinal side opposite pantograph with a common line and equip in this
  • Pantographs on bogies advantageous, since such only a flexible line connection between the movable Bogie and the fixed to the car body part of the electrical line is required.
  • the evaluation device determines from the measured current values transmitted to it as well as the current voltage value of the
  • This vehicle control is integrated in an operating control system which controls the entire railway operation and which of the individual vehicles, the current positions, driving conditions (speed, acceleration, load, etc.), energy consumption or
  • Supply devices can be sized smaller and thus cheaper.
  • a further advantageous feature of the invention lies in the simple recognizability of pantograph failures.
  • the entire energy requirement of a rail vehicle can be transferred even if damage (breakage) of a pantograph from the, or the remaining pantograph.
  • damage breakage
  • the electrical line which reduces the life of these components. Therefore, a detection of the failure of a pantograph
  • Busbar of a pantograph lead to an overload of the remaining pantograph.
  • Limit switches are provided on the pantographs, which detect the position of a pantograph (in contact or lowered). Such limit switches, however, are the
  • pantograph failure of the vehicle control can avoid certain operating conditions that may be harmful to the remaining pantograph.
  • maximum acceleration of a fully loaded rail vehicle is to be avoided.
  • Fig.l shows an example and schematically a block diagram of the power supply of an electrically driven
  • a rail vehicle 1 has two
  • Lines to the pantographs of the first bogie 2,3 are in the range of the first bogie with each other
  • Junction box 11 comprises a busbar to which all power supply lines are combined and from which the consumers are supplied. The wires to the
  • Pantographs of the second bogie 4.5 are also connected to each other in the region of the second bogie and an electrical line 10 leads from this connection point to the terminal box 11.
  • each a current measuring device 6,7 is arranged, which in the Lines detected 6.7 flowing current and a current proportional to this signal to a
  • Evaluation device 8 transmitted.
  • the evaluation device 8 communicates with a vehicle controller 12 and transmits to it the current values measured by the current measuring devices 6, 7 or the corresponding electrical powers.
  • a first power curve pl represents the course in the operation of rail vehicles according to the prior art. The curve pl shows high
  • Performance curve p2 shows an optimized cable intake through the use of rail vehicles according to
  • the total current I corresponds to the sum of the currents il and i2, where il is the current in the line to a first bogie and i2 is the current to a second bogie.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

The invention relates to an electrically driven rail vehicle (1) comprising at least one current collector (2, 3, 4, 5) arranged in the region of the chassis, and an electric line (9, 10) between the current collector (2, 3, 4, 5) and a junction box (11). A current measuring device (6, 7) is arranged in the course of the electric line (9, 10), which determines the current (i1, i2) flowing in the line (6, 7) and transmits a signal corresponding to the current strength (i1, i2) to an evaluation device (8).

Description

Beschreibung  description
Elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug Electrically powered rail vehicle
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes The invention relates to an electrically driven
Schienenfahrzeug. Rail vehicle.
Stand der Technik Nahverkehrsschienenfahrzeuge, insbesondere U-Bahnen beziehen elektrische Energie sehr häufig über in Fahrgestellnähe angeordnete Stromabnehmer, welche mittels gefederter PRIOR ART Suburban rail vehicles, in particular subways, very often draw electrical energy via current collectors arranged in the vicinity of the chassis, which are spring-loaded
Gleitstücke die Energie von neben den Gleisen angeordneten Stromschienen („3. Schiene") abnehmen. Bei diesen Sliders remove the energy from busbars located next to the tracks ("3rd track")
Schienenfahrzeugen mit Stromabnehmern im Fahrgestellbereich sind sehr häufig mehrere dieser Stromabnehmer vorgesehen, da einerseits die elektrische Leistung dadurch verteilt wird und die einzelnen Stromabnehmer jeweils eine geringere Leistung übertragen müssen, andererseits ist es wegen der im Rail vehicles with pantographs in the chassis area very often several of these pantographs are provided, since on the one hand the electrical power is distributed and the individual pantographs each have to transmit a lower power, on the other hand, it is because of the
Allgemeinen unterbrechungsbehafteten Stromschiene Generally interrupted busbar
erforderlich mehrere Stromaufnahmestellen vorzusehen um diese Lücken überbrücken zu können, sodass ein Fahrzeug auf der gesamten Strecke elektrisch versorgt wird. Dadurch kann ein Fahrzeug auch weiterbetrieben werden, wenn ein Stromabnehmer fehlt (beispielsweise abgebrochen oder anderwärtig beschädigt ist) . Dabei wird die elektrische Energie über die It is necessary to provide several power points to be able to bridge these gaps, so that a vehicle is supplied with electrical power over the entire route. This will allow a vehicle to continue operating if a pantograph is missing (for example, broken or otherwise damaged). The electrical energy is over the
verbleibenden Stromabnehmer zugeführt. Dieser Betriebszustand ist für die elektrischen Einrichtungen, insbesondere die Leitungen von den Stromabnehmern zu der Sammelschiene nachteilig, da sie einer dauerhaft erhöhten Belastung remaining pantograph supplied. This operating state is for the electrical devices, in particular the lines from the pantographs to the busbar disadvantageous, as they are a permanently increased burden
ausgesetzt sind. Dem Fahrpersonal ist dieser Betriebszustand nicht ohne Weiteres ersichtlich, da sich die are exposed. The driver of this operating state is not readily apparent as the
Fahreigenschaften dadurch nicht ändern und es derzeit keine Warneinrichtungen für diesen Mangel gibt.  Driving characteristics do not change and there are currently no warning devices for this defect.
Eine weitere Problematik, welche insbesondere bei U-Bahnen besteht darin, das U-Bahnnetze üblicherweise mit Gleichstrom betrieben werden. Dieser Gleichstrom wird mittels  Another problem, which is particularly in subways is that the metro networks are usually operated with direct current. This DC is by means of
elektronischer Gleichrichter aus dem allgemeinen electronic rectifier from the general
Energieversorgungsnetz erzeugt, wobei diese Gleichrichter im Allgemeinen nicht rückspeisefähig sind. Werden auf einer solchen U-Bahnstrecke moderne, rückspeisefähige Fahrzeuge betrieben, so kann dann nur ein Vorteil bezogen werden wenn gleichzeitig Verbraucher aktiv sind, die die rückgespeiste Energie verbrauchen können. Überschüssige, durch Generated power supply network, these rectifiers are generally not capable of feedback. If modern, regenerative vehicles are operated on such a subway line, then only one advantage can be obtained if at the same time consumers are active who can consume the energy fed back. Excess, through
Bremsvorgänge erzeugte elektrische Energie muß im Fall, das sie nicht von einem im selben Moment beschleunigenden  In the case that it does not accelerate from one at the same moment, braking must produce electrical energy
Fahrzeug benötigt wird, in Bremswiderständen in Wärme Vehicle is needed in braking resistors in heat
umgewandelt werden. Diese Ineffizienz führt zu weiteren being transformed. This inefficiency leads to more
Nachteilen wie der übermäßigen Erhitzung der Tunnel und einem erhöhten Kühlungsbedarf für den Passagierraum, bzw. die Disadvantages such as the excessive heating of the tunnels and an increased cooling demand for the passenger compartment, or the
Stationen. Teilweise gelingt es diese Nachteile zu Stations. Partly succeeds these disadvantages too
reduzieren, wobei eine Gesamtsteuerung des Fahrbetriebs darauf Rücksicht nehmen kann. Beispielsweise kann dabei ein Anfahren eines Fahrzeugs verzögert werden bis ein anderes Fahrzeug bremst um solcherart den Gesamtenergiebedarf zu reduzieren. Allerdings ist es nicht möglich, genaue reduce, whereby an overall control of the driving operation can take this into account. For example, a start-up of a vehicle can be delayed until another vehicle brakes in order to reduce the overall energy requirement. However, it is not possible to accurate
Leistungswerte einzelner Fahrzeuge im Fahrbetrieb zu erheben, allenfalls können die Antriebsstromrichter ihren aktuellen Leistungswert an eine Fahrzeugsteuerung melden. Dies ist für eine Optimierung des gesamten Fahrbetriebs allerdings nicht ausreichend . Darstellung der Erfindung If necessary, the drive converters can report their current power value to a vehicle control system. However, this is not sufficient for optimizing the entire driving operation. Presentation of the invention
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein The invention is therefore based on the object
elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug anzugeben, dessen gesamter Energieverbrauch bzw. Energieerzeugung im specify electrically driven rail vehicle whose total energy consumption or energy production in
Fahrbetrieb bestimmbar ist und welches eine Driving operation is determinable and which one
Stromabnehmerausfallwarnung bietet . Die Aufgabe wird durch ein elektrisch angetriebenes Current collector failure warning offers. The task is powered by an electric
Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche . Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird ein elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug beschrieben, welches  Rail vehicle with the features of claim 1 solved. Advantageous embodiments are the subject of the subordinate claims. According to the basic idea of the invention, an electrically driven rail vehicle is described which
mindestens einen, im Fahrwerksbereich angeordneten at least one, arranged in the chassis area
Stromabnehmer und eine elektrische Leitung zwischen dem Pantograph and an electrical line between the
Stromabnehmer und einem Anschlußkasten umfasst, wobei im Verlauf der elektrischen Leitung eine Strommeßeinrichtung angeordnet ist, welche den in der Leitung fließenden Strom bestimmt und ein der Stromstärke entsprechendes Signal an eine Auswerteeinrichtung übermittelt. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, die aktuelle Strom, und damit die Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe eines Current collector and a junction box, wherein in the course of the electrical line, a current measuring device is arranged, which determines the current flowing in the line and transmits a signal corresponding to the current intensity to an evaluation device. As a result, the advantage can be achieved, the current, and thus the power consumption or output of a
Schienenfahrzeugs während dessen Betriebs kontinuierlich bestimmen zu können. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass die elektrische Leistung durch Messung an der, bzw. den Rail vehicle during its operation to determine continuously. It is particularly advantageous that the electrical power by measuring at the, or the
Einspeisestellen erfolgt wodurch eine wesentlich höhere Feed-in points are thereby a much higher
Erfassungsgenauigkeit erzielbar ist als über die Detection accuracy is achievable than on the
üblicherweise vorhandene Strommessung an dem usually existing current measurement on the
Antriebsstromrichter. Durch die Erfassung an der Einspeisestelle kann auch die Leistungsaufnahme der Drive converters. By capturing at the Feed-in point can also reduce the power consumption of
Nebenantriebe (z.B. Klima- oder Pressluftkompressoren) und der Fahrzeugsbeleuchtung erfasst werden. Erfindungsgemäß ist eine Strommeßeinrichtung in die Power take-offs (e.g., air conditioning or compressed air compressors) and vehicle lighting are detected. According to the invention, a current measuring device in the
elektrische Leitung zwischen einem Stromabnehmer und einem Anschlußkasten (bzw. Anschlußpunkt) angeordnet, welche den in dieser Leitung fließenden Strom detektiert. Dazu können einerseits gebräuchliche, für Schienenfahrzeuge geeignete Stromwandler eingesetzt werden, andererseits sind für electrical line between a current collector and a terminal box (or connection point) is arranged, which detects the current flowing in this line current. For this purpose, on the one hand conventional, suitable for rail vehicles current transformer can be used, on the other hand are for
gleichspannungsbetriebene Bahnen (z.B. U-Bahnen) DC powered railways (e.g., subways)
Gleichspannungswandler erforderlich. Es ist wesentlich, diese Strommeßeinrichtung an dieser Position vorzusehen, um die gesamte Energieaufnahme, bzw. Energieabgabe dieses DC-DC converter required. It is essential to provide this current measuring device at this position in order to absorb the entire energy intake or energy output of this device
Schienenfahrzeugs bestimmen zu können. Solcherart ist Rail vehicle to determine. Such is
sichergestellt, dass weitere elektrische Verbraucher an Bord des Schienenfahrzeugs in die Messung einbezogen werden. ensures that further electrical consumers on board the rail vehicle are included in the measurement.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, jedem An embodiment of the invention provides, each
Stromabnehmer jeweils eine Strommeßeinrichtung zuzuordnen, welche den durch den jeweiligen Stromabnehmer fließenden Strom bestimmt. Each pantograph assign a current measuring device which determines the current flowing through the respective pantograph current.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, jeweils fahrzeuglängsseitig gegenüberliegende Stromabnehmer mit einer gemeinsamen Leitung auszustatten und den in dieser A further embodiment of the invention provides, in each case on the vehicle longitudinal side opposite pantograph with a common line and equip in this
gemeinsamen Leitung fließenden Strom mit einer common line flowing electricity with a
Strommeßeinrichtung zu bestimmen. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, eine Einsparung an Bauteilen realisieren zu können. Dies ist insbesondere bei der Anordnung von To determine current measuring device. As a result, the advantage can be achieved to be able to realize a saving of components. This is especially true in the arrangement of
Stromabnehmern an Drehgestellen vorteilhaft, da solcherart nur eine flexible Leitungsverbindung zwischen dem beweglichen Drehgestell und dem am Wagenkasten fest montierten Teil der elektrischen Leitung erforderlich ist. Pantographs on bogies advantageous, since such only a flexible line connection between the movable Bogie and the fixed to the car body part of the electrical line is required.
Die von der, bzw. den Strommeßeinrichtungen erfassten The detected by the, or the current measuring devices
elektrischen Ströme werden an eine Auswerteeinrichtung geleitet, wobei ein der erfassten Stromstärke proportionales Signal an diese Auswerteeinrichtung übermittelt wird. Die dabei im Allgemeinen erforderliche Potentialtrennung und ausreichende Isolierung ist durch die Auslegung der electrical currents are conducted to an evaluation device, wherein a signal proportional to the detected current is transmitted to this evaluation device. The generally required electrical isolation and adequate isolation is due to the interpretation of
bahngeeigneten Strommeßeinrichtung (Stromwandler) track-suitable current measuring device (current transformer)
gewährleistet . guaranteed.
Die Auswerteeinrichtung bestimmt aus den an sie übermittelten Strommeßwerten sowie dem aktuellen Spannungswert der  The evaluation device determines from the measured current values transmitted to it as well as the current voltage value of the
Bahnenergieversorgung die momentane elektrische Track energy supply the current electrical
Leistungsaufnahme des Schienenfahrzeugs bzw. die elektrische rückgespeiste Bremsenergie des Fahrzeugs. Power consumption of the rail vehicle or the electrical regenerated braking energy of the vehicle.
In weiterer Fortbildung der Erfindung ist eine In a further development of the invention is a
Fahrzeugssteuerung vorgesehen, welche übergeordnete Vehicle control provided which parent
Steuerungsaufgaben vornimmt. Diese Fahrzeugssteuerung ist in ein Betriebssteuersystem eingebunden, welches den gesamten Bahnbetrieb steuert und welches von den einzelnen Fahrzeugen die aktuellen Positionen, Fahrzustände (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Beladung, etc.), Energieaufnahme bzw. Performs control tasks. This vehicle control is integrated in an operating control system which controls the entire railway operation and which of the individual vehicles, the current positions, driving conditions (speed, acceleration, load, etc.), energy consumption or
Energieabgabe als Eingangsgrößen zur energieoptimalen Energy output as input to energy-optimal
Steuerung des Fahrbetriebes unter Einhaltung des Fahrplans vornimmt .  Control of the driving operation in compliance with the timetable makes.
Beispielsweise kann ein Abfahren eines Zuges aus einer  For example, a departure of a train from a
Haltestelle für kurze Zeit verzögert werden, wenn ein anderes Fahrzeug sich kurz vor der Einfahrt in eine Haltestelle befindet, sodass die elektrische Bremsenergie des anhaltenden Fahrzeugs zur Beschleunigung des anfahrenden Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Dadurch ist eine wesentliche Reduktion der Station is delayed for a short time if another vehicle is close to the entrance to a stop so that the electrical braking energy of the persistent vehicle can be used to accelerate the approaching vehicle. This is a significant reduction of
Spitzenenergieaufnahme des gesamten Bahnnetzes erzielbar, wodurch die entsprechenden elektrischen Peak energy intake of the entire railway network achievable, whereby the corresponding electrical
Versorgungseinrichtungen (Transformatoren, Gleichrichter) kleiner und somit kostengünstiger dimensioniert werden können .  Supply devices (transformers, rectifiers) can be sized smaller and thus cheaper.
Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Erfindung liegt in der einfachen Erkennbarkeit von Stromabnehmerausfällen. Der gesamte Energiebedarf eines Schienenfahrzeugs kann auch bei Beschädigung (Bruch) eines Stromabnehmers von dem, bzw. den verbleibenden Stromabnehmer übertragen werden. Dabei tritt jedoch eine größere Erwärmung dieses Stromabnehmers und der elektrischen Leitung auf, was die Lebensdauer dieser Bauteile reduziert. Deshalb ist eine Erkennung des Ausfalls einesA further advantageous feature of the invention lies in the simple recognizability of pantograph failures. The entire energy requirement of a rail vehicle can be transferred even if damage (breakage) of a pantograph from the, or the remaining pantograph. However, there is a greater warming of this pantograph and the electrical line, which reduces the life of these components. Therefore, a detection of the failure of a
Stromabnehmers wesentlich. Ebenso kann das fehlerhaft, bzw. ungewollt durchgeführte Absenken (Trennen von der Pantograph essential. Likewise, the faulty, or unintentionally carried out lowering (separating from the
Stromschiene) eines Stromabnehmers zu einer Überlastung der verbleibenden Stromabnehmer führen. Gemäß dem Stand der Busbar) of a pantograph lead to an overload of the remaining pantograph. According to the state of
Technik können zur Erkennung dieses Betriebszustandes Technology can be used to detect this operating condition
Endschalter an den Stromabnehmern vorgesehen werden, welche die Position eines Stromabnehmers (In Kontakt oder abgesenkt) erfassen. Solche Endschalter sind jedoch den  Limit switches are provided on the pantographs, which detect the position of a pantograph (in contact or lowered). Such limit switches, however, are the
Umgebungsbedingungen ausgesetzt und bedürfen bestimmter Environmental conditions exposed and require specific
Wartungen. Maintenance.
Erfindungsgemäß ist ein elektrisch angetriebenes According to the invention is an electrically driven
Schienenfahrzeug mit einer Stromabnehmerausfallserkennung ausgestattet, welche ohne bewegliche, wartungsintensive und dem Verschleiß unterworfene Bauteile einen Ausfall eines Stromabnehmers erkennen kann. Dazu ist die Rail vehicle equipped with a pantograph failure detection, which can detect a failure of a pantograph without moving, maintenance-intensive and subject to wear components. This is the
Auswerteeinrichtung mit einer Vergleichereinrichtung Evaluation device with a comparator device
ausgestattet, welche die in den einzelnen Leitungen zu den Stromabnehmern fließenden Ströme vergleicht. Tritt dabei ein Unterschied auf, welcher über einen bestimmten (längeren) Zeitraum besteht, und wobei der Strom zu einem bestimmten Stromabnehmer den Wert Null annimmt, so detektiert die equipped, which in the individual lines to the Current collector compares flowing currents. If a difference occurs which persists over a certain (longer) period of time and the current to a certain current collector assumes the value zero, then the
Auswerteeinrichtung den Ausfall dieses Stromabnehmers. Evaluation device the failure of this pantograph.
Dieser bestimmte, längere Zeitraum (typischerweise einige Sekunden) ist wesentlich um Fehlausgaben zu vermeiden, da an Übergangsstellen der Stromschiene kurzzeitige Unterbrechungen der Stromzufuhr auftreten und dieser Umstand nicht zu einer falschen Alarmierung führen soll.  This particular, longer period of time (typically a few seconds) is essential to avoid mis-issues, as transient busbar junctions are subject to momentary power interruptions and this circumstance should not result in false alarms.
Es ist besonders empfehlenswert, einen erkannten It is especially recommended to have a recognized
Stromabnehmerausfall der Fahrzeugsteuerung zu melden, da diese dadurch bestimmte Betriebszustände, welche für die verbliebenen Stromabnehmer schädlich sein können vermeiden kann. Insbesondere sind dabei maximale Beschleunigungen eines vollbeladenen Schienenfahrzeugs zu vermeiden. To report pantograph failure of the vehicle control, as this can avoid certain operating conditions that may be harmful to the remaining pantograph. In particular, maximum acceleration of a fully loaded rail vehicle is to be avoided.
Mit dem Einsatz gegenständlicher Erfindung gelingt es With the use of objective invention succeeds
einerseits den Ausfall eines (oder mehrerer) Stromabnehmer einfach und zuverlässig zu erkennen, sodass das Fahrzeug bis zu einem geeigneten Reparaturzeitpunkt im Einsatz verbleiben kann und doch keine elektrischen und thermischen On the one hand to easily and reliably detect the failure of one (or more) pantograph, so that the vehicle can remain in use until a suitable repair time and yet no electrical and thermal
Betriebsgrenzen überschritten werden. Operating limits are exceeded.
Andererseits ermöglicht ein erfindungsgemäßes On the other hand, an inventive
Schienenfahrzeug einen energieverbrauchsoptimierten Betrieb eines Bahnnetzes aufgrund der Bereitstellung von genauen Leistungswerten in Echtzeit. Kurzbeschreibung der Zeichnungen Rail vehicle energy-optimized operation of a rail network due to the provision of accurate performance in real time. Brief description of the drawings
Es zeigen beispielhaft: They show by way of example:
Fig.l Elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug,  Fig.l electrically driven rail vehicle,
Energieversorgung. Power supply.
Fig.2 Bahnnetz, Leistungsaufnahme.  Fig.2 Railway network, power consumption.
Fig.3 Stromabnehmerausfallserkennung mittels Strommessung.  Fig.3 Current collector failure detection by means of current measurement.
Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention
Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild der Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Fig.l shows an example and schematically a block diagram of the power supply of an electrically driven
Schienenfahrzeugs. Ein Schienenfahrzeug 1 weist zwei Rail vehicle. A rail vehicle 1 has two
Drehgestelle auf, wobei je Drehgestell beidseitig je ein Stromabnehmer 2,3,4,5 angeordnet ist. Die elektrischen Bogies on, each bogie each side a pantograph 2,3,4,5 is arranged. The electrical
Leitungen zu den Stromabnehmern des ersten Drehgestells 2,3 sind im Bereich des ersten Drehgestells untereinander Lines to the pantographs of the first bogie 2,3 are in the range of the first bogie with each other
verbunden und eine elektrische Leitung 9 führt von diesem Verbindungspunkt zu einem Anschlußkasten 11. Dieser connected and an electric line 9 leads from this connection point to a junction box 11. This
Anschlußkasten 11 umfasst eine Sammelschiene, an welcher alle Stromzuführungen zusammengefasst sind und von welcher die Verbraucher versorgt werden. Die Leitungen zu den Junction box 11 comprises a busbar to which all power supply lines are combined and from which the consumers are supplied. The wires to the
Stromabnehmern des zweiten Drehgestells 4,5 sind ebenfalls im Bereich des zweiten Drehgestells untereinander verbunden und eine elektrische Leitung 10 führt von diesem Verbindungspunkt zu dem Anschlußkasten 11. Im Verlauf der Leitungen 9,10 ist jeweils eine Strommeßeinrichtung 6,7 angeordnet, welche den in den Leitungen 6,7 fließenden Strom ermittelt und ein diesem Strom proportionales Signal an eine  Pantographs of the second bogie 4.5 are also connected to each other in the region of the second bogie and an electrical line 10 leads from this connection point to the terminal box 11. In the course of the lines 9,10 each a current measuring device 6,7 is arranged, which in the Lines detected 6.7 flowing current and a current proportional to this signal to a
Auswerteeinrichtung 8 übermittelt. Die Auswerteeinrichtung 8 steht mit einer Fahrzeugsteuerung 12 in Verbindung und übermittelt dieser die von den Strommeßeinrichtungen 6,7 gemessenen Stromwerte, bzw. die entsprechenden elektrischen Leistungen . Evaluation device 8 transmitted. The evaluation device 8 communicates with a vehicle controller 12 and transmits to it the current values measured by the current measuring devices 6, 7 or the corresponding electrical powers.
Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch den Verlauf der Leistungsaufnahme eines Speiseabschnitts eines Bahnnetzes. Es ist der zeitliche Verlauf der elektrischen Leistung P über der Zeit t dargestellt. Ein erster Leistungsverlauf pl stellt den Verlauf bei einem Betrieb von Schienenfahrzeugen gemäß dem Stand der Technik dar. Der Verlauf pl zeigt hohe 2 shows by way of example and schematically the course of the power consumption of a feed section of a railway network. It is the time course of the electric power P over the time t shown. A first power curve pl represents the course in the operation of rail vehicles according to the prior art. The curve pl shows high
Verbrauchsspitzen, wie sie beispielsweise beim gleichzeitigen Anfahren mehrerer Fahrzeuge auftreten. Ein zweiter Consumption peaks, as they occur, for example, when driving simultaneously multiple vehicles. A second
Leistungsverlauf p2 zeigt eine optimierte Leitungsaufnahme durch den Einsatz von Schienenfahrzeugen gemäß Performance curve p2 shows an optimized cable intake through the use of rail vehicles according to
gegenständlicher Erfindung. Aufgrund der dadurch erfolgenden Koordinierung zwischen den Beschleunigungs- und objective invention. Due to the resulting coordination between the acceleration and
Bremsvorgängen aller in dem Speiseabschnitt befindlichen Fahrzeuge kann eine deutlich geringere Spitzenlast erzielt werden. Braking operations of all located in the feed section vehicles a significantly lower peak load can be achieved.
Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch eine 3 shows an example and schematically a
Stromabnehmerausfallserkennung mittels Strommessung. Es ist der Verlauf der elektrischen Stromstärke I über der Zeit t dargestellt. Die elektrische Ausrüstung entspricht dem inCurrent collector failure detection by means of current measurement. The course of the electric current I over time t is shown. The electrical equipment is the same as in
Fig.l dargestellten Schienenfahrzeug 1. Die Gesamtstromstärke I entspricht der Summe der Ströme il und i2, wobei il der Strom in der Leitung zu einem ersten Drehgestell und i2 der Strom zu einem zweiten Drehgestell ist. Dabei sind zur 1. The total current I corresponds to the sum of the currents il and i2, where il is the current in the line to a first bogie and i2 is the current to a second bogie. Here are the
Vereinfachung die Ströme il und i2 als jeweils gleich groß angenommen. In gezeigten beispielhaften Verlauf in dem betrachteten Zeitabschnitt verläuft die Stromaufnahme zuerst sinkend, darauffolgend konstant und darauf (aufgrund eines Bremsvorganges) konstant mit negativem Vorzeichen (in das Netz rückspeisend. Darauf folgt ein Zeitraum ohne Simplifying the currents il and i2 assumed to be equal in size. In the exemplary course shown in the considered period of time, the current consumption is first decreasing, then constant and thereafter (due to a Braking process) constant with a negative sign (feeding back into the grid), followed by a period without
Stromaufnahme (Aufenthalt in der Haltestelle) . Während der darauffolgenden Beschleunigungsphase erfolgt zum Zeitpunkt ta ein Ausfall des Stromabnehmers des zweiten Drehgestells, sodass die Stromstärke i2 sofort auf den Wert Null absinkt und auf diesem Wert Null verbleibt. Im Zeitpunkt ta übernimmt folgedessen der Stromabnehmer des ersten Drehgestells die gesamte elektrische Leistung, wodurch sich der Strom il verdoppelt. Das Schienenfahrzeug 1 kann den darauffolgenden Fahrzyklus durchführen, allerdings mit starker Belastung des Stromabnehmers des ersten Drehgestells. Der plötzliche Abfall des Stroms des zweiten Drehgestells i2 auf den Wert Null und insbesondere der Verbleib auf diesem Wert Null dient der Detektion des Ausfalls dieses Stromabnehmers. Electricity consumption (stay at the bus stop). During the subsequent acceleration phase takes place at the time ta, a failure of the current collector of the second bogie, so that the current i2 immediately drops to the value zero and remains at this value zero. As a result, at time ta, the pantograph of the first bogie takes over the entire electric power, thereby doubling the current il. The rail vehicle 1 can perform the subsequent driving cycle, but with heavy load on the pantograph of the first bogie. The sudden drop of the current of the second bogie i2 to the value zero and in particular the whereabouts at this value zero serves to detect the failure of this pantograph.
Liste der Bezeichnungen List of terms
I Schienenfahrzeug I rail vehicle
2 Stromabnehmer, erstes Drehgestell rechts2 pantographs, first bogie right
3 Stromabnehmer, erstes Drehgestell links3 pantographs, first bogie left
4 Stromabnehmer, zweites Drehgestell rechts4 pantographs, second bogie right
5 Stromabnehmer, zweites Drehgestell links5 pantographs, second bogie left
6 Strommeßeinrichtung, erstes Drehgestell 7 Strommeßeinrichtung, zweites Drehgestell6 current measuring device, first bogie 7 current measuring device, second bogie
8 Auswerteeinrichtung 8 evaluation device
9 Elektrische Leitung, erstes Drehgestell 9 Electric cable, first bogie
10 Elektrische Leitung, zweites Drehgestell10 electric cable, second bogie
II Anschlußkasten II junction box
12 Fahrzeugsteuerung 12 vehicle control
P Elektrische Leistung  P Electrical power
t Zeit t time
pl Leistungsverlauf Speiseabschnitt pl Performance curve of the food section
p2 Leistungsverlauf Speiseabschnitt optimiert I Elektrische Stromstärke p2 Output power supply section optimized I Electric current
11 Elektrische Stromstärke, erstes Drehgestell 11 Electric current, first bogie
12 Elektrische Stromstärke, zweites Drehgestell ta Ausfallzeitpunkt 12 Electric current, second bogie ta failure point

Claims

Patentansprüche claims
Elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug (1), Electrically powered rail vehicle (1),
umfassend mindestens einen, im Fahrwerkbereich comprising at least one, in the chassis area
angeordneten Stromabnehmer (2,3,4,5) und eine arranged pantograph (2,3,4,5) and a
elektrische Leitung (9,10) zwischen dem Stromabnehmer (2,3,4,5) und einem Anschlußkasten (11), dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf der elektrischen electrical line (9, 10) between the current collector (2, 3, 4, 5) and a connection box (11), characterized in that, in the course of the electrical
Leitung (9,10) jeweils eine Strommeßeinrichtung (6,7) angeordnet ist, welche den in der Leitung (6,7) fließenden Strom (il,i2) bestimmt und ein der A current measuring device (6,7) is arranged in each case, which determines the current (il, i2) flowing in the line (6,7) and one of the
Stromstärke (il,i2) entsprechendes Signal an eine Current (il, i2) corresponding signal to a
Auswerteeinrichtung (8) übermittelt. Evaluation device (8) transmitted.
Elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Electrically driven rail vehicle (1), according to claim 1, characterized in that the
Auswerteeinrichtung (8) bei Überschreiten einer  Evaluation device (8) when exceeding a
bestimmten Stromstärke (il, i2) ein Warnsignal, welches diese Überschreitung anzeigt an eine Fahrzeugsteuerung (12) übermittelt. certain current (il, i2) a warning signal indicating this excess transmitted to a vehicle controller (12).
Elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Electrically driven rail vehicle (1), according to claim 1, characterized in that the
Auswerteeinrichtung (8) ein dem von der  Evaluation device (8) one of the
Strommeßeinrichtung (6,7) bestimmten Strom (il,i2) proportionales Signal kontinuierlich an eine Current measuring device (6,7) certain current (il, i2) proportional signal continuously to a
Fahrzeugsteuerung (12) übermittelt. Vehicle control (12) transmitted.
Elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug (1), nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugsteuerung (12) das an sie Electrically powered rail vehicle (1) according to one of claims 2 or 3, characterized in that the vehicle control (12) to the them
übermittelte, dem Strom (il, i2) proportionale Signal zur Planung des Fahrbetriebs, insbesondere zu Bestimmung von Beschleunigungs- und Bremsphasen einsetzt . transmitted, the current (il, i2) proportional signal for planning the driving, in particular to Determination of acceleration and braking phases.
5. Elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug (1), nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die 5. Electrically powered rail vehicle (1) according to claim 4, characterized in that the
Fahrzeugsteuerung (12) eine Datenverbindung zu einer zentralen Betriebssteuerung umfasst und über diese Datenverbindung die aktuelle Leistungsaufnahme des Schienenfahrzeugs (1) an die zentralen  Vehicle control (12) comprises a data connection to a central operating control and via this data connection, the current power consumption of the rail vehicle (1) to the central
Betriebssteuerung übermittelt.  Operating control transmitted.
6. Elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug (1), nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die 6. Electrically powered rail vehicle (1) according to claim 5, characterized in that the
Fahrzeugsteuerung (12) über die Datenverbindung zu einer zentralen Betriebssteuerung Vorgaben für die Steuerung des Antriebs des Schienenfahrzeugs (1), insbesondere maximale Beschleunigungs- und  Vehicle control (12) via the data connection to a central operating control specifications for the control of the drive of the rail vehicle (1), in particular maximum acceleration and
Verzögerungswerte übermittelt erhält.  Delay values transmitted.
7. Elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommeßeinrichtung (6,7) als 7. Electrically powered rail vehicle (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the current measuring device (6,7) as
Gleichstromwandler ausgeführt ist.  DC converter is executed.
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