EP4739533A1 - Antriebssystem für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Antriebssystem für ein schienenfahrzeug

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EP4739533A1
EP4739533A1 EP24769284.1A EP24769284A EP4739533A1 EP 4739533 A1 EP4739533 A1 EP 4739533A1 EP 24769284 A EP24769284 A EP 24769284A EP 4739533 A1 EP4739533 A1 EP 4739533A1
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EP
European Patent Office
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terminals
inverter
drive system
generator
connection
Prior art date
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Pending
Application number
EP24769284.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Himmelein
Bernhard HÖSCHELER
Falk NERGER
Robert Schmid
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Schienenfahrzeug, wobei das Antriebssystem eine Brennkraftmaschine, einen von der Brennkraftmaschine antreibbaren Generator, welcher ausgestaltet ist, in einem Generatorbetrieb eine Dreiphasen-Wechselspannung zu generieren, einen ungesteuerten ersten Gleichrichter, eine erste Verbindung, welche den Generator mit dem ersten Gleichrichter elektrisch verbindet, einen ersten Gleichspannungszwischenkreis, in welchem zumindest eine erste Zwischenkreiskapazität angeordnet ist, zumindest einen gesteuerten ersten Wechselrichter, zumindest einen ersten Antriebsmotor, welcher mittels einer Wechselspannung des ersten Wechselrichters betreibbar ist, eine zweite Verbindung, welche den ersten Wechselrichter mit dem ersten Antriebsmotor elektrisch verbindet, und eine Steuereinrichtung umfasst. Gekennzeichnet ist das Antriebssystem dadurch, dass der Generator ausgestaltet ist, in einem Motorbetrieb die Brennkraftmaschine zu starten, dass das Antriebssystem eine dritte Verbindung umfasst, mittels welcher der Generator mit dem ersten Wechselrichter elektrisch verbindbar ist, und die Steuereinrichtung ergänzend ausgestaltet ist, den ersten Wechselrichter derart anzusteuern, dass dieser eine Wechselspannung bereitstellt, mittels welcher bei geschlossener dritter Verbindung der Generator in dem Motorbetrieb betreibbar ist.

Description

Beschreibung
Antriebssystem für ein Schienenfahrzeug
Die Erfindung betri f ft ein Antriebssystem für ein Schienenfahrzeug, ein korrespondierendes Schienenfahrzeug, eine Verwendung des Antriebssystems sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems .
Aus der WO 2020/ 114659 Al ist eine Anordnung zum Antrieb einer Lokomotive mit unterschiedlichen Energiebereitstellungssystemen bekannt , wobei in der Lokomotive ein Hauptenergiebereitstellungssystem als ein Hauptsystem und in einem mit der Lokomotive verbundenen Wagen zumindest ein weiteres Energiebereitstellungssystem als ein Nebensystem angeordnet sind . Dabei sind Komponenten, die sowohl von dem Hauptsystem als auch von dem zumindest einen Nebensystem nutzbar sind, lediglich einmal ausgeführt , sowie Komponenten, die nur von dem zumindest einen Nebensystem nutzbar sind, auf dem Wagen angeordnet . Nach Ausgestaltungen der Anordnung sind beispielsweise das Hauptsystem als ein Dieselantrieb und das Nebensystem als ein Gleichstrom- , Wechselstrom- und/oder Energiespeicher-basiertes Energiebereitstellungssystem ausgebildet , oder sind das Hauptsystem als ein Gleichstrom- oder Wechselstrom- basiertes Energiebereitstellungssystem und das Nebensystem als ein Dieselbetrieb-basiertes Energiebereit Stellungssystem ausgebildet . Der Dieselantrieb als Haupt- oder Nebensystem umfasst dabei als Komponenten einen Dieselmotor, einen mit diesem verbundenen Generator sowie einen Umrichter zur Anpassung der von dem Generator generierten Leistung an eine Gleichspannung eines Zwischenkreises , welcher Haupt- und Nebensystem elektrisch verbindet .
In dieselelektrischen Antrieben von Lokomotiven wird üblicherweise ein ungesteuerter Gleichrichter, insbesondere ein Dioden-Gleichrichter , als eingangsseitiger Gleichrichter eingesetzt . Dieser wandelt eine von einem Drehstrom-Generator erzeugte Dreiphasen-Wechselspannung in eine Gleichspannung eines von dem Gleichrichter gespeisten Gleichspannungs zwischenkreises . Ein solcher ungesteuerter Gleichrichter besitzt gegenüber einem gesteuerten Gleichrichter, beispielsweise einem für an einem Versorgungsnetz betriebene industrielle Antriebe eingesetzten Active-Front-End ( abgekürzt AFE ) Umrichter, die Vorteile einer kostengünstigeren Herstellung, eines geringeren Platzbedarfs sowie einer höheren Verfügbarkeit aufgrund einer nicht benötigten Steuerung .
Aus der EP 1110799 Al ist ein Starten der Verbrennungskraftmaschine , insbesondere eines Dieselmotors , mittels einer Asynchronmaschine bekannt , wobei ein eingangsseitiger gesteuerter Wechselrichter aus einem Gleichspannungs zwischenkreis gespeist und derart gesteuert wird, dass der Wechselrichter ein für den Start der Asynchronmaschine notwendiges Drehfeld erzeugt und die Asynchronmaschine im Motorbetrieb die Verbrennungskraftmaschine startet .
Ein solches Starten der Verbrennungskraftmaschine mittels des Generators ist bei Einsatz eines eingangsseitigen ungesteuerten Gleichrichters nicht möglich, da dieser kein für das Starten des Generators notwendiges Drehfeld erzeugen kann . Daher wird die Verbrennungskraftmaschine bislang mittels eines gesonderten elektrischen oder pneumatischen Startermotors gestartet .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Antriebssystem mit einem eingangsseitigen ungesteuerten Gleichrichter anzugeben, das ein Starten der Brennkraftmaschine ohne gesonderten Startermotor ermöglicht . Diese Aufgabe wird durch das Antriebssystem sowie das Verfahren mit den j eweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst . Weiterbildungen sind in j eweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben . Ein erfindungsgemäßes Antriebssystem für ein Schienenfahrzeug umfasst eine Brennkraftmaschine , einen von der Brennkraftmaschine antreibbaren Generator, welcher ausgestaltet ist , in einem Generatorbetrieb eine Dreiphasen- Wechselspannung zu generieren, einen ungesteuerten ersten Gleichrichter, welcher ausgestaltet ist , die an eingangsseitigen Anschlüssen anliegende vom Generator generierte Dreiphasen-Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln und diese an ausgangsseitigen Anschlüssen bereitzustellen, eine erste Verbindung, welche Anschlüsse des Generators mit den eingangsseitigen Anschlüssen des ersten Gleichrichters elektrisch verbindet , einen ersten Gleichspannungs zwischenkreis , welcher mit den ausgangsseitigen Anschlüssen des ersten Gleichrichters verbunden ist und in welchem zumindest eine erste Zwischenkreiskapazität angeordnet ist , zumindest einen gesteuerten ersten Wechselrichter, dessen erste Anschlüsse mit dem ersten Gleichspannungs zwischenkreis elektrisch verbunden sind, und welcher ausgestaltet ist , die Gleichspannung des ersten Gleichspannungs zwischenkreises in eine Wechselspannung variabler Höhe und Frequenz zu wandeln und an zweiten Anschlüssen bereitzustellen, zumindest einen ersten Antriebsmotor, welcher mittels der Wechselspannung des ersten Wechselrichters betreibbar ist , eine zweite Verbindung, welche die zweiten Anschlüsse des ersten Wechselrichters mit Anschlüssen des ersten Antriebsmotors elektrisch verbindet , und eine Steuereinrichtung, welche ausgestaltet ist , zumindest den ersten Wechselrichter zu steuern, und ist gekennzeichnet dadurch, dass der Generator ergänzend ausgestaltet ist , in einem Motorbetrieb die Brennkraftmaschine zu starten, dass das Antriebssystem eine dritte Verbindung umfasst , mittels welcher die Anschlüsse des Generators mit den zweiten Anschlüssen des ersten Wechselrichters elektrisch verbindbar sind, und die Steuereinrichtung ergänzend ausgestaltet ist , den ersten Wechselrichter derart anzusteuern, dass dieser an seinen zweiten Anschlüssen eine Wechselspannung bereitstellt , mittels welcher bei geschlossener dritter Verbindung der Generator in dem Motorbetrieb betreibbar ist .
Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug umfasst zumindest einen Wagen und zumindest ein erfindungsgemäßes Antriebssystem . Insbesondere kann das Schienenfahrzeug zumindest zwei Wagen umfassen, wobei ein erster Wagen als eine Lokomotive und ein zweiter Wagen als ein Wagen für eine Fahrgastbeförderung und/oder einen Gepäcktransport ausgestaltet sind .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Schienenfahrzeugs umfasst zumindest die Schritte Schließen der dritten Verbindung zwischen dem ersten Wechselrichter und dem Generator, Bereitstellen einer Wechselspannung an den Anschlüssen des Generators mittels des ersten Wechselrichters , und Starten der Brennkraftmaschine in einem Motorbetrieb des Generators .
Die Erfindung mit einem einen ungesteuerten ersten Gleichrichter umfassenden Antriebssystem sieht ein Starten der Brennkraftmaschine mittels des gesteuerten ersten Wechselrichters und des Generators vor, sodass auf einen einleitend beschriebenen gesonderten elektrischen oder pneumatischen Startermotor verzichtet werden kann . Neben durch diesen Verzicht auf einen gesonderten Startermotor sowie gegebenenfalls weiteren, für den Betrieb des Startermotors erforderlichen Einrichtungen erzielbaren niedrigeren Kosten und geringeren Platzbedarf weist das erfindungsgemäße Starten der Brennkraftmaschine mittels des Generators ferner vorteilhaft eine höhere Zuverlässigkeit auf . Gegenüber einem ebenfalls einleitend beschriebenen Antriebssystem mit einem gesteuerten ersten Gleichrichters weist die Erfindung zumindest deutlich niedrigere Kosten auf .
Die Brennkraftmaschine des Antriebssystems kann als ein mit einem Kraftstof f , insbesondere Diesel , Benzin oder Gas , betriebener Verbrennungsmotor, und der von der Brennkraftmaschine angetriebene Generator kann insbesondere als eine Drehstrom-Asynchronmaschine ausgestaltet sein . Der ungesteuerte erste Gleichrichter ist insbesondere als ein Dioden-Gleichrichter ausgestaltet , wobei passive Dioden einer Gleichrichtung der eingangsseitig anliegenden Dreiphasen- Wechselspannung dienen .
Der zumindest eine erste Antriebsmotor des Antriebssystems kann als eine Drehstrom-Asynchronmaschine oder - Synchronmaschine ausgestaltet sein, wobei insbesondere abhängig von dieser Ausgestaltung der erste Wechselrichter mit einem oder mehreren ersten Antriebsmotoren verbunden ist .
Erste , zweite und dritte Verbindungen umfassen j eweils eine Mehrzahl elektrischer Leitungen, wobei für j ede Phase der mittels der Verbindungen übertragenen Wechselspannung beispielsweise eine oder mehrere elektrische Leitungen vorgesehen ist .
Die Steuereinrichtung des Antriebssystems ist insbesondere ausgestaltet , Leistungshalbleiterschalter des ersten Wechselrichters zu steuern, um die Gleichspannung des ersten Gleichspannungs zwischenkreises in eine gewünschte Dreiphasen- Wechselspannung für den zumindest einen ersten Antriebsmotoren bzw . den Generator zu wandeln .
Das Starten der Brennkraftmaschine erfolgt in einem Motorbetrieb des Generators durch Erregen der Wicklungen des Generator-Stators , wodurch dessen Rotor in eine Drehbewegung versetzt wird . Durch eine mechanische Kopplung der Rotorwelle mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine , insbesondere über eine mechanische Kupplung, wird die Kurbelwelle ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt , welche zusammen mit einer Zuführung von Kraftstof f und Luft sowie gegebenenfalls einer Zündung zu einem Starten der Brennkraftmaschine führt . Die für die Erregung der Statorwicklungen des Generators erforderliche elektrische Energie wird dabei erfindungsgemäß bei geschlossener dritter Verbindung von dem ersten Wechselrichter bereitgestellt , wobei die mittels des ersten Wechselrichters gewandelte elektrische Energie wiederum von dem ersten Gleichspannungs zwischenkreis , insbesondere von dem ersten Zwischenkreiskondensator, bereitgestellt wird . Nach erfolgtem Starten der Brennkraftmaschine und Trennen der dritten Verbindung kann der dann angetriebene Generator in einem Generatorbetrieb elektrische Energie für den ungesteuerten ersten Gleichrichter generieren .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Antriebssystem zumindest einen weiteren ersten Wechselrichter und zumindest einen weiteren ersten Antriebsmotor, wobei eine weitere zweite Verbindung zweite Anschlüsse des weiteren ersten Wechselrichters mit Anschlüssen des weiteren ersten Antriebsmotor elektrisch verbindet und wobei erste Anschlüsse des weiteren ersten Wechselrichters mit dem ersten Gleichspannungs zwischenkreis elektrisch verbunden sind, die zweiten Anschlüsse des weiteren ersten Wechselrichters mittels der dritten Verbindung oder einer weiteren dritten Verbindung mit den Anschlüssen des Generators elektrisch verbindbar sind, und die Steuereinrichtung ergänzend ausgestaltet ist , den weiteren ersten Wechselrichter derart anzusteuern, dass dieser an seinen zweiten Anschlüssen eine Wechselspannung bereitstellt , mittels welcher bei geschlossener dritter oder weiterer dritter Verbindung der Generator in dem Motorbetrieb betreibbar ist .
Zumindest zwei erste Wechselrichter des Antriebssystems , welche j eweils mit einem oder mehreren ersten Antriebsmotoren verbunden sind, ermöglichen eine Redundanz für das Betreiben des Generators im Motorbetrieb zum Starten des der Brennkraftmaschine . Vorteilhaft kann hierdurch auch bei einem Aus fall eines der ersten Wechselrichter ein zuverlässiges Starten der Brennkraftmaschine sichergestellt werden . Hierfür wird der weitere erste Wechselrichter ebenfalls mit der dritten Verbindung oder über eine gesonderte weitere dritte Verbindung mit dem Generator elektrisch verbunden, und die Steuereinrichtung steuert entsprechend den einen oder den anderen ersten Wechselrichter an, um die Wechselspannung für den Generator bereitzustellen .
Sofern das Antriebssystem mehr als zwei erste Wechselrichter, beispielsweise vier mit j eweils mit einem ersten Antriebsmotor verbundene Wechselrichter, umfasst , sollten zwei dieser ersten Wechselrichter und entsprechend eine dritte Verbindung sowie gegebenenfalls eine weitere dritte Verbindung für die vorteilhafte Redundanz genügen .
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung umfasst das Antriebssystem zumindest einen ersten Schalter, mittels welchem die dritte Verbindung und/oder die weitere dritte Verbindung schaltbar ist , und ist die Steuereinrichtung ergänzend ausgestaltet , den ersten Schalter derart anzusteuern, dass dieser die dritte Verbindung und/oder die weitere dritte Verbindung schaltet .
Mittels des ersten Schalters kann die dritte Verbindung von der Steuereinrichtung gesteuert geöf fnet und/oder geschlossen werden, sodass der erste Wechselrichter von bzw . mit dem Generator elektrisch getrennt bzw . verbunden ist . Bei einer dritten sowie einer weiteren dritten Verbindungen und/oder einem ersten Wechselrichter sowie einem weiteren ersten Wechselrichter kann für j ede der dritten Verbindungen bzw . für j eden der ersten Wechselrichter ein erster Schalter vorgesehen sein .
Der erste Schalter ist beispielsweise als ein Schütz mit einer zu der Anzahl Phasen der zu schaltenden Wechselspannung korrespondierenden Anzahl elektrischer Kontakte ausgestaltet . Da insbesondere nach einem Starten der Brennkraftmaschine mittels des Generators noch ein Stromfluss über die dritte Verbindung auftreten kann, weist der erste Schalter bzw . das Schütz vorzugsweise eine Lichtbogenlöscheinrichtung auf , um diesen bzw . dieses auch bei einem solchen Stromfluss bzw . unter Last schalten zu können . Von eine Lichtbogenlöscheinrichtung kann dabei abgesehen werden, wenn durch eine geeignete Steuerung von Komponenten des Antriebssystems der Stromfluss unterbunden werden kann, sodass der erste Schalter auch als ein Trennschalter bzw . Trenner ausgestaltet werden kann . Diese Ansteuerung kann beispielsweise eine kurz zeitige höhere als erforderliche Erregung des Generators umfassen, nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde . Alternativ kann die Steuerung eine Erhöhung der Solldrehzahl der Brennkraftmaschine nach dessen Start bewirken . Ferner kann alternativ ebenso die Steuerung des ersten Wechselrichters derart verändert werden, dass dieser entsprechend einem einleitend erwähnten Active-Front-End Umrichter arbeitet und gezielt die Spannung des ersten Gleichspannungs zwischenkreises hochsetzt . Jede der genannten Maßnahmen führt zu einer Erhöhung der Spannung des Gleichspannungs zwischenkreises .
Vorzugsweise ist der erste Schalter in einer Ruhestellung geöf fnet , sodass der erste Wechselrichter von dem Generator elektrisch getrennt ist . Für das Starten der Brennkraftmaschine bzw . den Motorbetrieb des Generators wird der erste Schalter, von der Steuereinrichtung angesteuert , geschlossen, wodurch der erste Wechselrichter über die dritte Verbindung mit dem Generator elektrisch verbunden wird . Nach erfolgtem Starten der Brennkraftmaschine durch den Generator wird der erste Schalter, wiederum von der Steuereinrichtung gesteuert , wieder geöf fnet .
Gemäß einer auf der vorstehenden Weiterbildung basierenden weiteren Weiterbildung der Erfindung umfasst das Antriebssystem zumindest einen zweiten Schalter, mittels welchem eine j eweilige zweite Verbindung schaltbar ist , und ist die Steuereinrichtung ergänzend ausgestaltet , den zweiten Schalter derart anzusteuern, dass dieser die j eweilige zweite Verbindung schaltet . Mittels des zweiten Schalters kann die zweite Verbindung von der Steuereinrichtung gesteuert geöf fnet und/oder geschlossen werden, sodass der erste Wechselrichter von bzw . mit dem zumindest einen ersten Antriebsmotor elektrisch getrennt bzw . verbunden ist .
Der zweite Schalter ist beispielsweise als ein Trennschalter bzw . Trenner mit einer zu der Anzahl Phasen der zu schaltenden Wechselspannung korrespondierenden Anzahl elektrischer Kontakte ausgestaltet . Insbesondere wenn der bzw . die mit dem ersten Wechselrichter verbundenen ersten Antriebsmotoren als Asynchronmaschinen oder fremderregte Synchronmaschinen ausgestaltet ist bzw . sind, ist ein lastfreies Schalten auch bei drehendem Rotor des ersten Antriebsmotors möglich und es kann somit von dem Vorsehen einer Lichtbogenlöscheinrichtung abgesehen werden . Sofern ein lastfreies Schalten nicht möglich ist , kann der zweite Schalter ebenfalls als ein Schütz , insbesondere als ein Motorschütz mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung ausgestaltet sein .
Vorzugsweise ist der zweite Schalter in einer Ruhestellung geschlossen, sodass der erste Wechselrichter mit dem zumindest einen ersten Antriebsmotor elektrisch verbunden ist . In Vorbereitung des Startens der Brennkraftmaschine schaltet bzw . öf fnet die Steuereinrichtung den zweiten Schalter, sodass die zweite Verbindung zwischen dem zweiten Wechselrichter und dem zumindest einen ersten Antriebsmotor getrennt wird, und schaltet bzw . schließt anschließend den ersten Schalter, um den ersten Wechselrichter mit dem Generator über die dritte Verbindung zu verbinden .
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die erste Verbindung zwischen den Anschlüssen des Generators und den ersten Anschlüssen des ersten Gleichrichters schalterf rei . Eine Schalterf reiheit der ersten Verbindung bedeutet dabei , dass die erste Verbindung zum ersten Gleichrichter im Zuge des Starten der Brennkraftmaschine nicht getrennt werden muss , sondern bestehen bleiben kann . Insbesondere bei einem dreiphasigen ersten Wechselrichter mit antiparallel zu den Leistungshalbleiterschaltern geschalteten Freilauf dioden und bei Verwendung eines ähnlichen Diodentyps für die Dioden des ersten Gleichrichters und des ersten Wechselrichters sind bei bestehender dritten Verbindung die Dioden einer j eweiligen Phase parallel geschaltet . Der Strom kommutiert damit im ersten Wechselrichter von dem Leistungshalbleiterschalter teilweise sowohl auf die Dioden des ersten Wechselrichters als auch auf die Dioden des ersten Gleichrichters .
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung umfasst das Antriebssystem einen zweiten Gleichspannungs zwischenkreis , in welchem zumindest eine zweite Zwischenkreiskapazität angeordnet ist und welcher mit dem ersten Gleichspannungs zwischenkreis trennbar elektrisch verbunden ist . Ferner umfasst das Antriebssystem einen ersten Stromabnehmer, einen Netztrans formator und zumindest einen gesteuerten zweiten Gleichrichter, wobei der Netztrans formator zumindest eine Primärwicklung und zumindest eine Sekundärwicklung aufweist , wobei die zumindest eine Primärwicklung mittels des ersten Stromabnehmers mit einem streckenseitigen Wechselspannungs-Versorgungsnetz verbindbar ist , und wobei erste Anschlüsse des zweiten Gleichrichters mit Anschlüssen einer Sekundärwicklung des Netztrans formators elektrisch verbunden sind, der zweite Gleichrichter ausgestaltet ist , eine von der Sekundärwicklung bereitgestellte und an den ersten Anschlüssen anliegende Einphasen-Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln und diese an zweiten Anschlüssen bereitzustellen, und die zweiten Anschlüssen mit dem zweiten Gleichspannungs zwischenkreis elektrisch verbunden sind . Alternativ oder ergänzend umfasst das Antriebssystem ferner einen zweiten Stromabnehmer und insbesondere einen ersten Gleichspannungswandler, wobei der zweite Stromabnehmer mit einem Gleichspannungs-Versorgungsnetz verbindbar ist , und wobei erste Anschlüsse des ersten Gleichspannungswandlers mit dem Stromabnehmer und zweite Anschlüsse des Gleichspannungswandlers mit dem zweiten Gleichspannungs zwischenkreis elektrisch verbunden sind .
Ergänzend zu einer Energieversorgung mittels eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Generators ermöglicht diese Weiterbildung eine Versorgung des Antriebssystems des Schienenfahrzeugs mittels eines streckenseitigen Versorgungsnetzes , mit welchem das Antriebssystem über einen oder mehrere fahrzeugseitige Stromabnehmer elektrisch verbunden wird . Die streckenseitige Versorgung erfolgt typischerweise mittels Oberleitungen oder so genannten dritten Schienen . Ein typisches streckenseitiges Versorgungsnetz führt insbesondere in Europa eine Einphasen- Wechselspannung von 25 kV, 50 Hz , oder 15 kV, 16 . 7 Hz , bzw . eine Gleichspannung von 750 V, 1 . 5 kV oder 3 kV . Insbesondere in den Vereinigten Staaten führt ein streckenseitiges Versorgungsnetz hingegen eine Einphasen-Wechselspannung von 25 kV, 60 Hz . Die genannten nominellen Wechsel- und Gleichspannungen sind insbesondere in Kapitel 4 der internationalen Norm IEC 60850 in der Fassung vom November 2011 angegeben . Vorteilhaft kann das Schienenfahrzeug auf derart elektri fi zierten Streckenabschnitten mittels elektrischer Energie des Versorgungsnetzes betrieben werden, während es auf nicht-elektri f i zierten Streckenabschnitten mittels elektrischer Energie des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Generators betrieben wird . Insbesondere bei einem Übergang von einem elektri fi zierten Streckenabschnitt zu einem nicht-elektri f i zierten Streckenabschnitt kann die Energie des streckenseitigen Versorgungsnetzes vorteilhaft auch dem Starten der Brennkraftmaschine dienen .
Sofern das Schienenfahrzeug mehrere Wagen umfasst , können die ergänzenden Komponenten des Antriebssystems gemäß dieser Weiterbildung in einem zweiten Wagen angeordnet sein, während die weiteren Komponenten des Antriebssystems in einem mit dem zweiten Wagen verbundenen ersten Wagen angeordnet sind . Dies ermöglicht eine einfache Ergänzung eines bestehenden Schienenfahrzeugs , beispielsweise eine Brennkraftmaschinenbetriebene Lokomotive , um eine weitere Energieversorgung, wobei im Wesentlichen nur eine wagenübergrei fende Verbindung der beiden Gleichspannungs zwischenkreise sowie von Steuerleitungen erforderlich ist . Eine trennbare Verbindung der beiden Gleichspannungs zwischenkreise kann beispielsweise mittels eines dritten Schalters , insbesondere mittels eines Trennschalters , verwirklicht sein . Der dritte Schalter kann dabei in dem ersten Wagen, dem zweiten Wagen oder im Bereich des Übergangs zwischen den Wagen angeordnet sein .
Gemäß einer auf der vorstehenden Weiterbildung basierenden weiteren Weiterbildung umfasst das Antriebssystem zumindest einen gesteuerten zweiten Wechselrichter und zumindest einen zweiten Antriebsmotor, wobei erste Anschlüsse des zweiten Wechselrichters mit dem zweiten Gleichspannungs zwischenkreis elektrisch verbunden sind, der zweite Wechselrichter ausgestaltet ist , die Gleichspannung des zweiten Gleichspannungs zwischenkreises in eine Wechselspannung variabler Höhe und Frequenz zu wandeln und an zweiten Anschlüssen bereitzustellen, und die zweiten Anschlüsse des zweiten Wechselrichters mit Anschlüssen des zumindest einen zweiten Antriebsmotors elektrisch verbunden sind, und wobei der zumindest eine zweite Antriebsmotor mittels der Wechselspannung des zweiten Wechselrichters betreibbar ist .
Die Versorgung mittels eines streckenseitigen Versorgungsnetzes ermöglicht gegenüber der Versorgung mittels des Generators insbesondere eine höhere Leistung des Antriebssystems . Da insbesondere bei einem bestehenden Schienenfahrzeug die Leistung der Antriebsmotoren auf die Versorgung mittels des Generators abgestimmt ist , kann die Antriebsleistung des Schienenfahrzeugs mittels des zumindest einen zweiten Antriebsmotors vorteilhaft erhöht werden . Bei mehreren Wagen des Schienenfahrzeugs können diese ergänzenden Komponenten wiederum in dem zweiten Wagen angeordnet sein . Der zweite Wechselrichter und der zweite Antriebsmotor können sich zudem von dem ersten Wechselrichter bzw . dem ersten Antriebsmotor unterscheiden . Beispielsweise kann j eder zweite Wechselrichter zwei zweite Antriebsmotoren parallel versorgen, während j eder erste Wechselrichter nur einen Antriebsmotor versorgt . Zudem kann die spezi fische Leistung des zweiten Antriebsmotors niedriger als die des ersten Antriebsmotors sein .
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung umfasst das Antriebssystem zumindest einen elektrischen Energiespeicher und insbesondere einen zweiten Gleichspannungswandler, wobei Anschlüsse des Energiespeichers mit ersten Anschlüssen des zweiten Gleichspannungswandlers und zweite Anschlüsse des zweiten Gleichspannungswandlers mit dem ersten oder mit dem zweiten Gleichspannungs zwischenkreis elektrisch verbunden sind, oder die Anschlüsse des Energiespeichers direkt mit dem ersten oder mit dem zweiten Gleichspannungs zwischenkreis elektrisch verbunden sind .
Ein solcher elektrischer Energiespeicher ist beispielsweise als eine Antriebsbatterie mit einer entsprechend der gewünschten Spannung und Kapazität verschalteten Mehrzahl elektrochemischer Batteriezellen und/oder Superkondensatoren ausgestaltet . Für ein insbesondere von der Steuereinrichtung gesteuertes Laden des Energiespeichers aus dem Gleichspannungs zwischenkreis sowie ein Entladen in den Gleichspannungs zwischenkreis ist der Energiespeicher vorzugsweise über einen bi-direktionalen Gleichspannungswandler mit dem Gleichspannungs zwischenkreis verbunden . Bei mehreren Wagen des Schienenfahrzeugs können der Energiespeicher sowie gegebenenfalls der Gleichspannungswandler wiederum in dem zweiten Wagen angeordnet und mit dem zweiten Gleichspannungs zwischenkreis verbunden sein .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Aus führungsbeispielen erläutert . Dabei zeigen : FIG 1 ein Schienenfahrzeug, und
FIG 2 ein erfindungsgemäßes Antriebssystem .
Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden für gleiche bzw . gleich oder nahezu gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugs zeichen verwendet .
FIG 1 zeigt schematisch ein Schienenfahrzeug SF in einer Seitenansicht . Das Schienenfahrzeug SF umfasst beispielhaft eine Mehrzahl Wagen, wobei ein erster Wagen WG1 bzw . Endwagen des Schienenfahrzeugs SF neben einem Raum für die fahrzeugführende Person RFF einen Raum RAS für die Anordnung von Komponenten des Antriebssystems aufweist und prinzipiell entsprechend einer Lokomotive ausgestaltet sein kann . Ein mit dem ersten Wagen WG1 gekoppelter zweiter Wagen WG2 weist demgegenüber einen Raum RAS für die Anordnung von Komponenten des Antriebssystems sowie einen Fahrgastraum RFG auf . Der Raum RAS für die Komponenten des Antriebssystems kann dabei nicht nur Teile des Innenraums des Wagenkastens des j eweiligen Wagens WG1 , WG2 , sondern ebenfalls den Dach- und/oder Unterflurbereich des Wagenkastens umfassen . Beispielsweise können alle in dem zweiten Wagen WG2 angeordneten Komponenten des Antriebssystems überwiegend oder ausschließlich im Dach- und Unterflurbereich angeordnet sein . Der Fahrgastraum RFG des zweiten Wagens WG2 ist vorzugsweise mit einem Fahrgastraum RFG eines mit dem zweiten Wagen WG2 gekoppelten dritten Wagens WG3 des Schienenfahrzeugs über einen Wagenübergang verbunden .
Die Wagenkästen der ersten und zweiten Wagen WG1 , WG2 sowie weiterer Wagen des Schienenfahrzeugs SF stützen j eweils sich über zwei Drehgestelle auf nicht dargestellten Schienen eines Gleises eines Streckennetzes ab . Die beiden Drehgestelle DG1 , DG2 des ersten Wagens WG1 sowie die beiden Drehgestelle DG3 , DG4 des zweiten Wagens WG2 sind j eweils als Triebdrehgestelle TDG mit darin angeordneten Antriebsmotoren des Antriebssystems ausgestaltet , sodass das Schienenfahrzeug SF zumindest acht angetriebene Radsätze umfasst . Weitere Wagen des Schienenfahrzeugs , insbesondere ausschließlich für die Fahrgastbeförderung ausgestaltete Wagen wie beispielsweise der dritte Wagen WG3 , können demgegenüber ausschließlich nicht angetriebene Lauf drehgestelle aufweisen .
FIG 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Antriebssystem AS mit auf die mittels gestrichelter Linien schematisch gekennzeichneten Wagen WG1 , WG2 des Schienenfahrzeugs SF der FIG 1 verteilt angeordneten Komponenten . Für das erfindungsgemäße Starten der Brennkraftmaschine BKM sind dabei die in dem ersten Wagen WG1 angeordneten Komponenten, speziell die in der oberen Zeile nebeneinander angeordneten Komponenten BKM, GEN, GR1 , ZK1 , WRI , AMI und deren elektrischen Verbindungen EVI , EV2 , EV3 , darin angeordnete Schalter S I , S2 , sowie die Steuereinrichtung ST , ausreichend . Sonstige , für den Betrieb des Schienenfahrzeugs SF erforderliche Hil fsbetriebe und deren Versorgung sind in der FIG 2 nicht dargestellt .
Die Steuereinrichtung ST des Antriebssystems AS , beispielsweise ein Antriebssteuergerät , ist in dem ersten Wagen WG1 angeordnet und mit Komponenten des Antriebssystems AS signaltechnisch verbunden . Diese signaltechnische Verbindung ist schematisch mittels sowohl an der Steuereinrichtung ST als auch an den von dieser gesteuerten Komponenten mittels einer gestrichelten Linie und einem daran ansetzenden Kreis gekennzeichnet .
Die in dem ersten Wagen WG1 angeordnete Energieversorgung beschränkt sich auf eine Brennkraftmaschine BKM, beispielsweise ein Dieselmotor, sowie einen Generator GEN, beispielsweise eine Dreiphasen-Asynchronmaschine . Die Brennkraftmaschine BKM bzw . dessen Kurbelwelle ist mit dem Generator GEN bzw . dessen Rotor, beispielsweise über eine trennbare Kupplung, mechanisch verbunden . Bei Betrieb der Brennkraftmaschine BKM generiert der Generator GEN aufgrund des drehenden Rotors eine an seinen elektrischen Anschlüssen anliegende Dreiphasen-Wechselspannung . Der Generator GEN ist mit einem ungesteuerten ersten Gleichrichters GR1 , beispielsweise einem Dioden-Gleichrichter , über eine erste elektrische Verbindung EVI verbunden . Hierfür sind die Anschlüsse des Generators GEN über beispielsweise drei elektrische Leitungen mit eingangsseitigen Anschlüssen des ersten Gleichrichters GR1 elektrisch verbunden . Der erste Gleichrichter GR1 wandelt die an den eingangsseitigen Anschlüssen anliegende Dreiphasen-Wechselspannung in eine Gleichspannung, welche an dessen ausgangsseitigen elektrischen Anschlüsse anliegt .
Die ausgangsseitigen Anschlüsse des ersten Gleichrichters GR1 sind mit einem ersten Gleichspannungs zwischenkreis ZK1 verbunden, in dem ein erster Zwischenkreiskondensator CZK1 als elektrischer Energiespeicher angeordnet ist . Der angegebene erste Zwischenkreiskondensator CZK1 kann dabei als ein einziger Kondensator oder als mehrere parallel geschaltete Kondensatoren, welche insbesondere verteilt angeordnet einem j eweiligen ersten Wechselrichter WRI zugeordnet sind, ausgestaltet sein . In dem ersten Gleichspannungs zwischenkreis ZK1 angeordnet bzw . mit diesem verbunden können weitere Komponenten vorgesehen sein, welche j edoch nicht speziell dargestellt sind .
Mit dem ersten Gleichspannungs zwischenkreis ZK1 verbunden sind gesamt vier gesteuerte erste Wechselrichter WRI , beispielsweise Pulswechselrichter . Die ersten Wechselrichter WRI wandeln, j eweils gesteuert von der Steuereinrichtung ST , die an ersten elektrischen Anschlüssen anliegende Gleichspannung des ersten Gleichspannungs zwischenkreises ZK1 in eine Dreiphasen-Wechselspannung variabler Höhe und Frequenz , mit welcher ein j eweiliger erster Antriebsmotor AMI , beispielsweise eine Drehstrom-Asynchronmaschine , versorgt wird . Hierfür sind zweite elektrische Anschlüsse des j eweiligen ersten Wechselrichters WRI über eine j eweilige zweite elektrische Verbindung EV2 , beispielsweise drei elektrische Leitungen bzw . Motorkabel , mit elektrischen Anschlüssen des zugeordneten ersten Antriebsmotors AMI verbunden . Jeder erste Antriebsmotor AMI treibt einen Radsatz eines Drehgestells des ersten Wagens WG1 an, sodass die im ersten Wagen WG1 oberen beiden ersten Antriebsmotoren AMI im ersten Drehgestell DG1 und die unteren beiden ersten Antriebsmotoren AMI im zweiten Drehgestell DG2 angeordnet sind .
Erste und zweite Verbindungen EVI , EV2 sind über eine dritte elektrische Verbindung EV3 , beispielsweise drei elektrische Leitungen, miteinander verbunden . Die dritte Verbindung EV3 verbindet dabei die zweiten elektrischen Anschlüsse eines ersten Wechselrichters WRI , in der FIG 2 des obersten der vier ersten Wechselrichter WRI , mit den elektrischen Anschlüssen des Generators GEN, sodass bei geschlossener dritter Verbindung EV3 eine von dem ersten Wechselrichter WRI generierte Dreiphasen-Wechselspannung an dem Generator GEN angelegt werden kann, um die Brennkraftmaschine BKM mittels des Generators GEN zu starten . In der dritten Verbindung EV3 ist ein von der Steuereinrichtung ST gesteuert schaltbarer erster Schalter S l , beispielsweise ein Schütz , angeordnet . Ferner ist in der zweiten Verbindung EV2 ein von der Steuereinrichtung ST gesteuert schaltbarer zweiter Schalter S2 , beispielsweise ein Trennschalter oder Motorschütz , angeordnet . Der zweite Schalter S2 ist dabei , in Richtung eines Stromflusses von dem ersten Wechselrichter WRI zu dem ersten Antriebsmotor AMI betrachtet , hinter dem ersten Schalter S l angeordnet .
Während eines normalen Betriebs des Antriebssystems AS , insbesondere wenn alle ersten Antriebsmotoren AMI zum Antreiben des Schienenfahrzeugs SF von dem j eweiligen ersten Wechselrichter WRI versorgt werden, ist der erste Schalter S l geöf fnet , sodass die dritte Verbindung EV3 getrennt ist , und ist der zweite Schalter S2 geschlossen, sodass der erste Antriebsmotor AMI über die zweite Verbindung EV2 mit dem ersten Wechselrichter WRI verbunden ist . Für ein Starten der Brennkraftmaschine BKM wird zunächst der zweite Schalter S2 von der Steuereinrichtung ST gesteuert geöf fnet , sodass die zweite Verbindung EV2 zum ersten Antriebsmotor AMI getrennt wird, und anschließend der erste Schalter S 1 von der Steuereinrichtung ST gesteuert geschlossen, sodass der erste Wechselrichter WRI mit dem Generator GEN verbunden wird . Anschließend steuert die Steuereinrichtung ST den ersten Wechselrichter WRI derart an, dass dieser ein für den Start des Generators GEN notwendiges Drehfeld erzeugt und der Generator GEN in einem Motorbetrieb die Brennkraftmaschine BKM startet . Nach erfolgtem Starten der Brennkraftmaschine BKM wird von der Steuereinrichtung ST gesteuert der erste Schalter S 1 wieder geöf fnet und anschließend der zweite Schalter S2 wieder geschlossen, sodass der erste Wechselrichter WRI anschließend wieder den ersten Antriebsmotor AMI versorgen kann . Die für das Erzeugen des Drehfeldes benötigte Energie wird von dem ersten Gleichspannungs zwischenkreis ZK1 , insbesondere von dem ersten Zwischenkreiskondensator CZK1 bereitgestellt .
In dem Antriebssystem der FIG 2 ist die dritte Verbindung EV3 über einen weiteren ersten Schalter S 1 ebenfalls mit einem weiteren, speziell dem zweitobersten ersten Wechselrichter WRI verbunden, und ist in der zweiten Verbindung EV2 zwischen diesem ersten Wechselrichter WRI und dem zugeordneten weiteren ersten Antriebsmotor AMI ebenfalls ein zweiter Schalter S2 angeordnet . Hierdurch kann der Generator GEN in einfacher Weise redundant versorgt werden, sodass beispielsweise bei einem Aus fall des obersten ersten Wechselrichter WRI eine Versorgung durch den zweitobersten weiteren ersten Wechselrichter WRI erfolgen kann . In dem Beispiel der FIG 2 sind die zweiten Verbindungen EV2 mit einer gemeinsamen dritten Verbindung EV3 über einen j eweiligen ersten Schalter S 1 verbunden . Alternativ hierzu können beispielsweise zwei dritte Verbindungen EV3 vorgesehen sein, mittels welcher der j eweilige erste Wechselrichter WRI mit dem Generator GEN verbindbar ist . Ebenfalls können die beiden ersten Schalter S 1 beispielsweise zu einem einzigen Schalter, insbesondere in Form eines Wechselschalters , zusammengefasst werden .
In dem zweiten Wagen WG2 sind weitere Komponenten des Antriebssystems AS des Schienenfahrzeugs SF angeordnet . Diese ermöglichen eine elektrische Verbindung des Antriebssystems AS mit einem streckenseitigen Versorgungsnetz mit einer Einphasen-Wechselspannung von beispielsweise 25 kV, 50 Hz , oder 15 kV, 16 . 7 Hz . Alternativ oder ergänzend können in dem zweiten Wagen WG2 ebenso Komponenten für eine elektrische Verbindung mit einem Versorgungsnetz mit einer Gleichspannung von beispielsweise 750 V, 1 . 5 kV oder 3 kV vorgesehen sein .
Eine elektrische Verbindung des Antriebssystems AS mit einem streckenseitigen Einphasen-Wechselspannungs -Versorgungsnetz erfolgt mittels eines ersten Stromabnehmers PANI . Dieser ist mit einer oder mehreren Primärwicklungen eines Netztrans formators TF verbunden, welcher die netzseitige Hochspannung, beispielsweise 25 kV, 50 Hz oder 15 kV, 16 . 7 Hz , in eine niedrigere Spannung trans formiert . Elektrische Anschlüsse von zwei Sekundärwicklungen des Netztrans formators TF sind j eweils mit ersten elektrischen Anschlüssen eines gesteuerten zweiten Gleichrichters GR2 , beispielsweise einem Vierquadrantensteiler, verbunden . Die von der Steuereinrichtung ST gesteuerten zweiten Gleichrichter GR2 wandeln j eweils die an den ersten Anschlüssen anliegende Einphasen-Wechselspannung in eine Gleichspannung, welche an deren j eweiligen zweiten Anschlüssen anliegt .
Eine elektrische Verbindung des Antriebssystems AS mit einem streckenseitigen Gleichspannungs-Versorgungsnetz erfolgt demgegenüber mittels eines zweiten Stromabnehmers PAN2 . Dieser ist mit einem von der Steuereinrichtung ST gesteuerten ersten Gleichspannungswandler GSW1 verbunden, welcher die netzseitige Gleichspannung, beispielsweise 3 kV oder 1 . 5 kV, in eine gewünschte niedrigere Spannung des zweiten Gleichspannungs zwischenkreises ZK2 wandelt . Sofern die gewünschte Spannung des zweiten Gleichspannungs zwischenkreises ZK2 der Spannung des Gleichspannungs-Versorgungsnetzes entspricht , kann gegebenenfalls von einem ersten Gleichspannungswandler GSW1 abgesehen werden . Sofern das Schienenfahrzeug SF ausschließlich auf Strecken des Schienennetzes mit streckenseitigem Einphasen-Wechsel spannungs-Versorgungsnetzes sowie nicht-elektri f i zierten Streckenabschnitten betrieben wird, kann entsprechend von einem zweiten Stromabnehmer PAN2 abgesehen werden .
Die elektrisch parallel geschalteten ausgangsseitigen Anschlüsse der zweiten Gleichrichter GR2 sind mit einem zweiten Gleichspannungs zwischenkreis ZK2 verbunden, in dem ein zweiter Zwischenkreiskondensator CZK2 als elektrischer Energiespeicher angeordnet ist . Der angegebene zweite Zwischenkreiskondensator CZK2 kann dabei als ein einziger Kondensator oder als mehrere parallel geschaltete Kondensatoren, welche insbesondere verteilt angeordnet einem j eweiligen zweiten Wechselrichter WR2 zugeordnet sind, ausgestaltet sein . In dem zweiten Gleichspannungs zwischenkreis ZK2 angeordnet bzw . mit diesem elektrisch verbunden ist beispielhaft ein Energiespeicher ES , beispielsweise eine Antriebsbatterie mit einer Mehrzahl verschalteter Batteriezellen, sowie ein gesteuerter zweiter Gleichspannungswandler GSW2 . Der von der Steuereinrichtung ST gesteuerte zweite Gleichspannungswandler GSW2 dient dabei einer Anpassung der Spannung des Energiespeichers ES an die des zweiten Gleichspannungs zwischenkreises ZK2 , um ein Laden und Entladen des Energiespeichers ES zu steuern .
Mit dem zweiten Gleichspannungs zwischenkreis ZK2 verbunden sind zwei gesteuerte zweite Wechselrichter WR2 , beispielsweise Pulswechselrichter . Die zweiten Wechselrichter WR2 wandeln, j eweils gesteuert von der Steuereinrichtung ST , die anliegende Gleichspannung des zweiten Gleichspannungs zwischenkreises ZK2 in eine Dreiphasen- Wechselspannung variabler Höhe und Frequenz , mit welcher j eweils zwei zweite Antriebsmotor AM2 , beispielsweise Drehstrom-Asynchronmaschinen, versorgt werden . Hierfür sind die zweiten Wechselrichter WR2 über eine j eweilige elektrische Verbindung, beispielsweise drei elektrische Leitungen bzw . Motorkabel , j eweils mit den zugeordneten zweiten Antriebsmotoren AM2 verbunden . Jeder zweite Antriebsmotor AM2 treibt einen Radsatz eines Drehgestells DG3 , DG4 des zweiten Wagens WG2 an, sodass die im zweiten Wagen WG2 oberen beiden zweiten Antriebsmotoren AM2 im dritten Drehgestell DG3 und die unteren beiden zweiten Antriebsmotoren AM2 im vierten Drehgestell DG4 angeordnet sind .
Der erste ZK1 und der zweite Gleichspannungs zwischenkreis ZK2 sind über einen von der Steuereinrichtung ST schaltbaren dritten Schalter S3 verbunden . Der dritte Schalter S3 ist in dem ersten Wagen WG1 angeordnet , kann j edoch in gleicher Weise im zweiten Wagen WG2 bzw . im Bereich des Übergangs zwischen den Wagen WG1 , WG2 angeordnet sein . Der dritte Schalter S3 sowie die durch diesen geschaltete elektrische Verbindung der beiden Gleichspannungs zwischenkreise ZK1 , Zk2 ermöglicht beispielsweise , dass bei einem Betrieb des Schienenfahrzeugs SF in einem elektri fi zierten Streckenabschnitt , bei dem der erste PANI oder der zweite Stromabnehmer PAN2 mit einem streckenseitigen Versorgungsnetz verbunden ist , und geschlossenem dritten Schalter S3 sowohl die zweiten Wechselrichter WR2 in dem zweiten Wagen WG2 als auch die ersten Wechselrichter WRI in dem ersten Wagen WG1 versorgt werden können . Andererseits kann bei einem Betrieb des Schienenfahrzeugs SF in einem nicht-elektri f i zierten Streckenabschnitt bei geöf fnetem dritten Schalter S3 eine Versorgung der ersten Wechselrichter WRI ausschließlich mittels der Brennkraftmaschine BKM und des Generators GEN erfolgen, während die zweiten Wechselrichter WR2 beispielsweise ergänzend ausschließlich mittels des Energiespeichers ES versorgt werden bzw . , sofern das Antriebssystem AS keinen Energiespeicher ES umfasst , nicht versorgt werden .

Claims

Patentansprüche
1. Antriebssystem (AS) für ein Schienenfahrzeug (SF) , wobei das Antriebssystem (AS) umfasst:
- eine Brennkraftmaschine (BKM) ,
- einen von der Brennkraftmaschine (BKM) antreibbaren Generator (GEN) , welcher ausgestaltet ist, in einem Generatorbetrieb eine Dreiphasen-Wechselspannung zu generieren,
- einen ungesteuerten ersten Gleichrichter (GR1) , welcher ausgestaltet ist, die an eingangsseitigen Anschlüssen anliegende vom Generator (GEN) generierte Dreiphasen- Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln und diese an ausgangsseitigen Anschlüssen bereitzustellen,
- eine erste Verbindung (EVI) , welche Anschlüsse des Generators (GEN) mit den eingangsseitigen Anschlüssen des ersten Gleichrichters (GR1) elektrisch verbindet,
- einen ersten Gleichspannungszwischenkreis (ZK1) , welcher mit den ausgangsseitigen Anschlüssen des ersten Gleichrichters (GR1) verbunden ist und in welchem zumindest eine erste Zwischenkreiskapazität (CZK1) angeordnet ist,
- zumindest einen gesteuerten ersten Wechselrichter (WRI) , dessen erste Anschlüsse mit dem ersten Gleichspannungszwischenkreis (ZK1) elektrisch verbunden sind, und welcher ausgestaltet ist, die Gleichspannung des ersten Gleichspannungszwischenkreises (ZK1) in eine Wechselspannung variabler Höhe und Frequenz zu wandeln und an zweiten Anschlüssen bereitzustellen,
- zumindest einen ersten Antriebsmotor (AMI) , welcher mittels der Wechselspannung des ersten Wechselrichters (WRI) betreibbar ist,
- eine zweite Verbindung (EV2) , welche die zweiten Anschlüsse des ersten Wechselrichters (WRI) mit Anschlüssen des ersten Antriebsmotors (AMI) elektrisch verbindet, und
- eine Steuereinrichtung (ST) , welche ausgestaltet ist, zumindest den ersten Wechselrichter (WRI) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass - der Generator (GEN) ergänzend ausgestaltet ist, in einem Motorbetrieb die Brennkraftmaschine (BKM) zu starten,
- das Antriebssystem (AS) eine dritte Verbindung (EV3) umfasst, mittels welcher die Anschlüsse des Generators (GEN) mit den zweiten Anschlüssen des ersten Wechselrichters (WRI) elektrisch verbindbar sind, und
- die Steuereinrichtung (ST) ergänzend ausgestaltet ist, den ersten Wechselrichter (WRI) derart anzusteuern, dass dieser an seinen zweiten Anschlüssen eine Wechselspannung bereitstellt, mittels welcher bei geschlossener dritter Verbindung der Generator (GEN) in dem Motorbetrieb betreibbar ist .
2. Antriebssystem (AS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Antriebssystem (AS) zumindest einen weiteren ersten Wechselrichter (WRI) und zumindest einen weiteren ersten Antriebsmotor (AMI) umfasst, wobei eine weitere zweite Verbindung (EV2) zweite Anschlüsse des weiteren ersten Wechselrichters (WRI) mit Anschlüssen des weiteren ersten Antriebsmotor (AMI) elektrisch verbindet und wobei erste Anschlüsse des weiteren ersten Wechselrichters (WRI) mit dem ersten Gleichspannungszwischenkreis (ZK1) elektrisch verbunden sind,
- die zweiten Anschlüsse des weiteren ersten Wechselrichters (WRI) mittels der dritten Verbindung (EV3) oder einer weiteren dritten Verbindung mit den Anschlüssen des Generators (GEN) elektrisch verbindbar sind, und
- die Steuereinrichtung (ST) ergänzend ausgestaltet ist, den weiteren ersten Wechselrichter (WRI) derart anzusteuern, dass dieser an seinen zweiten Anschlüssen eine Wechselspannung bereitstellt, mittels welcher bei geschlossener dritter oder weiterer dritter Verbindung der Generator (GEN) in dem Motorbetrieb betreibbar ist.
3. Antriebssystem (AS) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass - das Antriebssystem (AS) zumindest einen ersten Schalter
(51) umfasst, mittels welchem die dritte Verbindung (EV3) und/oder die weitere dritte Verbindung schaltbar ist, und
- die Steuereinrichtung (ST) ergänzend ausgestaltet ist, den ersten Schalter (Sl) derart anzusteuern, dass dieser die dritte Verbindung (EV3) und/oder die weitere dritte Verbindung schaltet.
4. Antriebssystem (AS) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Antriebssystem (AS) zumindest einen zweiten Schalter
(52) umfasst, mittels welchem eine jeweilige zweite
Verbindung (EV2) schaltbar ist, und
- die Steuereinrichtung (ST) ergänzend ausgestaltet ist, den zweiten Schalter (S2) derart anzusteuern, dass dieser die jeweilige zweite Verbindung (EV2) schaltet.
5. Antriebssystem (AS) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindung (EVI) zwischen den Anschlüssen des Generators (GEN) und den ersten Anschlüssen des ersten Gleichrichters (GR1) schalterfrei ist.
6. Antriebssystem (AS) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (AS) einen zweiten Gleichspannungszwischenkreis (ZK2) umfasst, in welchem zumindest eine zweite Zwischenkreiskapazität (CZK2) angeordnet ist und welcher mit dem ersten Gleichspannungszwischenkreis (ZK1) trennbar elektrisch verbunden ist, und das Antriebssystem (AS) einen ersten Stromabnehmer (PANI) , einen Netztransformator (TR) und zumindest einen gesteuerten zweiten Gleichrichter (GR2) umfasst, wobei
- der Netztransformator (TF) zumindest eine Primärwicklung und zumindest eine Sekundärwicklung aufweist, wobei die zumindest eine Primärwicklung mittels des ersten Stromabnehmers (PANI) mit einem streckenseitigen Wechselspannungs-Versorgungsnetz verbindbar ist, und
- erste Anschlüsse des zweiten Gleichrichters (GR2) mit Anschlüssen einer Sekundärwicklung des Netztransformators
(TF) elektrisch verbunden sind, der zweite Gleichrichter (GR2) ausgestaltet ist, eine von der Sekundärwicklung bereitgestellte und an den ersten Anschlüssen anliegende Einphasen-Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln und diese an zweiten Anschlüssen bereitzustellen, und die zweiten Anschlüssen mit dem zweiten Gleichspannungszwischenkreis (ZK2) elektrisch verbunden sind, und/ oder das Antriebssystem (AS) einen zweiten Stromabnehmer (PAN2) und insbesondere einen ersten Gleichspannungswandler (GSW1) umfasst, wobei
- der zweite Stromabnehmer (PAN2) mit einem Gleichspannungs- Versorgungsnetz verbindbar ist, und
- erste Anschlüsse des ersten Gleichspannungswandlers (GSW1) mit dem zweiten Stromabnehmer (PAN2) und zweite Anschlüsse des ersten Gleichspannungswandlers (GSW1) mit dem zweiten Gleichspannungszwischenkreis (ZK2) elektrisch verbunden sind.
7. Antriebssystem (AS) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (AS) zumindest einen gesteuerten zweiten Wechselrichter (WR2) und zumindest einen zweiten Antriebsmotor (AM2) umfasst, wobei
- erste Anschlüsse des zweiten Wechselrichters (WR2) mit dem zweiten Gleichspannungszwischenkreis (ZK2) elektrisch verbunden sind, der zweite Wechselrichter (WR2) ausgestaltet ist, die Gleichspannung des zweiten Gleichspannungszwischenkreises (ZK2) in eine Wechselspannung variabler Höhe und Frequenz zu wandeln und an zweiten Anschlüssen bereitzustellen, und die zweiten Anschlüsse des zweiten Wechselrichters (WR2) mit Anschlüssen des zumindest einen zweiten Antriebsmotors (AM2) elektrisch verbunden sind, und - der zumindest eine zweite Antriebsmotor (AM2) mittels der Wechselspannung des zweiten Wechselrichters (WR2) betreibbar ist .
8. Antriebssystem (AS) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (AS) zumindest einen elektrischen Energiespeicher (ES) und insbesondere einen zweiten Gleichspannungswandler (GSW2) umfasst, wobei
- Anschlüsse des Energiespeichers (ES) mit ersten Anschlüssen des zweiten Gleichspannungswandlers (GSW2) und zweite Anschlüsse des zweiten Gleichspannungswandlers (GSW2) mit dem ersten (ZK1) oder mit dem zweiten Gleichspannungszwischenkreis (ZK2) elektrisch verbunden sind, oder
- die Anschlüsse des Energiespeichers (ES) direkt mit dem ersten (ZK1) oder mit dem zweiten Gleichspannungszwischenkreis (ZK2) elektrisch verbunden sind.
9. Schienenfahrzeug (SF) , dadurch gekennzeichnet, dass, es zumindest einen Wagen (WG1) und zumindest ein Antriebssystem (AS) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
10. Schienenfahrzeug (SF) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Wagen (WG1) des Schienenfahrzeugs (SF) die Brennkraftmaschine (BKM) , der Generator (GEN) , der erste Gleichrichter (GR1) , der erste Gleichspannungszwischenkreis (ZK1) , der zumindest eine erste Wechselrichter (WRI) , der zumindest eine erste Antriebsmotor (AMI) sowie die Steuereinrichtung (ST) angeordnet sind, und in einem zweiten Wagen (WG2) des Schienenfahrzeugs (SF) der zweite Gleichspannungszwischenkreis (ZK2) und
- der erste Stromabnehmer (PANI) , der Netztransformator (TF) und der zumindest eine zweite Gleichrichter (GR2) , und/oder
- der zweite Stromabnehmer (PAN2) und insbesondere der erste Gleichspannungswandler (GSW1) angeordnet sind. 11. Schienenfahrzeug (SF) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Wagen (WG2) der zumindest eine zweite Wechselrichter (WR2) und der zumindest eine zweite Antriebsmotor (AM2) angeordnet sind.
12. Schienenfahrzeug (SF) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Wagen (WG1) oder in dem zweiten Wagen (WG2) der zumindest eine elektrische Energiespeicher (ES) und insbesondere der zweite Gleichspannungswandler (GSW2) angeordnet sind.
13. Schienenfahrzeug (SF) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wagen (WG1) als eine Lokomotive und der zweite Wagen (WG2) als ein Wagen für eine Fahrgastbeförderung und/oder einen Gepäcktransport ausgestaltet sind.
14. Verwendung eines Antriebssystems (AS) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Schienenfahrzeug (SF) .
15. Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine (BKM) eines Antriebssystems (AS) eines Schienenfahrzeugs (SF) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zumindest mit den Schritten:
- Schließen der dritten Verbindung (EV3) zwischen dem ersten Wechselrichter (WRI) und dem Generator (GEN) ,
- Bereitstellen einer Wechselspannung an den Anschlüssen des Generators (GEN) mittels des ersten Wechselrichters (WRI) , und
- Starten der Brennkraftmaschine (BKM) in einem Motorbetrieb des Generators (GEN) .
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