PL207128B1 - Pociąg pasażerski, zwłaszcza pociąg dwupoziomowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest pociąg pasażerski, zwłaszcza pociąg dwupoziomowy.

Znane są takie pociągi pasażerskie, zwłaszcza posiadające pierwszy wagon służący do przewozu pasażerów oraz posiadające co najmniej jedno urządzenie do zasilania urządzenia trakcyjnego, i drugi wagon do przewozu pasażerów, w których główne podzespoły urządzenia zasilającego, np. transformatory, przekształtniki mocy itp., są rozmieszczone w różnych miejscach pociągu, zwłaszcza w róż nych miejscach pierwszego wagonu, który jest często nazywany wagonem motorowym. Przykł adowo, znany jest spalinowy silnik trakcyjny pociągu dwupoziomowego serii BR 445 pochodzący z Deutsche Bahn AG, w którym przestrzeń maszynowa za kabiną maszynisty jest zaję ta przez przekształtniki mocy i pomocnicze przekształtniki operacyjne, natomiast transformator jest umieszczony w tylnym końcu wagonu motorowego.

W znanych pociągach pasażerskich występuje taki problem, że instalacje częściowo rozmieszczone w przestrzeni pasażerskiej są ograniczone do zdolności transportowej pociągu. Takie instalacje hamują swobodę przemieszczania się pasażerów w pojeździe. Ostatecznie, takie instalacje nie pozwalają na zaglądnięcie do sąsiednich wagonów, a także niekorzystnie wpływają na widoczność w pocią gu i w rezultacie takż e na subiektywne odczucie bezpieczeń stwa pasaż erów. Ponadto, ogranicza to swobodę doboru rozmieszczenia drzwi, co dotyczy także wysokości wejść.

Celem wynalazku jest zapewnienie pociągu pasażerskiego typu wspomnianego na wstępie, który nie posiada wymienionych powyżej wad lub ma tylko niektóre z nich w relatywnie małym stopniu, a zwłaszcza zapewnia poprawę swobody przemieszczania się pasażerów w pojeździe, zwiększając równocześnie zdolność transportową pociągu.

Pociąg pasażerski, zwłaszcza pociąg dwupoziomowy, według wynalazku, zawierający pierwszy wagon ukształtowany jako wagon końcowy i wyposażony w kabinę maszynisty, co najmniej jedno urządzenie zasilające i przestrzeń maszynową umieszczoną w obszarze kabiny maszynisty i drugi wagon, przy czym urządzenie zasilające zawiera główne podzespoły zajmujące dużą przestrzeń montażową i/lub mające dużą masę oraz pomocnicze elementy składowe o mniejszej masie, charakteryzuje się tym, że główne podzespoły urządzenia zasilającego są umieszczone w przestrzeni maszynowej tak, że środek ciężkości pierwszego wagonu jest usytuowany poniżej środka toczenia pierwszego wagonu.

Korzystnie, główne podzespoły mogą zawierać co najmniej jeden transformator, a pomocnicze elementy składowe mogą być umieszczone ponad transformatorami urządzenia zasilającego.

Korzystnie, przy napędzie przemiennoprądowym lub napędzie wielosystemowym część głównych podzespołów urządzenia zasilającego może stanowić co najmniej jeden transformator napięcia linii napowietrznej odbieraka prądu umieszczony w przestrzeni maszynowej, natomiast przy napędzie stałoprądowym część głównych podzespołów stanowi urządzenie induktorowe filtra transformatora i/lub rezystor hamowania umieszczone w przestrzeni maszynowej, zaś przy napędzie silnikiem wysokoprężnym i napędzie elektrycznym część głównych podzespołów stanowi co najmniej jeden zespół silnika wysokoprężnego, zwłaszcza zawierający urządzenia pomocnicze, umieszczony w przestrzeni maszynowej.

Korzystnie, przy napędzie przemiennoprądowym lub napędzie wielosystemowym, urządzenie zasilające może zawierać zespół zasilający do zasilania energią elektryczną z linii napowietrznej co najmniej jednego obwodu pośredniego, zwłaszcza czterokwadrantowego elementu napędowego, który jest umieszczony ponad transformatorem.

Korzystnie, pociąg może zawierać napęd wielosystemowy i urządzenia trakcyjne, przy czym transformator do przekształcania napięcia z urządzenia odbierakowego zawiera uzwojenie wtórne i jest umieszczony w przestrzeni maszynowej, a urządzenie odbierakowe prądu jest połączone z obwodem pośrednim do przekazywania mocy z urządzenia odbierakowego prądu do urządzeń trakcyjnych, przy czym przy zasilaniu stałoprądowym obwód pośredni jest połączony poprzez uzwojenie wtórne transformatora z urządzeniami trakcyjnymi.

Korzystnie, maksymalna szerokość całkowitej przestrzeni maszynowej dostępnej w pierwszym wagonie może być równa szerokości pierwszego wagonu pomniejszonej o szerokość drogi ewakuacyjnej maszynisty pojazdu.

Korzystnie, pociąg może zawierać urządzenie trakcyjne posiadające przekształtnik mocy, który jest podłączony do urządzenia zasilającego, i co najmniej jeden zestaw kołowy, przy czym przePL 207 128 B1 kształtnik mocy jest umieszczony w rejonie dachowym wagonu ponad napędzanym zestawem kołowym.

Korzystnie, pociąg może zawierać kilka urządzeń trakcyjnych, z których każde posiada przekształtnik mocy przyłączony do urządzenia zasilającego i co najmniej jeden powiązany, napędzany zestaw kołowy, przy czym przekształtnik mocy jest umieszczony w rejonie dachowym wagonu ponad powiązanym zestawem kołowym do zasilania wyłącznie środków napędu powiązanego zestawu kołowego.

Korzystnie, do urządzenia zasilającego może być przyłączone co najmniej jedno pierwsze urządzenie odbierakowe prądu do pobierania prądu elektrycznego z linii napowietrznej i co najmniej jeden zespół zasilający do przekazywania mocy elektrycznej do co najmniej jednego obwodu pośredniego, przy czym pierwsze urządzenie odbierakowe prądu jest umieszczone w drugim wagonie, a zespół zasilają cy jest umieszczony w pierwszym wagonie.

Korzystnie, pierwsze urządzenie odbierakowe prądu może być umieszczone w rejonie pierwszego końca drugiego wagonu, a urządzenie trakcyjne jest umieszczone w rejonie drugiego końca drugiego wagonu.

Korzystnie, do drugiego wagonu może być dołączony trzeci wagon, który zawiera drugie urządzenie odbierakowe prądu w rejonie jednego końca i/lub posiada urządzenie trakcyjne w swym drugim końcu.

Korzystnie, jedno z urządzeń odbierakowych prądu może być dostosowane do pełnego obciążenia i maksymalnej szybkości, natomiast drugie, wyposażone jedynie w awaryjne właściwości biegowe urządzeń odbierakowych prądu, jest umieszczone w sąsiednich końcach wagonu drugiego i trzeciego.

Korzystnie, pociąg może zawierać kilka drugich wagonów i/lub trzecich wagonów.

Korzystnie, przekształtnik mocy może posiadać urządzenie chłodzące, przy czym urządzenie chłodzące zawiera co najmniej jeden wentylator do wytwarzania dodatkowego strumienia powietrza chłodzącego dla silników urządzenia trakcyjnego, a zwłaszcza do wytwarzania dodatkowego strumienia powietrza chłodzącego dla urządzeń pomocniczych, takich jak układy klimatyzacji.

Korzystnie, urządzenie chłodzące może być umieszczone w rejonie dachowym wagonu.

Obecny wynalazek jest oparty na technicznym ustaleniu, że zdolność transportowa wzrasta, a swoboda przemieszczania się pasażerów w pojeździe ulega równocześnie poprawie, jeśli w końcu pierwszego wagonu wykonana jest kabina maszynisty, a dla zmniejszenia wielkości instalacji w przestrzeni pasażerskiej występuje przestrzeń maszynowa w regionie kabiny maszynisty, gdzie znajdują się zasadniczo wszystkie główne podzespoły urządzenia zasilającego o znacznych gabarytach i znacznej masie. Skupienie wszystkich głównych podzespołów urządzenia zasilającego, posiadających znaczne gabaryty lub masę w przestrzeni maszynowej za kabiną maszynisty korzystnie umożliwia eliminację dalszych instalacji w przestrzeni pasażerskiej, które hamują swobodę przemieszczania się pasażerów w pojeździe. Umożliwia to wytworzenie przestrzeni pasażerskiej, która może być wykorzystana zasadniczo nieprzerwanie dla pasażerów od przestrzeni maszynowej aż do końca pociągu bez relatywnie dużych ograniczeń. Zapewnia to nieprzerwaną swobodę przemieszczania się pasażerów, a także przede wszystkim wzrost zdolności transportowej pojazdu. Dodatkowo, nieprzerwana przestrzeń pasażerska, w której obecnie nie występują żadne trudno dostępne regiony jest lepiej widoczna, czego istotnym wynikiem będzie poprawa subiektywnego odczucia bezpieczeństwa pasażerów. Ostatecznie, nieprzerwana przestrzeń pasażerska stwarza znacznie większy zakres możliwości konfiguracyjnych dla urządzeń pasażerskich, np. rzędów siedzeń itp. Dostarczenie nieprzerwanej przestrzeni pasażerskiej umożliwia także umieszczenie drzwi w każdym pożądanym położeniu, przez co można dostosować wejścia do wszystkich wysokości platform.

Przy odpowiednio zoptymalizowanej konfiguracji główne podzespoły można umieścić w taki sposób, aby przestrzeń maszynowa zajmowała jak najmniej miejsca, przy czym dostępna jest również większa powierzchnia dla przewozu pasażerów w pierwszym wagonie. Nowe podzespoły dające oszczędność przestrzeni, jak np. transformatory nadprzewodzące lub wysokonapięciowe bezpośrednie przekształtniki, umożliwiają dalsze zmniejszenie przestrzeni maszynowej. Główne podzespoły można umieścić w przestrzeni maszynowej zasadniczo w dowolny żądany sposób, niezależnie od wymogów funkcjonalnych. Jednakże ustalono granice wynikające z rozkładu masy w pojeździe, ponieważ porównywalnie niskie położenie środka ciężkości pierwszego wagonu jest korzystne dla właściwości jezdnych. Środek ciężkości w kierunku podłużnym pojazdu nie powinien jednakże leżeć poza

PL 207 128 B1 dopuszczalnymi granicami. Wynalazek umożliwia korzystne spełnienie w łatwy sposób obu tych wymagań.

W celu dostosowania do pierwszego wymagania niskiego poł o ż enia ś rodka ciężkoś ci, w korzystnych wariantach dla głównych podzespołów stosuje się takie rozmieszczenie, aby środek ciężkości znajdował się poniżej środka toczenia pierwszego wagonu, co zapewnia stabilne działanie napędzające.

Wynalazek można zastosować do niezależnych lub częściowo niezależnych pociągów pasażerskich, niezależnie od dobranego układu napędu lub systemu zasilania napędu. Główne podzespoły urządzenia zasilającego są tu oczywiście określone przez system zasilania napędu lub dobrany sposób doprowadzenia mocy.

W korzystnych wariantach rodzaju działania wynalazku z przekształtnikiem mocy lub dla wielosystemowego rodzaju działania z co najmniej jednym napięciem przemiennym, w przestrzeni maszynowej jest umieszczone co najmniej jedno urządzenie transformatorowe napięcia linii napowietrznej odbieraka prądu, jako części głównych podzespołów.

Przy napędzie stałoprądowym, w przestrzeni maszynowej jest umieszczone korzystnie co najmniej jedno urządzenie induktorowe filtra systemu mocy lub alternatywnie rezystor hamowania. Rezystor hamowania będzie wymagał odpowiedniego chłodzenia.

Ostatecznie, przy napędzie silnikiem wysokoprężnym i silnikiem elektrycznym, zawierającym urządzenia pomocnicze, jeśli potrzebny jest rezystor hamowania, korzystnie znajdą się one w przestrzeni maszynowej. Ponadto, w przestrzeni maszynowej należy umieścić zbiornik paliwa, jako część głównych podzespołów.

Oczywiście rozumie się samo przez się, że wynalazek można zastosować w takim samym stopniu i z tymi samymi korzyściami do innych systemów zasilania, np. zasilania z wykorzystaniem ogniw paliwowych, itp.

Uzyskano szczególnie korzystne wykorzystanie przestrzeni i rozkładu masy dla wariantów pociągu pasażerskiego według wynalazku, gdzie pomocnicze elementy urządzenia zasilającego, które mogą mieć znaczne gabaryty lecz mniejszą masę, umieszcza się ponad głównymi podzespołami. Takimi pomocniczymi elementami składowymi mogą być np. zbiorniki sprężarki, urządzenia ochronne i pomiarowe oraz rury, przewody zasilające itp. Dalszą optymalizację wykorzystania przestrzeni i rozkładu masy można uzyskać wieloma sposobami. Przykładowo, dla przemiennoprądowego lub wielosystemowego zasilania generalnie występuje urządzenie zasilające doprowadzające energię elektryczną z linii napowietrznej odbieraka prądu do co najmniej jednego pośredniego obwodu, który korzystnie jest umieszczony ponad urządzeniem transformatorowym, dla możliwie najkorzystniejszego wykorzystania przestrzeni i rozkładu masy.

Takim urządzeniem zasilającym może być przykładowo czterokwadrantowy element napędowy, a zwłaszcza tradycyjny czterokwadrantowy element napędowy. Tego rodzaju urządzenie zasilające przekształca prąd przemienny w prąd stały, którego napięcie, generalnie wcześniej dostosowane przez transformator, doprowadzane jest od linii napowietrznej odbieraka prądu. Następnie napięcie podaje się do obwodu pośredniego z przejściem poprzez urządzenia trakcyjne. Obwód pośredni można skonfigurować w każdy żądany sposób. Może to być przykładowo rozdzielczy obwód pośredni lub szynoprzewód, bądź też szyna zbiorcza, poprzez które energia przechodzi do poszczególnych urządzeń trakcyjnych, jakie są rozmieszczone wzdłuż pociągu, a także do urządzeń zasilania systemu pokładowego. Prąd stały jest następnie przekształcany do odnośnych prądów roboczych silników, na indywidualnych podstawach w każdym urządzeniu trakcyjnym. Korzystnie, dla takiej szyny zbiorczej lub takiego obwodu pośredniego dostarcza się napięcia prądu stałego 1500 V, 3kV (korzystnie z tolerancją według EN 50163) oraz napięcia prądu stałego 1800 V (+/-5%). Napięcia można doprowadzać bezpośrednio z linii napowietrznej odbieraka prądu lub też poprzez wspomniane powyżej zasilacze mocy dla układów zasilania napięciem przemiennym.

W korzystnych wariantach wielosystemowego działania przewidziano doprowadzenie mocy do urządzeń trakcyjnych z szyny zbiorczej, która w przypadku pracy ze stałoprądowymi systemami mocy jest zasilana bezpośrednio z linii napowietrznej odbieraka prądu poprzez urządzenie induktorowe filtra systemu mocy lub wtórne uzwojenie transformatora, który jest odpowiednio użyty jako taki, bądź przy pracy z przemiennoprądowymi systemami zasilanymi przez odpowiadające urządzenia zasilające, w wyniku czego szyna zbiorcza tworzy poś redni obwód, zależ nie od sytuacji.

Optymalizację przestrzeni i masy można oczywiście uzyskać również w inny sposób. Możliwe jest zatem np. skomasowanie poszczególnych elementów w drodze integracji, albo przypisanie różPL 207 128 B1 nych funkcji jednemu elementowi w różnych stanach roboczych. Tak więc w jednym korzystnym wariancie pociągu pasażerskiego według wynalazku, dla wielosystemowego działania zastosowano urządzenie zasilające, w którym wtórne uzwojenie transformatora pracuje jako urządzenie induktorowe filtra w trybie stałoprądowym, w rezultacie czego nie ma potrzeby stosowania takiego oddzielnego urządzenia induktorowego filtra.

Szczególnie korzystny sposób wykorzystania przestrzeni i tym samym możliwie największej zdolności transportowej uzyskano w korzystnych wariantach pociągu pasażerskiego według wynalazku, w których maksymalna dostępna szerokość w pierwszym wagonie jest zasadniczo całkowicie wykorzystana dla przestrzeni maszynowej. W tym przypadku korzystnie wykorzystano szerokość wagonu pomniejszoną o ewentualną drogę ewakuacyjną, potrzebną dla maszynisty pojazdu.

Szczególnie obszernie skonfigurowaną przestrzeń pasażerską, która jest bardziej lub mniej nieprzerwana, uzyskano w korzystnych udoskonaleniach pociągu pasażerskiego, w którym zgodnie z wynalazkiem prąd jest przekształcany w prąd roboczy silnika napędowego w sąsiedztwie silnika napędowego. W korzystnych wariantach urządzenia trakcyjnego, które obejmuje przekształtnik mocy dołączony do urządzenia zasilającego i co najmniej jeden zestaw kołowy, przekształtnik mocy umieszczono w rejonie dachowym wagonu ponad napędzanym zestawem kołowym. W rezultacie przestrzeń pasażerska jest tylko minimalnie ograniczona przez takie lub podobne instalacje.

W korzystnych wariantach wynalazku z licznymi urządzeniami trakcyjnymi, które są rozłożone wzdłuż pociągu, prąd jest przekształcany w prądy robocze dla poszczególnych silników napędowych w korzystnie zdecentralizowany sposób, tj. w każdym przypadku w sąsiedztwie odnośnego silnika. Z tego powodu w pociągu występują liczne urządzenia trakcyjne, w każdym z nich zastosowano przekształtnik mocy dołączony do urządzenia zasilającego oraz co najmniej jeden przydzielony zestaw kołowy, przekształtniki mocy są umieszczone w rejonie dachowym wagonu ponad zestawem kołowym i zasilają wyłącznie ś rodki napędu dla przydzielonego zestawu koł owego. Alternatywnie, odpowiadają cy przekształtnik mocy może być także umieszczony w bezpośredniej bliskości odnośnego silnika.

Choć urządzenia trakcyjne są korzystnie umieszczone w końcowych wagonach pociągu, możliwy jest dobór rozmieszczenia napędzanych zestawów kołowych głównie w taki sposób, aby zoptymalizować ciężary zestawów kołowych. Jednakże, aby zmniejszyć połączenia wagonowe do linii zasilania dla urządzeń trakcyjnych, pojedyncze lub wielokrotne urządzenia trakcyjne można również umieścić w środkowych wagonach, według potrzeby.

Jeśli zasilanie pociągu odbywa się całkowicie lub co najmniej częściowo za pomocą linii napowietrznej odbieraka prądu, w korzystnych wariantach pociągu pasażerskiego według wynalazku co najmniej pierwsze urządzenie odbierakowe prądu, które jest dołączone do urządzenia zasilającego, służy do pobierania prądu elektrycznego z linii napowietrznej odbieraka prądu, i co najmniej jedno urządzenie zasilające, które jest do niego podłączone, służy do przekazywania mocy elektrycznej do obwodu pośredniego, drugi wagon zawiera pierwsze urządzenie odbierakowe prądu, a urządzenie zasilające jest umieszczone w pierwszym wagonie. Poprzez rozmieszczenie urządzenia zasilającego i urzą dzenia odbierakowego prą du w pierwszym i drugim wagonie przestrzeń pasaż erska jest zakł ócona tylko w małym stopniu przez odnośne instalacje w obu wagonach. Ponadto, pierwszy wagon jest pozbawiony podzespołów umieszczonych w drugim wagonie.

Dla uzyskania przestrzeni pasażerskiej, która jest możliwie minimalnie naruszana przez instalacje, w dalszych korzystnych udoskonaleniach pociągu pasażerskiego według wynalazku pierwsze urządzenie odbierakowe prądu jest umieszczone w rejonie pierwszego końca drugiego wagonu, natomiast urządzenie trakcyjne jest zastosowane w rejonie drugiego końca drugiego wagonu. Takie rozdzielenie pozwala na szczególnie korzystny rozkład instalacji w drugim wagonie, w połączeniu z moż liwie najmniejszymi ograniczeniami przestrzeni pasaż erskiej. Zastosowanie w pocią gu pasażerskim według wynalazku trzeciego wagonu, który posiada drugie urządzenie odbierakowe prądu w rejonie jednego końca, i dodatkowo lub alternatywnie zawiera urządzenie trakcyjne w rejonie drugiego końca, zapewnia uzyskanie podobnie korzystnego rozmieszczenia instalacji.

Korzystnie, według wynalazku uzyskano dalszą funkcjonalną integrację, i tym samym zaoszczędzenie przestrzeni, poprzez dodatkowe przeznaczenie urządzenia wentylacyjnego do wytwarzania strumienia powietrza chłodzącego dla urządzeń pomocniczych, jak np. układy klimatyzacji itp. Jako urządzenie wentylacyjne korzystnie zastosowano wentylator układu klimatyzacji z układu chłodzenia. Dla możliwie minimalnego naruszenia przestrzeni pasażerskiej w rejonie dachowym wagonu są również korzystnie umieszczone urządzenia chłodzące, co generalnie dotyczy w każdym przypadku wentylatora chłodzenia w układzie klimatyzacji.

PL 207 128 B1

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na fig. 1A do 1C przedstawiają korzystny przykład wykonania pierwszego wagonu pociągu pasażerskiego według wynalazku, schematycznie w przekrojach, fig. 2 - następny korzystny przykład wykonania pierwszego wagonu pociągu pasażerskiego według wynalazku, schematycznie fragment w przekroju, fig. 3A do 3C - drugi wagon pociągu pasażerskiego według fig. 1A do 1C, schematycznie w przekroju, fig. 4 następny korzystny przykład wykonania drugiego wagonu pociągu pasażerskiego według wynalazku, schematycznie fragment w przekroju, fig. 5A do 5C - drugi wagon pociągu pasażerskiego według fig. 1A do 1C, schematycznie w przekroju.

Na fig. 1A do 1C schematycznie pokazano przekroje pierwszego wagonu 1 - poniżej nazwanego wagonem motorowym - dla korzystnego przykładu wykonania dwupoziomowego pociągu według tego wynalazku. Na fig. 1A pokazano podłużny przekrój pierwszego wagonu, natomiast na fig. 1B i 1C pokazano poziome przekroje na górnym poziomie 1.1 i dolnym poziomie 1.2 pierwszego wagonu. Na fig. 3A do 3C pokazano schematyczne przekroje drugiego wagonu 2 - poniżej nazwanego także środkowym wagonem - dwupoziomowego pociągu według fig. 1A do 1C. Na fig. 3A pokazano podłużny przekrój drugiego wagonu 2, natomiast na fig. 3B i 3C pokazano poziome przekroje na górnym poziomie 2.1 i dolnym poziomie 2.2 drugiego wagonu 2.

Na fig. 5A do 5C ostatecznie pokazano schematycznie w przekroju trzeci wagon 3 - poniżej nazwany także wagonem sterowniczym - pociągu dwupoziomowego według fig. 1A do 1C. Na fig. 5A przedstawiono trzeci wagon 3 w przekroju podłużnym, natomiast na fig. 5B i 5C pokazano poziome przekroje na górnym poziomie 3.1 i dolnym poziomie 3.2 trzeciego wagonu 3.

Jak wynika z fig. 1A do 1C, a zwłaszcza fig. 1A, wagon motorowy 1 jest wykonany jako wagon końcowy z kabiną maszynisty 4. Bezpośrednio za kabiną maszynisty 4 jest umieszczona przestrzeń maszynowa 5, w której są umieszczone wszystkie główne podzespoły urządzenia zasilającego 6 pociągu, tj. podzespoły o dużych gabarytach i znacznej masie.

Zasilanie pociągu wyposażonego w przemiennoprądowy układ napięciowy lub w układ mieszany z co najmniej jednym przemiennym napięciem odbywa się za pomocą linii napowietrznej odbieraka prądu (nie pokazanej na fig. 1A). Prąd pobierany z linii napowietrznej odbieraka prądu przechodzi tu poprzez linię zasilania 7 do transformatora 6.1, który jest otoczony przez tzw. kadź transformatora, i przekształca napięcie linii napowietrznej odbieraka prądu w napięcie robocze potrzebne do dalszego przetwarzania.

Kadź transformatora z transformatorem 6.1 są głównymi podzespołami urządzenia zasilającego 6, które ma największe gabaryty i masę. Wspomniana kadź jest dostosowana i umieszczona w taki sposób, aby jej środek ciężkości znajdował się poniżej środka toczenia pierwszego wagonu 1 motorowego. Dzięki takiemu położeniu środka ciężkości uzyskano odpowiednie działanie napędzające.

Pomocnicze elementy składowe urządzenia zasilającego 6, które mają mniejszą masę i obejmują zwłaszcza wyposażenie transformatora 6.2, tj. między innymi urządzenia przełączające i zabezpieczające, itp. związane z transformatorem 6.1, są umieszczone ponad transformatorem 6.2 w przestrzeni maszynowej 5. Ponadto, urządzenie zasilające w postaci czterokwadrantowego elementu napędowego, które przetwarza prąd oscylacyjny przekształcany przez transformator 6.1 i podaje go jako prąd stały do obwodu pośredniego w postaci obwodu pośredniego 9, jest umieszczone w przestrzeni maszynowej 5 ponad transformatorem 6.1. W obecnym przykładzie obwód pośredni 9, dostosowany do UIC, doprowadza napięcie 1500 V prądu stałego i 3 kV prądu stałego (tolerancje zgodnie z EN 50163), które w przypadku mieszanego działania jest podawane bezpośrednio z linii napowietrznej odbieraka prądu z zastosowaniem wtórnego uzwojenia transformatora jako urządzenia induktorowego filtra systemu mocy, a także jako 1800 V prądu stałego (+/- 5%) z wyjścia czterokwadrantowego elementu napędowego.

Poprzez koncentrację głównych podzespołów o znacznych gabarytach przestrzeni instalacyjnej i masie, a także pomocniczych elementów urządzenia zasilającego 6 o mniejszej masie, w przestrzeniach maszynowych 5 umieszczonych bezpośrednio za kabiną maszynisty 4 możliwe jest uzyskanie przestrzeni pasażerskiej 10, która jest zasadniczo nieprzerwana, i która jest możliwie minimalnie naruszona przez instalacje związane z urządzeniem zasilającym. W rezultacie uzyskano, po pierwsze, zwiększenie zdolności transportowej pojazdu, a po drugie nie występują przeszkody, zwłaszcza w rejonie połączenia z sąsiednim środkowym wagonem, (nie pokazano na fig. 1A) w wyniku takich instalacji, przez co uzyskano swobodę przemieszczania się pasażerów w tym rejonie.

Z obwodu pośredniego 9 są zasilane m.in. urządzenia trakcyjne 11 pociągu, w każdym przypadku zawierające przekształtnik mocy podłączony do obwodu pośredniego 9, w postaci impulsowo

PL 207 128 B1 sterowanego przekształtnika mocy 11.1 i napędzany zestaw kołowy 11.2, który jest dołączony do impulsowo sterowanego przekształtnika mocy 11.1. Impulsowo sterowany przekształtnik mocy 11.1, podobny pod względem konstrukcji do czterokwadrantowego elementu napędowego, przekształca stałe napięcie z obwodu pośredniego 9 na odpowiadające prądy silników napędzanych zestawów kołowych napędzanego zestawu kołowego 11.2. Aby przestrzeń pasażerska była zakłócona możliwie w najmniejszym stopniu, impulsowo sterowany przekształtnik mocy 11.1 jest umieszczony w rejonie dachowym wagonu, bezpośrednio ponad napędzanym zestawem kołowym 11.2.

W rejonie dachowym odnośnego wagonu są umieszczone także urządzenia pomocnicze pociągu, np. układy klimatyzacji 12, aby przestrzeń pasażerska była zakłócona możliwie w najmniejszym stopniu przez te instalacje.

Układ, według wynalazku, podzespołów urządzenia zasilającego 6, urządzeń trakcyjnych 11 i dalszych urządzeń pomocniczych pociągu pozwala na to, aby przestrzeń pasażerska była zakłócona możliwie w najmniejszym stopniu, a także, dzięki zróżnicowaniu przestrzeni pasażerskiej 10, która jest zasadniczo wolna od instalacji, równocześnie umożliwia wdrożenie koncepcji dla wejścia górnego poziomu 13 i dla wejścia dolnego poziomu 14. W rezultacie pociąg według wynalazku może być wykorzystany w sposób szczególnie uniwersalny.

Na podstawie fig. 1C jest oczywiste, że cała szerokość wagonu minus droga ewakuacyjna 15 maszynisty pojazdu jest przewidziana dla przestrzeni maszynowej 5, w celu uzyskania przestrzeni maszynowej 5, która jest możliwie jak najkrótsza (rozstęp) w podłużnym kierunku pojazdu, i tym samym możliwie jest uzyskanie jak najdłuższej przestrzeni pasażerskiej 10. Rozumie się samo przez się, że w innych wariantach wynalazku z kabiną maszynisty z wyjściem zapasowym, można również pominąć drogę ewakuacyjną, w wyniku czego można także uzyskać krótszą przestrzeń maszynową.

Przykład wykonania według fig. 1A do 1C jest, jak wspomniano, przemiennoprądowym układem napędowym, tj. pracuje przy zasilaniu prądem przemiennym. Jednakże rozumie się samo przez się, że wagon według tych rysunków może być zastosowany, po małych modyfikacjach, do wielosystemowego układu napędowego. Zwłaszcza, poprzez funkcjonalne zintegrowanie poszczególnych podzespołów można uzyskać korzystne zaoszczędzenie przestrzeni instalacyjnej. Mianowicie, jedno z wtórnych uzwojeń transformatora może służyć jako urządzenie induktorowe filtra systemu mocy dla pracy przy zasilaniu stałoprądowym.

Na fig. 2 pokazano w przekroju fragment pierwszego wagonu 1' następnego wariantu pociągu pasażerskiego według wynalazku, w którym jest zastosowany stałoprądowy układ napędowy, tj. układ napędowy do pracy systemie prądu stałego. Podstawowa konfiguracja pierwszego wagonu 1' odpowiada tu konfiguracji pierwszego wagonu 1 według fig. 1A, przez co będą opisane jedynie różnice.

Różnica polega na tym, że głównym podzespołem urządzenia zasilającego θ' umieszczonego w przestrzeni maszynowej 5] jest dławik filtra transformatora 6.1', poprzez który podawane jest napięcie stałoprądowe do linii zasilania impulsowo sterowanych przekształtników mocy. Ponadto, w przestrzeni maszynowej 5 umieszczony jest rezystor hamowania 16, zawierający potrzebne urządzenia chłodzące.

Jak wynika z fig. 3A do 3C, a zwłaszcza fig. 3A, środkowy wagon posiada w rejonie swego pierwszego końca 2.3, zwróconego do wagonu motorowego 1, pierwsze urządzenie odbierakowe prądu 17, poprzez które pobierany jest prąd linii napowietrznej odbieraka 18 prądu. Pierwsze urządzenie odbierakowe prądu 17 zawiera odbierak prądu 17.1 oraz związane urządzenie przełączające i zabezpieczające 17.2, które są połączone do transformatora 6.1 wagonu motorowego 1 poprzez linię zasilania 7. Pierwsze urządzenie odbierakowe prądu 17 jest również umieszczone w drugim końcu 2.4 drugiego wagonu 2. Urządzenia odbierakowe prądu są tu umieszczone w odpowiednio ukształtowanych korytach układów klimatyzacji. Ilość urządzeń odbierakowych prądu całego pociągu jest określona zgodnie z konfiguracją pociągu oraz wymogami nadmiarowości.

Zarówno urządzenia przełączające i zabezpieczające 17.2 oraz dalsze urządzenia pomocnicze pociągu, które są zasilane poprzez obwód pośredni 9, jak np. układy klimatyzacji 12, są z kolei umieszczone w rejonie dachowym wagonu 2 dla zapewnienia, aby nieprzerwana przestrzeń pasażerska 10 była zakłócana możliwie w najmniejszym stopniu przez takie instalacje.

W przykładzie według fig. 3A do 3C urządzenia odbierakowe prądu 17 są umieszczone w dwóch końcach drugiego wagonu 2. Jednakże rozumie się samo przez się, że w razie konieczności, zamiast urządzenia odbierakowego prądu możliwe jest także umieszczenie urządzenia trakcyjnego 11 w jednym końcu środkowego wagonu, jak to opisano powyżej w odniesieniu do fig. 1A do 1C. Na fig. 4 pokazano fragment w przekroju wariantu drugiego wagonu 2', który posiada w pierwszym końcu 2.3'

PL 207 128 B1 urządzenie trakcyjne 11 z impulsowo sterowanym przekształtnikiem mocy 11.1 oraz napędzany zestaw kołowy 11.2, jak opisano powyżej w odniesieniu do fig. 1A do 1C.

Poza tym drugi wagon 2 nie różni się od drugiego wagonu według fig. 3A do 3C, i dlatego podano tu jedynie powyższe ustalenia. Ostatecznie, jak wynika z fig. 5A do 5C, trzeci wagon 3 sterowniczy będący tu wagonem końcowym posiada drugie urządzenie odbierakowe 19 prądu w swym pierwszym końcu 3.3 zwróconym do środkowego wagonu 2. Urządzenie odbierakowe 19 prądu z odbierakiem prądu 19.1 oraz urządzenia przełączające i zabezpieczające 19.2 odpowiadają w swej konfiguracji opisanemu powyżej urządzeniu odbierakowemu 17 prądu.

W drugim końcu 3.4 wagonu sterowniczego 3 jest umieszczone urządzenie trakcyjne 11, które jest zasilane poprzez wcześniej opisany obwód pośredni 9. W końcu 3.4 jest umieszczona następna kabina maszynisty.

Należy po pierwsze zauważyć, że opisana powyżej konfiguracja pociągu wyłącznie z zasilaniem wysokim napięciem dla przestrzeni maszynowej oraz rozdziałem mocy do urządzeń trakcyjnych 11 i urządzeń pomocniczych z przestrzeni maszynowej, poprzez obwód pośredni 9, zmniejsza koszt okablowania i oprzewodowania, i po drugie, taka struktura szyny zbiorczej korzystnie umożliwia modularyzację trakcji wewnątrz pociągu. Ostatecznie, redukcja doczołowych połączeń i hierarchicznej struktury wewnątrz pociągu ułatwia diagnostykę, i dodatkowo daje poprawę z zakresie nadmiarowości systemu.

Zarówno urządzenia przełączające i zabezpieczające 19.2 drugiego urządzenia odbierakowego 19 prądu oraz dalsze urządzenia pomocnicze pociągu, które są zasilane poprzez obwód pośredni 9, jak np. układy klimatyzacji 12, są także umieszczone w rejonie dachowym trzeciego wagonu 3 dla zapewnienia, aby nieprzerwana przestrzeń pasażerska 10 była zakłócana możliwie w najmniejszym stopniu przez takie instalacje.

W jednym wariancie pociągu pasażerskiego według wynalazku, który jest odpowiedni zwłaszcza dla układów wielosystemowych, urządzenie odbierakowe prądu 17 jest umieszczone w sąsiednim drugim końcu 2.4 następnego środkowego wagonu, oprócz urządzenia odbierakowego prądu 19 w trzecim wagonie 3 sterowniczym. W związku z tym tylko pierwsze z urządzeń odbierakowych prądu 17 i 19 jest umieszczone w pierwszym systemie lub w pierwszej grupie systemu, np. jednego lub więcej układów przemiennonapięciowych, dla pełnego obciążenia i maksymalnej szybkości pociągu, natomiast drugie urządzenie odbierakowe prądu w tym systemie lub w pierwszej grupie systemu jest zastosowane jedynie dla awaryjnych właściwości biegowych, co umożliwia zmniejszenie nadmiarowości. Drugie z tych dwóch urządzeń odbierakowych 17 i 19 prądu jest umieszczone w drugim systemie lub w drugiej grupie systemu, np. jednego lub więcej układów przemiennoprądowych, dla pełnego obciążenia i maksymalnej szybkości pociągu, natomiast pierwsze urządzenie odbierakowe prądu w drugim systemie lub grupie drugiego systemu jest wyposażone jedynie w awaryjne właściwości biegowe.

W korzystnym przykładzie pierwszego wagonu pociągu pasażerskiego według wynalazku (nie pokazany), jako główne podzespoły urządzenia zasilającego w przestrzeni maszynowej może być umieszczony zespół silnika wysokoprężnego i związany generator. Ponadto, może być umieszczony tu zbiornik paliwa. W tym przypadku urządzenia chłodzące dla zespołu silnika wysokoprężnego i generatora oraz elementy składowe układu gazów wydechowych są umieszczone powyżej zespołu silnika wysokoprężnego, jako pomocnicze elementy składowe.

Generator zasila obwód pośredni, poprzez który są zasilane urządzenia trakcyjne 11 za pomocą impulsowo sterowanego przekształtnika mocy 11.1 oraz napędzany zestaw kołowy 11.2, jak opisano powyżej. W rejonie urządzenia trakcyjnego 11 umieszczony jest także rezystor hamowania 16 oraz dalsze urządzenia pomocnicze, np. układ klimatyzacji 12.

Zarówno impulsowo sterowany przekształtnik mocy 11.1 jak i dalsze urządzenia pomocnicze pociągu, które są zasilane poprzez obwód pośredni, jak np. układ klimatyzacji 12 i rezystor hamowania 16, są także umieszczone w rejonie dachowym pierwszego wagonu motorowego, aby przestrzeń pasażerska była zakłócona możliwie w najmniejszym stopniu przez te instalacje. Rezystor hamowania jest dobrany do mocy zainstalowanej wózka zwrotnego, w związku z czym jest odpowiednio mniejszy gabarytowo, przez co można wykorzystać przestrzeń instalacyjną zazwyczaj zajmowaną przez urządzenia wysokiego napięcia w takich elektrycznych jednostkach trakcyjnych.

W zmodyfikowanym przykładzie wykonania z fig. 1A do 1C, układ chłodzenia pierwszego wagonu 1 motorowego zawiera urządzenie chłodzące, umieszczone tu w regonie dachowym pierwszego wagonu 1 motorowego, wyposażone w urządzenie wentylacyjne w postaci wentylatora. Strumień poPL 207 128 B1 wietrza chłodzącego wytwarzany przez wentylator służy do chłodzenia impulsowo sterowanego przekształtnika mocy, do chłodzenia chłodziwa w układzie klimatyzacji, i do chłodzenia silników napędzanego zestawu kołowego.

W tym przykładzie impulsowo sterowany przekształtnik mocy 11.1 jest wyposażony w chłodzenie wodne poprzez układ chłodzenia. Powietrze chłodzące jest podawane do silników poprzez kanały w ścianach bocznych wagonu motorowego 1. Opisany powyżej układ chłodzenia jest korzystnie stosowany wtedy, gdy występuje przetwarzanie odpowiadająco dużych mocy. Jednakże rozumie się samo przez się, że w przypadku zastosowania profili o odpowiadająco mniejszych wymaganych mocach lub dla dużego obciążenia zmiennego, jak np. w lokalnym transporcie publicznym, impulsowo sterowane przekształtniki mocy mogą być także użyte w połączeniu z własnym chłodzeniem, tj. z silnikami chłodzonymi strumieniem powietrza.

Ponadto, rozumie się samo przez się, że odpowiadające układy chłodzenia można skonfigurować i rozmieścić w taki sam sposób dla urządzenia zasilającego, jak opisano powyżej dla impulsowo sterowanego przekształtnika mocy.

Poprzez zastosowanie opisanej powyżej funkcjonalnej integracji w zakresie urządzenia chłodzącego po pierwsze uzyskano znaczną oszczędność miejsca, i po drugie, umieszczenie urządzenia chłodzącego w rejonie dachowym pierwszego wagonu 1 motorowego z kolei zapewnia, że przestrzeń pasażerska jest zakłócana w możliwie najmniejszym stopniu. We wszystkich opisanych powyżej wariantach korzystnie przewidziano potrzebę takiego wykonania obudów dla wszystkich podzespołów zamontowanych w rejonie dachowym odnośnego wagonu, aby były one bezpośrednio zintegrowane w konstrukcji pudła wagonu jako jego elementy strukturalne. Ponadto, korzystnie dla wszystkich obsługiwanych połączeń i części podlegających okresowej kontroli, przewidziano udostępnienie od strony dachu przestrzeni pasażerskiej, np. w rejonach połączenia pomiędzy wagonami.

Wynalazek opisano powyżej wyłącznie w odniesieniu do przykładów pociągów dwupoziomowych. Jednakże rozumie się samo przez się, że wynalazek można równie dobrze zastosować z tymi samymi korzyściami do innych pociągów pasażerskich.

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Pociąg pasażerski, zwłaszcza pociąg dwupoziomowy, zawierający pierwszy wagon (1, 1) ukształtowany jako wagon końcowy i wyposażony w kabinę maszynisty (4, 4), co najmniej jedno urządzenie zasilające (6, 6) i przestrzeń maszynową (5, 5) umieszczoną w obszarze kabiny maszynisty (4, 4) i drugi wagon (2, 2), przy czym urządzenie zasilające (6, 6) zawiera masywne i/lub wielkogabarytowe główne podzespoły oraz pomocnicze elementy składowe (6.2) o mniejszej masie, znamienny tym, że główne podzespoły urządzenia zasilającego (6, 6) są umieszczone w przestrzeni maszynowej (5, 5) tak, że środek ciężkości pierwszego wagonu (1, 1) jest usytuowany poniżej środka toczenia pierwszego wagonu (1, 1).
2. 2. Pociąg według zastrz. 1, znamienny tym, że główne podzespoły zawierają co najmniej jeden transformator (6.1), a pomocnicze elementy składowe (6.2) są umieszczone ponad transformatorami (6.1) urządzenia zasilającego (6).
3. 3. Pociąg według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przy napędzie przemiennoprądowym lub napędzie wielosystemowym część głównych podzespołów urządzenia zasilającego (6, 6) stanowi co najmniej jeden transformator (6.1) napięcia linii napowietrznej odbieraka prądu umieszczony w przestrzeni maszynowej (5), natomiast przy napędzie stałoprądowym część głównych podzespołów stanowi urządzenie induktorowe filtra transformatora (6.1') i/lub rezystor hamowania (16) umieszczone w przestrzeni maszynowej (5), zaś przy napędzie silnikiem wysokoprężnym i napędzie elektrycznym część głównych podzespołów stanowi co najmniej jeden zespół silnika wysokoprężnego, zwłaszcza zawierający urządzenia pomocnicze, umieszczony w przestrzeni maszynowej.
4. 4. Pociąg według zastrz. 3, znamienny tym, że przy napędzie przemiennoprądowym lub napędzie wielosystemowym, urządzenie zasilające (6) zawiera zespół zasilający (8) do zasilania energią elektryczną z linii napowietrznej (18) co najmniej jednego obwodu pośredniego (9), zwłaszcza czterokwadrantowego elementu napędowego, który jest umieszczony ponad transformatorem (6.1).
5. 5. Pociąg według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera napęd wielosystemowy i urządzenia trakcyjne, (11), przy czym transformator (6.1) do przekształcania napięcia i urządzenia odbierakowego (17), zawiera uzwojenie wtórne i jest umieszczony w przestrzeni maszynowej (5), a urządzenie odbie10

   PL 207 128 B1 rakowe (17) prądu jest połączone z obwodem pośrednim (9) do przekazywania mocy z urządzenia odbierakowego (17) prądu do urządzeń trakcyjnych (11), przy czym przy zasilaniu stałoprądowym obwód pośredni (9) jest połączony poprzez uzwojenie wtórne transformatora (6.1) z urządzeniami trakcyjnymi (11).
6. 6. Pociąg według zastrz. 1, znamienny tym, że maksymalna szerokość całkowitej przestrzenie maszynowej (5, 5) dostępnej w pierwszym wagonie jest równa szerokości pierwszego wagonu (1, 1) pomniejszonej o szerokość drogi ewakuacyjnej (15) maszynisty pojazdu.
7. 7. Pociąg według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera urządzenie trakcyjne (11) posiadające przekształtnik mocy (11.1), który jest podłączony do urządzenia zasilającego (6, 6), i co najmniej jeden zestaw kołowy (11.2), przy czym przekształtnik mocy (11.1) jest umieszczony w rejonie dachowym wagonu (1, Γ, 2, 2, 3) ponad napędzanym zestawem kołowym (11.2).
8. 8. Pociąg według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera kilka urządzeń trakcyjnych (11), z których każde posiada przekształtnik mocy (11.1) przyłączony do urządzenia zasilającego (6, 6) i co najmniej jeden powiązany, napędzany zestaw kołowy (11.2), przy czym przekształtnik mocy (11.1) jest umieszczony w rejonie dachowym wagonu (1, Γ, 2, Z, 3) ponad powiązanym zestawem kołowym (11.2) do zasilania wyłącznie środków napędu powiązanego zestawu kołowego (11.2).
9. 9. Pociąg według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do urządzenia zasilającego (6) jest przyłączone co najmniej jedno pierwsze urządzenie odbierakowe (17) prądu do pobierania prądu elektrycznego z linii napowietrznej (18) i co najmniej jeden zespół zasilający (8) do przekazywania mocy elektrycznej do co najmniej jednego obwodu pośredniego (9), przy czym pierwsze urządzenie odbierakowe (17) prądu jest umieszczone w drugim wagonie (2, 2), a zespół zasilający (8) jest umieszczony w pierwszym wagonie (1, 1).
10. 10. Pociąg według zastrz. 9, znamienny tym, że pierwsze urządzenie odbierakowe (17) prądu jest umieszczone w rejonie pierwszego końca (2.3, 2.3') drugiego wagonu (2), a urządzenie trakcyjne (11) jest umieszczone w rejonie drugiego końca (2.4) drugiego wagonu.
11. 11. Pociąg według zastrz. 9, znamienny tym, że do drugiego wagonu (2, 2) jest dołączony trzeci wagon (3), który zawiera drugie urządzenie odbierakowe (19) prądu w rejonie jednego końca (3.3) i/lub posiada urządzenie trakcyjne (11) w swym drugim końcu (3.4).
12. 12. Pociąg według zastrz. 11, znamienny tym, że jedno z urządzeń odbierakowych (17, 19) prądu jest dostosowane do pełnego obciążenia i maksymalnej szybkości, natomiast drugie, wyposażone jedynie w awaryjne właściwości biegowe urządzeń odbierakowych (17, 19) prądu, jest umieszczone w sąsiednich końcach wagonu drugiego (2, 2) i trzeciego (3).
13. 13. Pociąg według zastrz. 11, znamienny tym, że zawiera kilka drugich wagonów (2, 2) i/lub trzecich wagonów (3).
14. 14. Pociąg według zastrz. 7, znamienny tym, że przekształtnik mocy (11.1) posiada urządzenie chłodzące, przy czym urządzenie chłodzące zawiera co najmniej jeden wentylator do wytwarzania dodatkowego strumienia powietrza chłodzącego dla silników urządzenia trakcyjnego (11), a zwłaszcza do wytwarzania dodatkowego strumienia powietrza chłodzącego dla urządzeń pomocniczych, takich jak układy klimatyzacji (12).
15. 15. Pociąg według zastrz. 15, znamienny tym, że urządzenie chłodzące jest umieszczone w rejonie dachowym wagonu (1, Γ, 2, 2, 3).