WO2019101644A1 - Verfahren zur versorgung einer streckenseitigen einrichtung mit energie - Google Patents

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WO2019101644A1
WO2019101644A1 PCT/EP2018/081551 EP2018081551W WO2019101644A1 WO 2019101644 A1 WO2019101644 A1 WO 2019101644A1 EP 2018081551 W EP2018081551 W EP 2018081551W WO 2019101644 A1 WO2019101644 A1 WO 2019101644A1
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energy
vehicle
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track
energy storage
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Martin Niemann
Jörg ANTRACK
Tim BARGMANN
Lucas HARMS
Michael KLINGEMANN
Katrin OHME
Peter Ziegler
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Siemens Mobility GmbH
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Siemens Mobility GmbH
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power

Definitions

  • the invention relates to a method for supplying a trackside device with energy, a stre cken workede device that is appro net for such a method, and a vehicle that is suitable ge for such a method.
  • the invention has for its object to admit a method for supplying a trackside device with energy, which can be carried out very easily and inexpensively by.
  • the invention provides that the messensei term device comprises an energy storage and energy transmitted to the trackside device is first stored in the energy storage.
  • An essential advantage of the method according to the invention is the fact that the energy Memory allows caching of energy and thus does not require a permanent supply of trackside device with energy, as is currently in use and by means of fixed energy supply lines permanently supplied trackside facilities the case.
  • the inventively provided energy storage by the present invention vorgese Henen energy storage, it is possible only temporarily energy supply of the trackside device discreetzustel sources, be it by solar panels, wind turbines or particularly advantageous on the vehicle side, as will be explained in more detail below.
  • the electrical energy storage is a capaci tor, in particular an electrochemical capacitor (preferably, a supercapacitor or an ultracapacitor), and the energy transferred to the trackside device energy, especially those transmitted from a vehicle Energy in which capacitor is stored.
  • This variant of the method uses the fact that certain energy storage devices, such as supercapacitors or ultracapacitors, can be charged very quickly and with very high charging currents, so that even in a very short time, for example only when driving before a vehicle or even in a short Vehicle hold, a very large amount of energy can be transferred to the energy storage.
  • the link-side device has a first energy store and a second energy store and the energy transmitted to the link-side device, in particular the energy transmitted by the passing vehicle, is initially stored in the first electrical energy store and from There is transferred to the second energy storage for subsequent storage.
  • the first energy storage for the energy transfer or the charging phase, and the second energy storage is used for the dau erhafte storing the energy for a particularly long period.
  • the first energy store is preferably California tet, that it can take a larger amount of energy per unit time than the second energy storage, and the second energy storage is preferably configured such that it has a greater storage time for stored energy than the first energy storage.
  • the first energy store is a capacitor, in particular an electrochemical capacitor (as already mentioned above, eg super capacitor or ultracapacitor), and the second energy store is an (electrochemical) accumulator or a chargeable battery.
  • the vehicle has at least one energy-emitting device that transmits the energy electromagnetically or at least also electromagnetically when passing the trackside device or a vehicle seat.
  • the energy-emitting device has at least one permanent having magnets.
  • a permanent magnet permanently generates a DC magnetic field and causes a magnetic field change within the coil or coils of the trackside device solely by the movement of the vehicle relative to the one or more coils.
  • the voltage induction is al so dependent on the movement of the permanent magnet.
  • the energy-emitting device (alternatively to one or more permanent magnets or in addition to one or more permanent magnets) has at least one electromagnet and / or at least one electromagnetic transmitting antenna.
  • the at least one electromagnet and / or the at least one electromagnetic transmitting antenna before Errei surfaces of the trackside device turned on and turned off after passing the trackside device.
  • the at least one Ele romagnet or the at least one transmitting antenna is operated in scarf ended operation with DC and a magnetic cal DC field is generated and a magnetic Feldmixe tion within the coil or coils of the trackside device solely by the movement of the vehicle is caused relative to the coil or coils.
  • the at least one electromagnet or the at least one transmitting antenna can be operated with alternating current in the switched-on mode and an alternating magnetic field can be generated; a magnetic field change within the coil or coils of the trackside device is in this case caused at least by the alternating field of the electromagnet or the Sen deantenne, so that an energy transfer in an advantageous manner even at a vehicle stop is possible.
  • the energy transfer from the vehicle to the trackside device via a charging current it may be advantageous if the energy transfer from the vehicle to the trackside device via a charging current. It when the vehicle has at least one electrical contact element, the device when passing the trackside device (eg., Via a busbar of the track side Einrich) or at a stop of the vehicle in the area of the bridge-side device electrical contact with a produces track-side contact element and feeds this egg NEN charging current for the energy storage.
  • the trackside device eg., Via a busbar of the track side Einrich
  • the device when passing the trackside device (eg., Via a busbar of the track side Einrich) or at a stop of the vehicle in the area of the bridge-side device electrical contact with a produces track-side contact element and feeds this egg NEN charging current for the energy storage.
  • the trackside device preferably comprises at least one railway component, in particular a Achsweakenedein direction, a Gleisokomelde worn, a Signaleinrich device or a points drive.
  • the energy storage is supplied with charging current of a solar system or a wind turbine or at least with charging current of a solar system or a wind turbine.
  • the invention also relates to a track-side device, in particular one with which the method described above is feasible.
  • a track-side device provision is made for it to have an energy store in which energy, in particular particular of a passing vehicle or of a rich in the track-side device holding vehicle in the trackside device fed energy is stored for further operation of the trackside device.
  • the invention further relates to a vehicle, in particular rail vehicle, which is suitable for carrying out the method described above.
  • the vehicle has an energy-emitting device which is designed to feed energy into an energy storage device of the track-side device when passing through a track-side device or while being held in the region of the track-side device.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a railway track system in which a track-side device is supplied on the vehicle side by electromagnetic means with energy
  • FIG. 2 shows a variant of the railway track system according to FIG. 1, in which a track device is additionally equipped with a solar system and a wind energy plant, FIG.
  • Figure 3 shows an embodiment of a Eisenbahngleisan situation in which a trackside device powered by electrical contacts with a charging current on the vehicle side
  • FIG. 4 shows a variant embodiment of the railroad track system according to FIG. 3, in which an energy supply is additionally performed by a solar system and a wind energy plant,
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a permanent magnet rail vehicle for the railway track system according to FIGS. 1 and 2,
  • Figure 6 shows an embodiment of a rail vehicle with electromagnet for the railway track system according to the Ge figures 1 and 2 and
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a rail vehicle with transmitting antenna for the railway track system according to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 shows a section of a railway track system 10 which is equipped with a trackside device 20.
  • the trackside device 20 includes a power receiving device 30, the rail track 10 rail arranged in the track track 31 includes.
  • the coils 31 form in the region of the trackside device 20, a third rail 11 of the railway track system 10th
  • the trackside device 20 furthermore has a control device 40 with an integrated voltage converter 41, which is connected on the input side to the energy receiving device 30 or its coils 31.
  • the control device 40 is also connected to a first memory in the form of an electrochemical capacitor 50 and a second memory in the form of an accumulator 60.
  • the trackside device 20 is preferably operated to charge the electrochemical capacitor 50 and the accumulator 60 as follows:
  • the control device 40 initially stores the energy in the electrochemical capacitor 50, because this design has a particularly large energy intake rate and thus can absorb a very large amount of energy in a short time.
  • the energy stored in the electrochemical capacitor 50 is subsequently stored permanently in the accumulator 60 via the control device 40 and the voltage converter 41.
  • the accumulator 60 due to the design, has a larger storage time, so that it can store the energy received via the energy receiving device 30 longer than the electrochemical condenser 50.
  • the feeding of energy via the Energyempfangseinrich device 30 can be done for example by means of a rail vehicle 100, as shown by way of example in Figure 5.
  • the rail vehicle 100 has, in the region of the vehicle floor, at least one energy-emitting device 105 in the form of a permanent magnet 110, whose magnetic field induces an electrical voltage in the coils 31 when the third rail 11 or the coils 31 are passed over.
  • the induction is based on the change in the magnetic flux in the Coils 31 when driven over by the permanent magnet 110;
  • the transfer of energy is based on the mechanical movement of the permanent magnet 110 over the third rail 11.
  • the energy transferred through the induction reaches the control device 40, which first stores it in the electrochemical capacitor 50 and subsequently transfers it from the capacitor 50 to the accumulator 60 as already explained above.
  • the rail vehicle 100 and its energy end device 105 may be made from a permanent magnet 110 or in addition to the sem.
  • the rail vehicle 100 and its energy end device 105 may be made from a permanent magnet 110 or in addition to the sem.
  • the rail vehicle 100 and its energy end device 105 may be made from a permanent magnet 110 or in addition to the sem.
  • the rail vehicle 100 and its energy end device 105 may be made from a permanent magnet 110 or in addition to the sem.
  • an electromagnet 120 Such an embodiment is shown in FIG. 6.
  • the electromagnet 120 can be operated, for example, with a direct current and thus cause a DC magnetic field, which - analogous to the permanent magnet 110 according to Figure 5 - when driving over the coils 31 induced in this movement due to a voltage, ie by the mechanical movement of the electromagnet 120th over the third rail 11.
  • the electric magnet 120 is preferably switched off when the rail vehicle 100 has left the area of the trackside device 20 and the third rail 11.
  • the rail vehicle 100 or its energy-emitting device 105 can also be equipped with a transmitting antenna 130, as shown in FIG.
  • the transmitting antenna ne 130 may be formed by one or more conductor loops.
  • the transmitting antenna 130 When the transmitting antenna 130 is operated with a direct current, it generates a DC magnetic field which induces a voltage during the movement of the transmitting antenna 130 over the third rail 11 in the coils, as the permanent magnet 110 according to FIG. 5 does.
  • the solenoid 120 and the transmitting antenna 130 can also be acted upon by an alternating current, so that an energy transfer from the rail vehicle 100 in the direction of the messensei term device 20 can also be done when the driving tool in the area the trackside device 20 is, so does not drive and thus no magnetic field change can be caused by the movement of the vehicle in the coil 31.
  • the rail vehicle 100 can electrical energy from its own generator (eg., The selgenerator) or from a not dargestell th in the figures th contact wire (eg ., Overhead line, busbar), which supplies the rail vehicle 100 with electrical energy, in particular special traction current.
  • its own generator eg., The selgenerator
  • a not dargestell th in the figures th contact wire eg ., Overhead line, busbar
  • FIG. 2 shows another embodiment of a trackside device 20, which can be used in a railway track system 10.
  • the second railway component or the signal device 80 is missing; instead, the trackside device 20 is in accordance with the gur 2 equipped with a solar system 200 and a wind turbine 300, the solar power or generated by wind power for storage in the control device 40 and after the following can feed into the electrochemical capacitor 50.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a railway track system 10, in which a vehicle-side Energybergertra supply in the direction of the trackside device 20 is carried by a charging current Ia 140 via an extendable con tact arm of an energy transmitting device 105 of the rail vehicle 100 in the energy receiving device 30 of the stre cken matteren device 20 is fed.
  • the Energyemp catching device 30 includes for receiving the charging current Ia a track-side contact element 32 and a feed line 33, which connects the track-side contact element 32 with the Steuerein direction 40.
  • the charge current Ia transmitted by the rail vehicle 100 is first stored in the electrochemical condenser 50 and only subsequently transferred from it via the control device 40 into the rechargeable battery 60 for permanent storage.
  • the trackside device 20 has only a single railway component, namely an axle counter 90 on.
  • other railway components such as Gleisokomeldeein directions, signaling devices or point machines, may be connected to the controller 40.
  • FIG. 4 shows another embodiment of a railway track system 10, which is equipped with a device 30 Energyempfangsein.
  • the Energyempfangseinrich device 30 shown in Figure 4 is a storage of electrical energy in the electrochemical capacitor 50 and subsequently in the accumulator 60 via a charging current Ia of a rail ve hicle 100 and alternatively or additionally by a solar system 200 and a wind turbine 300.
  • a solar system 200 and a wind energy plant 300 Regarding the energy supply by a solar system 200 and a wind energy plant 300, reference is made to the above statements in conjunction with the figure 2, which here according to gel.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Versorgung einer streckenseitigen Einrichtung (20) mit Energie. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die streckenseitige Einrichtung (20) einen Energiespeicher (50) umfasst und zu der streckenseitigen Einrichtung (20) übertragene Energie zunächst in dem Energiespeicher (50) gespeichert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Versorgung einer streckenseitigen Einrichtung mit Energie
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Versorgung einer streckenseitigen Einrichtung mit Energie, eine stre ckenseitige Einrichtung, die für ein solches Verfahren geeig net ist, und ein Fahrzeug, das für ein solches Verfahren ge eignet ist.
Im Bereich der Eisenbahntechnik besteht das Problem, dass bei langen Strecken, insbesondere in abgelegenen Gegenden, eine Energieversorgung streckenseitiger Einrichtungen bzw. von streckenseitigen Eisenbahnkomponenten wie beispielsweise Gleisfreimeldeeinrichtungen, Signaleinrichtungen oder Wei chenantrieben, schwierig oder zumindest kostenintensiv ist, weil separate Energieversorgungsleitungen zur Energieversor gung der streckenseitigen Einrichtungen bereitgestellt werden müssen .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Versorgung einer streckenseitigen Einrichtung mit Energie an zugeben, das sich besonders einfach und kostengünstig durch führen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Un teransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die streckensei tige Einrichtung einen Energiespeicher umfasst und zu der streckenseitigen Einrichtung übertragene Energie zunächst in dem Energiespeicher gespeichert wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Energie- Speicher eine Zwischenspeicherung von Energie ermöglicht und insofern keine dauerhafte Versorgung der streckenseitigen Einrichtung mit Energie erforderlich macht, wie dies bei heutzutage im Einsatz befindlichen und mittels fester Ener gieversorgungsleitungen dauerhaft versorgten streckenseitigen Einrichtungen der Fall ist. Durch die erfindungsgemäß vorge sehene Energiespeicherung durch den erfindungsgemäß vorgese henen Energiespeicher ist es möglich, nur temporär eine Ener gieversorgung der streckenseitigen Einrichtung bereitzustel len, sei dies mittels Solaranlagen, Windenergieanlagen oder besonders vorteilhaft fahrzeugseitig, wie weiter unten noch näher erläutert wird.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Energie fahrzeugseitig von einem die streckenseitige Einrichtung pas sierenden oder in deren Bereich haltenden Fahrzeug, insbeson dere Schienenfahrzeug, zu der streckenseitigen Einrichtung übertragen und in dem Energiespeicher für den weiteren bzw. späteren Betrieb der streckenseitigen Einrichtung gespeichert wird. Bei dieser Variante erfolgt das Aufladen der Energie speicher bzw. der Energietransfer zu der streckenseitigen Einrichtung also nur temporär, wenn ein Fahrzeug die stre ckenseitige Einrichtung passiert oder dort hält, und die übertragene Energie wird nicht sofort verbraucht, sondern im Energiespeicher für den späteren Betrieb gespeichert.
Bezüglich der Energiespeicherung wird es als vorteilhaft an gesehen, wenn der elektrische Energiespeicher ein Kondensa tor, insbesondere ein elektrochemischer Kondensator (vorzugs weise ein Superkondensator oder ein Ultrakondensator) , ist, und die zu der streckenseitigen Einrichtung übertragene Ener gie, insbesondere die von einem Fahrzeug übertragene Energie, in dem Kondensator gespeichert wird. Diese Verfahrensvariante nutzt den Umstand, dass sich bestimmte Energiespeicher, wie beispielsweise Superkondensatoren oder Ultrakondensatoren, sehr schnell und mit sehr hohen Ladeströmen laden lassen, so dass auch in sehr kurzer Zeit, beispielsweise nur beim Vor beifahren eines Fahrzeugs oder auch bei einem nur kurzen Fahrzeughalt, eine sehr hohe Energiemenge zum Energiespeicher übertragen werden kann.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die stre ckenseitige Einrichtung einen ersten Energiespeicher und ei nen zweiten Energiespeicher aufweist und die zu der strecken seitigen Einrichtung übertragene Energie, insbesondere die von dem passierenden Fahrzeug übertragene Energie, zunächst in dem ersten elektrischen Energiespeicher abgespeichert wird und von dort in den zweiten Energiespeicher zur nachfolgenden Speicherung überführt wird. Bei dieser Ausgestaltung dient der erste Energiespeicher für die Energieübertragung bzw. die Ladephase, und der zweite Energiespeicher dient für das dau erhafte Speichern der Energie für einen besonders langen Zeitraum.
Der erste Energiespeicher ist vorzugsweise derart ausgestal tet, dass er eine größere Energiemenge pro Zeiteinheit auf nehmen kann als der zweite Energiespeicher, und der zweite Energiespeicher ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass er eine größere Speicherzeit für gespeicherte Energie als der erste Energiespeicher aufweist.
Vorteilhaft ist es, wenn der erste Energiespeicher ein Kon densator, insbesondere ein elektrochemischer Kondensator (wie oben bereits erwähnt, z. B. Super- oder Ultrakondensator), ist und der zweite Energiespeicher ein (elektrochemischer) Akkumulator bzw. eine ladbare Batterie ist.
Bezüglich der Energieübertragung von einem Fahrzeug zur stre ckenseitigen Einrichtung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Fahrzeug zumindest eine Energiesendeeinrichtung auf weist, die beim Passieren der streckenseitigen Einrichtung oder bei einem Fahrzeughalt, die Energie elektromagnetisch oder zumindest auch elektromagnetisch überträgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Energiesendeeinrichtung zumindest einen Permanent- magneten aufweist. Ein Permanentmagnet erzeugt dauerhaft ein magnetisches Gleichfeld und ruft eine magnetische Feldände rung innerhalb der Spule oder Spulen der streckenseitigen Einrichtung allein durch die Bewegung des Fahrzeugs relativ zu der oder den Spulen hervor. Die Spannungsinduktion ist al so von der Bewegung des Permanentmagnets abhängig. Anschau lich beschrieben arbeiten ein solcher Permanentmagnet und die streckenseitige Spule oder Spulen wie ein Linearantrieb (z.
B. wie bei einer Magnetschwebebahn) in entgegengesetzter Um wandlungsrichtung, nämlich in einer Umwandlungsrichtung von mechanischer Energie in elektrische Energie.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante ist vorge sehen, dass die Energiesendeeinrichtung (alternativ zu einem oder mehreren Permanentmagneten oder zusätzlich zu einem oder mehreren Permanentmagneten) zumindest einen Elektromagneten und/oder zumindest eine elektromagnetische Sendeantenne auf weist.
Bei der letztgenannten Ausführungsvariante ist es besonders vorteilhaft, wenn der zumindest eine Elektromagnet und/oder die zumindest eine elektromagnetische Sendeantenne vor Errei chen der streckenseitigen Einrichtung eingeschaltet und nach dem Passieren der streckenseitigen Einrichtung ausgeschaltet werden. Durch das Ausschalten des Magnetfelds bzw. des Ener giesendebetriebs außerhalb der streckenseitigen Einrichtung lässt sich vermeiden, dass andere entfernt von der zu spei senden streckenseitigen Einrichtung befindliche streckensei tige Komponenten, wie beispielsweise Balisen oder derglei chen, in ihrem Betrieb unnötig behindert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Elekt romagnet oder die zumindest eine Sendeantenne im eingeschal teten Betrieb mit Gleichstrom betrieben wird und ein magneti sches Gleichfeld erzeugt wird und eine magnetische Feldände rung innerhalb der Spule oder Spulen der streckenseitigen Einrichtung allein durch die Bewegung des Fahrzeugs relativ zu der oder den Spulen hervorgerufen wird. Alternativ oder zusätzlich zu Gleichstrom kann der zumindest eine Elektromagnet oder die zumindest eine Sendeantenne im eingeschalteten Betrieb mit Wechselstrom betrieben werden und es kann ein magnetisches Wechselfeld erzeugt werden; eine magnetische Feldänderung innerhalb der Spule oder Spulen der streckenseitigen Einrichtung wird in diesem Falle zumindest auch durch das Wechselfeld des Elektromagneten bzw. der Sen deantenne hervorgerufen, so dass eine Energieübertragung in vorteilhafter Weise auch bei einem Fahrzeughalt möglich ist.
Alternativ oder zusätzlich zu einer elektromagnetischen Ener gieübertragung kann es vorteilhaft sein, wenn die Energie übertragung vom Fahrzeug zur streckenseitigen Einrichtung über einen Ladestrom erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Fahrzeug zumindest ein elektrisches Kontaktelement aufweist, das beim Passieren der streckenseitigen Einrichtung (z. B. über eine Stromschiene der streckenseitigen Einrich tung) oder bei einem Halt des Fahrzeugs im Bereich der stre ckenseitigen Einrichtung einen elektrischen Kontakt mit einem streckenseitigen Kontaktelement herstellt und über dieses ei nen Ladestrom für den Energiespeicher einspeist.
Die streckenseitige Einrichtung umfasst vorzugsweise zumin dest eine Eisenbahnkomponente, insbesondere eine Achszählein richtung, eine Gleisfreimeldeeinrichtung, eine Signaleinrich tung oder einen Weichenantrieb.
Auch kann es vorteilhaft sein, wenn der Energiespeicher mit Ladestrom einer Solaranlage oder einer Windenergieanlage oder zumindest auch mit Ladestrom einer Solaranlage oder einer Windenergieanlage gespeist wird.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine strecken seitige Einrichtung, insbesondere eine solche, mit der das oben beschriebene Verfahren durchführbar ist. Bezüglich einer solchen streckenseitigen Einrichtung ist vorgesehen, dass diese einen Energiespeicher aufweist, in dem Energie, insbe- sondere von einem passierenden Fahrzeug oder von einem im Be reich der streckenseitigen Einrichtung haltenden Fahrzeug in die streckenseitige Einrichtung eingespeiste Energie, für den weiteren Betrieb der streckenseitigen Einrichtung gespeichert wird .
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen streckenseitigen Einrichtung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, das zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Energiesendeeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, beim Passieren einer streckenseitigen Einrichtung oder beim Halten im Bereich der streckenseitigen Einrichtung, Energie in einen Energiespei cher der streckenseitigen Einrichtung einzuspeisen.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Eisenbahngleisan lage, bei der eine streckenseitige Einrichtung fahrzeugseitig auf elektromagnetischem Wege mit Energie versorgt wird,
Figur 2 eine Ausführungsvariante der Eisenbahngleisanlage gemäß Figur 1, bei der eine Streckeneinrichtung zu sätzlich mit einer Solaranlage und einer Windener gieanlage ausgestattet ist,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Eisenbahngleisan lage, bei der eine streckenseitige Einrichtung fahrzeugseitig über elektrische Kontakte mit einem Ladestrom versorgt wird,
Figur 4 eine Ausführungsvariante der Eisenbahngleisanlage gemäß Figur 3, bei der zusätzlich eine Energieein speisung durch eine Solaranlage und eine Windener gieanlage erfolgt,
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug mit Dauermagnet für die Eisenbahngleisanlage gemäß den Figuren 1 und 2,
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug mit Elektromagnet für die Eisenbahngleisanlage ge mäß den Figuren 1 und 2 und
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug mit Sendeantenne für die Eisenbahngleisanlage gemäß den Figuren 1 und 2.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische o- der vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
Die Figur 1 zeigt einen Abschnitt einer Eisenbahngleisanlage 10, die mit einer streckenseitigen Einrichtung 20 ausgestat tet ist. Die streckenseitige Einrichtung 20 umfasst eine Energieempfangseinrichtung 30, die im Gleis der Eisenbahn gleisanlage 10 angeordnete Spulen 31 umfasst. Die Spulen 31 bilden im Bereich der streckenseitigen Einrichtung 20 eine dritte Schiene 11 der Eisenbahngleisanlage 10.
Die streckenseitige Einrichtung 20 weist darüber hinaus eine Steuereinrichtung 40 mit einem integrierten Spannungswandler 41 auf, der eingangsseitig mit der Energieempfangseinrichtung 30 bzw. deren Spulen 31 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 40 steht darüber hinaus mit einem ers ten Speicher in Form eines elektrochemischen Kondensators 50 und einem zweiten Speicher in Form eines Akkumulators 60 in Verbindung .
Als Energieverbraucher sind an die Steuereinrichtung 40 zwei Eisenbahnkomponenten angeschlossen, und zwar eine Signalein richtung 80 und ein Achszähler 90.
Die streckenseitige Einrichtung 20 wird zum Aufladen des elektrochemischen Kondensators 50 und des Akkumulators 60 vorzugsweise wie folgt betrieben:
Empfängt die Energieempfangseinrichtung 30 über die Spulen 31 durch magnetische Induktion Energie, so speichert die Steuer einrichtung 40 die Energie zunächst in dem elektrochemischen Kondensator 50 ab, da dieser bauartbedingt eine besonders große Energieaufnahmerate aufweist und somit in kurzer Zeit eine sehr hohe Energiemenge aufnehmen kann.
Die in dem elektrochemischen Kondensator 50 gespeicherte Energie wird nachfolgend über die Steuereinrichtung 40 und den Spannungswandler 41 in dem Akkumulator 60 dauerhaft ge speichert. Der Akkumulator 60 weist bauartbedingt eine größe re Speicherzeit auf, so dass er die über die Energieempfangs einrichtung 30 empfangene Energie länger als der elektroche mische Kondensator 50 speichern kann.
Das Einspeisen von Energie über die Energieempfangseinrich tung 30 kann beispielsweise mittels eines Schienenfahrzeugs 100 erfolgen, wie es beispielhaft in der Figur 5 gezeigt ist.
Das Schienenfahrzeug 100 gemäß Figur 5 weist im Bereich des Fahrzeugbodens zumindest eine Energiesendeeinrichtung 105 in Form eines Dauermagneten 110 auf, dessen Magnetfeld beim Überfahren der dritten Schiene 11 bzw. der Spulen 31 eine elektrische Spannung in den Spulen 31 induziert. Die Indukti on basiert auf der Änderung des magnetischen Flusses in den Spulen 31, wenn diese von dem Dauermagneten 110 überfahren werden; die Energieübertragung beruht also auf der mechani schen Bewegung des Dauermagneten 110 über der dritten Schiene 11. Die durch die Induktion übertragene Energie gelangt zur Steuereinrichtung 40, die diese zunächst im elektrochemischen Kondensator 50 abspeichert und erst nachfolgend von dem Kon densator 50 in den Akkumulator 60 überträgt, wie dies oben bereits erläutert worden ist. Anschaulich beschrieben arbei ten der Dauermagnet 110 und die Spulen wie ein Linearantrieb in entgegengesetzter Betriebsrichtung: Würde man in die Spu len 31 ein wanderndes Magnetfeld einspeisen (wie bei einer Magnetschwebebahn) , würde das wandernde Magnetfeld das Schie nenfahrzeug 100 antreiben und elektrische Energie der Spulen in Bewegungsenergie für das Schienenfahrzeug umwandeln; hier ist die Energiewandlung invers, weil Bewegungsenergie des Schienenfahrzeugs 100 in elektrische Energie für die stre ckenseitige Einrichtung umgewandelt wird.
Alternativ zu einem Dauermagneten 110 oder zusätzlich zu die sem kann das Schienenfahrzeug 100 bzw. dessen Energiesende einrichtung 105 auch mit einem Elektromagneten 120 ausgestat tet sein. Eine solche Ausführungsform zeigt die Figur 6.
Der Elektromagnet 120 kann beispielsweise mit einem Gleich strom betrieben werden und somit ein Gleichmagnetfeld hervor- rufen, das - analog zu dem Dauermagneten 110 gemäß Figur 5 - beim Überfahren der Spulen 31 in diesen bewegungsbedingt eine Spannung induziert, also durch die mechanische Bewegung des Elektromagneten 120 über der dritten Schiene 11. Der Elektro magnet 120 wird vorzugsweise abgeschaltet, wenn das Schienen fahrzeug 100 den Bereich der streckenseitigen Einrichtung 20 bzw. die dritte Schiene 11 verlassen hat.
Alternativ zu dem Dauermagneten 110 gemäß Figur 5 oder dem Elektromagneten 120 gemäß Figur 6 oder zusätzlich zu diesen kann das Schienenfahrzeug 100 bzw. dessen Energiesendeein richtung 105 auch mit einer Sendeantenne 130 ausgestattet sein, wie sie in der Figur 7 dargestellt ist. Die Sendeanten- ne 130 kann durch eine oder mehrere Leiterschleifen gebildet sein. Wird die Sendeantenne 130 mit einem Gleichstrom betrie ben, so erzeugt sie ein Gleichmagnetfeld, das während der Be wegung der Sendeantenne 130 über der dritten Schiene 11 in den Spulen eine Spannung induziert, wie dies der Dauermagnet 110 gemäß Figur 5 durchführt.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 6 und 7 kann der Elektromagnet 120 bzw. die Sendeantenne 130 auch mit einem Wechselstrom beaufschlagt werden, so dass eine Energieüber tragung vom Schienenfahrzeug 100 in Richtung zur streckensei tigen Einrichtung 20 auch dann erfolgen kann, wenn das Fahr zeug im Bereich der streckenseitigen Einrichtung 20 steht, also nicht fährt und somit keine Magnetfeldänderung durch die Bewegung des Fahrzeugs in den Spulen 31 hervorgerufen werden kann .
Zum Betrieb der Energiesendeeinrichtung 105, also z. B. zum Betrieb des Dauermagneten 110, des Elektromagneten 120 und/oder der Sendeantenne 130, kann das Schienenfahrzeug 100 elektrische Energie aus einem eigenen Generator (z. B. Die selgenerator) oder aus einem in den Figuren nicht dargestell ten Fahrdraht (z. B. Oberleitung, Stromschiene) entnehmen, der das Schienenfahrzeug 100 mit elektrischer Energie, insbe sondere Fahrstrom, versorgt.
Die Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine streckenseitige Einrichtung 20, die bei einer Eisenbahngleis anlage 10 eingesetzt werden kann. Die streckenseitige Ein richtung 20 gemäß Figur 2 weist wie bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 erläuterte Komponenten, nämlich die Energie empfangseinrichtung 30, die Steuereinrichtung 40, den elekt rochemischen Kondensator 50, den Akkumulator 60 und als Ei senbahnkomponente den Achszähler 90 auf.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 fehlt die zweite Eisenbahnkomponente bzw. die Signaleinrichtung 80; statt dessen ist die streckenseitige Einrichtung 20 gemäß Fi- gur 2 mit einer Solaranlage 200 und einer Windenergieanlage 300 ausgestattet, die Solarstrom bzw. durch Wind erzeugten Strom zur Speicherung in die Steuereinrichtung 40 und nach folgend in den elektrochemischen Kondensator 50 einspeisen können .
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 erfolgt eine Ener gieeinspeisung zur Speicherung im elektrochemischen Kondensa tor 50 und zur nachfolgenden weiteren Speicherung im Akkumu lator 60 also sowohl fahrzeugseitig über die Energieempfangs einrichtung 30 als auch zusätzlich über die Solaranlage 200 und die Windenergieanlage 300.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 können zusätzlich oder alternativ zu dem gezeigten Achszähler 90 andere bzw. weitere Eisenbahnkomponenten an die Steuereinrichtung 40 an geschlossen werden.
Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Eisenbahn gleisanlage 10, bei der eine fahrzeugseitige Energieübertra gung in Richtung der streckenseitigen Einrichtung 20 durch einen Ladestrom Ia erfolgt, der über einen ausfahrbaren Kon taktarm 140 einer Energiesendeeinrichtung 105 des Schienen fahrzeugs 100 in die Energieempfangseinrichtung 30 der stre ckenseitigen Einrichtung 20 eingespeist wird. Die Energieemp fangseinrichtung 30 umfasst für den Empfang des Ladestroms Ia ein streckenseitiges Kontaktelement 32 und eine Zuleitung 33, die das streckenseitige Kontaktelement 32 mit der Steuerein richtung 40 verbindet.
Der von dem Schienenfahrzeug 100 übertragene Ladestrom Ia wird zunächst im elektrochemischen Kondensator 50 abgespei chert und erst nachfolgend von diesem über die Steuereinrich tung 40 in den Akkumulator 60 zur dauerhaften Abspeicherung übertragen .
Die streckenseitige Einrichtung 20 gemäß Figur 3 weist nur eine einzige Eisenbahnkomponente, nämlich einen Achszähler 90 auf. Alternativ oder zusätzlich zu dieser können auch andere Eisenbahnkomponenten, wie beispielsweise Gleisfreimeldeein richtungen, Signaleinrichtungen oder Weichenantriebe, an die Steuereinrichtung 40 angeschlossen sein.
Die Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Eisenbahngleisanlage 10, die mit einer Energieempfangsein richtung 30 ausgestattet ist. Bei der Energieempfangseinrich tung 30 gemäß Figur 4 erfolgt eine Speicherung elektrischer Energie im elektrochemischen Kondensator 50 und nachfolgend im Akkumulator 60 über einen Ladestrom Ia eines Schienenfahr zeugs 100 sowie alternativ oder zusätzlich durch eine Solar anlage 200 und eine Windenergieanlage 300. Bezüglich der Energieeinspeisung durch eine Solaranlage 200 und eine Wind- energieanlage 300 sei auf die obigen Ausführungen im Zusam menhang mit der Figur 2 verwiesen, die hier entsprechend gel ten .
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs- beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Versorgung einer streckenseitigen Einrich tung (20) mit Energie,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die streckenseitige Einrichtung (20) einen Energiespeicher (50) umfasst und
- zu der streckenseitigen Einrichtung (20) übertragene Ener gie zunächst in dem Energiespeicher (50) gespeichert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Energie fahrzeugseitig von einem die streckenseitige Ein richtung (20) passierenden oder in deren Bereich haltenden Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (100), zu der stre ckenseitigen Einrichtung (20) übertragen und in dem Energie speicher (50) für den weiteren Betrieb der streckenseitigen Einrichtung (20) gespeichert wird.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der elektrische Energiespeicher (50) ein elektrochemischer Kondensator, insbesondere ein Superkondensator oder ein Ultrakondensator ist, und
- die zu der streckenseitigen Einrichtung (20) übertragene Energie, insbesondere die von dem Fahrzeug übertragene Energie, in dem elektrochemischen Kondensator gespeichert wird .
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die streckenseitige Einrichtung (20) einen ersten Energie speicher (50) und einen zweiten Energiespeicher (60) auf weist und
- die zu der streckenseitigen Einrichtung (20) übertragene Energie, insbesondere die von dem passierenden Fahrzeug übertragene Energie, zunächst in dem ersten elektrischen Energiespeicher (50) abgespeichert wird und von dort nach- folgend in den zweiten Energiespeicher (60) zur nachfol genden Speicherung überführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der erste Energiespeicher (50) eine größere Energiemenge pro Zeiteinheit aufnehmen kann als der zweite Energiespei cher (60) und
- der zweite Energiespeicher (60) eine größere Speicherzeit für gespeicherte Energie als der erste Energiespeicher (50) aufweist.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 4 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der erste Energiespeicher (50) ein Kondensator, insbeson dere ein elektrochemischer Kondensator, ist und
- der zweite Energiespeicher (60) ein Akkumulator ist.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Fahrzeug zumindest eine Energiesendeeinrichtung (105) aufweist, die beim Passieren der streckenseitigen Einrichtung (20) oder bei einem Fahrzeughalt, die Energie elektromagne tisch oder zumindest auch elektromagnetisch überträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Energiesendeeinrichtung (105) zumindest einen Permanent magneten (110) aufweist.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Energiesendeeinrichtung (105) zumindest einen Elektro magneten (120) und/oder zumindest eine elektromagnetische Sendeantenne (130) aufweist,
- der zumindest eine Elektromagnet (120) oder die zumindest eine Sendeantenne (130) im eingeschalteten Betrieb mit Gleichstrom betrieben wird und ein magnetisches Gleichfeld erzeugt und
- eine magnetische Feldänderung innerhalb der Spule (31) o- der Spulen (31) der streckenseitigen Einrichtung (20) al lein durch die Bewegung des Fahrzeugs relativ zu der oder den Spulen (31) hervorgerufen wird.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 bis
9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Energiesendeeinrichtung (105) zumindest einen Elektro magneten (120) und/oder zumindest eine elektromagnetische Sendeantenne (130) aufweist,
- der zumindest eine Elektromagnet (120) oder die zumindest eine Sendeantenne (130) im eingeschalteten Betrieb mit Wechselstrom betrieben wird und ein magnetisches Wechsel feld erzeugt wird und
- eine magnetische Feldänderung innerhalb der Spule (31) o- der Spulen (31) der streckenseitigen Einrichtung (20) zu mindest auch durch das Wechselfeld des Elektromagneten (120) bzw. der Sendeantenne (130) hervorgerufen wird.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 bis
10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Energiesendeeinrichtung (105) zumindest einen Elektro magneten (120) und/oder zumindest eine elektromagnetische Sendeantenne (130) aufweist,
- wobei der zumindest eine Elektromagnet (120) und/oder die zumindest eine elektromagnetische Sendeantenne (130) erst vor dem Erreichen der streckenseitigen Einrichtung (20) eingeschaltet und nach dem Passieren der streckenseitigen Einrichtung (20) wieder ausgeschaltet werden.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Fahrzeug zumindest ein elektrisches Kontaktelement auf weist, das beim Passieren der streckenseitigen Einrichtung (20) oder bei einem Halt des Fahrzeugs im Bereich der stre ckenseitigen Einrichtung (20) einen elektrischen Kontakt mit einem streckenseitigen Kontaktelement (32) herstellt und über dieses einen Ladestrom (Ia) für den Energiespeicher (50) ein speist .
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die streckenseitige Einrichtung (20) zumindest eine Eisen bahnkomponente, insbesondere eine Achszähleinrichtung (90), eine Gleisfreimeldeeinrichtung, eine Signaleinrich tung (80) oder einen Weichenantrieb, umfasst und/oder
- der Energiespeicher (50) mit Ladestrom einer Solaranlage (200) oder einer Windenergieanlage (300) oder zumindest auch mit Ladestrom einer Solaranlage (200) oder einer Windenergieanlage (300) gespeist wird.
14. Streckenseitige Einrichtung (20),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die streckenseitige Einrichtung (20) einen Energiespeicher (50) aufweist, in dem Energie, insbesondere von einem passie renden Fahrzeug oder einem im Bereich der streckenseitigen Einrichtung (20) haltenden Fahrzeug in die streckenseitige Einrichtung (20) eingespeiste Energie, für den weiteren Be trieb der streckenseitigen Einrichtung (20) gespeichert wird.
15. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (100),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Fahrzeug eine Energiesendeeinrichtung (105) aufweist, die dazu ausgebildet ist, beim Passieren einer streckenseitigen Einrichtung (20) oder beim Halten im Bereich der streckensei tigen Einrichtung (20) Energie in einen Energiespeicher (50) der streckenseitigen Einrichtung (20) einzuspeisen.
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