| WO/2007/137872 | MOUNTING UNIT FOR A RAIL-BOUND TRACTION VEHICLE |
| WO/2009/021831 | RAIL VEHICLE WITH A DRIVE DEVICE |
| JP2001258107 | TRAIN OPERATION PANEL |
TSCHENG, Jorgen (Emil-Rütti-Weg 4, Zürich, CH-8050, CH)
| Patentansprüche
1. Elektrische Lokomotive mit einem Maschinenraum, in dem ein Antriebsaggregat (EP) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für zumindest einen Antriebsmotor angeordnet ist, wobei
- das Antriebsaggregat (EP), betrachtet in einer Richtung quer zur Fahrtrichtung der Lokomotive (Querrichtung), in einem mittleren Bereich des Maschinenraums angeordnet ist, sodass in der Querrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebsaggregats (EP) ein Zugang (SG1 , SG2) zu dem Antriebsaggregat (EP) frei bleibt,
- das Antriebsaggregat (EP) Hochspannungsteile (56, 57, 59) aufweist, zwischen denen und dem Zugang (SG2) auf zumindest einer der Seiten kein zusätzlicher Berührschutz oder kein vollständiger Berührschutz angeordnet ist,
- der Zugang ohne Berührschutz durch eine Absperrung (T) gegen Betreten abgesperrt ist, wenn zumindest eines der Hochspannungsteile (56, 57, 59) auf Hochspannungspotenzial liegt und
- die Lokomotive ein Sicherheitssystem aufweist, das ein öffnen der Absperrung (T) nur dann ermöglicht, wenn die Hochspannungsteile (56, 57, 59) von Hochspannungspotenzial getrennt sind und geerdet sind.
2. Lokomotive nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Hochspannungsteile (56, 57, 59) zumindest einen Schalter (56) aufweisen, der in ausgeschaltetem Zustand einen Stromabnehmer (53) zum Anschluss des Antriebsaggregats (EP) an ein Energieversorgungsnetz zumindest von Teilen des Antriebsaggregats (EP) trennt.
3. Lokomotive nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer (SG1 ) der beiden Zugänge (SG 1 , SG2) ein Durchgang ist, der von in Fahrtrichtung gegenüberliegenden Enden des Zugangs (SG1 ) betreten werden kann.
4. Lokomotive nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zugang (SG2) ohne Berührschutz ein Gang ist, der ausschließlich an der geöffneten Absperrung (T) betreten werden kann.
5. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Lokomotive, wobei
- in einem Maschinenraum der Lokomotive ein Antriebsaggregat (EP) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für zumindest einen Antriebsmotor angeordnet wird, wobei das Antriebsaggregat (EP), betrachtet in einer Richtung quer zur Fahrtrichtung der Lokomotive (Querrichtung), in einem mittleren Bereich des Maschinenraums angeordnet wird, sodass in der Querrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebsaggregats (EP) ein Zugang (SG1 , SG2) zu dem Antriebsaggregat (EP) frei bleibt,
- in dem Antriebsaggregat (EP) Hochspannungsteile (56, 57, 59) angeordnet werden und/oder sind, sodass zwischen den Hochspannungsteilen (56, 57, 59) und dem Zugang auf zumindest einer der Seiten kein zusätzlicher Berührschutz oder kein vollständiger Berührschutz angeordnet ist,
- an dem Zugang (SG2) ohne Berührschutz eine Absperrung (T) gegen Betreten des Zugangs angeordnet wird,
- in der Lokomotive ein Sicherheitssystem angeordnet wird, das ein öffnen der Absperrung (T) nur dann ermöglicht, wenn die Hochspannungsteile (56, 57, 59) von Hochspannung getrennt sind und geerdet sind. |
Elektrische Lokomotive
Die Erfindung betrifft eine elektrische Lokomotive und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Lokomotive.
Unter einer Lokomotive wird ein Schienenfahrzeug verstanden, das insbesondere einen Zugverband mit einer Vielzahl von Wagen im Zugbetrieb oder Schubbetrieb bewegen kann. Dabei weist die Lokomotive üblicherweise weitere Einrichtungen auf, die sie von Personenwagen und Güterwagen unterscheidet, z.B. zumindest einen Führerraum und andere Vorrichtungen, die einen Betrieb der Lokomotive und/oder des Zugverbandes ermöglichen. Ein Merkmal einer Lokomotive ist ein Maschinenraum, in dem zumindest ein Teil des oder der Antriebsaggregate und der Hilfsbetriebe angeordnet ist. Ein anderer Teil der Antriebsaggregate (z. B. ein Haupttransformator) und Hilfsbetriebe (z. B. eine Druckluft-Erzeugungseinrichtung) kann unterflur, d. h. unterhalb des Bodens der Lokomotive, angeordnet sein.
Unter einer Lokomotive wird auch ein Triebkopf für einen Schienenfahrzeug- Zugverband verstanden. Insbesondere kann „Lokomotive" im Sinne der hier vorliegenden Anmeldung auf ein Triebfahrzeug oder einen Triebkopf für schwere Schienenfahrzeuge und Zugverbände beschränkt sein, insbesondere auf Fern-, Güter und Regionalzüge, und schließt in diesem Fall daher leichte Schienenfahrzeuge wie Straßenbahnen und Untergrundbahnen des Nahverkehrs aus.
Bei elektrischen Lokomotiven wird Energie, die für die Antriebsmotoren (Fahrmotoren) benötigt wird, aus einem Stromversorgungsnetz bezogen. Häufig handelt es sich bei der Spannung des Stromversorgungsnetzes um eine Wechselspannung. Bei einer üblichen Bauweise wird zunächst die Wechselspannung durch einen Transformator, der hier als Haupttransformator bezeichnet wird, in eine niedrigere Spannung transformiert. Ein Gleichrichter des elektrischen Antriebsaggregats im Maschinenraum der Lokomotive wandelt die transformierte Wechselspannung in Gleichspannung um, welche über einen
Zwischenkreis wiederum einem Wechselrichter zugeführt wird. In dem Wechselrichter wird aus der Gleichspannung eine Dreiphasen-Wechselspannung erzeugt, mit der wiederum ein oder mehrere Antriebsmotoren der Lokomotive betrieben werden können.
Es sind auch andere Ausgestaltungen von elektrischen Antriebsaggregaten bekannt, die an andere Stromversorgungsnetze angeschlossen werden können (z.B. an ein Gleichspannungsnetz) und/oder die auf andere Weise aus dem Stromversorgungsnetz die Antriebsleistung erzeugen. Bei Betrieb an einem Gleichspannungsnetz ist es üblich, zwischen Stromabnehmer und dem Wechselrichter eine Drosselspulen- Anordnung vorzusehen, die zeitliche Schwankungen der Netzspannung glättet.
Bei Lokomotiven, die für den Betrieb an mehreren elektrischen Systemen ausgelegt sind (Mehrsystem-Lokomotive), können Teile des Haupttransformators als Drosselspule genutzt werden.
Es haben in den letzten Jahren zahlreiche Entwicklungen stattgefunden, die der Senkung von Herstellungskosten von Lokomotiven dienten. Wie auch aus anderen technischen Gebieten bekannt ist, nimmt das Einsparpotenzial mit fortschreitender Dauer der Entwicklungen stetig ab. Die weitere Entwicklung stößt insbesondere deshalb an Grenzen, da die hergestellten Stückzahlen von Lokomotiven im Vergleich zu anderen Märkten gering sind und da außerdem eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Lokomotiven benötigt wird. Es existieren, wie bereits erwähnt, unterschiedliche Arten von Stromversorgungsnetzen. Außerdem gibt es nicht elektrifizierte Schienenwege, so dass auch dieselelektrische Maschinen oder andere Maschinen benötigt werden, die ohne Stromversorgungsnetz auskommen.
Eine weitere Problematik bei der Konstruktion und Herstellung von Lokomotiven stellt die möglichst Platz sparende Anordnung aller Einrichtungen in dem Maschinenraum dar, wobei der wartungsfreundliche Zugang zu sämtlichen Einrichtungen gewährleistet sein muss. Neben dem Antriebsaggregat werden insbesondere folgende Einrichtungen im Maschinenraum verbaut: Hilfsbetriebe, die nicht unmittelbar für den Antrieb der Lokomotive erforderlich sind, ein Niederspannungsgerüst zur elektrischen Versorgung der Hilfsbetriebe,
Bremswiderstände zur Dissipation von elektrischer Energie in Wärme, Feueriöscheinrichtungen, Elektronik mit elektronischen und/oder mikroelektronischen Vorrichtungen zur Steuerung des Betriebs der Lokomotive, Antriebsmotor- Kühleinrichtungen, eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Antriebsaggregats, ein Luftgerüst zur Erzeugung und Speicherung von Druckluft für eine Bremsanlage und für andere Einrichtungen und Zugsicherungseinrichtungen zur Gewährleistung eines sicheren Fahrbetriebes.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellungskosten für Lokomotiven weiter zu senken, wobei jedoch sämtliche Einrichtungen in dem Maschinenraum gut zugänglich sein sollen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zu Grunde, Lokomotiven mit unterschiedlichen Antriebsaggregaten einheitlich, d.h. in möglichst übereinstimmenderweise herzustellen. Insbesondere soll die tragende Fahrzeugkonstruktion, mit der das Aggregat und die zusätzlichen Einrichtungen verbunden werden, für verschiedene Antriebsaggregat-Typen identisch gestaltet sein.
Umgesetzt wird diese Idee dadurch, dass das Antriebsaggregat, betrachtet in einer Richtung quer zur Fahrtrichtung der Lokomotive (Querrichtung), in einem mittleren Bereich des Maschinenraums angeordnet ist. Diese zentrale Anordnung des Antriebsaggregats auch bei elektrischen Lokomotiven, ermöglicht es, dieselelektrische Lokomotiven und elektrische Lokomotiven weitgehend gleich zu gestalten und herzustellen.
Um die gute Zugänglichkeit zu dem Antriebsaggregat zu gewährleisten, wird das Antriebsaggregat so angeordnet, dass in der Querrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebsaggregats ein Zugang zu dem Antriebsaggregat frei bleibt. Anders ausgedrückt befinden sich die Zugänge zu dem Antriebsaggregat in Fahrtrichtung rechts und links des Antriebsaggregats.
Dieselelektrische Aggregate werden bereits bei vorbekannten Lokomotiven etwa in der Mitte der Lokomotive, sowohl betrachtet in Längsrichtung (Fahrtrichtung) als
auch betrachtet quer zu Längsrichtung, angeordnet. Antriebsaggregate für elektrische Lokomotiven mit Drehstrommotoren (als Antriebsmotoren von Lokomotiven) wurden dagegen bisher verteilt in der Lokomotive angeordnet, wobei mehrere Exemplare von Stromrichtern und mehrere Exemplare von Hochspannungsgerüsten meist durch einen Mittelgang getrennt sind, durch den eine Person hindurchgehen kann. Lediglich in der Zeit vor der Einführung von Drehstrommotoren wurden Transformatoren auch (betrachtet quer zur Fahrtrichtung) zentral in Maschinenräumen von Lokomotiven angeordnet (siehe z. B. AT 106754 aus dem Jahr 1927). Mit der Einführung von Drehstrommotoren und Stromrichtern zur Steuerung der Drehstrommotoren wurde die Anordnung mit Mittelgang eingeführt. Außerdem ist es heutzutage üblich (wie auch bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung), die Antriebsmotoren in den Drehgestellen, das heißt außerhalb des Maschinenraums anzuordnen.
Für den Betrieb an Hochspannungs- Versorgungsnetzen weist das Antriebsaggregat Hochspannungsteile auf, wie z. B. eine von einem Stromabnehmer auf dem Dach nach unten führende Hochspannungsleitung und/oder einen Hochspannungs- Hauptschalter. Unter Hochspannung wird insbesondere eine Spannung von 400 V AC (Wechselspannung) oder mehr bzw. 600 V DC (Gleichspannung) oder mehr verstanden. Fahrdrahtspannungen von Bahn-Versorgungsnetzen liegen typischer Weise bei 1 bis 3 kV (DC) und 15 bis 25 kV (AC).
Die Hochspannungsteile sind stellenweise nicht isoliert, z. B. an Kontakten des Hauptschalters oder Kupferschienen. Daher müssen der Spannung entsprechende Sicherheitsabstände zwischen Hochspannungsteilen auf unterschiedlichem Potenzial eingehalten werden und ist es vorgeschrieben, einen Sicherheitsabstand zwischen den Hochspannungsteilen und Räumen, in die Körperteile von Personen gelangen können, zu garantieren, sodass ein Personenunfall durch Stromschlag ausgeschlossen ist. üblich ist ein Berührschutz, z. B. in Form einer Abdeckplatte oder Jalousie, die an dem Antriebsaggregat befestigt ist. Insbesondere bei 25 kV sind Sicherheitsabstände von den Hochspannungsteilen zu dem Berührschutz von mehreren zehn Zentimetern einzuhalten. Da der Berührschutz sich auf niedrigem elektrischem Potenzial befindet (er sollte geerdet sein), muss der Sicherheitsabstand auch deshalb eingehalten werden, weil sonst Funkenschlag möglich ist.
Der Sicherheitsabstand führt aber dazu, dass sämtliche Hochspannungsteile entweder tief in dem Antriebsaggregat angeordnet werden müssen (wodurch rundherum um die Hochspannungsteile ein Sicherheitsabstand eingehalten werden muss, der nicht für andere Teile des Antriebsaggregat zur Verfügung steht) und/oder die Breite des benachbarten Zuganges zwischen Antriebsaggregat und Außenwand des Maschinenraums entsprechend kleiner wird.
Zur Lösung dieser Problematik wird vorgeschlagen, den Berührschutz zumindest stellenweise wegzulassen und den benachbarten Zugang für den Sicherheitsabstand zu nutzen. Daher wird der Zugang ohne (vollständigen) Berührschutz durch eine Absperrung gegen Betreten abgesperrt. Die Absperrung ist wirksam, wenn zumindest eines der Hochspannungsteile auf Hochspannungspotenzial liegt. Um den Zugang für Wartungsarbeiten zu ermöglichen, weist die Lokomotive ein Sicherheitssystem auf, das ein öffnen der Absperrung nur dann ermöglicht, wenn die Hochspannungsteile von Hochspannung getrennt sind und geerdet sind.
Wenn in dieser Anmeldung oder den Patentansprüchen „ohne Berührschutz" verwendet wird, so ist dies im Sinne eines fehlenden vollständigen Berührschutzes zu verstehen. „Ohne Berührschutz" kann daher bedeuten, dass gar kein Berührschutz vorhanden ist oder dass der Berührschutz stellenweise nicht vorhanden ist. Dabei ist der Berührschutz immer auf einen bestimmten Zugang bezogen. Ein „Zugang ohne Berührschutz" bedeutet daher nicht, dass auch der andere, auf der gegenüberliegenden Seite angeordnete Zugang auch ohne Berührschutz ist.
Bei der Absperrung kann es sich um jegliche Art von Hindernis handeln, die ein Betreten des Zugangs und einen Stromschlag wirksam verhindert. Die Absperrung muss nicht vollständig dicht sein, sie kann auch z.B. aus einem engmaschigen Gitter gebildet sein.
Unter dem „öffnen der Absperrung" wird ein Entriegeln und/oder ein zumindest teilweises Entfernen der Absperrung und/oder (allgemeiner formuliert) ein Aufheben der Sperr- und/oder Schutzwirkung der Absperrung verstanden. Z. B. kann beim
„öffnen der Absperrung" lediglich eine Lücke in der Absperrung geschaffen oder vergrößert werden, sodass mit einer Hand hindurch gegriffen werden kann.
Das Antriebsaggregat weist insbesondere einen Stromwandler oder Teile eines Stromwandlers auf. Andere Teile des Stromwandlers können z. B. unterflur, d.h. unterhalb des Bodens des Maschinenraums angeordnet werden.
Unter einem Stromwandler wird eine Einrichtung verstanden, die elektrische Ströme in beliebiger Weise wandelt. Bei der Wandlung kann es sich um eine änderung des Spannungsniveaus, der Frequenz und/oder Art (Wechselstrom oder Gleichstrom) des Stroms handeln. Ein Stromwandler, der zwischen den Netzanschluss und die Stromleitung zu zumindest einem Fahrmotor geschaltet ist, weist beispielsweise den Haupttransformator, den Gleichrichter am Eingang des Zwischenkreises und den Wechselrichter am Ausgang des Zwischenkreises auf (für den Betrieb an einem Wechselspannungsnetz) und/oder eine Drosselspulen-Anordnung zur Glättung von Gleichspannungsschwankungen und den Wechselrichter am Ausgang des Zwischenkreises auf (für den Betrieb an einem Gleichspannungsnetz).
Ein Stromrichter weist dagegen nicht den Haupttransformator auf, sondern beispielsweise lediglich den Gleichrichter und den Wechselrichter (für den Betrieb an einem Wechselspannungsnetz) oder lediglich den Wechselrichter (für den Betrieb an einem Gleichspannungsnetz). Ein Wechselrichter kann auch als Umrichter bezeichnet werden.
Außer zumindest einem Stromrichter oder Stromwandler weist das Antriebsaggregat im Maschinenraum auch ein Hochspannungsgerüst auf. Unter einem Hochspannungsgerüst wird eine Einrichtung verstanden, in der elektrische Bauteile und elektrische Leitungen für den Hochspannungsteil der Stromversorgung angeordnet sind. Der Hochspannungsteil weist im Fall des Betriebes an einem (Lokomotiven-externen) Wechselspannungsnetz insbesondere die elektrische Verbindung zwischen dem Stromabnehmer und dem Haupttransformator sowie einen Hochspannungs-Hauptschalter auf. Im Fall des Betriebes an einem Gleichspannungsnetz weist der Hochspannungsteil insbesondere die elektrische Verbindung zwischen dem Stromabnehmer und der Drosselspulen-Anordnung sowie
einen Hochspannungs-Hauptschalter auf. Vorzugsweise ist zumindest der Hochspannungs-Hauptschalter in dem Hochspannungsgerüst angeordnet.
Der Hochspannungs-Hauptschalter kann jedoch auch an anderer Stelle angeordnet sein, z. B. auf dem Dach der Lokomotive. In diesem Fall kann in dem Antriebsaggregat z. B. lediglich eine Hochspannungsleitung angeordnet sein.
Der Stromwandler oder Stromrichter kann in jedem Fall weitere Einrichtungen wie Frequenzfiltereinrichtungen, weitere Schalter, Sicherungen aufweisen.
Bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Antriebsaggregat als eine zusammengehörige (d.h. an einem einzigen Ort angeordnete) Einheit ausgestaltet, die an derselben Stelle wie bei dieselelektrischen Lokomotiven die Motor-Generator-Kombination angeordnet werden kann. Insbesondere werden mehrere Stromrichter zur Versorgung der Antriebsmotoren nicht an verschiedenen Orten im Maschinenraum angeordnet. Unter einer zusammengehörigen Einheit wird eine Anordnung verstanden, die aus verschiedenen Einzelteilen und Einrichtungen zusammengesetzt werden kann, wobei im fertig gestellten, montierten Zustand jedoch im Wesentlichen keine Abstände innerhalb der Einheit verbleiben, die Teilbereiche der Einheit voneinander trennen. Insbesondere ist kein Gang zwischen Teilen der Einheit vorhanden. Wesentliche Abstände sind Abstände oder Lücken, die für die Raumausnutzung innerhalb der Lokomotive wesentlich sind. Jedoch können in konkreten Ausführungsformen räumliche Bereiche des Antriebsaggregats leer stehen, die bei anderen Ausführungsformen (zum Beispiel für den Betrieb an Wechselspannung statt Gleichspannung) mit Einrichtungen versehen sind. Bei einer Mehrsystem- Lokomotive sind dagegen vorzugsweise alle räumlichen Bereiche des Antriebsaggregats mit den entsprechenden Einrichtungen versehen.
Die zusammengehörige Einheit kann auch in dem Sinne als ungeteilter Block bezeichnet werden, dass keine wesentliche räumliche Teilung bzw. Trennung vorhanden ist und die Einheit im montierten Zustand daher einen durchgehenden Block bildet. Anders ausgedrückt sind alle Teile der Einheit unmittelbar (nicht lediglich über die tragende Fahrzeugkonstruktion) mit anderen Teilen der Einheit
verbunden. Dies schließt nicht aus, dass (wie bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens) Teile der Einheit als separate Blöcke vorgefertigt werden und bei der Endmontage miteinander verbunden werden.
Dies schließt auch nicht aus, dass (wie zum Beispiel bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform) der Haupttransformator bzw. für den Betrieb an einem Gleichspannungsnetz die Drosselspulen-Anordnung unterflur angeordnet ist bzw. wird und der übrige Teil des Stromwandlers als Antriebsaggregat im Maschinenraum angeordnet ist bzw. wird.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Ausgestaltung des Antriebsaggregats als ungeteilter Block eine erhebliche Menge an elektrischen Leitungsmaterialien (insbesondere Kupfer) eingespart werden kann. Bei einer Elektrolokomotive mit typischen Abmessungen, konnten bis zu 600 kg Kupfer für elektrische Leitungen eingespart werden. Die Konstruktion ist somit Gewicht sparend.
Einer der beiden Zugänge seitlich des Antriebsaggregats kann ein Durchgang sein, der von in Fahrtrichtung gegenüberliegenden Enden des Zugangs betreten werden kann. Ferner kann der Zugang ohne (vollständigen) Berührschutz ein Gang sein, der ausschließlich an der geöffneten Absperrung betreten werden kann. Dadurch ist eine sehr gute Zugänglichkeit zu allen Einrichtungen in dem Maschinenraum gewährleistet.
Außer einer Lokomotive betrifft die Erfindung auch ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Lokomotive, wobei in einem Maschinenraum der Lokomotive ein Antriebsaggregat zum Bereitstellen von elektrischer Energie für zumindest einen Antriebsmotor angeordnet wird, wobei das Antriebsaggregat, betrachtet in einer Richtung quer zur Fahrtrichtung der Lokomotive (Querrichtung), in einem mittleren Bereich des Maschinenraums angeordnet wird, sodass in der Querrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebsaggregats (in Außenbereichen) ein Zugang zu dem Antriebsaggregat frei bleibt, in dem Antriebsaggregat Hochspannungsteile angeordnet werden und/oder sind, wobei zwischen den Hochspannungsteilen und dem Zugang auf zumindest
einer der Seiten kein zusätzlicher Berührschutz oder kein vollständiger Berührschutz angeordnet ist, an dem Zugang ohne Berührschutz eine Absperrung gegen Betreten des Zugangs angeordnet wird, in der Lokomotive ein Sicherheitssystem angeordnet wird, das ein öffnen der Absperrung nur dann ermöglicht, wenn die Hochspannungsteile von Hochspannungspotenzial getrennt sind und geerdet sind.
Die zuvor genannten Verfahrensschritte können gleichzeitig und/oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander ausgeführt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht von oben auf den Innenraum einer elektrischen Lokomotive,
Fig. 2 eine schematische seitliche Ansicht einer Anordnung mit einem
Antriebsaggregat und einem unterflur angeordneten Haupttransformator und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystems.
Die in Fig. 1 dargestellte Lokomotive weist ein Antriebsaggregat EP auf. Das Aggregat EP ist als kompakter Block ausgestaltet, der mehrere Einrichtungen enthält: einen ersten Stromrichter, der der Erzeugung von elektrischer Antriebsleistung für Antriebsmotoren im vorderen Lokomotiventeil dient, einen zweiten Stromrichter, der der Erzeugung von elektrischer Antriebsleistung für Antriebsmotoren im hinteren Lokomotiventeil dient, und zumindest ein Hochspannungsgerüst mit elektrischen Leitungsverbindungen im Hochspannungsteil der elektrischen Einrichtungen des Aggregats EP, insbesondere für den Bezug von elektrischer Energie aus einem lokomotivenexternen Stromversorgungsnetz über einen Stromabnehmer. Es können weitere Einrichtungen in dem Aggregat EP vorgesehen sein, z.B. weitere Stromrichter, die weiteren Antriebsmotoren zugeordnet sind, zumindest ein zweites
Hochspannungsgerüst (wobei sich die verschiedenen Hochspannungsgerüste dadurch unterscheiden können, dass es sich bei einem bestimmten Gerüst z.B. um ein Gleichspannungsgerüst handeln kann und bei einem anderen Gerüst z.B. um ein Wechselspannungsgerüst handeln kann, damit ein Betrieb sowohl an Gleichspannungs-Stromversorgungsnetzen als auch an Wechselspannungs- Stromversorgungsnetzen möglich ist), Filtereinrichtungen zur Vermeidung von unerwünschten Schwingungen in den elektrischen Leitungen und im externen Stromnetz und/oder eine Zugsammeischiene, die der Hochspannungsversorgung für einen Zugverband dient, der an die Lokomotive angekoppelt ist und/oder elektrische Filtereinrichtungen zum Filtern von Störsignalen. Derartige Filtereinrichtungen sind elektrisch z. B. im Gleichspannungs-Zwischenkreis und/oder im Hochspannungsteil angeordnet.
Das Antriebsaggregat EP liefert den Betriebsstrom für die Antriebsmotoren, die im Bereich der Drehgestelle der Lokomotive angeordnet sind (nicht dargestellt in Fig. 1 ). Außerdem ist das Antriebsaggregat EP an die Kühleinrichtung KT angeschlossen. Beispielsweise wird das Aggregat EP sowohl mittels Kühlflüssigkeit als auch durch Kühlluft gekühlt, wobei die Abwärme in beiden Fällen über die Kühleinrichtung KT ins Freie abgegeben wird.
Die oben, vor der Figurenbeschreibung genannten zusätzlichen Einrichtungen können z. B. aus einer der folgenden Einrichtungen oder aus einer beliebigen Kombination der folgenden Einrichtungen bestehen. Dabei wird in der folgenden Aufzählung bereits Bezug auf die Fig. 1 genommen, um eine mögliche Ausgestaltung zu erläutern:
- ein Hilfsbetriebsgerüst (AUX) mit HilfsVorrichtungen, die dem Betrieb von Einrichtungen dienen, welche nicht unmittelbar für den Antrieb der Lokomotive erforderlich sind,
- ein Niederspannungsgerüst (NSG) zur elektrischen Versorgung von HilfsVorrichtungen, die dem Betrieb von Einrichtungen dienen, welche nicht unmittelbar für den Antrieb der Lokomotive erforderlich sind, und/oder von anderen Vorrichtungen,
- eine Feueriöscheinrichtung (FLE),
- ein Bremswiderstand (BW) in dem Bremsenergie der Lokomotive dissipiert werden kann,
- ein Elektronikblock (ES) mit elektronischen und/oder mikroelektronischen Vorrichtungen zur Steuerung des Betriebs der Lokomotive,
- zumindest eine Antriebsmotor-Kühleinrichtung (MLT),
- ein oder mehrere Hilfsbetriebeumrichter (HBU) mit einem Umrichter zu elektrischer Versorgung von HilfsVorrichtungen, die dem Betrieb von Einrichtungen dienen, welche nicht unmittelbar für den Antrieb der Lokomotive erforderlich sind, und/oder von anderen Vorrichtungen,
- eine Aggregat-Kühleinrichtung (KT) zur Kühlung des Aggregats,
- ein Luftgerüst (LG) mit Einrichtungen, die der Erzeugung und Speicherung von Druckluft für eine Bremsanlage dienen, und
- eine oder mehrere Zugsicherungseinrichtungen (ZSS) zur Gewährleistung eines sicheren Fahrbetriebes.
Die Lokomotive weist jeweils in Fahrtrichtung vorne und in Fahrtrichtung hinten einen Führerraum mit einem Führertisch FT1 bzw. FT2 auf. Der Führerraum wird durch eine Rückwand mit Führerraumrückwandschränken FRS1 , FRS2 bzw. FRS3, FRS4 gegen den Mittelteil der Lokomotive abgetrennt. Dem Führerraum unmittelbar benachbart erkennt man Fahrmotorlüftertürme MLT1 bzw. MLT4. In Fahrtrichtung neben diesen Lüftertürmen, jedoch durch einen Mittelgang getrennt, befindet sich am einen Führerraum ein Elektronikschrank ES zur Aufnahme diverser elektronischer und mikroelektronischer Einrichtungen, die für den Betrieb der Lokomotive eingesetzt werden, und am anderen Führerraum ein Niederspannungsgerüst NSG, das insbesondere der Verteilung von elektrischen Strömen im Niederspannungsbereich für die in der Lokomotive angeordneten Hilfsvorrichtungen dient.
Den Einrichtungen ES und NSG unmittelbar benachbart ist ein weiterer Fahrmotorlüfterturm MLT2 bzw. MLT3 am einen und anderen Ende des Lokomotiven-Mittelteils.
In Fahrtrichtung vor dem Lüfterturm MLT4 (ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird der Führertisch FT1 als in Fahrtrichtung vorne liegend definiert) ist ein Block AUX mit Hilfsvorrichtungen durch einen Mittelgang von dem Lüfterturm MLT3
getrennt. Gegenüber vorbekannten Lösungen wurden in diesem Block AUX ein Hilfsbetriebegerüst zum Betreiben verschiedener Hilfsvorrichtungen, die dem Betrieb des jeweiligen Aggregats der Lokomotive dienen, sowie entsprechende Hilfsbetriebeumrichter und ebenfalls für die Hilfsbetriebe benötigte Transformatoren zusammengefasst.
Von dem Block AUX auf der gegenüberliegenden Seite des bereits genannten Mittelganges sind in Fahrtrichtung von hinten nach vorne zunächst eine Feuerlöscheinheit FLE und ein Bremswiderstand BW angeordnet.
Im weiteren Verlauf in Fahrtrichtung nach vorne gabelt sich der Mittelgang MG1 auf in zwei außen liegende seitliche Gänge SG1 , SG2, die an dem Antriebsaggregat EP entlang führen.
In Fahrtrichtung vor dem Antriebsaggregat EP grenzt an dieses ein Kühlturm KT an, der der Kühlung des Antriebsaggregats dient.
In Fahrtrichtung vor dem Kühlturm KT geht der oben dargestellte, in Fahrtrichtung links liegende seitliche Gang SG 1 wieder in einen (zweiten) Mittelgang MG2 über. Auf der in Fahrtrichtung (nach vorne) gesehen linken Seite des zweiten Mittelganges MG2 befindet sich zunächst eine Zugsicherungseinheit ZSS mit Zugsicherungseinrichtungen, die den sicheren, unfallfreien Betrieb der Lokomotive auf Schienenwegen sichern. Unmittelbar an die Zugsicherungseinrichtung ZSS angrenzend in Fahrtrichtung nach vorne befindet sich der bereits erwähnte Motorlüfterturm MLT2. Auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Mittelganges MG2 befindet sich an den Kühlturm KT angrenzend ein Luftgerüst LG (mit einem Luftgerüstelektronikschrank LGES), das der Erzeugung und Speicherung der Druckluft für die Bremsanlage dient. In Fahrtrichtung nach vorne grenzt an das Luftgerüst LG der bereits erwähnte Fahrmotorlüfterturm MLT1 an.
In Fig. 2 ist der Bereich unterhalb und oberhalb eines im Boden des Maschinenraums verlaufenden Längsträgers schematisch für den Fall einer elektrischen Lokomotive für den Betrieb an Wechselspannungsnetzen dargestellt. Die elektrische Energie für die Versorgung der Antriebsmotoren wird von einem Stromabnehmer 53 aus einer
Oberleitung 51 entnommen. Der Hochspannungsteil 55 der elektrischen Verschaltung weist außer dem Stromabnehmer 53 einen Hochspannungs- Hauptschalter 56, eine Leitungsverbindung 57 (die in der Praxis z. B. durch Kabel und eine Dachdurchführung gebildet werden kann) zwischen dem Stromabnehmer 53 und dem Hauptschalter 56 und eine Leitungsverbindung 59 zwischen dem Hauptschalter 56 und dem unterflur angeordneten Haupttransformator 61 auf. Die Leitungsverbindung 59 führt von oben kommend durch eine öffnung 58 in einem Bodenblech 54 des Maschinenraums hindurch. Der Hauptschalter 56 ist in einem Hochspannungs-Bereich 52 des Antriebsaggregats der E-Lokomotive untergebracht, wobei das Antriebsaggregat sowohl in Längsrichtung als auch horizontal quer zur Längsrichtung in der Mitte des Maschinenraums angeordnet ist.
Unter "Mitte" wird nicht verstanden, dass das Antriebsaggregat exakt zentriert ist. Es wird vielmehr darunter verstanden, dass das Antriebsaggregat in einem mittleren Bereich des Maschinenraums angeordnet ist. Daher kann an beiden Seiten des Antriebsaggregats in Längsrichtung ein Gang verlaufen, wobei aber einer der beiden Gänge breiter als der andere sein kann. Die beiden Gänge sind auch die Zugänge an den gegenüberliegenden Seiten zu dem Antriebsaggregat.
Der Haupttransformator 61 besitzt außerdem zumindest einen elektrischen Anschluss, den eine Leitungsverbindung 63 mit einem darüber angeordneten Stromrichter 65 verbindet. Der Stromrichter 65 ist ebenfalls Teil des Antriebsaggregats und befindet sich in einem Bereich 64 des Antriebsaggregats. Die Leitungsverbindungen 63 führt ebenfalls durch eine öffnung 62 (die z. B. wie auch die öffnung 58 von einer Durchführung ausgefüllt wird) in dem Bodenblech 54 hindurch, von unten (unterflur, wo sich der Haupttransformator 61 befindet) nach oben (in den Maschinenraum). Bei der öffnung 58 und der öffnung 62 kann es sich auch um dieselbe öffnung handeln.
Anders als in Fig. 2 dargestellt, kann der Hochspannungs-Bereich 52 auf der einen Seite des Antriebsaggregats angeordnet sein, an der der Servicegang (der zweite seitliche Gang SG2) liegt und kann der Stromrichter 65 an der gegenüberliegenden Seite des Antriebsaggregat angeordnet sein, an der der Durchgang (der erste seitliche Gang SG1 ) verläuft.
Aus Fig. 1 ist die Absperrung T erkennbar, die während des Betriebes der Lokomotive den Zutritt zu dem seitlichen Gang SG2 versperrt, der schmaler als der seitliche Gang SG1 ist. Die Absperrung T ist in dem Ausführungsbeispiel als Tür ausgestaltet. Pfeile deuten an, dass sich die Tür in einer teilweise geöffneten Stellung befindet. Das andere Ende des seitlichen Ganges SG2 ist unter anderem durch das Luftgerüst LG verschlossen.
Der zweite seitliche Gang SG2 ist ausschließlich für Wartungsarbeiten vorgesehen. Während des normalen Betriebes der Lokomotive braucht er nicht betreten zu werden. Die Tür zu dem zweiten seitlichen Gang SG2 weist ein Schloss auf. Um das Schloss öffnen zu können, wird ein Schlüssel benötigt, der während des normalen Betriebes in einer verriegelten Stellung in einer Schlüssel-Kopplungsvorrichtung steckt. Unter einer "verriegelten Stellung" wird hier verstanden, dass der Schlüssel in der verriegelten Stellung nicht aus der Schlüssel-Kopplungsvorrichtung entnommen werden kann. Die verriegelte Stellung ist jedoch eine Voraussetzung dafür, dass ein anderer Schlüssel aus der Schlüssel-Kopplungsvorrichtung entnommen sein kann. Dieser anderer Schlüssel kann daher eine Voraussetzung für den normalen Betrieb sein, insbesondere dafür, dass das Antriebsaggregat betrieben werden kann.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel für ein derartiges Sicherheitssystem wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Dabei werden die Verfahrensschritte beschrieben, die ausgehend von dem normalen Betrieb der Lokomotive (wenn über einen Stromabnehmer Strom aus einem Versorgungsnetz entnommen wird und durch das Antriebsaggregat zur Speisung der Farmmotoren gewandelt wird) unternommen werden müssen, um die Tür zu dem zweiten seitlichen Gang SG2 zu öffnen.
Ganz oben in Fig. 3 ist ein erstes Schloss 10 symbolisiert, das dem Betrieb des Stromabnehmers dient. Ist in dem Schloss 10 ein erster Schlüssel eingesteckt und in die Betriebsposition gebracht, kann der Stromabnehmer betrieben werden. Fig. 3 zeigt jedoch die Schloss-Position, in der der erste Schlüssel bereits abgezogen ist (abgezogene Position). Dadurch wird in dem Ausführungsbeispiel eine Druckluftleitung entlüftet, sodass der Stromabnehmer automatisch abgesenkt wird
und den Kontakt zu dem Stromversorgungsnetz verliert. In der abgezogenen Position kann die Druckluftleitung nicht mehr mit Druckluft beaufschlagt werden.
Wie durch einen Doppelpfeil angedeutet ist, wird der erste Schlüssel in ein zweites Schloss 11 eingesteckt und in die "eingesetzte" (verriegelte) Position gebracht. Das zweite Schloss ist Teil einer ersten Schlüssel-Kopplungsvorrichtung 12. In dem gezeigten Zustand ist ein Schalter HS-DC ZSS der Kopplungsvorrichtung 12 in eine Schalterposition gebracht, die nur dann erreicht werden kann, wenn sich der erste Schlüssel in dem zweiten Schloss 11 in der verriegelten Position befindet. In dieser Schalterposition können ein zweiter und ein dritter Schlüssel aus der Kopplungsvorrichtung 12 abgezogen werden (dieser Zustand ist dargestellt). Durch das Betätigen des Schalters HS-DC ZSS werden der DC-Hauptschalter im Block des Antriebsaggregats und die Zugstrom-Sammelschiene geerdet.
Wiederum durch einen Doppelpfeil ist angedeutet, dass der dritte Schlüssel in ein drittes Schloss 13 eingesteckt und in die "eingesetzte" (verriegelte) Position gebracht werden kann. Das dritte Schloss ist Teil einer zweiten Schlüssel- Kopplungsvorrichtung 14. In dem gezeigten Zustand ist ein Schalter HS-AC der zweiten Kopplungsvorrichtung 14 in eine Schalterposition gebracht, die nur dann erreicht werden kann, wenn sich der dritte Schlüssel in dem dritten Schloss 13 in der verriegelten Position befindet. In dieser Schalterposition kann ein vierter Schlüssel aus der Kopplungsvorrichtung 14 abgezogen werden (der abgezogene Zustand ist dargestellt). Durch das Bringen des Schalters HS-AC wird der AC-Hochspannungs- Hauptschalter des Antriebsaggregats ausgeschaltet, d. h. das Aggregat von der Netzspannung getrennt. Außerdem wird dadurch der AC-Hauptschalter geerdet.
Der vierte Schlüssel aus der zweiten Kopplungsvorrichtung 14 kann in ein viertes Schloss 15 eingesteckt und in die "eingesetzte" (verriegelte) Position gebracht werden kann. Das vierte Schloss ist Teil einer dritten Schlüssel- Kopplungsvorrichtung 16. In dem gezeigten Zustand ist ein Schalter SR1 der dritten Kopplungsvorrichtung 16 in eine Schalterposition gebracht, die nur dann erreicht werden kann, wenn sich der vierte Schlüssel in dem vierten Schloss 15 in der verriegelten Position befindet. In dieser Schalterposition kann ein fünfter Schlüssel aus der Kopplungsvorrichtung 16 abgezogen werden (der abgezogene Zustand ist
dargestellt). Durch das Bringen des Schalters SR1 wird ein erster Stromrichter des Antriebsaggregats geerdet.
Der fünfte Schlüssel aus der dritten Kopplungsvorrichtung 16 kann in ein fünftes Schloss 17 eingesteckt und in die "eingesetzte" (verriegelte) Position gebracht werden kann. Das fünfte Schloss ist Teil einer vierten Schlüssel- Kopplungsvorrichtung 18. In dem gezeigten Zustand ist ein Schalter SR2 der vierten Kopplungsvorrichtung 18 in eine Schalterposition gebracht, die nur dann erreicht werden kann, wenn sich der fünfte Schlüssel in dem fünften Schloss 17 in der verriegelten Position befindet. In dieser Schalterposition kann ein sechster Schlüssel aus der Kopplungsvorrichtung 18 abgezogen werden (der abgezogene Zustand ist dargestellt). Durch das Bringen des Schalters SR2 wird ein zweiter Stromrichter des Antriebsaggregats geerdet.
Mit dem sechsten Schlüssel kann eine Mehrzahl von weiteren Schlüsseln aus einer fünften Kopplungsvorrichtung 20 freigegeben werden. Hierzu wird der sechste Schlüssel in die "eingesetzte" (verriegelte) Position eines sechsten Schlosses 19 der Kopplungsvorrichtung 20 gebracht.
Mit einem der weiteren Schlüssel kann nun die Tür zu dem zweiten seitlichen Gang SG2 geöffnet werden. Das Schloss dieser Tür (der Absperrung) ist in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. Andere der weiteren Schlüssel dienen z. B. zum öffnen von Schlössern 23, die in geöffnetem Zustand einen Zugang zu den Stromrichtern SR1 und SR2 ermöglichen.
Der sechste Schlüssel kann nur dann wieder aus der Kopplungsvorrichtung 20 abgezogen werden, wenn sämtliche weiteren Schlüssel wieder in die Kopplungsvorrichtung 20 eingesetzt und in die verriegelte Position gebracht worden sind. Um zu verhindern, dass die Tür zu dem zweiten seitlichen Gang SG2 in diesem Fall offen bleibt, kann z. B. das Schloss 21 in der Absperrung ein Abziehen des Schlüssels nur dann erlauben, wenn die Tür verschlossen ist und den zweiten seitlichen Gang SG2 absperrt.