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Title:
ENERGY CONVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/228758
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an energy converter (20) for converting electric energy, comprising - at least one controllable switching element (28) which provides at least one switch element-specific switch time period (40) required by the switching element (28) to change the switch state of a switching path (64) of the switching element (28) between a switched-off switch state and a switched-on switch state on the basis of a switch signal (38) provided to a control connection (30) of the switching element (28), and - a control unit (36) which is designed to provide the switch signal (38) such that the switching element (28) is operated in a switch operation on the basis of the switch signal (38) in order to convert the electric energy, wherein - the control unit (36) is additionally designed to provide the switch signal (38) depending on the at least one switch element-specific switch time period (40) with respect to a point in time such that when the energy converter (20) is operated as intended, at least one specifiable switch time period (42) is reached at the point in time using the controllable switch element (28).

Inventors:
BAKRAN MARK-MATTHIAS (DE)
BÖHMER JÜRGEN (DE)
HELSPER MARTIN (DE)
KRAFFT EBERHARD ULRICH (DE)
LASKA BERND (DE)
NAGEL ANDREAS (DE)
SCHÖNEWOLF STEFAN HANS WERNER (DE)
WEIGEL JAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/061495
Publication Date:
December 05, 2019
Filing Date:
May 06, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02M7/5395; B61L21/06; H02P27/08; H03K17/567
Foreign References:
US20080094121A12008-04-24
US4339697A1982-07-13
US20090066402A12009-03-12
US20080094121A12008-04-24
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Claims:
Patentansprüche

1. Energiewandler (20) zum Wandeln von elektrischer Energie, mit :

- wenigstens einem steuerbaren Schaltelement (28), das we nigstens einen schaltelementspezifischen SchaltZeitraum (40) bereitstellt, innerhalb dessen genau ein Wechsel zwi schen Schaltzuständen des Schaltelements (28) erfolgt und den das Schaltelement (28) spezifisch benötigt, um abhängig von einem an einem Steueranschluss (30) des Schaltelements (28) bereitgestellten entsprechenden Schaltsignal (38) den Schaltzustand einer Schaltstrecke (64) des Schaltelements (28) zwischen einem ausgeschalteten Schaltzustand und einem eingeschalteten Schaltzustand zu wechseln, sowie

- einer Steuereinheit (36) , die ausgebildet ist, das Schalt signal (38) derart bereitzustellen, dass das Schaltelement (28) zum Wandeln der elektrischen Energie abhängig vom Schaltsignal (38) in einem Schaltbetrieb betrieben wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- die Steuereinheit (36) ferner ausgebildet ist, das Schalt signal (38) in Bezug auf einen Zeitpunkt abhängig von dem wenigstens einen schaltelementspezifischen SchaltZeitraum (40) derart bereitzustellen, dass im bestimmungsgemäßen Be trieb des Energiewandlers (20) mit dem steuerbaren Schalt element (28) wenigstens ein vorgebbarer SchaltZeitraum (42), der für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Energie wandlers (20) vorgegeben ist und der mittels des Schaltele ments (28) mit dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Energie wandeins erreicht werden soll, an dem Zeitpunkt erreicht wird, damit ein Ende des vorgebbaren SchaltZeitraums (42) mit einem Ende des schaltelementspezifischen Schaltzeit raums (40) zusammenfällt.

2. Energiewandler nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Kommunikationsverbindung zwischen der

Steuereinheit (36) und dem Schaltelement (28), die ausgebil det ist, Daten bezüglich des wenigstens einen schaltelement spezifischen SchaltZeitraum (40) und/oder des wenigstens ei- nen vorgebbaren SchaltZeitraum (42) zwischen der Steuerein heit (36) und dem Schaltelement (28) zu übermitteln.

3. Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die

Steuereinheit (36) eine Speichereinheit mit den Daten bezüg lich des wenigstens einen schaltelementspezifischen Schalt zeitraum (40) und/oder des wenigstens einen vorgebbaren

SchaltZeitraum (42) umfasst.

4. Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die

Steuereinheit (36) ausgebildet ist, dem wenigstens einen schaltelementspezifischen SchaltZeitraum (40) und/oder dem wenigstens einen vorgebbaren SchaltZeitraum (42) entsprechen de Daten aus einer Datenbank abzurufen, die mit der Steuer einheit (36) zumindest zeitweise in Kommunikationsverbindung (62) steht.

5. Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die

Steuereinheit (36) ausgebildet ist, das Steuersignal (38) ab hängig vom wenigstens einen schaltelementspezifischen Schalt zeitraum (40) und/oder vom wenigstens einen vorgebbaren

SchaltZeitraum (42) zu ermitteln.

6. Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der we nigstens eine SchaltZeitraum (40,42) ein EinschaltZeitraum und/oder ein AusschaltZeitraum ist.

7. Schaltelement (28) für einen Energiewandler (20), mit:

- wenigstens einem Steueranschluss (30) zum Beaufschlagen mit einem Schaltsignal , und

- einer Schaltstrecke (64), die ausgebildet ist, einen

Schaltzustand abhängig vom Schaltsignal am Steueranschluss (30) bereitzustellen, wobei die Schaltstrecke (64) wenigs tens einen schaltelementspezifischen SchaltZeitraum (40) bereitstellt, innerhalb dessen genau ein Wechsel zwischen den Schaltzuständen des Schaltelements (28) erfolgt und den das Schaltelement (28) spezifisch benötigt, um den Schalt zustand der Schaltstrecke (64) zwischen einem ausgeschalte ten Schaltzustand und einem eingeschalteten Schaltzustand zu wechseln,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

das Schaltelement (28) ausgebildet ist, das Schaltsignal in Bezug auf einen Zeitpunkt abhängig vom wenigstens einen schaltelementspezifischen SchaltZeitraum (40) derart zeitlich zu beeinflussen, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Ener giewandlers (28) mit dem steuerbaren Schaltelement (28) we nigstens ein vorgebbarer SchaltZeitraum (42), der für den be stimmungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers (20) vorgegeben ist und der mittels des Schaltelements (28) mit dem bestim mungsgemäßen Betrieb des Energiewandeins erreicht werden soll, ab dem Zeitpunkt erreicht wird, damit ein Ende des vor- gebbaren SchaltZeitraums (42) mit einem Ende des schaltelem entspezifischen SchaltZeitraums (40) zusammenfällt.

8. Schaltelement nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Speicherelement zum Speichern von Daten bezüglich des wenigstens einen vorgebbaren SchaltZeitraums (42) und/oder des wenigstens einen schaltelementspezifischen SchaltZeitraums (40).

9. Schaltelement nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der SchaltZeitraum (40, 42) ein EinschaltZeitraum und/oder ein AusschaltZeitraum ist.

10. Schaltelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Kommunikationsschnitt stellenanschluss zum Übermitteln der Daten bezüglich des vor gebbaren SchaltZeitraums (42) und/oder des schaltelementspe- zifischen SchaltZeitraums (40).

11. Elektrisch antreibbares Fahrzeug (10), insbesondere schienengeführtes elektrisch antreibbares Fahrzeug, mit: - einer elektrischen Maschine (26) zum Antreiben des Fahr zeugs (10), und

- wenigstens einem mit der elektrischen Maschine (26) elek trisch gekoppelten Energiewandler (20,22,24),

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- der Energiewandler (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist, oder

- der Energiewandler (20) ein steuerbares Schaltelement (28) aufweist, das nach einem der Ansprüche 7 bis 10 ausgebildet ist .

12. Verfahren zum Betreiben eines Energiewandlers (20), der elektrische Energie wandelt, indem ein steuerbares Schaltele ment (28) in einem Schaltbetrieb betrieben wird, bei dem:

- das steuerbare Schaltelement (28) wenigstens einen schalt elementspezifischen SchaltZeitraum (40) bereitstellt, in nerhalb dessen genau ein Wechsel zwischen Schaltzuständen des Schaltelements (28) erfolgt und den das Schaltelement (28) spezifisch benötigt, um abhängig von einem Schaltsig nal einen Schaltzustand einer Schaltstrecke (64) des

Schaltelements (28) zwischen einem ausgeschalteten Schalt zustand und einem eingeschalteten Schaltzustand zu wech seln, und

- das Schaltsignal derart bereitgestellt wird, dass das

Schaltelement (28) im Schaltbetrieb betrieben wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- das Schaltsignal in Bezug auf einen Zeitpunkt abhängig vom wenigstens einen schaltelementspezifischen SchaltZeitraum (40) derart bereitgestellt wird, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers (20) mit dem steuerbaren

Schaltelement (28) wenigstens ein vorgebbarer Schaltzeit raum (42), der für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Ener giewandlers (20) vorgegeben ist und der mittels des Schalt elements (28) mit dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Ener- giewandelns erreicht werden soll, ab dem Zeitpunkt erreicht wird, damit ein Ende des vorgebbaren SchaltZeitraums (42) mit einem Ende des schaltelementspezifischen Schaltzeit raums (40) zusammenfällt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Schaltsignal (40, 42) ein Ein schaltsignal und/oder ein Ausschaltsignal ermittelt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schalt signal (40, 42) ergänzend abhängig von einem elektrischen Strom und/oder einer elektrischen Spannung und/oder einer Temperatur des Energiewandlers, insbesondere des Schaltele ments (28) ermittelt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der wenigs tens eine vorgebbare SchaltZeitraum (42) größer als der we nigstens eine schaltelementspezifische SchaltZeitraum (40) ist .

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der wenigs tens eine schaltelementspezifische SchaltZeitraum (40) in ei nem bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers (20) er mittelt wird.

Description:
Beschreibung

Energiewandler

Die Erfindung betrifft einen Energiewandler zum Wandeln von elektrischer Energie, mit wenigstens einem steuerbaren

Schaltelement, das wenigstens einen schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum bereitstellt, den das Schaltelement benötigt, um abhängig von einem an einem Steueranschluss des Schaltele ments bereitgestellten Schaltsignal einen Schaltzustand einer Schaltstrecke des Schaltelements zwischen einem ausgeschalte ten Schaltzustand und einem eingeschalteten Schaltzustand zu wechseln, sowie einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, das Schaltsignal derart bereitzustellen, dass das Schaltelement zum Wandeln der elektrischen Energie abhängig vom Schaltsig nal in einem Schaltbetrieb betrieben wird. Die Erfindung be trifft ferner ein Schaltelement für einen Energiewandler, mit wenigstens einem Steueranschluss zum Beaufschlagen mit einem Schaltsignal , und einer Schaltstrecke, die ausgebildet ist, einen Schaltzustand abhängig vom Schaltsignal am Steueran schluss bereitzustellen, wobei die Schaltstrecke wenigstens einen schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum bereitstellt, die das Schaltelement benötigt, um den Schaltzustand der Schaltstrecke zwischen einem ausgeschalteten Schaltzustand und dem eingeschalteten Schaltzustand zu wechseln. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, insbesondere ein schienengeführtes elektrisch antreibbares Fahrzeug, mit einer elektrischen Maschine zum Antreiben des Fahrzeugs, und wenigstens einem mit der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelten Energiewandler. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Energie wandlers, der elektrische Energie wandelt, indem ein steuer bares Schaltelement in einem Schaltbetrieb betrieben wird, bei dem das steuerbare Schaltelement wenigstens einen schalt elementspezifischen Schalt Z eitraum bereitstellt, die das Schaltelement benötigt, um abhängig von einem Schaltsignal einen Schaltzustand einer Schaltstrecke des Schaltelements zwischen einem ausgeschalteten Schaltzustand und einem einge- schalteten Schaltzustand zu wechseln, und das Schaltsignal derart bereitgestellt wird, dass das Schaltelement im Schalt betrieb betrieben wird.

Energiewandler, steuerbare Schaltelemente, elektrisch an- treibbare Fahrzeuge, insbesondere schienengeführte elektrisch antreibbare Fahrzeuge sowie Verfahren zum Betrieb von Ener giewandlern sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfäng lich bekannt, sodass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Energiewandler der gattungs gemäßen Art werden eingesetzt, um elektrische Energie in vor- gebbarer Weise zu wandeln. Energiewandler werden für eine Vielzahl von Energiewandlungsfunktionen in der Elektrotechnik genutzt. Derartige Energiewandler dienen zum Beispiel bei elektrisch antreibbaren schienengeführten Fahrzeugen sowie auch bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, die nicht schienengeführt sind, dazu, elektrische Energie für die un terschiedlichsten Antriebs- und Versorgungsfunktionen bereit zustellen. Die elektrische Energie wird bei schienengeführten Fahrzeugen häufig über eine oberhalb von zwei im Wesentlichen parallel angeordneten Schienen eines Gleises angeordnete Oberleitung zugeführt. Ein Gleis ist ein Fahrweg für ein schienengeführtes Fahrzeug. Die Anwendung von Energiewandlern ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Energiewandler finden darüber hinaus auch vielseitigen Einsatz bei elektrisch an treibbaren Fahrzeugen, bei elektrischen Antriebssträngen, insbesondere bei Fertigungsanlagen, Herstellungsprozessen von Gütern und/oder dergleichen.

Insbesondere bei schienengeführten elektrisch antreibbaren Fahrzeugen ist es üblich, eine Kollision von Fahrzeugen unter anderem durch sogenannte Gleis-Frei-Meldeanlagen zu gewähr leisten. Die Funktion solcher Gleis- Frei-Meldeanlagen ba siert unter anderem darauf, einen elektrischen Widerstand zwischen den zwei das Gleis bildenden Schienen in einem vor gegebenen Gleisabschnitt zu ermitteln. Befindet sich in dem vorgegebenen Abschnitt ein Fahrzeug, so kann durch Ermitteln eines elektrischen Widerstands zwischen den beiden Schienen ermittelt werden, ob sich das Fahrzeug in dem vorgegebenen Abschnitt befindet. Der elektrische Widerstand wird durch Rä der des Fahrzeugs beeinflusst, mit denen es auf den Schienen angeordnet ist. Gegenüberliegende Räder einer Achse des Fahr zeugs sind in der Regel elektrisch miteinander verbunden.

Wird somit ein elektrischer Widerstand erfasst, der kleiner als ein vorgegebener Widerstandsvergleichswert ist, wird dies als Indiz dafür genutzt, dass sich das Fahrzeug in diesem Gleisabschnitt befindet. Ist der elektrische Widerstand dage gen größer als der vorgegebene Widerstandsvergleichswert, wird dies als Indiz dafür gewertet, dass sich kein Fahrzeug in dem vorgegebenen Gleisabschnitt befindet. Der vorgegebene Gleisabschnitt ist somit für die Nutzung von weiteren Fahr zeugen frei verfügbar.

Um eine zuverlässige Funktionalität der Gleis-Frei-Melde- anlage erreichen zu können, ist es in der Regel vorgesehen, zum Erfassen des Widerstands einen Gleichstrom und/oder einen Wechselstrom zu nutzen, wobei bei Nutzen eines Wechselstroms dieser eine oder mehrere vorgegebene Frequenzen nutzt, die im Bereich von bis zu etwa einigen kHz liegen können.

Befindet sich ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug in dem vorgegebenen Gleisabschnitt in einem vorgegebenen Fährbe trieb, so ist zu beachten, dass auf der für den bestimmungs gemäßen Betrieb des Fahrzeugs erforderliche elektrische Strom unter anderem über die Schienen geführt wird. Wenn dieser Strom, auch Traktionsstrom genannt, Frequenzanteile enthält, die auch von Gleis-Frei-Meldeanlagen genutzt werden, besteht das Problem, dass dieser Gleisabschnitt fälschlich als frei gemeldet werden kann.

Um diese relevante Fehlfunktion zu vermeiden, ist es bei elektrisch antreibbaren schienengeführten Fahrzeugen erfor derlich, vorgegebene Grenzwerte im Bereich einer spektralen Verteilung des Traktionsstroms einzuhalten, und zwar insbe sondere in spektralen Bereichen, die von der Gleis-Frei- Meldeanlage genutzt werden. Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts sind für elek trisch antreibbare schienengeführt Fahrzeuge in der Regel ge taktete Energiewandler konstruiert, die speziell die Funktio nalität der Gleis-Frei-Meldeanlagen berücksichtigen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Funktion von Gleis-Frei- Meldeanlagen durch den Betrieb des Energiewandlers im Wesent lichen nicht gestört wird.

Zu diesem Zweck sind in der Regel vorgegebene Impulsmuster vorgesehen, mit denen sichergestellt werden kann, dass Gleis- Frei-Meldeanlagen nicht gestört werden. Dies erfordert es, dass Schaltelemente des Energiewandlers im bestimmungsgemäßen Betrieb möglichst unverändert mit diesen Impulsmustern be trieben werden.

Wird nun im Rahmen einer Wartung eines elektrisch antreib- baren schienengebundenen Fahrzeugs auch der Energiewandler gewartet, beispielsweise indem eines oder mehrere Schaltele mente ausgetauscht werden, so kann das Einhalten der spektra len Verteilung durch den Traktionsstrom nur dann sicherge stellt werden, wenn das Schaltelement im Wesentlichen identi sche Schaltverzugszeiten beziehungsweise Schalt Z eiträume auf weist. Das Kriterium für einen Austausch des Schaltelements ist in diesem Fall also, dass vorgegebene Schaltverzugszeiten eingehalten werden, welche im Übrigen auch der Prüfung bezie hungsweise Zertifizierung des elektrisch antreibbaren schie nengebundenen Fahrzeugs zugrundeliegen.

Gerade elektrisch antreibbare schienengebundene Fahrzeuge sind jedoch über große Betriebszeiträume im Einsatz. Dies führt dazu, dass Schaltelemente als Austauschschaltelemente vorgesehen werden, die häufig nicht mehr die im Wesentlichen gleichen Schalteigenschaften aufweisen. Insbesondere zeigt es sich, dass Schalt Z eiträume für solche Schaltelemente mit zu nehmendem Entwicklungsfortschritt kleiner werden. Aus diesem Grund ist es derzeit im Stand der Technik üblich, bei einem Austausch eines Schaltelements eine Zulassung des Fahrzeugs mittels aufwendiger Störstrommessungen erneut nachzuweisen. Dadurch ergibt sich, dass insbesondere ältere Schaltelemente nicht einfach durch neue Schaltelemente, die im Allgemeinen deutlich kleinere Schalt Z eiträume bereitstellen, realisiert werden kann.

Weiterhin offenbart die US 2008/0094121 Al eine Treiberschal tung für einen Energiewandler und eine Energiewandlersteuer schaltung .

Die vorgenannte Problematik ist jedoch nicht auf schienenge bundene Fahrzeuge begrenzt, sondern kann auch bei anderen elektrischen Einrichtungen auftreten, die Energiewandler nut zen. So kann sich durch ein neues Schaltelement ein anderes Verhalten in Bezug auf eine elektromagnetische Verträglich keit, insbesondere auf eine Funkstörung, Netzrückwirkungen und/oder dergleichen ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Probleme zu redu zieren, die sich aufgrund von sich verändernden Schaltzeit räumen von Schaltelementen ergeben können.

Als Lösung werden mit der Erfindung ein Energiewandler, ein Schaltelement, ein elektrisch antreibbares Fahrzeug sowie auch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorge schlagen .

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Energiewandlers wird insbe sondere vorgeschlagen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, das Schaltsignal in Bezug auf einen Zeitpunkt abhängig von dem wenigstens einen schaltelementspezifischen Schalt zeitraum derart bereitzustellen, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers mit dem steuerbaren Schaltelement wenigstens ein vorgebbarer Schalt Z eitraum an dem Zeitpunkt erreicht wird. Bezüglich eines gattungsgemäßen Schaltelements wird insbeson dere vorgeschlagen, dass das Schaltelement ausgebildet ist, das Schaltsignal in Bezug auf einen Zeitpunkt abhängig vom wenigstens einen schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum derart zeitlich zu beeinflussen, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers mit dem steuerbaren Schaltelement wenigstens ein vorgebbarer Schalt Z eitraum ab dem Zeitpunkt erreicht wird.

Bezüglich eines gattungsgemäßen elektrisch antreibbaren Fahr zeugs wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Energiewand ler gemäß der Erfindung ausgebildet ist oder der Energiewand ler ein steuerbares Schaltelement aufweist, welches gemäß der Erfindung ausgebildet ist.

Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass das Schaltsignal in Bezug auf einen Zeit punkt abhängig vom wenigstens einen schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum derart bereitgestellt wird, dass im bestim mungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers mit dem steuerbaren Schaltelement wenigstens ein vorgebbarer Schalt Z eitraum ab dem Zeitpunkt erreicht wird.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass energiewandler seitig sowie gegebenenfalls auch schaltelementseitig eine An passung bezüglich der Schalteigenschaften des Schaltelements vorgenommen werden kann, mit der erreicht werden kann, dass der wenigstens eine vorgebbare Schalt Z eitraum auch zuverläs sig eingehalten werden kann. Dabei kann mittels der Erfindung auf das Schaltsignal eingewirkt werden, sodass durch zeitli ches Anpassen unter Berücksichtigung des schaltelementspezi- fischen Schalt Z eitraums der vorgegebene Schalt Z eitraum zuver lässig erreicht werden kann. Dadurch ist es möglich, unabhän gig von schaltelementspezifischen Schalt Z eiträumen des je weils im Energiewandler vorgesehenen Schaltelements den vor gegebenen Schalt Z eitraum zu realisieren, so dass im bestim mungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers auftretende Rückwir kungen möglichst beibehalten werden können, wenn das Schalt- element des Energiewandlers ersetzt wird. Insbesondere kann erreicht werden, dass Netzrückwirkungen, eine Beeinflussung von Gleis-Frei-Meldeanlagen und/oder Beeinträchtigungen im Sinne der elektromagnetischen Verträglichkeit weitgehend un abhängig von einem aktuell im Energiewandler vorgesehenen Schaltelement realisiert werden können.

Das Schaltsignal wird also derart bereitgestellt, dass ein Ende des vorgebbaren Schalt Z eitraums mit einem Ende des schaltelementspezifischen Schalt Z eitraums zusammenfällt. Es ist nämlich zu beachten, dass das Ende des Schalt Z eitraums im praktischen Betrieb natürlich durch das Schaltelement bereit gestellt wird. Deshalb ist das Ende des vorgebbaren Schalt zeitraums durch das Ende des schaltelementspezifischen

Schalt Z eitraums bestimmt. Damit für den vorgebbaren Schalt zeitraum ein gewünschter Wert erreicht werden kann, kann des halb das Schaltsignal entsprechend angepasst werden, sodass das Ende des vorgebbaren Schalt Z eitraums mit dem Ende des schaltelementspezifischen Schalt Z eitraums zusammenfällt. Das Ende kann also durch einen Zeitpunkt bestimmt sein.

Besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung dann, wenn der Energiewandler mehr als nur ein einziges Schaltelement aufweist, beispielsweise zwei Schaltelemente, vier Schaltele mente oder noch mehr Schaltelemente, die in geeigneter Weise zusammen mit entsprechenden Induktivitäten und/oder Kapazitä ten Z usammenwirken, um die gewünschte Energiewandlungsfunkti onalität bereitstellen zu können.

Es ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit für das wenigs tens eine Schaltelement ein entsprechendes Schaltsignal be reitstellt, mittels dem es zum Zwecke des Energiewandeins durch den Energiewandler im vorgesehenen Schaltbetrieb be trieben werden kann. Bei mehreren Schaltelementen kann vorge sehen sein, dass entsprechend mehrere individuelle Schaltsig nale für die einzelnen Schaltelemente vorgesehen sind. Natür lich kann auch vorgesehen sein, dass das Schaltsignal für zwei oder mehrere gemeinsam Schaltelemente genutzt wird. Dies ist unter anderem abhängig von einer Schaltungsstruktur des Energiewandlers .

Ein Schaltelement im Sinne dieser Offenbarung ist dabei vor zugsweise ein steuerbares elektronisches Schaltelement, bei spielsweise ein steuerbarer elektronischer Halbleiterschalter wie ein Transistor, der in einem Schaltbetrieb betrieben wird, ein Thyristor, Kombinationsschaltungen hiervon, vor zugsweise mit parallelgeschalteten Inversdioden, ein Gate- turn-off-Thyristor (GTO) , ein Insulated-Gate-Bipolar- Transistor (IGBT), Kombinationen hiervon oder dergleichen.

Dem Grunde nach kann das Schaltelement jedoch auch durch ei nen Feldeffekttransistor, insbesondere einen Metaloxide- Semiconductor-Field-Effect-Transistor (MOSFET) gebildet sein.

Zur Bereitstellung der gewünschten Energiewandlungsfunktiona lität des Energiewandlers wird das wenigstens eine Schaltele ment im Schaltbetrieb betrieben. In Bezug auf einen Halb leiterschalter nach Art eines Transistors bedeutet dies, dass in einem eingeschalteten Schaltzustand zwischen dem eine Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Transistors ein sehr kleiner elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. In einem ausgeschalteten Schaltzustand ist hingegen die Schaltstrecke des Transistors hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, so dass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb bei Transistoren, der aber bei getakteten Energiewandlern in der Regel nicht zum Einsatz kommt.

Das Schaltelement weist zur Realisierung der Steuerfunktiona lität wenigstens einen Steueranschluss auf, an dem es mit dem von der Steuereinheit bereitgestellten Schaltsignal beauf schlagbar ist, sodass die gewünschte Schaltfunktion des

Schaltelements realisiert werden kann. Das Schaltsignal kann ein binäres Schaltsignal sein, welches zwei Zustandswerte einnehmen kann, um die gewünschten Schaltfunktionen des

Schaltelements bereitstellen zu können. Beispielsweise kann das Schaltsignal durch eine Impulsfolge gebildet sein, mit tels der der Steueranschluss beaufschlagt wird. Dies ist vor allem bei Thyristoren und GTO zweckmäßig. Darüber hinaus kann bei Transistoren vorgesehen sein, dass das Schaltsignal ein Rechtecksignal ist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand des Schaltelements einem der Potentiale des Rechtecksignals zuge ordnet werden kann. Ein solches Signal ist beispielsweise für Transistoren, insbesondere für bipolare Transistoren, Feldef fekttransistoren oder dergleichen zweckmäßig.

Die Steuereinheit stellt eine Funktionalität zum Erzeugen des Schaltsignals bereit. Auch weitere Funktionen des Energie wandlers können durch die Steuereinheit realisiert sein, bei spielsweise Überwachungsfunktionen, Sicherheitsfunktionen und/oder dergleichen. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit eine Hardwareschaltung und/oder eine programmgesteuerte Rech nereinheit oder dergleichen umfassen.

Der Schalt Z eitraum ist vorliegend ein Zeitraum, innerhalb dessen ein Wechsel zwischen den Schaltzuständen des Schalt elements erfolgt. Der Schalt Z eitraum meint vorliegend also nicht einen Zeitraum, über den sich der eingeschaltete

Schaltzustand oder auch der ausgeschaltete Schaltzustand er streckt. Der schaltelementspezifische Schalt Z eitraum bezeich net somit einen Zeitraum, innerhalb dessen das Schaltelement zwischen den beiden Schaltzuständen wechselt, wenn am Steuer anschluss ein entsprechendes Schaltsignal bereitgestellt wird. Der schaltelementspezifische Schalt Z eitraum ist somit ein Zeitraum, der spezifisch von dem jeweiligen Schaltelement benötigt wird, um aufgrund des Schaltsignals den Schaltzu stand in bestimmungsgemäßer Weise zu wechseln.

Dem Grunde nach kann der schaltelementspezifische Schaltzeit raum für ein jeweiliges Schaltelement ein im Wesentlichen konstanter Schalt Z eitraum sein. Jedoch kann der schaltelem- entspezifische Schalt Z eitraum auch von weiteren Parametern abhängig sein, die den bestimmungsgemäßen Betrieb des Schalt elements betreffen, beispielsweise dessen Temperatur, dessen Betriebsstrom im eingeschalteten Schaltzustand, dessen Be triebsspannung im ausgeschalteten Schaltzustand und/oder der gleichen .

Der vorgebbare Schalt Z eitraum ist dagegen ein Zeitraum, der für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers vorge geben ist und der mittels des Schaltelements mit dem bestim mungsgemäßen Betrieb des Energiewandeins erreicht werden soll. Durch geeignetes Beeinflussen des Schaltsignals , entwe der durch eine Steuereinheit und/oder auch durch das Schalt element selbst, kann der vorgebbare Schalt Z eitraum bei Kennt nis des schaltelementspezifischen Schalt Z eitraums eingestellt werden. Zu diesem Zweck können entsprechende Anpassungsschal tungen und/oder Steuerungen vorgesehen sein, mittels denen das Schaltsignal in geeigneter Weise hinsichtlich seiner zeitlichen Lage angepasst werden kann, sodass der vorgegebene Schalt Z eitraum trotz einem abweichenden schaltelementspezifi- schen Schalt Z eitraum erreicht werden kann. Insgesamt ermög licht es die Erfindung dadurch, bei Energiewandlern Schalt elemente nahezu beliebig austauschen zu können, ohne dessen spezifische Funktionalität, die für den vorgegebenen Schalt zeitraum erforderlich ist, wesentlich verändern zu müssen. Dadurch ist es insbesondere möglich, Schaltelemente, die ei nen sehr kurzen schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum auf weisen, zu nutzen, um Schaltelemente zu ersetzen, die einen großen schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum aufweisen. Dies berücksichtigt, dass mit zunehmendem Entwicklungsfort schritt Schaltelemente kürzere schaltelementspezifische

Schalt Z eiträume aufweisen. Die Wartung des Energiewandlers kann dadurch insgesamt vereinfacht werden.

Darüber hinaus kann durch die Erfindung erreicht werden, dass für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers einzu haltende technische Anforderungen, beispielsweise Netzrück wirkungen, Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit und/oder dergleichen auch durch ein Austau schen des wenigstens einen Schaltelements im Wesentlichen nicht beeinträchtigt zu werden brauchen. Dadurch ist es auch nicht mehr erforderlich, den Energiewandler nach einer War tung, insbesondere einem Austausch des wenigstens einen

Schaltelements, erneut hinsichtlich seiner Eigenschaften zu prüfen beziehungsweise zu zertifizieren.

In Bezug auf den Warnbetrieb von Gleis-Frei-Meldeanlagen kann somit auch erreicht werden, dass elektrisch antreibbare schienengebundene Fahrzeuge nach einer Wartung beziehungswei se nach einem Austausch eines Schaltelements eines Energie wandlers des Fahrzeugs nicht mehr erneut geprüft beziehungs weise zertifiziert zu werden brauchen. Vielmehr kann durch die Erfindung erreicht werden, dass die im Stand der Technik auftretenden unerwünschten Eigenschaften, beispielsweise in Bezug auf Gleis-Frei-Meldeanlagen, reduziert, wenn nicht so gar vollständig vermieden werden können.

Dem Grunde nach ist dies natürlich nicht auf den Warnbetrieb beschränkt, sondern kann auch für andere Antriebssituationen, beispielsweise elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, elekt rische Antriebsstränge und/oder dergleichen, entsprechend ge nutzt werden.

Insbesondere kann natürlich vorgesehen sein, dass der Ener giewandler mehrere Schaltelemente aufweist, wobei die Schalt elemente unterschiedliche schaltelementspezifische Schaltei genschaften bereitstellen können. Auch in diesem Fall kann eine entsprechende Anpassung realisiert werden. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise vorgesehen, dass für jedes der Schalt elemente eine eigene entsprechende Anpassung gemäß der Erfin dung realisiert ist.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass der Energiewandler eine Kommunikationsverbindung zwischen der Steuereinheit und dem Schaltelement aufweist, die ausgebildet ist, Daten bezüglich des wenigstens einen schaltelementspezifischen Schaltzeit- raums und/oder des wenigstens einen vorgebbaren Schaltzeit- raums zwischen der Steuereinheit und dem Schaltelement zu übermitteln. Dadurch kann erreicht werden, dass steuerein heitsseitig die spezifischen funktionellen Daten des Schalt elements, insbesondere in Bezug auf den schaltelementspezifi- schen Schalt Z eitraum, verfügbar sind. Die Steuereinheit kann somit das Schaltsignal in entsprechender Weise bereitstellen .

Ist hingegen eine Anpassungsfunktionalität schaltelementsei- tig vorgesehen, kann die Steuereinheit den vorgebbaren

Schalt Z eitraum an das Schaltelement übermitteln, so dass es aufgrund eines Schaltsignals seine Schaltfunktionalität ent sprechend adaptieren kann. Natürlich können auch Kombinatio nen hiervon vorgesehen sein. Die Daten können entweder in re gelmäßigen Abständen oder auch lediglich einmalig bereitge stellt werden, damit die Steuereinheit beziehungsweise das Schaltelement eine entsprechende Einstellung vorzunehmen ver mag. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass steuerein heitsseitig und/oder schaltelementseitig die entsprechenden Daten für den Gebrauch gespeichert werden.

Zu diesem Zweck kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine Speichereinheit mit den Werten bezüglich des wenigstens einen schaltelementspezifischen Schaltzeit raums und/oder des wenigstens einen vorgebbaren Schaltzeit- raums umfasst. Entsprechendes kann natürlich auch für das Schaltelement vorgesehen sein. Dadurch kann steuereinheits seitig erreicht werden, dass das Schaltsignal unter Berück sichtigung der vorgenannten Schaltzeiten bereitgestellt wird.

Schaltelementseitig kann dagegen vorgesehen sein, dass das Schaltsignal am Steueranschluss entsprechend ausgewertet wird, sodass der vorgebbare Schalt Z eitraum erreicht werden kann. Es braucht in diesem Fall also nicht unbedingt eine An passung durch die Steuereinheit vorgenommen zu werden. Viel mehr kann bei dieser Ausgestaltung erreicht werden, dass das Schaltelement im Falle der Wartung des Energiewandlers ledig lich unmittelbar ausgetauscht zu werden braucht. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit ausge bildet ist, dem wenigstens einen schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum und/oder dem wenigstens einen vorgebbaren Schalt Z eitraum entsprechende Daten aus einer Datenbank abzu rufen, die mit der Steuereinheit zumindest zeitweise in Kom munikationsverbindung steht. Dadurch brauchen die entspre chenden Daten nicht unmittelbar in der Steuereinheit bezie hungsweise dem Schaltelement vorgehalten zu werden. Sie kön nen bedarfsweise von der Datenbank abgerufen werden. Zu die sem Zweck kann die Kommunikationsverbindung ein Kommunikati onsnetzwerk wie das Internet oder dergleichen nutzen.

Dem Grunde nach besteht allerdings auch die Möglichkeit, die Steuereinheit beziehungsweise das Schaltelement spezifisch einzustellen, beispielsweise indem eine Programmierung oder auch eine Justierung der Steuereinheit beziehungsweise des Schaltelements entsprechend vorgesehen wird. Dies kann zum Beispiel manuell oder auch mittels Einstellautomaten oder dergleichen erfolgen. In diesem Fall ist natürlich eine Kom munikationsverbindung nicht zwingend erforderlich. Trotzdem kann dies natürlich auch mit den vorgenannten Optionen kombi niert sein.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Steu ereinheit ausgebildet ist, das Steuersignal abhängig vom we nigstens einen schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum und/oder vom wenigstens einen vorgebbaren Schalt Z eitraum zu ermitteln. In dieser Ausgestaltung wird das Schaltsignal also nicht unbedingt nur zeitlich hinsichtlich seiner Lage ange passt, sondern es wird ein gänzlich neues Steuersignal er zeugt, das bereits die entsprechende zeitliche Lage aufweist. Dies kann durch eine entsprechende Berechnung unter Berück sichtigung des schaltelementspezifischen Schalt Z eitraums und/oder des vorgebbaren Schalt Z eitraums erfolgen. Die Be rechnung kann für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Energie wandlers zu vorgebbaren Zeitpunkten wiederholt werden. Natür lich kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass zu jedem Wechsel des Schaltzustands des Schaltelements eine entspre chende Berechnung beziehungsweise Adaption erfolgt.

Der wenigstens eine Schalt Z eitraum ist vorzugsweise ein Ein schalt Z eitraum und/oder ein Ausschaltzeitraum. Für den we nigstens einen Einschalt Z eitraum und/oder für den wenigstens einen Ausschalt Z eitraum können entsprechend unterschiedliche vorgebbare Schaltzeitenräume vorgesehen beziehungsweise zuge ordnet sein. Entsprechend kann eine Anpassung des Schaltsig nals für den Einschalt Z eitraum und/oder den Ausschalt Z eitraum erfolgen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Ein schalt Z eitraum und der Ausschalt Z eitraum separat voneinander erzeugt werden. Dies kann schaltelementspezifische Eigen schaften berücksichtigen, mittels denen ein Ausschaltverhal ten und ein Einschaltverhalten unterschiedlich voneinander ausfallen können. Die Anpassung kann dadurch insgesamt ver bessert werden.

Schaltelementseitig kann insbesondere ein Kommunikationsstel lenanschluss zum Übermitteln der Daten bezüglich des vorgeb- baren Schalt Z eitraums und/oder des schaltelementspezifischen Schalt Z eitraums vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es der Steuereinheit oder einer externen Datenquelle wie der Daten bank möglich, die entsprechenden Daten für das Schaltelement zur Verfügung zu stellen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der schaltelementspezifische Schalt Z eitraum an das Schaltelement übermittelt wird, damit diesem die Daten schaltelementspezifisch zur Verfügung stehen. Dies berück sichtigt, dass das Schaltelement unter Umständen nicht dazu ausgebildet ist, selbsttätig den schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum ermitteln zu können. Hierfür kann es sinnvoll sein, dass die entsprechenden Daten bereits bei der Herstel lung des Schaltelements an das Schaltelement übermittelt und dort gespeichert werden können. Dem Grunde nach gilt dies na türlich auch für den vorgebbaren Schalt Z eitraum, der insbe sondere von der Steuereinheit, in deren Energiewandler das Schaltelement angeordnet ist, bereitgestellt wird. Dadurch ist es möglich, das Schaltelement auch nach seiner Herstel- lung an eine nahezu beliebige Nutzung in einem Energiewandler entsprechend anpassen zu können. Das Schaltelement braucht also in dieser Ausgestaltung kein für einen jeweiligen Ener giewandler spezifisches Schaltelement zu sein, sondern es kann ein Standardschaltelement genutzt werden, welches unter Nutzung der entsprechenden vorgenannten Daten spezifisch an die Nutzung in dem jeweiligen Energiewandler angepasst werden kann. Dadurch kann die Flexibilität insgesamt weiter erhöht werden .

Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Schaltsignal ergän zend abhängig von einem elektrischen Strom und/oder einer elektrischen Spannung und/oder einer Temperatur des Energie wandlers, insbesondere des Schaltelements, ermittelt wird. Diese Weiterbildung berücksichtigt, dass der schaltelement spezifische Schalt Z eitraum auch von einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers beziehungsweise des Schaltele ments innerhalb des Energiewandlers abhängig sein kann. Bei spielsweise kann der schaltelementspezifische Schalt Z eitraum von einem Betriebsstrom während des eingeschalteten Schaltzu stands abhängig sein. Der schaltelementspezifische Schalt zeitraum kann darüber hinaus jedoch auch von einer Spannung abhängig sein, die zum Beispiel in einem ausgeschalteten Schaltzustand des Schaltelements an dessen Schaltstrecke an liegt. Auch Kombinationen hiervon können vorgesehen sein. Dadurch kann die Funktionalität des Schaltelements innerhalb des Energiewandlers weiter verbessert werden.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine vorgebbare Schaltzeit raum größer als der wenigstens eine schaltelementspezifische Schaltzeitraum. Dadurch kann erreicht werden, dass eine ein fache Anpassung durch zum Beispiel eine zeitliche Verzögerung mittels einer Verzögerungseinheit oder dergleichen erreicht werden kann. Auf diese Weise kann eine besonders einfache An passung erreicht werden. Darüber hinaus berücksichtigt diese Weiterbildung den Sachverhalt, dass mit zunehmendem Entwick lungsfortschritt die Schaltelemente in der Regel schnellere schaltelementspezifische Schalt Z eiträume bereitstellen, so- dass ein Wechsel eines Schaltelements über einen Energiewand ler in der Regel dazu führt, dass der schnellere schaltelem entspezifische SchaltZeitraum des neuen Schaltelements ent sprechend zu kompensieren ist. Dem Grunde nach ist natürlich auch ein umgekehrter Fall möglich, wobei dann jedoch vorzugs weise unter Nutzung der Steuereinheit das Schaltsignal ent sprechend zeitlich vorgezogen wird, sodass der vorgebbare SchaltZeitraum auch hier noch erreicht werden kann. Natürlich können auch unterschiedlichste Kombinationen hiervon vorgese hen sein.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass der wenigstens eine schaltelementspezifische SchaltZeitraum in einem bestimmungs gemäßen Betrieb des Energiewandlers ermittelt wird. Der be stimmungsgemäße Betrieb kann zum Beispiel in einem Testlauf, während einer Prüfphase und/oder dergleichen erfolgen. Die entsprechenden Daten des schaltelementspezifischen Schalt zeitraums können dann der Steuereinheit und/oder dem Schalt element zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das Schaltelement und/oder die Steuereinheit entsprechend angepasst werden, so dass der vorgebbare SchaltZeitraum erreicht werden kann.

Die für den erfindungsgemäßen Energiewandler angegebenen Vor teile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen für das erfindungsgemäße Schaltelement sowie das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Insbesondere können natürlich Vor richtungsmerkmale als Verfahrensmerkmale und umgekehrt formu liert sein.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefüg ten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen. Es zeigt:

FIG 1 eine schematische Blockdarstellung eines elektrisch antreibbaren Bahnfahrzeugs auf einem zwei in Längs- richtung parallel angeordnete Schienen aufweisenden Gleis ,

FIG 2 eine schematische Diagrammdarstellung eines Schalt signals für ein Schaltelement eines Energiewandlers des Bahnfahrzeugs gemäß FIG 1,

FIG 3 eine schematische Diagrammdarstellung von Schalt signalen des Schaltelements wie die FIG 2,

FIG 4 eine vergrößerte Diagrammdarstellung aus FIG 3 für einen Einschaltvorgang,

FIG 5 eine schematische Diagrammdarstellung einer spekt ralen Verteilung eines Stroms des Schaltelements gemäß FIG 3 mit einem schaltelementspezifischen SchaltZeitraum eines ersten Schaltelements, der ei nem vorgebbaren SchaltZeitraum entspricht,

FIG 6 eine schematische Diagrammdarstellung wie FIG 5, jedoch für ein zweites Schaltelement mit einem kleineren schaltelementspezifischen SchaltZeitraum als das erste Schaltelement, welches dem Diagramm gemäß FIG 5 zugrundeliegt,

FIG 7 eine schematische Diagrammdarstellung eines Span- nungs-Zeit-Diagramms für ein vorgebbares Schaltsig nal,

FIG 8 eine schematische Darstellung wie FIG 7 für einen schaltelementspezifischen SchaltZeitraum,

FIG 9 eine schematische Diagrammdarstellung wie FIG 8, 9 zum Ermitteln einer Verzögerungszeit für das

Schaltsignal einer Steuereinheit zum Steuern des Schaltelements, und

FIG 10 eine schematische Blockdarstellung für eine Reali sierung der Erfindung mittels einer Verzögerungs einheit .

FIG 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eines

elektrisch angetriebenen Bahnfahrzeugs 10, das auf einem Gleis 14 angeordnet ist und mittels Räder 70 schienengeführt ist, von denen lediglich eines schematisch dargestellt ist. Das Bahnfahrzeug 10 umfasst einen Dachaufbau mit einem Strom abnehmer 16, der schleifend eine Oberleitung 12 kontaktiert, die oberhalb des Gleises 14 parallel zum Verlauf des Gleises 14 angeordnet ist.

Zwischen dem Stromabnehmer 16 und dem Rad 70 weist das Bahn fahrzeug 10 einen Transformator 18 mit einer Primärwicklung 32 auf, die mit einem ersten Anschluss an den Stromabnehmer 16 und mit einem zweiten Anschluss an das Rad 70 angeschlos sen ist. Der Transformator 18 ist vorliegend als Trenntrans formator ausgebildet. Die Primärwicklung 32 wird vorliegend mit einer Wechselspannung von etwa 15 kV bei einer Frequenz von etwa 16,7 Hz beaufschlagt. In alternativen Ausgestaltun gen kann die Wechselspannung auch einen anderen Wert aufwei sen, zum Beispiel etwa 25 kV oder dergleichen. Ebenso kann bei alternativen Ausgestaltungen die Frequenz auch etwa 50 Hz oder dergleichen betragen. An einer Sekundärwicklung 34 des Transformators 18 wird eine entsprechend transformierte Wech selspannung bereitgestellt, die deutlich kleiner als die Wechselspannung zwischen der Oberleitung 12 und dem Gleis 14 ist .

An die Sekundärwicklung 34 ist ein Energiewandler angeschlos sen, der zwei Halbbrückenschaltungen 20 aufweist, die jewei lige IGBTs 28 als Schaltelemente umfassen. Jeder der IGBTs 28 umfasst ferner eine Inversdiode, die vorliegend jedoch nicht bezeichnet ist. Jeweilige Mittelanschlüsse 72 der Halbbrü ckenschaltungen 20 sind an einem jeweiligen Anschluss der Se kundärwicklung 34 angeschlossen. Die Halbbrückenschaltungen 20 sind gemeinsam an einen Zwischenkreiskondensator 22 ange schlossen. An den Zwischenkreiskondensator 22 ist ferner ein Wechselrichter 24 angeschlossen, der ein dreiphasiges Wech selspannungsnetz für eine entsprechende elektrische Maschine 26 bereitstellt, die dazu dient, wenigstens einige der Räder 70 anzutreiben.

Die IGBTs 28 weisen Steueranschlüsse 30 auf, die an eine Steuereinheit 36 angeschlossen sind. Dadurch können die IGBTs 28 individuell durch die Steuereinheit 36 derart gesteuert werden, dass sie in einem Schaltbetrieb betrieben werden kön- nen. Im Schaltbetrieb weisen die IGBT 28 lediglich den einge schalteten Schaltzustand und den ausgeschalteten Schaltzu stand auf, den sie gemäß einem Schaltsignal 38 der Steuerein heit 36 entsprechend einnehmen beziehungsweise wechseln, wenn dies durch das Schaltsignal der Steuereinheit 36 gefordert ist. Durch die Halbbrückenschaltungen 20 des Energiewandlers kann ein Vierquadrantenbetrieb in Bezug auf die Energiever sorgung des Gleichspannungszwischenkreises erreicht werden.

Je nach Bedarf kann die Anzahl der Halbbrückenschaltungen 20 auch variieren.

Die vorgenannten Überlegungen gelten dem Grunde nach natür lich auch für den Wechselrichter 24. Dieser kann im vorlie genden Fall zum Beispiel drei Halbbrückenschaltungen 20 auf weisen, wobei mittels einer jeweiligen der Halbbrückenschal tungen 20 eine jeweilige Phase bereitgestellt werden kann.

Der Energiewandler mit den Halbbrückenschaltungen 20 sowie auch der Wechselrichter 24 sind vorzugsweise ausgebildet, in einem Vier-Quadranten-Betrieb betrieben zu werden.

Die vorgenannten Überlegungen gelten ferner nicht nur Zwei- Punkt-Umrichter, sondern auch für Drei- oder Mehr-Punkt- Umrichter sowie für Strom- und Spannungszwischenkreisumrich- ter, das heißt, also auch für Matrixumrichter.

Um den Betrieb einer Gleis-Frei-Meldeanlage durch den Betrieb des Energiewandlers möglichst nicht zu stören, sollen die IG- BTs 28 vorgebbare Schalt Z eiträume 42 bereitstellen . Bei der Herstellung der Energiewandler sind zu diesem Zweck spezifi sche IGBTs 28 vorgesehen worden, sodass der vorgebbare

Schalt Z eitraum 42 dadurch realisiert werden kann, dass er ei nem schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum der IGBTs 28 entspricht. Die Schalt Z eiträume sind hier also etwa gleich.

Darüber hinaus sind Impulsmuster für Schaltsignale 38 der Steuereinheit 36 entsprechend gewählt, sodass eine spektrale Verteilung bezüglich des aufgenommenen Stroms erreicht werden kann, wie er beispielsweise anhand von FIG 5 dargestellt ist. Erkennbar ist, dass dort für einige Frequenzen Amplitudenwer te 46 vorgesehen sind, die vorgegebene maximale Amplituden werte des Stroms bei einer spezifischen Frequenz aufweisen. Dadurch kann erreicht werden, dass ein für den Betrieb der Gleis-Frei-Meldeanlage wichtiger Frequenzbereich im Wesentli chen nicht gestört ist. Dieser Bereich ist in FIG 5 mit 44 bezeichnet .

FIG 2 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Spannungs-Zeitdiagramm für eines der Schaltsignale 38 der Steuereinheit 36. Aus FIG 2 ist ersichtlich, dass zu Zeit punkten ti und 12 die Schaltzustande des mit diesem Schalt signal angesteuerten IGBTs gewechselt werden.

Ist nun einer der IGBT 28 beziehungsweise mehrere oder auch alle im Rahmen einer Wartung zu wechseln, so ist zu beachten, dass neuere Versionen der IGBT 28 in der Regel aufgrund der Weiterentwicklung kürzere schaltelementspezifische Schalt zeiträume aufweisen, wie dies anhand des vergrößerten Aus schnitts aus FIG 3 in FIG 4 schematisch dargestellt ist.

FIG 3 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Spannungs-Zeitdiagramm für Schaltvorgänge 40, 42, wie es mit tels des IGBT 28 erreicht wird. Bei der zeitlichen Auflösung gemäß FIG 3 ist ein signifikanter Unterschied zwischen dem bisherigen IGBT 28, der gegen einen neuen IGBT 28 ausge tauscht werden soll, nicht ersichtlich. Dies zeigt dagegen FIG 4, die einen Bereich 60 in einer vergrößerten zeitlichen Auflösung darstellt.

Aus der schematischen Diagrammdarstellung gemäß FIG 4 ist er sichtlich, dass der vorgebbare Schalt Z eitraum 42, der durch die ursprünglich in den Halbbrückenschaltungen 20 des Ener giewandlers vorgesehenen IGBT 28 mit dem Graphen 42 darge stellt ist, durch den neuen IGBT 28 deutlich unterschritten wird, wie dies anhand des Graphen 40 aus FIG 4 ersichtlich ist. Dadurch ergeben sich Veränderungen in Bezug auf die Schalt Z eiten, die dazu führen können, dass Glas-Frei-Melde- anlagen nicht mehr bestimmungsgemäß zuverlässig betrieben werden können. Dies ist anhand der schematischen Diagrammdar stellung gemäß FIG 6 dargestellt, die eine schematische Dia grammdarstellung wie FIG 5 zeigt, wobei nun der IGBT 28 durch einen neuen IGBT 28 ersetzt ist, der eine schaltelementspezi- fische Schaltzeit gemäß dem Graphen 40, wie sie anhand von FIG 4 dargestellt ist, bereitstellt .

Aus FIG 6 ist ersichtlich, dass ein Amplitudenwert 48 in den Bereich 44 hineinragt, weshalb der bestimmungsgemäße Betrieb der Gleis-frei-Meldeanlage nicht mehr zuverlässig gewährleis tet werden kann.

Um dieses Problem zu beheben, wird die Erkenntnis genutzt, dass eine identische zeitliche Verschiebung von Ein- und Aus- schaltvorgängen aller IGBT 28 beziehungsweise Halbbrücken schaltungen 20 des Energiewandlers unkritisch ist, während eine schaltelementspezifische oder phasenspezifische zeitli che Verschiebung des Ein- und Ausschaltvorgangs das Frequenz spektrum massiv beeinflussen kann und zum Auftreten erwünsch ter Spektralanteile oder zum unzulässigen Ansteigen von

Amplitudenwerten von Spektralanteilen führen kann.

Um dies zu vermeiden, wird zwischen einer Impulsmustererzeu gung 56 der Steuereinheit 36 und den IGBT 28 eine Verzöge rungszeiteinheit 58 wie folgt realisiert: tdelay,on ~ t delay,onl ~ t delay,on2 tdelay,off ~ t delay,offl ~ t delay,of f2 tdeiay, oni und td eia y,offi entsprechen den schaltelementspezifi- schen Schalt Z eiträumen des ursprünglichen IGBT 28. t de iay,on2 und t deiay, off 2 entsprechen den schaltelementspezifischen

Schalt Z eiträumen des neuen IGBT 28, der den ursprünglichen IGBT 28 ersetzen soll. Die Auswirkungen werden anhand der schematischen Diagrammdar stellungen in den FIG 7 bis 9 erläutert, die jeweils Span- nungs-Zeitdiagramme zeigen.

Danach wird die Erfindung derart ausgeführt, dass eine Kor rektur der Schalt Z eiträume vorgenommen wird, sodass unter Be rücksichtigung des schaltelementspezifischen Schalt Z eitraums 40 der vorgebbare Schalt Z eitraum anhand des Graphen 54 in FIG 9 erreicht werden kann. Dieser entspricht dem schaltelement spezifischen Schalt Z eitraum 42 des ursprünglich im Energie wandler angeordneten IGBT 28.

Dies kann zum Beispiel bei der Impulsmustererzeugung 56 der Steuereinheit 36 realisiert werden. Vorliegend ist jedoch vorgesehen, dass eine separate Verzögerungszeiteinheit 58 vorgesehen ist, durch die das Schaltsignal 38 hindurchgeführt wird, und die eine entsprechende zeitliche Verzögerung tdeiay, on sowie t de iay,off gemäß der voranstehenden Formel reali siert. Diese Verzögerungszeiteinheit 58 kann in die Steuer einheit 36 integriert sein. Darüber hinaus kann sie natürlich auch in den IGBT 28 integriert sein. Im Übrigen besteht die Möglichkeit, auch eine nicht dargestellte Treiberschaltung für den IGBT 28 mit der Verzögerungszeiteinheit 58 auszurüs ten und dort die entsprechende Anpassung zu realisieren.

Eine besonders anwenderfreundliche und damit vorteilhafte Im plementierung der Erfindung ergibt sich dadurch, wenn die Korrektur autark beim Schaltelement beziehungsweise IGBT 28 stattfindet, weil dann ein Austausch des Schaltelements be ziehungsweise IGBTs 28 ohne einen weiteren Eingriff oder An passung in Bezug auf die Steuereinheit 36 erfolgen kann.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit kann sich dadurch erge ben, wenn die Verzögerungszeiten tdeiay, on sowie tdeiay, off oder die entsprechenden Korrekturzeiten beim Schaltelement bezie hungsweise IGBT 28 gespeichert sind und diese Daten, wie zu vor beschrieben, zur Korrektur des Schaltsignals 38 genutzt werden . Alternativ können Verzögerungszeiten t de iay, on/off2 oder auch die Korrekturzeiten tdeiay, on sowie tdeiay, off auch in einer Speicher einheit der Steuereinheit 36, einem ordentlich abgesetzten Speicher sowie auch in einer externen Datenbank, die mit der Steuereinheit 36 in Kommunikationsverbindung 62 steht, zur Verfügung gestellt werden. Die Datenbank kann zum Beispiel durch eine Cloud, eine Mindsphere und/oder dergleichen gebil det sein. Um die erforderliche Sicherheit gewährleisten zu können, können zur Datenübertragung fehlergesicherte Proto kolle genutzt werden.

FIG 10 zeigt eine schematische Darstellung zur Realisierung der Erfindung durch zusätzliches Anordnen der Verzögerungs zeiteinheit 58.

Aus der schematischen Darstellung gemäß FIG 7 ist ersicht lich, dass der vorgebbare Schalt Z eitraum 42 sich dadurch ergibt, dass der ursprünglich angeordnete IGBT 28 den Ein- schaltvorgang nicht, wie durch das Schaltsignal 38 vorgege ben, unmittelbar zum Zeitpunkt ti, sondern erst zum Zeitpunkt 1 3 ausführt. Entsprechend verzögert sich der Wechsel vom ein geschalteten Schaltzustand zum ausgeschalteten Schaltzustand vom Zeitpunkt t 2 gemäß dem Schaltsignal 38 zum Zeitpunkt t 4 . Mit 50 und 52 sind entsprechende Zeitverzüge t de iay,oni sowie tdeiay, offi mit Pfeilen dargestellt.

FIG 8 zeigt in einer schematischen Darstellung wie FIG 7 die Verhältnisse für einen neuen IGBT 28, der kürzere schaltelem entspezifische Schalt Z eiträume bereitstellt . Mittels des Gra phen 40 ist dies aus FIG 8 ersichtlich. Zu erkennen ist, dass der IGBT 28 aufgrund des Schaltsignals 38 den Wechsel vom ausgeschalteten Schaltzustand zum eingeschalteten Schaltzu stand bereits zum Zeitpunkt ts ausführt, der vor dem Zeit punkt 1 3 gemäß FIG 7 liegt. Entsprechend früher liegt der Zeitpunkt zum Wechsel vom eingeschalteten Schaltzustand zum ausgeschalteten Schaltzustand, der zum Schalt Z eitpunkt t 6 ausgeführt wird, der ebenfalls vor dem Zeitpunkt t 4 gemäß FIG 7 liegt. Entsprechend ergeben sich verkürzte schaltelement- spezifische Schalt Z eiträume t cieiay,on2 sowie t cieiay, 0ff 2 , die an hand von Pfeilen 50, 52 im Diagramm gemäß FIG 8 dargestellt ist .

FIG 9 zeigt nun eine Darstellung zum Ermitteln von Korrektur zeiten, um den vorgebbaren Schalt Z eitraum gemäß dem Graphen 54 zu erreichen. Zu diesem Zweck ist der Graph 54 in FIG 9 dargestellt, welches ebenfalls wie FIG 7 mit einem Graphen 42 in einem Spannungs-Zeit-Diagramm einem Verlauf für den vor gebbaren Schalt Z eitraum, der dem schaltelementspezifischen Schalt Z eitraum 42 gemäß FIG 7 entspricht, dargestellt ist.

Mit Pfeilen 68 sind die entsprechenden Differenzzeiten ge kennzeichnet, die durch die Verzögerungszeiteinheit 58 reali siert werden. Dadurch kann der IGBT 28 durch einen neueren IGBT 28 mit schaltelementspezifischen Schalt Z eiträumen gemäß FIG 8 ausgetauscht werden, ohne dass dies Auswirkungen auf den Betrieb der Energiewandler hat und damit die Gleis-Frei- Meldeanlagen nicht stört.

Insgesamt zeigt das Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie eine Realisierung einer vorgegebenen Eigenschaft eines Ener giewandlers unabhängig von schaltelementspezifischen Schalt zeiträumen von Schaltelementen des Energiewandlers realisiert werden kann. Besonders vorteilhaft eignet sich dies für den Einsatz bei schienengeführten Fahrzeugen 10, die elektrisch angetrieben sind. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf be schränkt und kann auch auf andere Antriebssituationen, bei spielsweise elektrisch antreibbare Fahrzeuge, oder auch An triebsstränge, zum Beispiel für Fertigungsanlagen oder der gleichen, angewendet werden.

Der Energiewandler kann aus zwei oder drei Halbbrückenschal tungen 20 oder gegebenenfalls auch mehr gebildet sein. In Sonderfällen, insbesondere im Kleinleistungsbereich, kann ei ne Halbbrücke durch einen kapazitiven Spanungsteiler ersetzt sern Der Begriff Energiewandler kann vorliegend insbesondere so wohl einen transformatorseitigen Vierquadrantensteller als auch einen maschinenseitigen Impulswechselrichter umfassen. Der Energiewandler kann dem Grunde nach jedoch auch einen Gleichspannungswandler, beispielsweise einen DC/DC-Wandler, oder dergleichen umfassen.

Das Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.