Lokomotive mit Haupt- und Hilfsenergieversorgung und einem automatisierten Start/Stopp-Betrieb

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lokomotive, bei dem ein Hauptdieselmotor einer Hauptenergieversorgung bedarfsweise abgeschaltet wird, wobei eine Steue ^¬ rungseinheit den Zustand des Hauptdieselmotors mit Hilfe von Zustandssensoren auf das Vorliegen einer Abschaltbedingung hin überwacht.

Ein solches Verfahren ist aus der US 2004/0099256 AI bereits bekannt. Dort ist eine Lokomotive beschrieben, die einen Hauptdieselmotor sowie einen Hilfsdieselmotor aufweist. Diese Dieselmotoren dienen jeweils zum Antrieb eines Generators, der für die Lokomotive die jeweils notwendige Traktions- oder Hilfsenergie bereitstellt. Der Hauptdieselmotor kann bei Be ^¬ darf beispielsweise bei Stillstand der Lokomotive über eine gewisse Zeitdauer hinweg abgeschaltet werden, wobei die

Hilfsenergieversorgung die Energieversorgung der Hilfsbetrie- bekomponenten übernimmt, die auch bei Stillstand mit Energie versorgt werden müssen. Zum Starten und Abschalten des Hilfs- beziehungsweise Hauptdieselmotors ist eine zweckmäßige Steue- rungseinheit vorgesehen. Auf diese Weise kann Energie einge ^¬ spart werden. Hierbei kommt es auch zu einer herabgesetzten Umweltbelastung in Folge der bei der Dieselverbrennung entstehenden Abgasprodukte. Es sind ferner Lokomotiven bekannt, bei denen zur Energieversorgung bei abgeschaltetem Hauptdieselmotor eine Hilfsenergieversorgung zum Einsatz gelangt, die eine Brennstoffzelle aufweist. Die Brennstoffzelle versorgt bei Stillstand des Schienenfahrzeugs Lasten wie Klimaanlagen, Scheibenwischer, Kühlanlagen oder dergleichen mit elektrischer Energie.

Bei einem Fahrzeug mit Großdieselmotor wie im weiteren Text anhand einer Lokomotive beschrieben, kann jedoch ein Hauptdieselmotor nicht einfach abgestellt werden. Hintergrund ist, dass ein solcher Hauptdieselmotor so groß dimensioniert ist, dass zum Runter- oder Hochfahren eine wesentlich längere Zeitdauer erforderlich ist als bei einem Dieselmotor, der in Kraftfahrzeugen einschließlich Lastkraftwagen eingesetzt wird. Darüber hinaus müssen bei einem sofortigen Abstellen des Hauptdieselmotors Fahrmotoren oder andere Traktionskompo ^¬ nenten des Schienenfahrzeugs nachgekühlt werden. Dieser Küh- lungsprozess erfordert jedoch einen hohen Energieaufwand, der von der Hilfsenergieversorgung nicht lange allein aufgebracht werden kann.

Den bisher bekannten Verfahren haftet der Nachteil, dass insbesondere bei automatischen Abschaltverfahren des Hauptdieselmotors der Hauptdieselmotor bereits nach kurzen Stillstandzeiten des Schienenfahrzeugs wieder eingeschaltet werden muss mit einer hohen Belastung des Starters des Hauptdiesel ^¬ motors im Gefolge.

Aufgabe ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem ein häufiges und insbesondere unnötiges Abschalten des Hauptdieselmotors vermieden werden kann .

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Steue ^¬ rungseinheit nach Vorliegen der Abschaltbedingung ein Hinweissignal absetzt, bevor der Hauptdieselmotor abgestellt wird . Erfindungsgemäß wird der Hauptdieselmotor beispielsweise bei Stillstand der Lokomotive oder des Schienenfahrzeugs so lange betrieben, bis eine Abschaltbedingung vorliegt. Diese Abschaltbedingung kann beispielsweise dann erfüllt sein, wenn Antriebskomponenten der Lokomotive, beispielsweise Elektromo ^¬ toren, Stromrichter oder dergleichen, ausreichend abgekühlt sind, so dass eine wie auch immer gestaltete Hilfsenergiever ^¬ sorgung nicht mehr mit der Kühlung dieser Komponenten belastet zu werden braucht. Anschließend wird ein Hinweissignal abgesetzt, das beispielsweise im Führerstand einer Lokomotive über zweckmäßige Anzeigeelemente, beispielsweise über einen Bildschirm, in Gestalt eines ablaufenden Balkens angezeigt wird . Bei einer Variante der Erfindung vergeht nach dem Absetzen des Hinweises eine Eingriffszeitdauer, deren Ablaufen beispielsweise durch immer kürzer werdenden Balken visualisiert wird. Innerhalb dieser Eingriffszeitdauer hat der Lokomotivführer oder eine Steuerkomponente der Lokomotive die Möglich- keit, ein Abschalten des Hauptdieselmotors zu verhindern, wenn beispielsweise absehbar ist, dass die Fahrt alsbald fortgesetzt werden wird, so dass ein Abschalten des Dieselmo ^¬ tors eher nachteilig wäre. Aus diesem Grunde ist eine Ab- schaltunterbrechungseinheit vorgesehen, mit der ein Abschal- ten des Hauptdieselmotors verhindert werden kann. Die Ab- schaltunterbrechungseinheit kann beispielsweise vom Lokomo ^¬ tivführer oder einer Steuerkomponente der Lokomotive betätigt werden. Auf diese Art und Weise ist ein häufiges Abschalten insbesondere bei kurzen Stillstandszeiten vermieden.

Alternativ hierzu wird der Hauptdieselmotor nach Erhalt des Hinweises aktiv heruntergefahren. Hierzu ist beispielsweise ein Tastendruck ausreichend. Vorteilhafterweise verstreicht zwischen Absetzen des Hinweis ^¬ signals und dem Abstellen des Hauptdieselmotors eine zuvor festgelegte Eingriffszeitdauer, die so lang gewählt ist, dass ein Abbrechen des Abschaltvorganges von Hand ermöglicht ist. Die Eingriffszeitdauer beträgt beispielsweise 30 Sekunden. Innerhalb dieser 30 Sekunden kann beispielsweise ein Lokomo ^¬ tivführer bequem das Abstellen des Dieselmotors verhindern.

Zweckmäßigerweise wird das Ablaufen der Eingriffszeitdauer in einem Führerhaus der Lokomotive auf einem Anzeigegerät ange ^¬ zeigt. Mit dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist eine bequeme Überwachung der Eingriffszeitdauer ermöglicht. Die Darstellung kann beispielsweise auf einem zentralen Bildschirm des Führerstandes angezeigt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Abschalten des Hauptdieselmotors ein Hilfsdieselmotor einer Hilfsenergieversorgung eingeschaltet. Mit dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist somit eine Hilfsenergieversor- gung bereitgestellt, die beispielsweise im Stillstand der Lo ^¬ komotive oder des Schienenfahrzeugs die Energieversorgung der Hilfsbetriebelasten übernimmt. Um eine kontinuierliche Ener ^¬ gieversorgung bereitzustellen, ist es notwendig, dass der Hilfsdieselmotor vor dem Abschalten des Hauptdieselmotors zu- nächst seinen Normalbetriebszustand erreicht, in welcher er die notwendige elektrische Leistung für die Energieversorgung bereitstellen kann. Aus diesem Grunde wird vor dem Ausstellen des Hauptdieselmotors der Hilfsdieselmotor eingeschaltet. Dies erfolgt zweckmäßigerweise nach Ablauf der Eingriffszeit- dauer, da ansonsten bei einer Fortsetzung der Fahrt und einem Eingriff des Lokomotivführers in das Abschaltverfahren der Hilfsdieselmotor umsonst gestartet worden wäre. Zweckmäßigerweise wird nach dem Einschalten des Hilfsdiesel ^¬ motors eine Hochfahrzeitdauer abgewartet, in welcher der Hilfsdieselmotor nach dem Einschalten seinen vordefinierten Betriebszustand erreicht. Anschließend wird die Hauptenergie ^¬ versorgung von einem Hilfsenergieversorgungsnetzzweig der Lo ^¬ komotive getrennt und die Hilfsenergieversorgung mit dem Hilfsenergieversorgungsnetzzweig verbunden, wobei an dem Hilfsenergieversorgungsnetzzweig nur Hilfsbetriebekomponenten mit einem Energieverbrauch angeschlossen sind, der geringer ist als derjenige der restlichen Hilfsbetriebekomponenten, die nicht mit dem Hilfsenergieversorgungszweig verbunden sind. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung werden nur Teile des gesamten Hilfsenergieverteilungs- netzes der Lokomotive, das beispielsweise durch eine einzeige Sammelschiene realisiert ist, mit der Hilfsenergieversorgung verbunden. Sämtliche Komponenten, die für die Kühlung von Umrichtern und Elektromotoren der Traktion der Lokomotive oder des Schienenfahrzeugs verantwortlich sind, sind von dem

Hilfsenergieversorgungsnetzzweig der Lokomotive getrennt, be ^¬ vor die Hilfsenergieversorgung auf den Sammelschienenzweig aufgeschaltet wird.

Zweckmäßigerweise wird bei abgeschalteter Hauptenergieversorgung der Hauptdieselmotor nach Empfang eines Fahrtfortset- zungssignals gestartet, nach Verstreichen einer Hochfahrzeit ^¬ dauer, in welcher der Hauptdieselmotor einen zuvor festgelegten Betriebszustand erreicht, die Hauptenergieversorgung mit dem Hilfsenergieversorgungsnetzzweig verbunden und die Hilfs ^¬ energieversorgung von dem gesamten Hilfsenergieversorgungs- netz getrennt und schließlich der Hilfsdieselmotor abgestellt. Gemäß dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat der Fahrzeugführer bei einem Halt im Energiesparmodus, also bei abgeschaltetem Hautdieselmotor, die Möglichkeit, über ein Eingabefeld wieder automatisiert in den Fahr- betrieb überzugehen. Erhält er ein entsprechendes Signal zum Weiterfahren, drückt er das Eingabefeld zum Starten des

Hauptdieselmotors. Nun fährt die Steuerungseinheit den Haupt ^¬ dieselmotor herauf und den Hilfsdieselmotor herunter. Ist der Hauptdieselmotor in seinem Normalbetriebszustand, wird die Hauptenergieversorgung mit den Komponenten verbunden, die zuvor von dem Hilfsenergieversorgungszweig mit elektrischer Leistung versorgt wurden. Die Hauptenergieversorgung übernimmt die Versorgung sämtlicher Lasten einschließlich der Traktion .

Zweckmäßigerweise wird nach dem Verbinden der Hauptenergie ^¬ versorgung mit dem gesamten Hilfsenergieverteilungsnetz der Lokomotive ein Hinweissignal von der Steuerungseinheit abge ^¬ setzt und in einem Führerstand der Lokomotive angezeigt, dass die Fahrt fortgesetzt werden kann. Auf diese Art und Weise ist das Hochfahren und Aufschalten der Hauptenergieversorgung weitestgehend automatisiert.

Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass der Hinweis oder das Hinweissignal ein positives oder ein negatives Hinweissignal sein kann. Bei einem negativen Hinweissignal wird der Eintritt eines bestimmten Ereignisses bekannt gegeben. Mit an ^¬ dern Worten wird ein Countdown gesetzt und beispielsweise dem Fahrzeugführer in Gestalt des Hinweises mitgeteilt. Der

Countdown lässt sich wie weiter oben beschrieben beispielsweise durch ein der Zeit immer kleiner werden Balken visuali- sieren. Unterbricht der Zugführer oder eine Steuerkomponente den Countdown durch die Abschaltunterbrechungseinheit nicht, fährt die Steuerungseinheit den Hauptdieselmotor selbsttätig herunter . Bei einem positiven Hinweissignal wird auf Grund einer Auslö ^¬ sung, z.B. in Folge eines Tastendruckes, aktiv der Übergang in den Energiesparmodus herbeigeführt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin ^¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 eine beispielhafte Auslegung für eine Haupt- und Hilfsenergieversorgung einer Lokomotive und

Figur 2 den Ablauf eines Ausführungsbeispiels des er ^¬ findungsgemäßen Verfahrens schematisch verdeutlicht .

Figur 1 zeigt ein Schaltungsbild einer beispielhaften Energieversorgung 1, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Die Energieversorgung 1 ist für eine figürlich nicht dargestellte Lokomotive vorgesehen und zeigt Teile einer Hauptenergieversorgung 2 sowie einer Hilfsenergieversorgung 3. Die Hauptenergieversorgung 2 ist nur teilweise und zwar nur mit solchen ihrer Komponenten dargestellt, die zur Energieversorgung eines Hilfsenergieversorgungsnetzes 6 er ^¬ forderlich sind. Dieser Teil der Hauptenergieversorgung um- fasst einen Hilfsbetriebeumrichter 4, der über einen Transformator 5 mit dem Hilfsenergieversorgungsnetz 6 in Gestalt einer Hilfsbetriebesammelschiene 6 verbunden ist. Die Haupt ^¬ energieversorgung 2 weist ferner nicht gezeigte Traktionsumrichter auf, die zum Antrieb von ebenfalls nicht dargestell ^¬ ten Fahrmotoren verbunden ist, welche die Lokomotive antrei ^¬ ben. Darüber hinaus verfügt die Hauptenergieversorgung 2 über weitere Umrichter, die bei Fahrbetrieb als Gleichrichter be ^¬ trieben werden und mit einem ebenfalls nicht gezeigten Hauptgenerator verbunden sind. Der Hauptgenerator steht wiederum mit einem Hauptdieselmotor in Verbindung, der bei Normalbetrieb der Lokomotive die gesamte Energieversorgung der Loko ^¬ motive bereitstellt. Der Hauptdieselmotor ist entsprechend groß dimensioniert.

Neben den Traktions- oder Antriebskomponenten weist die Lokomotive Hilfsbetriebskomponenten 7 auf, die mit dem Hilfsener- gieversorgungsnetz 6 verbunden und als Hilfsbetriebskomponenten 7 bezeichnet sind. Sie umfassen insbesondere Fahrmotor- und Stromrichterlüfter 8, eine Stromrichterwasserpumpe 9, ein Innenraumlüfterstromrichter 10 sowie einen Kompressor 11 für die Bremsanlage. Die Fahrmotorstromrichterlüfter 8, die

Stromrichterwasserpumpe und der Innenraumlüfterstromrichter 10 können durch einen Trennschalter 12 von der Hilfsenergieversorgung 3 getrennt werden. Die Komponenten 7b der Hilfs- betriebekomponenten 7 mit geringem Energieverbrauch, also die eine Klimaanlage 13, eine Frontscheibenheizung 14, eine Fuß ^¬ bodenheizung 15 im ersten Führerstand 16 sowie die gleichen Komponenten in einem zweiten Führerstand 17 ein Bremswiderstandslüfter 18, ein Batterieladegerät 19 sowie Komponenten der Fremdeinspeisung 20, sind dann lediglich mit einem Hilfs- energieversorgungszweig 6b verbunden. Die restlichen Hilfs- betriebekomponenten 7a, also die Komponente der Traktionskühlung, weisen einen vergleichsweise höheren Energiebedarf auf und sind von dem Hilfsenergieversorgungszweig getrennt.

Die Hilfsenergieversorgung 3 umfasst einen Hilfsdieselmotor 21, der durch einen nicht gezeigten Starter oder eine nicht gezeigte Batterie, die über die Startleitungen 22 und 23 an ^¬ geschlossen sind, gestartet werden kann. Der Hilfsdieselmotor 21 ist wesentlich kleiner als der Hauptdieselmotor der Haupt- energieversorgung 2 ausgebildet. Er verbraucht dadurch wesentlich weniger Energie als der Hauptdieselmotor und gibt entsprechend weniger Abgase in die Atmosphäre ab. Der Hilfs ^¬ dieselmotor 21 ist mit einem Hilfsgenerator 24 verbunden, der für die Hilfsenergiekomponenten 7 die notwendige elektrische Energie in Form einer Wechselspannung bereitstellt.

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die Hilfsbetrieb- elasten 7, 9 und 10, die der Kühlung des Fahrmotors sowie der Stromrichter dienen, von den restlichen Hilfsbetriebekompo- nenten 7 durch den Trennschalter 12 getrennt werden können. Die besagten Komponenten verbrauchen mehr Energie als die verbleibende Hilfsbetriebekomponente 7b. Aufgrund ihres Ab ^¬ trennens von der Hilfsenergieversorgung, kann der Hilfsdie- selmotor 3 ohne erneutes Zuschalten des Hauptdieselmotors auch über längere Zeiträume hinweg die Versorgung der Hilfs- betriebekomponenten übernehmen.

Figur 2 verdeutlicht schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierzu ist Zwei-Koordinaten- Diagramm dargestellt, wobei auf der Abszisse die Zeit t in Sekunden und auf der Ordinate t zwei Zustände 0 und 1 darge ^¬ stellt sind. Dabei bedeutet der Zustand 0, dass der jeweilige Dieselmotor der Hauptenergieversorgung 2 oder der Hilfsener- gieversorgung 3 abgeschaltet sind, wohingegen der jeweilige

Dieselmotor im Zustand 1 sich in seinem Normalbetriebszustand befindet. Der Verlauf des Zustandes des Hauptdieselmotors ist mit dem Bezugszeichen 27 versehen. Der Zustand des Hilfsdieselmotors ist mit dem Bezugszeichen 28 referenziert .

Im Zeitpunkt 1 kommt die Lokomotive zum Stehen, wobei der Hauptdieselmotor im Leerlauf weiterläuft und die Lokomotive bei abgeschaltetem Hauptdieselmotor weiter mit Energie versorgt, bis die Fahrmotor- und Stromrichterlüfter 8, die Stromrichterwasserpumpe 9 und der Innenraumlüfter 10 der Stromrichter soweit heruntergekühlt sind, dass eine weitere Kühlung bei Stillstand der Lokomotive nicht mehr notwendig ist .

Dieser Zustand wird im Zeitpunkt t2 erreicht, der in der Fi ^¬ gur 1 bei etwa 180 Sekunden liegt. In diesem Zeitpunkt t2 erhält der Lokführer einen Hinweis, dass die Fahrmotoren und Stromrichter heruntergekühlt sind und dass in 30 s das Ein- leiten des Energiesparmodus beginnt. Dieses Ereignis ist mit dem Zeitpunkt t3 bezeichnet. Bis zu diesem Zeitpunkt t4 hat der Lokomotivführer nun die Möglichkeit, das Abschalten des Hauptdieselmotors zu verhindern. Im Zeitpunkt t3 wird der Hilfsdieselmotor 21 gestartet. Im Zeitpunkt t4 erreicht der Hilfsdieselmotor 21 seinen Normalbetriebszustand. Der in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnete Trennschalter wird nun in seine Trennstellung gefahren. Mit anderen Worten wird die Hauptenergieversorgung 2 von den Hilfsenergiekomponenten 7b des Hilfsenergieversorgungszweiges 6b abgetrennt. Im glei- chen Zeitpunkt t4 wird die Hilfsenergieversorgung 3 mit Hilfe des Schalters 25 mit dem Hilfsversorgungszweig 6b verbunden. Ferner wird der Hauptdieselmotor abgeschaltet, der jedoch bis zum Zeitpunkt t5 nachläuft. Erst im Zeitpunkt t5 ist der Hauptdieselmotor vollständig ausgeschaltet. Zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 laufen somit Hauptdieselmotor und

Hilfsdieselmotor 21 zeitgleich. Dieser Bereich ist daher schraffiert dargestellt. Im Zeitpunkt t6 bekommt die Lokomo ^¬ tive das Signal zur Weiterfahrt. Der Hauptdieselmotor wird zum Zeitpunkt t6 eingeschaltet. Im Zeitpunkt t7 hat der

Hauptdieselmotor 7 seinen Normalbetriebszustand erreicht.

Ferner wird der Schalter 25 in seine Trennstellung überführt und somit die Hauptenergieversorgung 3 von der Hilfsbetriebe- sammelschiene 6 abgekoppelt. Ferner wird der Schalter 12 ge ^¬ schlossen und die gesamte Lokomotive wieder von dem Hauptdie- selmotor mit Energie versorgt. Die Fahrt kann nun fortgesetzt werden. Im Zeitpunkt t8 ist der Nachlauf des Hilfsdieselmo ^¬ tors 21 beendet.