Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Energieversorgungssystem für elektrische Verbraucherverbunde, insbesondere Transportsysteme bestehend aus mehreren Einheiten, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.

Derartige Energieversorgungssysteme werden beispielsweise benötigt, um schienengebundene Personenbeförderungsmittel, also Bahnwaggons für den Personalverkehr, mit elektrischer Energie zu versorgen. Ganz besonders bevorzugt werden derartige Energieversorgungssysteme im Bereich sogenannter „fester Zugverbunde“, also einem selten bis nicht verändert werdenden Verbund von Eisenbahnwaggons. Die dabei zu versorgenden Verbraucher können sich innerhalb des Verbunds voneinander unterscheiden. Alternativ kann ein solches Energieversorgungssystem zur Versorgung von Produktionsstraßen eingesetzt werden. Stand der Technik

Im Stand der Technik wird beispielsweise zur Energieversorgung von Eisenbahnwaggons in der UIC 552 „Zugsammelschiene“ vorgeschlagen, Schienenfahrzeuge unterflur zur Energieversorgung mit einer sogenannten Festverdrahtung zu versehen. Dazu werden beide. Enden eines Waggons mit je zwei Anschlusseinrichtungen für elektrischen Strom ausgerüstet. Die Ansehlusseinrichtungen sind untereinander mit fest verlegten, üblicherweise starr ausgeführten Leitern unterhalb des Waggons verbunden. Dabei sind die Anschlusseinrichtungen so konzipiert, dass viele Steckzyklen ermöglicht werden. In der UIC 552 ist dabei von mehreren Tausend Steckzyklen (5.000 Steckzyklen) die Rede. Weiterhin sind die Anschlusseinriehtungen derart ausgelegt, dass beispielsweise eine erste Anschlusseinrichtung mit einer zweiten Anschlusseinrichtung verbunden wird. Dabei ist ein Anschluss der ersten Anschlusseinheit mit einer baugleichen ersten Anschlusseinheit nicht vorgesehen, beziehungsweise nicht möglich. Die verschiedenen Anschfusseinheiten dienen zum einen der Energieübertragung von einer Einheit zur nächsten, also von einer Lok zu einem Waggon, sowie zwischen Waggons, zum anderen dienen Sie der redundanten Energieversorgung eines Verbrauchers, welcher an der jeweiligen Einheit angeordnet ist.

Wenngleich dieses Konzept sich lange Zeit bewährt hat, häufen sich in aktuellen Ausführungen von elektrischen Transportmittelverbunden nachteilige Umstände. Besonders nachteilig an dem Stand der Technik ist die fehlende Wartungsfreundlichkeit, die starre Auslegung des Systems und in der Regel auch ein hohes Gewicht und ein beträchtlicher Platzbedarf. Diese Nachteile resultieren unter Anderem aus den in der UIC 552 vorgesehenen, zumindest drei verschiedenartig ausgeführten Anschlusseinheiten pro Waggon.

Die beschriebenen Nachteile werden besonders in festen Zugverbunden ersichtlich, da die Anschlusseinrichtungen eine im Stand der Technik vorgesehene Anzahl von Steckzyklen niemals erreichen. Unter „festem Zugverbund“ ist hierbei ein Verbund von Triebwagen, Waggons, Lok oder ähnlichen Einheiten gemeint, welcher in einer zuvor geplanten Konfiguration bestehen bleibt. Durch den hohen Strombedarf im modernen, personenbefördernden Schienenverkehr ist die bisherige Lösung aus dem Stand der Technik überholt und ineffizient. Grade bei stark beanspruchten Kontaktelementen, wie beispielsweise im Bereich des schienengebundenen Verkehrs kommt es aufgrund immer höherer Anforderungen jedoch vermehrt zu Reparatur und Wartungsbedarf, beispielsweise durch erhöhte Elektroerosion oder Elektrokorrosion aufgrund der hohen Stromstärken von über 500A bis zu ein paar tausend Ampere und Spannungen von über 500V bis zu mehreren Kilovolt. Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung den folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 102017 222 101 B3, EP 2665 147 A1 , EP 3470 296 A1 und Norm UiC 552 1997-01-00.

Aufgabenstellung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Energieversorgungssystem für elektrische Verbraucherverbunde, insbesondere Transportsysteme bestehend aus mehreren Einheiten, anzubieten, welches bei mindestens gleicher oder verbesserter Energieversorgungkapazität, insbesondere zumindest gleicher Stromtragfähigkeit, ein geringeres Gesamtgewicht, eine verringerte Baugröße und eine erhöhte Wartungsfreundlichkeit und/ oder Reparaturfreundlichkeit ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem ist für elektrische Verbraucherverbunde vorgesehen, wobei ein Verbraucherverbund aus zumindest zwei Verbraucherverbundsegmenten besteht, insbesondere Transportmittel bestehend aus zumindest zwei Transportmittelsegmenten, welche jeweils einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich, sowie jeweils zumindest einen elektrischen Verbraucher aufweisen, welche von dem Energieversorgungssystem gespeist werden. Ein Verbraucherverbundsegment mit der Nummer n wird gemäß der Erfindung einerseits mit zumindest einem ersten Anschlussbereich des Verbraucherverbundsegmentes n-1 und/ oder andererseits mit einem zweiten Anschlussbereich mit des Verbraucherverbundsegmentes n+1 elektrisch leitend in Verbindung gebracht. Damit ist gemeint, dass das Energieversorgungssystem als Maschennetz ausgeführt ist, dessen Maschen jeweils einem Verbraucherverbundsegment zugeordnet sind, wobei jede Masche über zumindest zwei Anschlusseinrichtungen verfügt und wobei zumindest eine erste Anschlusseinrichtung entlang dem ersten Endbereich angeordnet sind und zumindest eine zweite Anschlusseinrichtung an dem zweiten Endbereich. Jede Anschlusseinrichtung weist zumindest zwei Anschlüsse zur Aufnahme je eines elektrischen Verbinders auf, wobei die elektrischen Verbinder ihrerseits mit einem elektrischen Leiter verbunden sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anschlusseinrichtungen im Wesentlichen baugleiche Anschlüsse aufweisen und die Verbinder mit den Anschlüssen der Anschlusseinrichtungen kompatibel ausgebildet sind, Dabei sind die Anschlusseinrichtungen dazu ausgelegt, besonders hohe elektrische Stromstärken und/ oder hohe elektrische Spannung zu übertragen. Als „hohe elektrische Stromstärke“ ist eine Stromstärke von über 100 Ampere gemeint. Insbesondere ist eine Stromstärke von über 500 Ampere gemeint. Ganz besonders ist eine Stromstärke von über 800 Ampere gemeint. Denkbar ist auch eine Stromstärke von größergleich 1.000 Ampere. Unter dem Begriff „hohe elektrische Spannung” ist eine Spannung von über 1 Kilovolt zu verstehen. Insbesondere Ist eine Spannung von über 10 Kilovolt gemeint. Ganz besonders ist eine Spannung von über 15 Kilovolt gemeint. Denkbar ist auch eine Stromstärke von größergleich 25 Kilovolt. in einer Ausführungsform sind die elektrischen Leiter des Maschennetzes beiden Endes mit im Wesentlichen baugleichen Verbindern abgeschlossen ausgeführt. Damit ist gemeint, dass die Leiter bevorzugt gleiche Verbinder an ihren jeweiligen Enden aufweisen. Durch diese

Ausführungsform können verschiedenste Leiter, bevorzugt als Kabel mit entsprechend der Definition hoher Stromstärke, bzw. hoher elektrischer Spannung ausreichendem Querschnitt, vorkonfektioniert werden. Durch vorkonfektionierte Kabel lässt sich, im Fall eines notwendigen Austausche, der Zeitaufwand auf ein vorteilhaftes Mindestmaß reduzieren. Eine geschickte Ausführungsform sieht vor, die Anschlusseinrichtungen als elektrische Verteiler mit zumindest drei Anschlüssen auszuführen. Die Ausführung der Änschlusseinrichtungen ais Verteiler ist besonders bei schienengebundenen Transportmitteln, wie elektrisch betriebenen Eisenbahnverbunden besonders vorteilhaft, da aus Sicherheitsgründen eine Redundanz geschaffen sein muss, die mit als einfacher Verbindungseinheit ausgeführten Anschlusseinrichtungen nicht sinnvoll hergesteilt werden kann. Besonders vorteilhaft sind hier Ausführungen, die die Anschlusseinrichtung als T- Verteiler, Y-Verteiler, H-Verteiler oder X- Verteiler vorsehen. Derartige Anschlusseinrichtungen sind aus Hochleistungssteckverbindersystemen bekannt, wie in der DE 102020108458 A1 beschrieben.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Verbinder als mit den Anschlüssen der Anschlusseinrichtung verbindbare Steckverbinder ausgeführt. Durch die Ausführung als Steckverbinder kann eine besonders vorteilhafte Verbindung der elektrischen Leiter mit der Anschlusseinrichtung erreicht werden. In geschickter Weise sind die Verbinder als Steckverbinder mit Verriegelungselement ausgeführt. Besonders Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen mit sogenannter Push-Pull Verriegelung, Verriegelungsbügel, Bajonettverschluss oder einer Kombination bekannter Verriegelungselemente. Derartige Steckverbinder sind aus Hochleistungssteckverbindersystemen bekannt, wie in der DE 102020 108458 A1 beschrieben.

In einer einfachen Ausführungsform sind die Verbinder als Singlepol Steckverbinder ausgebildet. Damit wird eine Hochleistungsübertragung ermöglicht, sodass die notwendigen Belastungen von mehr als 100 A, gelegentlich mehr als 250 A, häufig mehr ais 500 A, insbesondere Belastungen in einem Bereich von 650 A bis 1000A durch das Energieversorgungssystem sicher erreicht werden können.

Sinnvollerweise wird der als Singlepol Steckverbinder ausgeführte Verbinder mit zumindest einem Verriegelungselement an der Anschlusseinrichtung fixiert. Einfacherweise können hier Schrauben zur Fixierung eingesetzt werden. Auch zuvor genannte Verriegelungselemente, wie beispielsweise Bajonettverriegelungssysteme, sind denkbar.

In einer sinnvollen Ausführungsform ist zumindest eine Masche des als Maschennetz ausgebildeten Energieversorgungssystems um zumindest eine Abgriffeinheit erweitert. Damit ist gemeint, dass zusätzlich zu den elektrischen Leitern und den zumindest zwei Anschlusseinrichtungen, welche zur Bildung einer Masche eingesetzt werden, eine gesonderte Einheit genutzt wird, um eine Verbindung zu dem Verbraucher des Transportmittelsegments zu ermöglichen, In geschickter Weise sieht dabei eine Ausführungsform vor, dass die

Abgriffeinheit zumindest zwei Anschlüsse aufweist, welche baugleich zu den Anschlüssen der Anschlusseinrichtungen ausgebildet sind und zumindest einen Abgriff aufweisen, wobei der Abgriff zur elektrischen Verbindung des Energieversorgungssystems mit dem Verbraucher vorgesehen ist. Dadurch können auch hier vorkonfektionierte Kabel eingesetzt werden, welche bei Beschädigung einen Austausch in einfacher Weise ermöglichen. Verbessert wird die Ausführungsform durch einen Abgriff, weicher im Wesentlichen identisch oder zumindest kompatibel zu den Anschlüssen der Anschlusseinrichtungen ausgeführt ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, die Abgriffeinheit im Wesentlichen baugleich zu einer Anschlusseinrichtung auszuführen. Auf diese Weise wird die Wartungsfreundlichkeit einfach und kostengünstig erhöht, da jede Anschlusseinrichtung sowie die

Abgriffeinheit durch baugleiche Elemente ausgeiauscht werden können. Besonders eine Ersatzteillagerung wird verringert und somit günstiger und platzsparender gestaltet.

Eine Ausführungsform offenbart den elektrischen Verbraucherverbund als schienengebundenes Transportmittel. Als schienengebundene Transportmittel sind insbesondere Güterzugverbunde und/ oder Personenzugverbunde zu verstehen. Als Zugverbund ist dabei ein Verbund aus zumindest einem Triebfahrzeug und zumindest einem Waggon gemeint. Alternativ ist auch ein Verbund mehrerer Triebwaggons möglich. Selbstverständlich sind auch Kombinationen der genannten Transportmittel denkbar.

In einerweiteren Ausführungsform ist das Energieversorgungssystem unterflur des Transportmittels angeordnet. Als unterflur bezeichnet man den Bereich an dem Transportmittel, angeordnet zwischen dem

Transportweg und dem Transportmittel selbst. Anders gesagt, ist damit beispielsweise die Unterseite eines Waggons gemeint.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbraucherverbundsegmentes eines Energieversorgungssystems;

Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbraucherverbundsegments 2 eines beanspruchten Energieversorgungssystems 1. Zu sehen ist ein redundant versorgtes Verbraucherverbundsegment 2. Ein derart gestaltetes Verbraucherverbundsegment 2 lässt sich insbesondere bei der Energieversorgung schienengeführter Transportmittel, beispielsweise Personenbeförderungswaggons, wiederfinden. Dabei sind an einem ersten Endbereich 20 sowie an einem zweiten Endbereich 21 jeweils zwei Anschlusseinrichtungen 3 angeordnet. Die Anschlusseinrichtungen 3 sind mit jeweils 3 Anschlüssen 30 ausgeführt. Die Anschlüsse 30 nehmen je einen kompatiblen Verbinder 31 auf. Die Verbinder sind dazu ausgelegt, sowohl eine elektrische, als auch eine mechanische Verbindung zwischen der jeweiligen Anschlusseinrichtung 3, beziehungsweise den daran befindlichen Anschlüssen 30 und einem dazugehörigen Leiter 4 herzustellen. Die beiden Anschlusseinrichtungen 3 im ersten Endbereich 20 sind dabei direkt mit einem Leiter 4 und daran befindlichen Verbindern 31, weiche in die entsprechenden Anschlüsse 30 eingreifen, verbunden. Auf die gleiche Weise sind die beiden Anschlusseinrichtungen 3 im zweiten Endbereich 21 miteinander verbunden. Weiterhin sind der erste Endbereich 20 und der zweite Endbereich 21 einmal direkt und einmal indirekt miteinander durch mit Verbindern 31 versehene Leiter 4 verbunden. im Fall der indirekten Verbindung ist eine Abgriffeinheit 5 zwischen der Anschlusseinrichtung 3 des ersten Endbereichs 20 und der Anschlusseinrichtung 3 des zweiten Endbereichs 21 eingesetzt. Die Abgriffeinheit 5 versorgt dabei einen Verbraucher 22 durch einen Abgriff 50. Sinnvollerweise verfügt die Abgriffeinheit 5 über zumindest zwei Anschlüsse 30, die den Anschlüssen 30 der Anschlusseinrichtüngen 3 gleichen. Idealerweise wird eine Abgriffeinheit 5 zumindest grundsätzlich baugleich zu den Anschlusseinrichtungen 3 ausgeführt. Hierdurch können Kosten durch weniger sich unterscheidenden Baueinheiten eingespart werden. Dementsprechend ist der Abgriff 50 identisch zu den Anschlüssen 30 und Verbindern 31 der Anschlusseinheiten 3 dargestellt. Die Verbindung zwischen dem Verbraucher 22 kann wie im dargestellten Beispiel durch Direktanschluss erfolgen. Alternativ kann auch der Verbraucher 22 mit einem Anschuss versehen werden,. welcher den Anschlüssen 30 der Abgriffeinheit 5 und/ oder der Anschlusseinrichtungen 3 gleicht.

Durch den im wesentlichen achssymmetrischen Aufbau des ersten Endbereichs 20 und des zweiten Endbereichs 21 lassen sich theoretische beliebig viele Verbraucherverbundsegmente 2 aneinanderreihen und miteinander verbinden. Durch die Ausführung der Anschlusseinrichtungen 3 mit drei zumindest im Wesentlichen baugleichen Anschlüssen 30 können die Verbinder 31 ebenfalls baugleich ausgeführt werden. Hierdurch werden die Montage und die Wartung vereinfacht, zeitgleich wird die Lagerhaltung für Ersatzteile erheblich reduziert.

Auch wenn in den Figuren verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung jeweils in Kombination gezeigt sind, ist für den Fachmann - soweit nicht anders angegeben - ersichtlich, dass die dargestellten und diskutierten Kombinationen nicht die einzig möglichen sind. Insbesondere können einander entsprechende Einheiten oder Merkmalskomplexe aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen miteinander ausgetauscht werden.

Energieversorgungssystem für elektrische Verbraucherverbunde

Bezugszeichenliste

1 Energieversorgungsystem

2 Verbrauchverbundsegment

20 erster Endbereich

21 zweiter Endbereich

22 Verbraucher

3 Anschlusseinrichtung

30 Anschluss

31 Verbinder

4 Leiter

5 Abgriffeinheit

50 Abgriff