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Title:
RAIL TREATMENT MACHINE ABLE TO BE MOVED ON RAILS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/198774
Kind Code:
A1
Abstract:
A description is given of a rail treatment machine able to be moved on rails, having at least one drive motor (4) and having at least one working unit (1) for treating rails, wherein a permanent energy source, an electrical energy store (3) and a current collector for providing traction current are provided in order to supply electric power to the drive motor (4) and the working unit (1), wherein the permanent energy source, the energy store (3), the current collector providing the traction current, the drive motor (4) and the working unit (1) are connected to a common DC grid (9) via converters. In order to provide a rail treatment machine able to be moved on rails that allows low-maintenance and environmentally friendly deployment of working units with greatly varying peak loads, without having to accept losses in terms of treatment quality, it is proposed for the permanent energy source to be a fuel cell (2) that feeds at least one base load of the working unit (1) into the DC grid (9) via the converter, and for buffer energy of the energy store (3) acting as buffer store to be able to be fed into the DC grid (9) via the associated converter in order to cover peak loads at least of the working unit (1).

Inventors:
HASELSTEINER PHILIPP (AT)
Application Number:
PCT/AT2020/060135
Publication Date:
October 08, 2020
Filing Date:
April 02, 2020
Export Citation:
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Assignee:
MATE GMBH (AT)
International Classes:
B61C3/02; B61C7/00; B61C17/06
Domestic Patent References:
WO2018210533A12018-11-22
WO2006020667A22006-02-23
WO2017050414A12017-03-30
WO2018210533A12018-11-22
Foreign References:
EP1724147A22006-11-22
CN107244326A2017-10-13
CN108016457A2018-05-11
Attorney, Agent or Firm:
HÜBSCHER & PARTNER PATENTANWÄLTE GMBH (AT)
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Claims:
Patentansprüche

1. Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine mit wenigstens einem Fahrantriebsmotor (4) und mit wenigstens einem Arbeitsaggregat (1 ) zur

Bearbeitung von Gleisen, wobei zur elektrischen Versorgung des

Fahrantriebsmotors (4) und des Arbeitsaggregates (1 ) eine

Permanentenergiequelle, ein elektrischer Energiespeicher (3) und ein

Stromabnehmer zur Bereitstellung von Bahnstrom vorgesehen sind, wobei die Permanentenergiequelle, der Energiespeicher (3), der den Bahnstrom

bereitstellende Stromabnehmer, der Fahrantriebsmotor (4) und das

Arbeitsaggregat (1 ) über Stromrichter an ein gemeinsames Gleichstromnetz (9) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentenergiequelle eine Brennstoffzelle (2) ist, die wenigstens eine Grundlast des Arbeitsaggregates (1 ) über den Stromrichter in das Gleichstromnetz (9) einspeist und dass zur Deckung von Spitzenlasten wenigstens des Arbeitsaggregates (1 ) eine Pufferenergie des als Pufferspeicher wirkenden Energiespeichers (3) über den zugeordneten Stromrichter in das Gleichstromnetz (9) einspeisbar ist.

2. Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Grundlast ein auf einem Speicher (12)

hinterlegter Wert ist, welcher über eine Steuereinheit (13) in Abhängigkeit der Fahrtgeschwindigkeit der Schienenbearbeitungsmaschine, der Prozesstemperatur und der benötigten Aggregatsleistung anpassbar ist.

3. Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsaggregat (1 ) wenigstens ein

Werkzeug, insbesondere ein Fräs- und/oder Schleifwerkzeug, zur spanabhebenden oder ein Werkzeug zur umformenden Bearbeitung, insbesondere ein Walz-, Schlag oder Laserwerkzeug, eines Schienenkopfes einer Schiene umfasst.

4. Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels Stromabnehmer von einer Oberleitung (6) und/oder Stromschiene (5) bereitgestellte Bahnstrom (20) zum Laden des Energiespeichers (3) und/oder zur elektrischen Versorgung des wenigstens einen Fahrantriebsmotors (4) vorgesehen ist.

5. Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschalten der Pufferenergie oder des über den Stromabnehmer bereitgestellten Bahnstroms in Abhängigkeit der benötigten Leistung wenigstens des Arbeitsaggregates (1 ) mittels

Batteriemanagementsystems (1 1 ) durchführbar ist.

6. Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der

Schienenbearbeitungsmaschine ein Elektrolyseur zugeordnet ist, der durch den vom Stromabnehmer bereitgestellten Bahnstrom und/oder durch die Pufferenergie versorgbar ist.

7. Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische

Energiespeicher (3) über eine elektromotorische Bremse des

Fahrantriebsmotors (4) aufladbar ist.

8. Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorischen Bremse ein Heizwiderstand (7) zugeordnet ist, dessen Abwärme der zu bearbeitenden Schiene zur

Vortemperierung der Schiene zugeführt wird.

9. Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme der Brennstoffzelle der zu bearbeitenden Schiene zur Vortemperierung der Schiene zugeführt wird.

10. Verfahren zur Regelung der Energieversorgung einer schienenverfahrbaren Schienenbearbeitungsmaschine, wobei eine Grundlast eines Arbeitsaggregates (1 ) durch eine Permanentenergiequelle gedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Deckung einer die Grundlast der als Brennstoffzelle (2) ausgebildeten

Permanentenergiequelle überschreitende Spitzenlast ein Energiespeicher (3) zugeschaltet wird und dass ein die Grenze zwischen Grundlast und Spitzenlast darstellender Schwellwert für einen Zeitpunkt n prädiktiv in Abhängigkeit von Prozessgrößen (15) und der benötigten Aggregatsleistung (16) eines

vorrangegangenen Zeitpunkts n-1 bestimmt wird.

Description:
Schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine schienenverfahrbare

Schienenbearbeitungsmaschine mit wenigstens einem Fahrantriebsmotor und mit wenigstens einem Arbeitsaggregat zur Bearbeitung von Gleisen, wobei zur elektrischen Versorgung des Fahrantriebsmotors und des Arbeitsaggregates eine Permanentenergiequelle, ein elektrischer Energiespeicher und ein Stromabnehmer zur Bereitstellung von Bahnstrom vorgesehen sind, wobei die

Permanentenergiequelle, der Energiespeicher, der den Bahnstrom bereitstellende Stromabnehmer, der Fahrantriebsmotor und das Arbeitsaggregat über Stromrichter an ein gemeinsames Gleichstromnetz angeschlossen sind.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge zur Durchführung diverser Wartungsarbeiten auf einer Gleisanlage vorbekannt. Das in der WO2018210533A1 offenbarte Schienenfahrzeug weist hierzu einen als

Akkumulator ausgebildeten Energiespeicher auf, der mehrere Arbeitsantriebe zur Durchführung von Wartungsarbeiten elektrisch versorgt. Der Energiespeicher kann beispielsweise über eine Ladevorrichtung, eine Oberleitung, oder einen mit einem Verbrennungsmotor gekoppelten Generator aufgeladen werden. Nachteilig daran ist allerdings, dass die Kapazität der Energiespeicher begrenzt ist, sodass vor allem bei Wartungsarbeiten auf Gleisanlagen ohne Fahrleitungen, wie beispielsweise Oberleitungen, oder bei Arbeiten an Gleisanlagen unter Tage, wo Verbrennungsmotoren auf Grund deren toxischer Emissionen gänzlich ungeeignet sind, nur Arbeitsaggregate mit niedrigen Energieverbräuchen und vorhersehbaren Spitzenlasten versorgt werden können. Zudem kommt der Nachteil, dass auf Grund der häufigen Lade- und Entladezyklen des als Akkumulator ausgebildeten

Energiespeichers dessen Lebensdauer erheblich sinkt.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine schienenverfahrbare

Schienenbearbeitungsmaschine vorzuschlagen, die einen wartungsarmen und umweltschonenden Arbeitseinsatz von Arbeitsaggregaten mit stark variierenden Spitzenlasten ermöglicht, ohne Einbußen in der Bearbeitungsqualität hinnehmen zu müssen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Permanentenergiequelle eine Brennstoffzelle ist, die wenigstens eine Grundlast des Arbeitsaggregates über den Stromrichter in das Gleichstromnetz einspeist und dass zur Deckung von Spitzenlasten wenigstens des Arbeitsaggregates eine Pufferenergie des als

Pufferspeicher wirkenden Energiespeichers über den zugeordneten Stromrichter in das Gleichstromnetz einspeisbar ist.

Die Brennstoffzelle, beispielsweise vom Typ Proton - Exchange - Membran wirkt als Permanentenergiequelle und ist daher so ausgelegt, dass diese wenigstens eine Grundlast des einen Arbeitsaggregates oder mehrerer Arbeitsaggregate decken kann. Als Grundlast können hierbei die erwarteten Durchschnittsleistungen der Arbeitsaggregate angesehen werden. Da die Brennstoffzelle direkt ohne

Zwischenschaltung etwaiger anderer Energiespeicher zum Antreiben des

Arbeitsaggregates und/oder der Fahrantriebsmotoren eingesetzt wird, können Speicher- oder umwandlungsbedingte Wirkungsgradverluste minimiert werden. Vor allem bei Schienenbearbeitungsprozessen kommt es zu stark variierenden

Leistungsanforderungen, weswegen für eine Aufrechterhaltung der geforderten Bearbeitungsqualität zusätzliche Energiequellen zur Deckung dieser

Leistungsspitzen herangezogen werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch einen Energiespeicher, beispielsweise ein Batte riemod ul oder Kondensator, der als Pufferspeicher wirkt und nur dann das Arbeitsaggregat mit Energie versorgt, wenn dessen Leistungsanforderungen über die Grundlast hinausgeht, oder beispielsweise beim Anlaufprozess der Brennstoffzelle. Auf Grund der Tatsache, dass diese Leistungsspitzen nur temporär auftreten, wird nur ein Teil des Energiespeichers entladen, was zu einer erheblichen Erniedrigung der Ladezyklen führt und dadurch die Lebensdauer des Energiespeichers erhöht. Bei entsprechender Auslegung der Brennstoffzelle ist auch eine elektrische Versorgung der Antriebsmotoren möglich, wodurch die schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine völlig

unabhängig von einer anderen Energiequelle, beispielsweise Bahnstrom oder einem elektrischen Generator, betrieben werden kann. Dadurch kann die

Schienenbearbeitungsmaschine auch als Zweiwegefahrzeug ausgebildet sein, wodurch eine Fortbewegung sowohl auf Gleisen als auch unabhängig von

Bahnstrom auf der Straße erfolgen kann. Steht dennoch Bahnstrom zur Verfügung, so kann dieser über einen Stromabnehmer der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezogen werden. Da die verschiedenen Energiequellen und Verbraucher auf unterschiedlichen Spannungsniveaus interagieren sind diese über diverse

Stromrichter mit einem die Energiequellen und Verbraucher verbindenden

Gleichstromnetz verbunden.

Vor allem beim Betreiben des Arbeitsaggregates kann es zu unvorhersehbaren Temperaturschwankungen in der Brennstoffzelle kommen, was auch eine

Überhitzung der Brennstoffzelle bedingen kann, ohne dabei ihre Nennleistung zu überschreiten. Um daher die Brennstoffzelle in Ihrem Betriebsoptimum betreiben zu können und ein unerwünschtes, überhitzungsbedingtes Abschalten der selbigen zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass die Grundlast ein auf einem Speicher hinterlegter Wert ist, welcher über eine Steuereinheit in Abhängigkeit der

Fahrtgeschwindigkeit der Schienenbearbeitungsmaschine, der Prozesstemperatur und der benötigten Aggregatsleistung anpassbar ist. Die Grundlast muss demnach kein fester Wert sein, beispielsweise eine Auslegungsleistung der Brennstoffzelle, sondern wird laufend auf Basis eines mathematischen Modells, welches

Gegenstand des Verfahrensanspruches ist, in Abhängigkeit der Fahrtgeschwindigkeit der Schienenbearbeitungsmaschine, der Prozesstemperatur, beispielsweise die Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur der

Brennstoffzelle, und der benötigten Aggregatleistung berechnet.

Die erfindungsgemäße, die Brennstoffzelle und den Pufferspeicher zu Deckung von Spitzenlasten umfassende, Energieversorgung kann besonders effektiv eingesetzt werden, wenn das Arbeitsaggregat wenigstens ein Werkzeug, insbesondere ein Fräs- und/oder Schleifwerkzeug, zur spanabhebenden oder ein Werkzeug zur umformenden Bearbeitung, insbesondere ein Walz-, Schlag-, oder Laserwerkzeug, eines Schienenkopfes einer Schiene umfasst. Vor allem spanabhebende und umformende Bearbeitungsprozesse verursachen nämlich je nach Dicke, Härte oder Oberflächenbeschaffenheit einer abzuarbeitenden oder zu bearbeitenden

Schienenschicht unterschiedliche Lasten. Durch Zuschalten der Pufferenergie des Pufferspeichers kann die geforderte Bearbeitungsqualität auch bei besonders hartnäckigen Materialien aufrechterhalten werden.

Um unabhängig von vorangegangenen Arbeitsschritten einen kontinuierlichen Einsatz der Schienenbearbeitungsmaschine zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der mittels Stromabnehmer von einer Oberleitung und/oder Stromschiene bereitgestellte Bahnstrom zum Laden des Energiespeichers und/oder zur elektrischen Versorgung des wenigstens einen Fahrantriebsmotors vorgesehen ist. Auf diese Weise kann bei Vorhandensein der entsprechenden Infrastruktur der Energiespeicher dauerhaft, oder temporär geladen werden. Durch unterschiedliche Kombinationen der vorhandenen Energiequellen, nämlich Pufferenergie und Bahnstrom, ergeben sich diverse Möglichkeiten die Schienenbearbeitungsmaschine zu betreiben. So kann beispielsweise bei Überstell- oder Arbeitsfahrten der

Bahnstrom zum Antreiben des Fahrantriebsmotors eingesetzt werden, während die Brennstoffzelle und der Pufferspeicher zur Deckung der Grund- und Spitzenlast des Arbeitsaggregates herangezogen werden. In einem alternativen Antriebskonzept kann beispielsweise auch die Grund- und Spitzenlast des Arbeitsaggregates von dem Bahnstrom gedeckt werden. Für Schienenbearbeitungsprozesse in

beispielsweise Tunneln empfiehlt es sich, wenn sämtliche Grundlast, nämlich sowohl die Grundlast des Arbeitsaggregates als auch die der Fahrantriebsmotoren, von der Brennstoffzelle gedeckt wird und der Energiespeicher die jeweiligen

Verbraucher bei Spitzenlasten elektrisch versorgt.

Damit je nach Leistungsbedarf die unterschiedlichen Energiequellen entsprechend ihres optimalen Arbeitsbereiches aufeinander abgestimmt eingesetzt werden können, empfiehlt es sich in einer besonders praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass das Zuschalten der Pufferenergie oder des über den Stromabnehmer bereitgestellten Bahnstroms in Abhängigkeit der benötigten Leistung wenigstens des Arbeitsaggregates mittels

Batteriemanagementsystems durchführbar, insbesondere steuerbar und regelbar, ist. Das Batteriemanagementsystem ist hierzu über beispielsweise ein Bussystem mit den diversen Energiequellen und den Verbrauchern verbunden und überwacht die vorherrschende Spannung der Bahnstrom bereitstellenden Oberleitung und/oder Stromschiene, die benötigten Leistungen der Fahrantriebsmotoren und der

Arbeitsaggregate und steuert beziehungsweise regelt je nach benötigter Leistung das Umschalten zwischen den Energiequellen. Da die Brennstoffzelle nach

Aktivierung nicht unmittelbar ihre volle Nennleistung zur Verfügung stellen kann, kann die geforderte Leistung des Fahrantriebsmotors und/oder der

Arbeitsaggregate zwischenzeitlich durch den Bahnstrom oder den Pufferspeicher gedeckt werden. Grundsätzlich wird die Brennstoffzelle, außer beim Anlaufen, immer bei Nennleistung betrieben, die ausreicht, um die Grundlast wenigstens der Arbeitsaggregate zu decken. Wird die Nennleistung jedoch durch von den

Verbrauchern bedingten Spitzenlasten überschritten, schaltet das

Batteriemanagementsystem den Pufferspeicher oder, wenn vorhanden, den

Bahnstrom hinzu. Das Zu- und Wegschalten erfolgt unter ständiger Strommessung der Brennstoffzelle. Steigt der Strom der Brennstoffzelle, so wird die Stromzufuhr des Pufferspeichers oder des Bahnstromes vom Batteriemanagementsystem in Abhängigkeit des Stromflusses der Brennstoffzelle gedrosselt. Um eine

unterbrechungsfreie vom Batteriemanagementsystem induzierte Umschaltung, die bei Ausfall der Brennstoffzelle oder des Bahnstroms die jeweils andere, noch funktionsfähige Energiequelle aktiviert, zwischen den Energiequellen zu erzielen, können beispielsweise Schütze mit Öffner- und Schließerkontakten bei den jeweiligen Energiequellen vorgesehen sein. Zufolge dieser Maßnahmen kann eine gleichbleibende Bearbeitungsqualität, die insbesondere bei kontinuierlich

arbeitenden Arbeitsaggregaten mit Fräs- und/oder Schleifwerkzeugen gefordert ist, gewährleistet werden.

Um die Schienenbearbeitungsmaschine weitgehend unabhängig von externen Energieträgern für die Brennstoffzelle dauerhaft betreiben zu können, kann der Schienenbearbeitungsmaschine ein Elektrolyseur zugeordnet sein, der durch den vom Stromabnehmer bereitgestellten Bahnstrom und/oder durch die Pufferenergie versorgbar ist. Auf diese Weise kann das beim Betreiben der Brennstoffzelle entstehende Wasser mittels Bahnstrom in die Elektrolyseprodukte Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden, welche wiederum für die Brennstoffzelle als Edukte eingesetzt oder in Gasspeicher gespeichert werden können.

Ein weiterer Vorteil hinsichtlich einer energieautarken Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Schienenbearbeitungsmaschine ergibt sich, wenn der elektrische Energiespeicher über eine elektromotorische Bremse des

Fahrantriebsmotors aufladbar ist. Dadurch kann die Bewegungsenergie in einfacher Weise im Energiespeicher gespeichert werden und beispielsweise wieder für die Produktion von Wasserstoff eingesetzt werden. Alternativ kann der

elektromotorischen Bremse ein Fleizwiderstand zugeordnet sein, dessen Abwärme der zu bearbeitenden Schiene zur Vortemperierung der Schiene zugeführt wird. Zudem kann auch die Abwärme der Brennstoffzelle der zu bearbeitenden Schiene zur Vortemperierung der Schiene zugeführt werden. Die so entstandene Abwärme kann eingesetzt werden, um die Gleise zu trocknen, zu enteisen oder von

beispielsweise Schnee zu befreien. Durch Beseitigung dieser witterungsbedingten Störfaktoren kann ein exakter Einsatz diverser für die

Schienenbearbeitungsprozesse benötigter Messsysteme erzielt werden, wodurch auch im Winter oder bei Regen eine einwandfreie Bearbeitungsqualität

gewährleistet werden kann. Die Vorrichtung kann durch ein Verfahren zur Regelung der Energieversorgung einer schienenverfahrbaren Schienenbearbeitungsmaschine geregelt werden, wobei eine Grundlast eines Arbeitsaggregates durch eine Permanentenergiequelle gedeckt wird. Um die Vorrichtung auch bei stark variierenden Spitzenlasten umwelt- und ressourcenschonend betreiben zu können, ohne dabei das Risiko einer

Überhitzung der Brennstoffzelle hinnehmen zu müssen, wird vorgeschlagen, dass zur Deckung einer die Grundlast der als Brennstoffzelle ausgebildeten

Permanentenergiequelle überschreitende Spitzenlast ein Energiespeicher zugeschaltet wird und dass ein die Grenze zwischen Grundlast und Spitzenlast darstellender Schwellwert für einen Zeitpunkt n prädiktiv in Abhängigkeit von

Prozessgrößen und der benötigten Aggregatsleistung eines vorrangegangenen Zeitpunkts n-1 bestimmt wird. Der Schwellwert ist demnach kein fester Wert, sondern wird laufend mithilfe einer prädiktiven Modellrechnung neu festgelegt.

Somit ist auch die Grundlast ein sich laufend verändernder Wert. Wird nun von der Schienenbearbeitungsmaschine eine bestimmte Istleistung verlangt, die unterhalb des Schwellwerts liegt, kann diese Istleistung vollständig von der Brennstoffzelle gedeckt werden. Verändern sich nun diverse Prozessgrößen kann der neu errechnete Schwellwert unter die benötigte Istleistung absinken, sodass zu Gunsten eines optimalen Gesamtwirkungsgrades der Energiespeicher hinzugeschaltet wird. Durch Veränderung des Schwellwertes kann demnach das Verhältnis zwischen der von der Brennstoffzelle, die ja die Grundlast deckt, und der von dem

Energiespeicher, der die Spitzenlast deckt, zur Verfügung gestellten Energie für eine benötigte Istleistung eingestellt werden. Die prädiktive Modellrechnung zieht zur Berechnung des Schwellwertes für einen bestimmten Zeitpunkt n die in einem Zeitpunkt n-1 , also einem dem Zeitpunkt n vorrangegangener Zeitpunkt, gemessene benötigte Aggregatsleistung und gemessene Prozessgrößen, wie beispielsweise die Fahrtgeschwindigkeit der Schienenbearbeitungsmaschine, die

Umgebungstemperatur, die Temperatur der Brennstoffzelle heran. Zudem können auch etwaige Störgrößen in die Modellrechnung einfließen. In einer besonders praktischen Ausführungsform kann die Modellrechnung mittels gängigen Machine- Learning-Algorithmen optimiert werden. Durch diese prädiktive Regelung mithilfe der Modellrechnung kann die Brennstoffzelle aufgrund der ständigen Anpassung des Schwellwertes zugunsten einer Maximierung des Gesamtwirkungsgrades in ihrem Betriebsoptimum betrieben werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild des Erfindungsgegenstandes beispielsweise dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild der schienenverfahrbaren Schienenbearbeitungsmaschine und

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Verfahrens zur Regelung der Energieversorgung der schienenverfahrbaren Schienenbearbeitungsmaschine.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße schienenverfahrbare Schienenbearbeitungsmaschine weist ein Arbeitsaggregat 1 zur Bearbeitung von Gleisen auf, dessen Grundlast von einer Brennstoffzelle 2 gedeckt wird. Da vor allem spanabhebende und umformende Arbeitsaggregate 1 , wie beispielsweise Fräs- oder Schleifwerkzeuge und Walz-, Schlag- oder Laserwerkzeuge stark variierende Spitzenlasten aufweisen, ist erfindungsgemäß zur Deckung dieser Spitzenlasten ein als Pufferspeicher wirkender Energiespeicher 3 vorgesehen. Zwar ist die Nennleistung der

Brennstoffzelle so ausgelegt, dass sie sowohl das Arbeitsaggregat 1 als auch Fahrantriebsmotoren 4 elektrisch versorgen kann, jedoch kann bei entsprechend vorhandener Infrastruktur zusätzlich Bahnstrom von einer Stromschiene 5 oder einer Oberleitung 6 bezogen werden. Die diversen Energiequellen (Brennstoffzelle 2, Energiespeicher 3, Stromschiene 5, Oberleitung 6) und Verbraucher

(Arbeitsaggregat 1 , Fahrantriebsmotoren 4, Fleizwiderstand 7) sind über

Stromrichter 8 mit dem Gleichstromnetz 9 verbunden. Es versteht sich dabei von selbst, dass je nach Energiequelle 2, 3, 5, 6 bzw. Verbraucher 1 , 4, 7

unterschiedliche Stromrichter 8 eingesetzt werden, sodass eine gewünschte

Spannung des Gleichstromnetzes 9 erzielt werden kann. So muss eine Oberleitung 6 mit einer typischen Wechselspannung von beispielsweise 25 kV/50 Hz zuerst mittels Transformators 10 auf eine Wechselspannung von beispielsweise

400 V/50 Hz transformiert werden, bevor diese durch einen Stromrichter 8 auf eine gewünschte Gleichspannung, zum Beispiel 750 V, des Gleichstromnetzes 9 gebracht wird. Vorteilhafterweise versorgt die Brennstoffzelle 2 das

Arbeitsaggregat 1 ohne zwischengeschaltete Speicher, oder Aktuatoren, wodurch Speicher- oder umwandlungsbedingte Wirkungsgradverluste minimiert werden können.

Um auch während einer Überstell- oder Arbeitsfahrt den Energiespeicher 3 laden zu können, wird der Bahnstrom der Stromschiene 5 und/oder der Oberleitung 6 vom Stromabnehmer bereitgestellt.

Da die Brennstoffzelle 2 beim Anfahren nicht unmittelbar ihre Nennleistung zur Verfügung stellen kann, müssen bis zum Erreichen dieser, etwaige Grund- oder Spitzenlasten vom als Pufferspeicher eingesetzten Energiespeicher 3, von der Stromschiene 5, oder von der Oberleitung 6 gedeckt werden. Um einen

kontinuierlichen und aufeinander abgestimmten Übergang dieser Energiequellen 2, 3, 5, 6 zu erreichen, wird ein Batteriemanagementsystem 11 eingesetzt, das über beispielsweise ein Bussystem mit den Energiequellen 2, 3, 5, 6 und den

Verbrauchern 1 , 4, 7 unter ständiger Leistungsmessung verbunden ist und diese unterbrechungsfrei zu- bzw. wegschalten kann. Diese automatische Umschaltung ist beispielsweise bei einem Ausfall der Brennstoffzelle 2, der Stromschiene 5, oder der Oberleitung 6 vorgesehen, wenn eine der Energiequellen 2, 3, 5, 6 ausfällt.

Die Grundlast kann dabei ein veränderbarer auf einem Speicher 12 hinterlegter Wert sein, welcher über eine Steuereinheit 13 in Anhängigkeit der

Fahrtgeschwindigkeit der Schienenbearbeitungsmaschine, der Prozesstemperatur und der benötigten Aggregatsleistung anpassbar ist. Die Steuereinheit 13 kann mit dem Batteriemanagementsystem 1 1 wirkverbunden sein, oder das

Batteriemanagementsystem 1 1 sein. Vorteilhafterweise können die Fahrantriebsmotoren 4 als elektromotorische Bremse wirken und so den Energiespeicher 3 aufladen. Ist dieser Energiespeicher 3 bereits voll aufgeladen, so kann die überschüssige Energie in den Heizwiderstand 7 umgeleitet werden, und die Abwärme zum Temperieren der Schiene genutzt werden.

Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild des Verfahrens zur Regelung der Energieversorgung der schienenverfahrbaren Schienenbearbeitungsmaschine dar. Um das hinsichtlich eines maximalen Gesamtwirkungsgrades optimale Verhältnis zwischen der von der Brennstoffzelle 2 und der vom Energiespeicher 3 zur Verfügung gestellten Energie berechnen zu können, wird eine prädiktive Modellrechnung 14 auf dem Speicher 13 durchgeführt. Diese prädiktive Modellrechnung 14 rechnet für einen Zeitpunkt n den Schwellwert, der die Grenze zwischen Grundlast und Spitzenlast darstellt, aus. Dies bedeutet, dass bei einer bestimmten benötigten Istlast durch Veränderung des Schwellwerts das Verhältnis zwischen dem von der Brennstoffzelle 2 und dem vom Energiespeicher 3 zur Verfügung gestellten Anteil der Energie eingestellt werden kann. Der Schwellwert zum Zeitpunkt n wird dabei in Abhängigkeit von

Prozessgrößen 15 und der Aggregatsleistung 16 zu einem Zeitpunkt n-1 berechnet. Auch Störgrößen 17 können in die Modellrechnung 14 einfließen, welche laufend mithilfe eines Machine-Learning-Algorithmus 18 optimiert wird. Der Machine- Learning-Algorithmus 18 vergleicht dabei gemessene Daten 19 mit den von der Modellrechnung 14 errechneten Daten. In einer besonders bevorzugten

Ausführungsform kann auch ein über eine Oberleitung 6 oder Stromschiene 5 bereitgestellter Bahnstrom 20 zur elektrischen Versorgung hinzugeschaltet werden.




 
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