Schienenfahrzeug mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer niederohmigen Verbindung zwischen Rädern und Fahrschienen

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit wenigstens zwei von Fahrschienen führbaren Radsätzen, die jeweils zwei mittels einer Radsatzwelle verbundene Räder aufweisen, Er ^¬ dungsbürsten, die fest an dem Schienenfahrzeug montiert sind und einen elektrischen Kontakt mit rotierbaren Bauteilen eines zugeordneten Radsatzes bereitstellen, wenigstens einer Verbindungsleitung, die Teil eines Antriebssystems und/oder Radsatzes des Schienenfahrzeugs ist und zwei Erdungsbürsten elektrisch miteinander verbindet, und wenigstens einer Energiequelle zur Gewährleistung einer niederohmigen Verbindung zwischen Rädern und Fahrschienen.

Ein solches Schienenfahrzeug ist beispielsweise aus der EP 2 082 943 A2 bekannt. Das dort offenbarte Schienenfahrzeug ver ^¬ fügt über zwei Drehgestelle, die jeweils zwei Radsätze auf ^¬ weisen. Jeder Radsatz besteht aus zwei Schienenrädern, die durch eine Radsatzwelle drehfest miteinander verbunden sind. An jedem Radsatz sind zwei Erdungsbürsten angebracht, die mit den rotierenden Komponenten des Radsatzes einen elektrischen Kontakt herstellen. Dabei sind die Erdungsbürsten fest an dem Schienenfahrzeug montiert. Von jeder Erdungsbürste erstreckt sich eine Verbindungsleitung zu einem gemeinsamen Potenzialpunkt, der wiederum elektrisch mit dem leitenden Wagenkasten des Schienenfahrzeugs verbunden ist. Bei den Verbindungslei ^¬ tungen zwischen den Erdungsbürsten und dem gemeinsamen Potenzialpunkt handelt es sich um so genannte Traktionsrückfüh- rungs- oder Erdstromverbindungen, die für den Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs unerlässlich sind. Sie sorgen für eine leitende Erdstromverbindung über die Radsätze. Das vorbekann- te Schienenfahrzeug weist ferner eine Spannungs- oder Strom ^¬ quelle auf, die mit einer Induktionsschleife gekoppelt ist. Die Induktionsschleife ist so angeordnet, dass diese eine Spannung zumindest in einem Teilabschnitt der Fahrschiene in ^¬ duziert. Die induzierte Spannung sorgt für eine niederohmige Verbindung zwischen dem Rad und der Fahrschiene.

Aus der DE 690 07 295 T2 ist ebenfalls ein Schienenfahrzeug mit einer so genannten Induktionsschleife bekannt. Die Induk ^¬ tionsschleife ist mit einer Spannungsquelle gekoppelt, die für einen sich ändernden Stromfluss in der Induktionsschleife sorgt. Auf diese Weise wird wieder eine Spannung in einem Schienenabschnitt induziert, wodurch sich der elektrische Kontakt zwischen Fahrschiene und Rad verbessert.

Um die Anwesenheit eines Schienenfahrzeugs in einem Gleisab ^¬ schnitt sicher zu detektieren, sind so genannte Gleisfreimel ^¬ deanlagen bekannt. Solche Gleisfreimeldeanlagen überwachen beispielsweise eine zwischen den Schienen des besagten Gleis ^¬ abschnittes angelegte Spannung. Fährt das Schienenfahrzeug in den Gleisabschnitt ein, bildet der Radsatz des Schienenfahrzeugs einen Kurzschluss zwischen den Schienen aus, so dass eine überwachte Spannung zusammenbricht. Durch Korrosion der Räder oder Fahrschienen kann der Übergangswiderstand zwischen den Rädern und der Fahrschiene so weit erhöht werden, dass insbesondere bei älteren Gleisfreimeldeanlagen das Schienenfahrzeug nicht mehr sicher erkannt werden kann. Aus diesem Grund wird in den oben genannten vorbekannten Druckschriften vorgeschlagen, das Schienenfahrzeug mit einer Induktions ^¬ schleife auszurüsten, die unterhalb des Fahrzeugs Spannungen in den Fahrschienen induziert. Die induzierten Spannungen setzen den Übergangswiderstand zwischen den Fahrschienen und den Rädern herab. Den vorbekannten Lösungen haftet jedoch der Nachteil an, dass eine zusätzliche Komponente, nämlich die besagte Induktionsschleife, im Drehgestell oder zwischen den Drehgestellen installiert werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Übergangswiderstand zwi- sehen Rädern eines Schienenfahrzeugs und den Fahrschienen kostengünstig herabzusetzen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass jede Energie ^¬ quelle mit einer zugeordneten Verbindungsleitung gekoppelt ist.

Im Rahmen der Erfindung kann auf das aufwändige Anbringen einer Induktionsschleife unterhalb des Schienenfahrzeugs, bei ^¬ spielsweise zwischen den Drehgestellen, verzichtet werden. Die Energiequelle wird stattdessen mit Verbindungsleitungen verbunden, die ohnehin im Schienenfahrzeug verbaut sind. Das zusätzliche Vorsehen einer Induktionsschleife ist somit über ^¬ flüssig geworden. Demgemäß ist das erfindungsgemäße Schienen ^¬ fahrzeug kostengünstig. Die Verbindungsleitung ist mit we- nigstens zwei Erdungsbürsten gekoppelt, die ihrerseits je ^¬ weils in Kontakt mit rotierenden, also sich bei der Fahrt drehenden, Teilen des Radsatzes stehen. Die Verbindungslei ^¬ tungen bilden somit wenigstens einen Stromzweig aus, der über die Erdungsbürsten und zumindest teilweise auch über den je- weiligen Radsatz des Schienenfahrzeugs führt. Auf diese Weise wird der Übergangswiderstand zwischen Rad und Schiene herab ^¬ gesetzt. Der von der Erergiequelle hervorgerufene Stromfluss in den Radsatzwellen induziert in den Radsatzwellen Spannungen, die den Übergangswiderstand auch bei korridierten Rädern oder Schienen verbessert. Die Energiequelle ist im Rahmen der Erfindung eine elektrische Energiequelle. So ist die Energie ^¬ quelle beispielsweise eine Stromquelle oder eine Spannungs ^¬ quelle . Im Rahmen der Erfindung kann eine Energiequelle mit mehreren Verbindungsleitungen gekoppelt sein. Abweichend hiervon ist jeder Energiequelle nur eine Verbindungsleitung zugeordnet.

Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Radsatz mit zwei Er ^¬ dungsbürsten ausgerüstet, die an voneinander abgewandten Enden der Radsatzwelle des besagten Radsatzes angeordnet sind, wobei die Radsatzwelle einen Abschnitt der Verbindungsleitung ausbildet. Mit anderen Worten wird von der Energiequelle, die mit der Verbindungsleitung verbunden ist, zumindest ein Teilstrom über die Radsatzwelle getrieben. Dies setzt den Übergangswiderstand zwischen Rad und Schiene herab.

Bei einer Variante der Erfindung umfasst die Verbindungslei ^¬ tung wenigstens eine Betriebsstromrückführungsleitung, die Teil einer Antriebseinheit des Schienenfahrzeugs und zur Rückführung von Betriebsströmen eingerichtet ist, die beim Betrieb des Schienenfahrzeugs auftreten. Mit anderen Worten umfasst die Verbindungsleitung zumindest auch die bereits für den Antrieb notwendigen Betriebsstromrückführungsleitungen, die ein Schließen des Stromkreises für den Antrieb unter Erd- schluss ermöglicht. Die Betriebstromrückführungsleitungen werden im Rahmen der Erfindung eingesetzt, um die jeweilige Energiequelle ohne großen Aufwand mit der Radsatzwelle zu koppeln, so dass dort ein Stromfluss erzeugt werden kann, der den Übergangswiderstand zwischen Rad und Schiene herabsetzt.

Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Betriebsstromrückführungsleitungen jeweils über einen gemeinsamen Potenzialpunkt zwischen zwei Erdungsbürsten. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung treibt die Energiequelle zumindest einen Teil ^¬ strom über den gemeinsamen Potenzialpunkt und von dort aus zurück zur jeweils anderen Erdungsbürste, mit welcher die zu ^¬ geordnete Verbindungsleitung verbunden ist. Auf diese Weise ist ein Stromkreis realisiert, der eine Spannung, beispiels ^¬ weise im Schienenbereich, induzieren kann. Die so gebildete Stromschleife wirkt wie eine Induktionsschleife, ohne dass jedoch eine solche zusätzlich zu bestehenden elektrischen Verbindungsleitungen installiert werden muss. Dieser zusätzliche Stromkreis kann den Widerstand noch weiter herabsetzen.

Zweckmäßigerweise ist der gemeinsame Potenzialpunkt elekt ^¬ risch mit dem Wagenkasten verbunden. Solche Betriebsstrom- rückführungsleitungen und gemeinsame Potenzialpunkte, die mit dem Wagenkasten verbunden sind, sind aus der Praxis bereits bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren genaue Ausgestal ^¬ tung und Bedeutung nicht näher eingegangen zu werden braucht. Zweckmäßigerweise umfasst die Verbindungsleitung sowohl eine Betriebsstromrückführungsleitung als auch eine Radsatzwelle. Auf diese Art und Weise werden mittels der Verbindungsleitung beispielsweise zwei Teilstromkreise mit Teilströmen reali ^¬ siert, die einmal über die Radsatzwelle und zum anderen über die Betriebsstromrückführungsleitungen geführt werden. Jeder Teilstrom sorgt für eine Herabsetzung des Übergangswiderstands zwischen Rad und Fahrschiene. Abweichend hiervon ist die Radsatzwelle seriell mit der Betriebsstromrückführungs ^¬ leitung verbunden, wobei die Energiequelle eine Spannungs- quelle ist und ebenfalls seriell beispielsweise in Gestalt einer Wicklung in die Verbindungsleitung integriert ist.

Zweckmäßigerweise wird die Energiequelle über ein Einkopp- lungsglied an die Verbindungsleitung angeschlossen. Ein sol- ches Einkopplungsglied ist beispielsweise ein Koppelkondensa ^¬ tor für eine parallele Einspeisung oder eine Koppelspule oder ein Koppeltransformator, die beziehungsweise der in Reihe in die Verbindungsleitung geschaltet ist. Solche Einkopplungs- glieder sind als solche jedoch bekannt, so dass auf deren ge- naue Ausgestaltung nicht näher eingegangen zu werden braucht. Vorteilhaft bei der Ankopplung in Reihenschaltung mit der Verbindungsleitung ist, dass der in die Radsatzachsen oder - wellen eingeprägte Strom nicht mehr durch die parallele Zwei- ge in der Verbindungsleitung reduziert wird.

Da technisch bekannt ist, dass man eine parallele Einspeisung in eine serielle Einspeisung überführen kann, wird hier nicht näher darauf eingegangen. Die folgende weitere Ausgestaltung gilt sowohl für parallel als auch serielle Einspeisungen .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Energiequellen vorgesehen, die an unterschiedliche Verbindungsleitungen angeschlossen sind. Gemäß dieser vorteil- haften Weiterentwicklung sind mittels der Verbindungsleitungen mehrere Stromkreise realisiert, wobei jeder Stromkreis mit seiner eigenen Energiequelle ausgerüstet ist. Diese Ener ^¬ giequelle treibt einen Strom nur über den zugeordneten Stromkreis, also die jeweils zugeordnete Verbindungsleitung. Jeder Stromkreis sorgt für eine Herabsetzung des zugeordneten Übergangswiderstands zwischen Rad und Fahrschiene.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die besagten Energiequellen miteinander synchronisiert. Auf diese Weise werden in den verschiedenen Stromkreisen über die Verbindungsleitungen beziehungsweise Radsatzwellen phasengleiche Ströme indu ^¬ ziert, so dass die Induzierung von Spannungen in Schienenab ^¬ schnitten erleichtert ist, die in der unmittelbaren Nähe der Verbindungsleitungen angeordnet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist jeder Radsatz mit zwei Erdungsbürsten an unterschiedlichen Rädern des besagten Radsatzes und mit einer zugeordneten Energiequelle ausgerüs ^¬ tet . 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 wirken- de Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Schienenfahrzeugs in einer schematischen Darstellung von unten,

Figur 2 das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 mit ein ^¬ gezeichneten Teilströmen verdeutlicht,

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Schienenfahrzeugs in einer sche ^¬ matischen Darstellung von unten verdeutlicht, wobei die Energiequellen seriell mit der je ^¬ weiligen Verbindungsleitung verunden ist, und

Figur 4 eine Energiequelle gemäß Figur 3 genauer ver deutlicht .

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 1 in einer schematischen Darstellung von unten. Das dort dargestellte Schienenfahrzeug 1 weist nicht weiter dargestellte Drehgestelle mit jeweils zwei Radsatzwel ^¬ len 2, 3 beziehungsweise 4 und 5 auf. Auf den Drehgestellen ist ein ebenfalls nicht dargestellter Wagenkasten abgestützt. Bei dem Schienenfahrzeug 1 handelt es sich beispielsweise um eine Lokomotive.

In Figur 1 ist erkennbar, dass jeder Radsatz 2, 3, 4 oder 5 aus jeweils zwei Rädern 6 sowie eine sich durch die Räder 6 hindurch erstreckende Radsatzwelle 7 aufweist. Dabei ist je- der Radsatzwelle 7 an ihren voneinander abgewandten Enden mit jeweils einer hier als Kohlebürste ausgestalteten Erdungs ^¬ bürste 8 ausgerüstet. Jedem Radsatz 2, 3, 4 oder 5 ist ferner eine Stromquelle 9 zugeordnet, die jeweils über eine Verbin- dungsleitung 10, 11, 12 oder 13 mit zwei Erdungsbürsten 8 verbunden ist. Jede Verbindungsleitung 10, 11, 12 oder 13 um- fasst zum einen die sich zwischen den Erdungsbürsten 8 erstreckende Radsatzwelle 7. Darüber hinaus ist jede Erdungs ^¬ bürste 8 über einen allen Verbindungsleitungen 10, 11, 12, 13 gemeinsamen Potenzialpunkt 14 und Betriebsstromrückführungs- leitungen 15, 16, 17, 18 mit der jeweils anderen Erdungsbürste 8 desselben Radsatzes 2, 3, 4 beziehungsweise 5 verbunden. Jede Verbindungsleitung 10, 11, 12 oder 13 umfasst somit einmal die sich zwischen den Erdungsbürsten 8 erstreckende

Radsatzwelle 7 als auch eine über dem gemeinsamen Potenzial ^¬ punkt 14 geführte Betriebsstromrückführungsleitungen 15, 16, 17, 18. Die Erdungsbürsten 8 sind fest am Drehgestell oder am Wagenkasten des Schienenfahrzeugs 1 installiert und sorgen für einen elektrischen Kontakt mit der sich bei Fahrt drehen- den Radsatzwelle 7. Aufgrund der Stromquelle 9 wird ein Teil ^¬ strom über die jeweilige Radsatzwelle 7 erzeugt, die wiederum für eine Herabsetzung des Übergangswiderstands zwischen den zugeordneten Rädern und einer nicht gezeigten Fahrschiene sorgt, die das Schienenfahrzeug 1 führt. Ein weiterer Teil- ström fließt über die jeweilige Betriebsstromrückführungslei- tung 15, 16, 17, 18. Die Betriebsstromrückführungsleitungen 15, 16, 17, 18 sind mit ihren jeweiligen Induktivitäten 19 verdeutlicht . In Figur 2 sind die sich ergebenden Teilströme eingezeichnet. Es ist erkennbar, dass ein Teilstrom Ial über die Radsatzwel ^¬ le 7 fließt, wohingegen ein Teilstrom Irl über die Betriebsstromrückführungsleitung 15 und dem gemeinsamen Potenzialpunkt 14 geführt wird. Der über die Radsatzwelle 7 fließende Teilstrom Ial ergibt sich aus dem Gesamtstrom Ig gemäß der Formel Ial = Ig - Irl. Der über die RückStromleitung 15, 16, 17, 18 fließende Teilstrom Irl ist an sich störend, weil er den in Radsatzachsen fließenden Strom reduziert. Da aber der in den Rückstromleitungen fließende Teilstrom über die Induktivitäten 19 reduziert wird, wird das hier hingenommen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Stromquellen 9 miteinander synchronisiert, so dass phasen- gleiche Ströme in den Radsatzwellen 7 und in den Betriebs- stromrückführungsleitungen 15, 16, 17, 18 erzeugt werden. Auf diese Weise wird in den Schienen eine zusätzliche Spannung induziert, die den Übergangswiderstand zwischen den nicht ge ^¬ zeigten Schienen und den Rädern 5 noch weiter herabsetzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf eine Induktionsschleife vollständig verzichtet werden. Die Stromquellen 9 sind wagenseitig angeordnet und speisen die zugehörigen Strö ^¬ me in ohnehin vorhandene Betriebsstromrückführungsleitungen 15, 16, 17, 18 beziehungsweise Radsatzwellen 7 ein, wodurch der Übergangswiderstand zwischen Rad und Schiene herabgesetzt ist. Durch phasengleiche Stromeinspeisung ist die Induktion von Spannungen in den Schienen möglich. Die Betriebsstromrückführungsleitungen 15, 16, 17, 18 sind vorzugsweise sym- metrisch ausgebildet.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin ^¬ dungsgemäßen Schienenfahrzeugs 1 in einer schematischen Darstellung von unten, das sich von dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen lediglich durch die Ausgestaltung der Energiequellen und deren Ankopplung in die jeweilige Verbindungsleitung 10, 11, 12 und 13 unterscheidet. So ist die Energiequelle in dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel als Spannungsquelle 20 ausgebildet, die in Rei- he in die jeweilige Betriebsstromrückführungsleitung 15, 16, 17 und 18 geschaltet ist. Die Verbindungsleitungen 10, 11, 12 beziehungsweise 13 sind somit jeweils durch eine Reihenschal ^¬ tung der jeweiligen Betriebsstromrückführungsleitung 15, 16, 17 beziehungsweise 18 und der jeweils galvanisch verbundenen Radsatzwelle 7 ausgebildet. Dabei erzeugen die Spannungsquel ^¬ len 20 die Spannungen Ul, U2, U3 beziehungsweise U4.

Figur 4 zeigt den Aufbau der Spannungsquelle 20 genauer. Es ist erkennbar, dass die Energiequelle 20 einen Transformator 21 sowie einen Oszillator 22 aufweist. Der Oszillator 22 ist mit einer Primärwicklung 23 des Transformators 21 verbunden, wohin gegen die Sekundärwicklung 24 des Transformators 21 in Reihe in die jeweilige Verbindungsleitung 10, 11, 12, 13 beziehungsweise 14 geschaltet ist. Der Oszillator 22 erzeugt einen Wechselstrom, der in der Sekundärwicklung 24 eine Spannung induziert, die für den gewünschten Stromfluss in den Radsatzwellen 7 sorgt.