DETTERBECK, Manfred (Kornburger Straße 9, Wendelstein, 90530, DE)
WOLF, Guido (Am Ellersgraben 30, Baunach, 96148, DE)
DETTERBECK, Manfred (Kornburger Straße 9, Wendelstein, 90530, DE)
| Patentansprüche 1. Schienenfahrzeug (1) mit zumindest einer zum Gleis (30) gerichteten Fahrzeugantenne (25) eines Zugsicherungssystems, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) des Schienenfahrzeugs (1) und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs (1) an¬ geordnete Achse (7a) mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind und - die zumindest eine Fahrzeugantenne (25) in einem größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs (1) als die mit dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) elektrisch verbundene Achse (7a) angeordnet ist. 2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und die Achse (7a) geschalteten Kon¬ densator (16) sowie einen an der Achse vorgesehenen Erdungs- kontakt (17) umfasst. 3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der Achse (7a) abgestimmt ist, dass der resultierende Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne (25) aufweist . 4. Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und eine im Bereich des anderen Endes des Schienenfahrzeugs (1) angeordnete weitere Achse mittels einer weiteren kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. 5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest eine weitere Fahrzeugantenne in einem größeren Ab¬ stand von dem anderen Ende des Schienenfahrzeugs (1) als die mit dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) elektrisch verbundene weite¬ re Achse angeordnet ist. 6. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die weitere kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten und die weitere Achse geschalteten weiteren Kondensator sowie einen an der weiteren Achse vorgesehenen weiteren Erdungskontakt umfasst. 7. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die weitere kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der weiteren Achse abgestimmt ist, dass der resultierende weitere Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der weiteren Fahrzeugantenne aufweist. 8. Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schienenfahrzeug (1) elektromotorisch angetrieben ist und einen über einen Stromabnehmer (15) an einen Fahrdraht (35) anbindbaren Transformator (13) aufweist. 9. Schienenfahrzeug nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der Rückstromzweig des Transformators (13) mittels einer ersten zusätzlichen kapazi- tiven Verbindung elektrisch verbunden sind. 10. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und die Hochspannungsseite des Transformators (13) mittels einer zweiten zusätzlichen kapa¬ zitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. 11. Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schienenfahrzeug (1) einen elektromotorischen Antrieb mit einer gleichstromversorgten Traktionsanlage aufweist. 12. Schienenfahrzeug nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der Rückstromzweig der Trak¬ tionsanlage mittels einer dritten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. 13. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und die Hochspannungsseite des Eingangs der Traktionsanlage mittels einer vierten zusätzli¬ chen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. 14. Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zumindest eine Fahrzeugantenne (25) eine Fahrzeugantenne des europäischen Zugsicherungssystems ETCS (European Train Control System) ist. 15. Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schienenfahrzeug (1) ein elektrischer Triebzug ist. |
Schienenfahrzeug Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit zumindest einer zum Gleis gerichteten Fahrzeugantenne eines Zugsicherungssystems .
Schienenfahrzeuge der genannten Art sind allgemein bekannt, wobei die Fahrzeugantennen entsprechender Schienenfahrzeuge üblicherweise zur Übertragung von Daten zwischen einer im Gleis angeordneten streckenseitigen Einrichtung, etwa in Form einer Balise, und dem Schienenfahrzeug dienen. In Abhängig ¬ keit von dem jeweiligen Zugsicherungs- beziehungsweise Zugbe- einflussungssystem sowie der Art der jeweiligen streckenseitigen Einrichtung können hierbei Fahrzeugantennen unterschiedlicher Art zum Einsatz kommen.
Zum Gleis gerichtete Fahrzeugantennen, d.h. im Wesentlichen nach unten gerichtete Fahrzeugantennen, können insbesondere in Abhängigkeit von der Art des jeweiligen Schienenfahrzeugs das Problem aufweisen, dass sie durch elektrische Störungen beeinflusst werden können. So kommt es bei solchen Schienenfahrzeugen, die ihre zur Fortbewegung benötigte Energie aus einer Oberleitung oder einer Stromschiene beziehen, in der Praxis zu unvermeidbaren elektrischen Funkenbildungen zwischen dem fahrzeugseitigen Stromabnehmer und dem Fahrdraht beziehungsweise der Stromschiene, wodurch transiente Störun ¬ gen im Fahrstrom erzeugt werden. Dabei werden als transiente Störungen nicht periodische Störungen bezeichnet, die häufig vergleichsweise steile Anstiegsflanken sowie vergleichsweise hohe Spitzenwerte aufweisen. Entsprechende transiente Störun ¬ gen werden auch durch das Ein- und Ausschalten des Hauptschalters eines elektromotorisch angetriebenen Schienenfahr- zeugs hervorgerufen. Während des Fahrbetriebs tritt die Fun ¬ kenbildung zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer insbesondere an Unstetigkeiten des Fahrdrahts auf, wie beispielsweise beim Überfahren von Abzweigstellen oder Phasentrennstellen .
Die beschriebenen Funken erzeugenden Phänomene generieren gleichsam als Störgenerator ein sehr breitbandiges , transien- tes Störspektrum, welches sich dem Fahr- und Rückstrom überlagert, also in die Oberleitung beziehungsweise den Fahrdraht und in die Schienen fließt. Dabei wird der Stromkreis der transienten Störströme über parasitäre Kapazitäten zwischen Fahrleitungsnetz und Schiene geschlossen. Der sich dem Rückstrom überlagernde Anteil des Funken-Störspektrums kann nun insbesondere solche Zugsicherungssysteme beeinflussen, die mit zum Gleis gerichteten Fahrzeugantennen arbeiten.
Des Weiteren können durch den Betrieb anderer Schienenfahrzeuge hervorgerufene transiente Störungen für den Fall, dass sich mehrere Schienenfahrzeuge auf demselben Unterwerksab- schnitt befinden, über die transienten Rückströme in den Schienen auch das Zugsicherungssystem beziehungsweise die Fahrzeugantennen anderer Schienenfahrzeuge beeinflussen beziehungsweise stören. Dies bedeutet, dass entsprechende Stö ¬ rungen grundsätzlich auch solche Schienenfahrzeuge beeinflus- sen können, die selbst nicht elektromotorisch angetrieben sind .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit zumindest einer zum Gleis gerichteten Fahrzeugantenne eines Zugsicherungssystems anzugeben, durch welches die Störfestigkeit des Zugsicherungssystems erhöht wird . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schienen ¬ fahrzeug mit zumindest einer zum Gleis gerichteten Fahrzeug ¬ antenne eines Zugsicherungssystems, wobei der Wagenkasten des Schienenfahrzeugs und eine im Bereich eines Endes des Schie- nenfahrzeugs angeordnete Achse mittels einer kapazitiven Ver ¬ bindung elektrisch verbunden sind und die zumindest eine Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs als die mit dem Wagenkasten elektrisch verbundene Achse angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug zeichnet sich somit da ¬ durch aus, dass sein Wagenkasten und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs angeordnete Achse mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Dabei um- fasst die Formulierung „Wagenkasten des Schienenfahrzeugs" im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung auch solche Schienenfahrzeuge, die aus mehreren Wagen beziehungsweise Wagenteilen aufgebaut sind. In diesem Fall handelt es sich bei dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, der mit der Achse mittels der kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden ist, somit um den Wagenkasten eines der Wagen beziehungsweise Wa ¬ genteile des Schienenfahrzeugs.
Der Erfindung liegt die grundlegende Idee zugrunde, das Stör- spektrum im Rückstrom nicht auf der aktiven Seite der Fahrzeugantenne zum Gleisbett, sondern auf der passiven Seite der Fahrzeugantenne, d.h. oberhalb der Fahrzeugantenne, im Wagen ¬ kasten entlang zu führen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass Fahrzeugantennen üblicherweise eine ausgesprochene
Richtwirkung haben und nach oben zum Wagenkasten hin aufgrund unterschiedlicher Maßnahmen, wie beispielsweise einer entsprechenden Schirmung, vergleichsweise unempfindlich sind. In der Regel ist es nun jedoch nicht wünschenswert, zwecks Umleitung der transienten Störströme auch den Fahrstrom über den Wagenkasten zu führen und beispielsweise am führenden Drehgestell wieder in die Schienen zu leiten. Nachteil hierbei wäre unter anderem, dass auch Ströme von anderen Schienenfahrzeugen in den Wagenkasten gezogen werden würden. Daher erfolgt erfindungsgemäß mittels der kapazitiven Verbindung zwischen dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs und der im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs angeordneten Achse vorteilhafterweise eine Trennung der Strompfade für transien ¬ ten, hochfrequenten Störstrom und niederfrequenten Betriebsstrom mit einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz.
Erfindungsgemäß ist die Fahrzeugantenne in einem größeren Ab- stand von dem Ende des Schienenfahrzeugs als die mit dem Wa ¬ genkasten elektrisch verbundene Achse angeordnet. Dies bedeu ¬ tet, dass die zumindest eine Fahrzeugantenne von dem Ende des Schienenfahrzeugs aus gesehen hinter der mittels der kapazi ¬ tiven Verbindung elektrisch mit dem Wagenkasten verbundenen Achse angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass transiente
Störströme über die kapazitive Verbindung in den Wagenkasten geleitet werden und somit die auf das Gleis gerichtete, in einem Bereich unterhalb des Wagenkastens angeordnete Fahr ¬ zeugantenne auf ihrer passiven Seite passieren. Diese Stör- Stromumleitung über den Wagenkasten hat zur Folge, dass sich der Störstrom in den Schienen unterhalb des Schienenfahrzeugs entsprechend verringert, so dass auf die Fahrzeugantenne ein deutlich kleineres Störmagnetfeld einkoppelt. Im Ergebnis führt dies somit zu einer deutlichen Verbesserung beziehungs- weise Erhöhung der Störfestigkeit der Fahrzeugantenne und da ¬ mit auch des gesamten Zugsicherungssystems gegenüber hochfre ¬ quenten, insbesondere transienten Störungen. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug derart ausgestaltet, dass die kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten und die Achse geschalteten Kondensator sowie einen an der Achse vorgesehenen Erdungskontakt umfasst. Hierbei handelt es sich vorteilhafterweise um eine besonders einfache, als sol ¬ che bewährte Komponenten verwendende Realisierung der kapazitiven Verbindung. Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart weitergebildet sein, dass die kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten und der Achse abgestimmt ist, dass der resultierende Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne aufweist. Dies bedeutet, dass die Kapazität der kapazitiven Verbindung derart gewählt ist, dass sie in Verbindung mit der Induktivität der Zuleitung zu der Achse, d.h. beispielsweise zu dem Erdungskontakt, einen Schwingkreis bildet, dessen Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne liegt. Somit weist der durch die kapazitive Verbindung sowie die Induktivität der elektrischen Verbindung gebildete elektrische Schwingkreis beziehungsweise Saugkreis bei der relevanten Frequenz, d.h. bei der Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne, einen besonders geringen komplexen Widerstand auf. Hierdurch wird die kapazitive Erdung vorteilhafterweise zu einer „Saugkreiser ¬ dung" erweitert, welche vorzugsweise eine Ableitung von Strö ¬ men mit Frequenzen im Bereich der Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne bewirkt. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch eine Umleitung transienter beziehungsweise generell hochfre ¬ quenter Ströme über den Wagenkasten und damit aus dem aktiven Bereich der Fahrzeugantenne heraus auch für solche Zugsiche ¬ rungssysteme ermöglicht wird, deren Übertragungsfrequenz be- ziehungsweise deren Übertragungsfrequenzen im Megahertz- Bereich liegt. Hierdurch kann eine Verbesserung der Störfestigkeit beispielsweise auch für das europäische Zugsiche ¬ rungssystem ETCS (European Train Control System) erzielt wer- den, dessen Empfangskanal in einem Frequenzbereich um 4,2 MHz arbeitet .
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart ausgeprägt sein, dass der Wagenkasten und eine im Be- reich des anderen Endes des Schienenfahrzeugs angeordnete weitere Achse mittels einer weiteren kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Dies bietet den Vorteil, dass für die hochfrequenten transienten Störströme ein wohldefinierter Rückstrompfad über den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs in beide Richtungen bereitgestellt wird.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug dabei ferner derart weitergebildet, dass zumindest eine weitere Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem anderen En- de des Schienenfahrzeugs als die mit dem Wagenkasten elekt ¬ risch verbundene weitere Achse angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass eine in Bezug auf die beiden Enden des Schienenfahrzeugs symmetrische Anordnung geschaffen wird, so dass das Schienenfahrzeug fahrtrichtungsunabhängig und damit besonders flexibel einsetzbar ist. Dabei ist zu berücksichti ¬ gen, dass Fahrzeugantennen von Zugsicherungssystemen üblicherweise in Fahrtrichtung gesehen in einem vorderen Bereich eines Schienenfahrzeugs angeordnet sind, um eine möglichst frühzeitige Datenübertragung auf das Schienenfahrzeug zu er- möglichen. Bei der genannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs werden hochfrequente Störströme vorteilhafterweise unabhängig von der Fahrtrichtung des
Schienenfahrzeugs vor der in Abhängigkeit von der Fahrtrich ¬ tung jeweils aktiven Fahrzeugantenne in den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs geleitet, wodurch auf die jeweilige Fahr ¬ zeugantenne einwirkende Störmagnetfelder vorteilhafterweise erheblich reduziert werden können. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs umfasst die weitere kapa ¬ zitive Verbindung einen elektrisch zwischen Wagenkasten und die weitere Achse geschalteten weiteren Kondensator sowie einen an der weiteren Achse vorgesehenen weiteren Erdungskon- takt. Analog zu den diesbezüglichen Ausführungen im Zusammenhang mit der kapazitiven Verbindung handelt es sich hierbei um eine besonders einfache und zugleich robuste Ausführungs ¬ form der weiteren kapazitiven Verbindung. Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart weitergebildet sein, dass die weitere kapazitive Ver ¬ bindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Indukti ¬ vität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten und der weiteren Achse abgestimmt ist, dass der resultierende weitere Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der weiteren Fahrzeugantenne aufweist. Entsprechend den diesbezüglichen Ausführungen im Zusammenhang mit der entsprechenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die kapazitive Verbindung kann hierdurch auch für Störfrequenzen im Megahertz-Bereich eine wirksame Umleitung der entsprechenden Störströme über den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs bewirkt werden. Hierzu ist die Erdung des Wagenkastens über die weitere kapazitive Verbindung und die weitere Achse in Form eines elektrischen Saugkreises ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug kann es sich grundsätzlich um ein Schienenfahrzeug mit einem beliebigen, für sich bekannten Antrieb handeln. Dies schließt neben elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen beispielsweise auch Dieselfahrzeuge, Dampflokomotiven oder auch Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb ein. Wie eingangs bereits erwähnt können nämlich auch Fahrzeuge ohne eigenen Elektromotor von Stör- strömen betroffen sein, die von Fremdfahrzeugen verursacht sind .
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug elektromotorisch angetrieben und weist einen über einen Stromabnehmer an einen Fahrdraht anbindbaren Transformator auf. Dies ist vorteil ¬ haft, da entsprechende elektromotorisch angetriebene Schie ¬ nenfahrzeuge mit Wechselspannungsversorgung aufgrund der An- bindung an den Fahrdraht in besonderem Maße transienten Stö- rungen ausgesetzt sind und daher für solche Schienenfahrzeuge eine besonders ausgeprägte Verbesserung der Störfestigkeit der Fahrzeugantenne beziehungsweise des Zugsicherungssystems erzielt wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs sind der Wagenkasten und der Rückstromzweig des Transformators mittels einer ersten zu ¬ sätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine weitere Reduzierung von Störströmen im Bereich unterhalb der Fahrzeugantenne erzielt werden, so dass sich die Störfestigkeit der Fahrzeugantenne beziehungsweise des Zugsicherungssystems vorteilhafterweise weiter erhöht. Um eine bestmögliche Wirkung zu erzielen, ist die zusätzliche kapazitive Verbindung vorteilhafterweise der- art zu realisieren, dass ein erster zusätzlicher Kondensator niederinduktiv zwischen dem Rückstromzweig beziehungsweise der RückStromleitung des Transformators und dem Wagenkasten eingeschleift beziehungsweise angeordnet wird. Dies kann bei ¬ spielsweise derart geschehen, dass der Rückstromleiter direkt über den ersten zusätzlichen Kondensator geführt wird, während der andere Anschluss des ersten zusätzlichen Kondensa ¬ tors flächenhaft, beispielsweise über eine kurze Stromschie ¬ ne, mit dem Wagenkasten verbunden wird.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart ausgestaltet sein, dass der Wagenkasten und die Hoch ¬ spannungsseite des Transformators mittels einer zweiten zu ¬ sätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Analog zu den Ausführungen im Zusammenhang mit der ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung kann zusätzlich oder alternativ hierzu auch mittels der zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung eine gezielte Einleitung transienter Störströme, die ihren Ursprung im Fahrdraht beziehungsweise im jewei- ligen Schienenfahrzeug beziehungsweise deren Wechselwirkung haben, in den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs erfolgen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug derart weitergebil- det, dass das Schienenfahrzeug einen elektromotorischen An ¬ trieb mit einer gleichstromversorgten Traktionsanlage auf ¬ weist. Dabei umfasst die Traktionsanlage neben zumindest ei ¬ nem Traktionsstromrichter gegebenenfalls ein dem Traktionsstromrichter vorgeschaltetes Netzfilter. Die genannte bevor- zugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist vorteilhaft, da entsprechende elektromotorisch angetrie ¬ bene Schienenfahrzeuge mit Gleichspannungsversorgung aufgrund der Anbindung an den Fahrdraht ebenso wie die zuvor disku ¬ tierten Fahrzeuge mit Wechselspannungsversorgung transienten Störungen ausgesetzt sind und daher auch für solche Schienenfahrzeuge eine besonders ausgeprägte Verbesserung der Stör ¬ festigkeit der Fahrzeugantenne beziehungsweise des Zugsiche ¬ rungssystems erzielt werden kann. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug dabei weiterhin derart ausgestaltet, dass der Wagenkasten und der Rückstromzweig der Traktionsanlage mittels einer dritten zu ¬ sätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs sind der Wagenkasten und die Hochspannungsseite des Eingangs der Traktionsanlage mit ¬ tels einer vierten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elekt- risch verbunden.
Die Vorteile der beiden zuvor genannten bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Falle einer Gleichspannungsversorgung entsprechen im Wesentlichen den zuvor bereits beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Falle einer Wechselspannungsversorgung, so dass diesbezüglich auf die jeweiligen vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Schienenfahrzeug auch um ein Mehrsystemfahrzeug handeln kann, dass sowohl zur Wechsel ¬ spannungsversorgung als auch zur Gleichspannungsversorgung vorgesehen ist.
Bei der Fahrzeugantenne kann es sich grundsätzlich um eine Fahrzeugantenne eines beliebigen Zugsicherungssystems han ¬ deln. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass die Fahrzeugantenne auf das Gleis gerichtet ist, d.h. üblicherweise unter ¬ halb des Wagenkastens oder an einem Drehgestell angebracht ist, um eine Kommunikation mit einer im Gleis angeordneten streckenseitigen Einrichtung zu ermöglichen. Bei der stre- ckenseitigen Einrichtung kann es sich hierbei insbesondere um eine Balise, beispielsweise des nationalen spanischen Zugsi ¬ cherungssystems ASFA, handeln. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist die zumindest ei ¬ ne Fahrzeugantenne eine Fahrzeugantenne des europäischen Zug ¬ sicherungssystems ETCS (European Train Control System) . Dies ist vorteilhaft, da sich gezeigt hat, dass auch ETCS eine Empfindlichkeit gegenüber Störströmen in den Gleisen aufweist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Störungen bei ETCS üblicherweise zu einer Zwangsbremsung des betreffenden Fahrzeugs führen, wodurch sich erhebliche Verzögerungen und Stö- rung des Schienenverkehrs ergeben können. Vorteilhafterweise bietet das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug somit die Mög ¬ lichkeit, fahrzeugseitig die Störfestigkeit dieses ver ¬ gleichsweise neuen, für ganz Europa vorgesehenen Zugsiche ¬ rungssystems zu verbessern.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug ein elektrischer Trieb ¬ zug. Dies ist vorteilhaft, da insbesondere auch bei elektri ¬ schen Triebzügen mit verteilter Traktion Störungen der Fahr- zeugantenne beziehungsweise des jeweiligen Zugsicherungssys ¬ tems durch hochfrequente Störströme in den Schienen zu beo ¬ bachten sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbe spiels näher erläutert. Hierzu zeigt die
Figur in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge ¬ mäßen Schienenfahrzeugs.
In der Figur ist ein Schienenfahrzeug 1 in Form eines elekt ¬ rischen Triebzuges dargestellt. Dabei ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine Hälfte des Zuges abgebildet Das Schienenfahrzeug 1 weist einen Endwagen 2, einen Trafowa gen 3 sowie einen nur teilweise dargestellten Mittelwagen 4 auf. Die Wagen 2, 3, 4 weisen jeweils einen Wagenkasten 5a, 5b, 5c sowie Drehgestelle 6a, 6b, 6c, 6d, 6e mit Achsen be ¬ ziehungsweise Rädern 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i, 7j auf .
Es ist hervorzuheben, dass es sich bei der Darstellung der Figur lediglich um eine zum Zweck der Erläuterung der Erfindung stark vereinfachte, schematische Darstellung handelt. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Wagenkästen 5a,
5b, 5c der Wagen 2, 3, 4 des Schienenfahrzeugs 1 im Folgenden auch in ihrer Gesamtheit als Wagenkasten bezeichnet werden. Dies gilt einerseits vor dem Hintergrund, dass die anhand des Ausführungsbeispiels beschriebene Erfindung auch für Schie- nenfahrzeuge mit durchgehendem Wagenkasten anwendbar ist;
darüber hinaus sind die Wagenkästen 5a, 5b, 5c der Wagen 2, 3, 4 in dem Ausführungsbeispiel der Figur über Potenzialaus ¬ gleichsleiter 12a, 12b elektrisch miteinander verbunden, so dass sie auch diesbezüglich aus elektrischer Sicht als Ein- heit betrachtet werden können.
Entsprechend der Darstellung der Figur ist der Trafowagen 3 über einen Stromabnehmer 15 elektrisch mit einem Fahrdraht 35 verbunden. Die aus dem Fahrdraht 35 entnommene elektrische Energie wird dabei über einen Hauptschalter 14 der Hochspannungsseite eines Transformators 13 des Schienenfahrzeugs 1 zugeführt. Hierbei handelt es sich somit um eine übliche An- bindung der Elektromotoren eines elektromotorisch angetriebenen, wechselstromgespeisten Schienenfahrzeugs an den Fahr- draht 35 beziehungsweise das entsprechende Hochspannungsnetz.
Es sei darauf hingewiesen, dass die folgenden Ausführungen im Wesentlich analog für den Fall eines elektromotorisch angetriebenen Schienenfahrzeugs mit Gleichspannungsversorgung, beispielsweise mittels einer Gleichspannung von 600 V, 750 V, 1,5 kV oder 3 kV, gelten. In diesem Fall ist in der Figur im Wesentlichen lediglich der Transformator 14 durch eine Traktionsanlage zu ersetzen, die neben zumindest einem Traktions- Stromrichter gegebenenfalls ein dem Traktionsstromrichter vorgeschaltetes Netzfilter umfasst, wobei die übrigen Kompo ¬ nenten hiervon weitgehend unberührt bleiben. Darüber hinaus kann es sich bei dem Schienenfahrzeug auch um ein Mehrsystemfahrzeug handeln, das sowohl zur Gleichspannungsversorgung als auch zur Wechselspannungsversorgung vorgesehen ist, wobei die folgenden Ausführungsbeispiele jeweils für beide Systeme anwendbar sind.
Der Trafowagen 3 beziehungsweise genauer die Achsen 7f und 7g des Trafowagens 3 weisen Erdungskontakte 10a, 10b für die Be ¬ triebserdung auf. Darüber hinaus ist bei der Achse 7j des Mittelwagens 4 ein Erdungskontakt 11 für die Schutzerdung vorgesehen . Bei alleinigem Vorhandensein der zuvor genannten Komponenten würden transiente Störungen, die zwischen dem Stromabnehmer 15 und dem Fahrdraht 35 entstehen, über parasitäre Kapazitä ¬ ten C P und C D auf den Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 gelan ¬ gen. Von dort würde der derart kapazitiv eingekoppelte hochfrequente Störstrom über den Potenzialausgleichsleiter 12b zum Mittelwagen fließen und über den Erdungskontakt der Schutzerdung 11 auf die Schienen 30 gelangen. Darüber hinaus würden Störströme auch direkt über den Hauptschalter 14 oder - insbesondere sofern der Hauptschalter 14 geöffnet ist - über die parasitäre Kapazität C H s des Hauptschalters 14 sowie über die parasitäre Wicklungskapazität C TR des Transformators 13 und die Erdungskontakte für die Betriebserdung 10a, 10b auf die Schienen 30 gelangen. Passiert ein entsprechender Störstrom nun die Schienen beziehungsweise das Gleis 30 in Höhe einer Fahrzeugantenne 25 eines Zugsicherungssystems, koppelt das den Störstrom umgebende Magnetfeld auf die Fahr ¬ zeugantenne 25 ein. In Abhängigkeit von der Modulation, dem Frequenzbereich und der Amplitude der Signalübertragung des Zugsicherungssystems, zu dem die Fahrzeugantenne 25 gehört, kann es durch die Überlagerung dieses transienten Magnetfeldes mit dem Nutzmagnetfeld der Fahrzeugantenne 25 zu Störun ¬ gen im Empfangskanal des Zugsicherungssystems kommen. Von Störströmen der zuvor beschriebenen Art sind insbesondere elektrische Triebzüge im Wechselstrom- und/oder Gleichstrombetrieb mit verteilter Traktion betroffen. Darüber hinaus sind insbesondere solche Arten von Zugsicherungssystemen gegenüber entsprechenden Störungen anfällig, die zu einem gege- benen Zeitpunkt jeweils nicht mit zwei, sondern nur mit einer Fahrzeugantenne arbeiten. Ursache hierfür ist, dass bei der Verwendung lediglich einer Fahrzeugantenne die Möglichkeit einer Gleichtaktunterdrückung der Störfelder entfällt. Entsprechende Zugsicherungssysteme, die jeweils nur eine aktive Fahrzeugantenne aufweisen, verwenden üblicherweise Balisen im Gleisbett .
Um nun die Störfestigkeit entsprechender Zugsicherungssysteme durch fahrzeugseitige Maßnahmen zu erhöhen, sind der Wagen- kästen 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs 1 angeordnete Achse 7a mit ¬ tels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden. Dabei umfasst die kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten 5a, 5b, 5c und die Achse 7a geschalteten Kon- densator 16 sowie einen an der Achse 7a vorgesehenen Erdungskontakt 17. Dies bedeutet, dass die erste Achse 7a des Schie ¬ nenfahrzeugs 1 über den Kondensator 16 mit dem Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 verbunden ist. Vorzugswei ¬ se weist darüber hinaus auch eine weitere Achse im Bereich des in der Figur nicht dargestellten anderen Endes des Schienenfahrzeugs 1 einen weiteren Erdungskontakt auf und ist mit ¬ tels dieses weiteren Erdungskontakts sowie über einen weite ¬ ren Kondensator ebenfalls an den Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 angebunden.
Entsprechend der Darstellung der Figur ist die Fahrzeugantenne 25 bezogen auf eine nach links verlaufende Fahrtrichtung hinter der elektrisch mit dem Wagenkasten 5a des Schienen- fahrzeugs 1 verbundenen Achse angeordnet, d.h. die Fahrzeug ¬ antenne 25 weist einen größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs 1, in dessen Bereich sie angeordnet ist, als die mit dem Wagenkasten 5a elektrisch verbundene Achse 7a auf. Hierbei wird die Fahrzeugantenne 25 aus Platzgründen vorzugsweise nach dem ersten Drehgestell 6a des Schienenfahr ¬ zeugs 1 angeordnet.
Als weitere Maßnahme zur Reduzierung der auf die Fahrzeugantenne 25 einwirkenden Störströme sind der Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 und der Rückstromzweig des Transformators 13 mittels einer ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden. Hierzu sind erste zusätzliche Kondensa ¬ toren 19a und 19b vorgesehen. Die ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b bewirken somit, dass hochfrequente Ströme aus dem Rückstromzweig des Transformators 13 ebenfalls in den Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 eingeleitet werden .
Alternativ oder zusätzlich zu der zuvor genannten Maßnahme ist in der Figur darüber hinaus auch die Möglichkeit gezeigt, dass der Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 und die Hochspannungsseite des Transformators 13 mittels einer zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Dabei weist die zweite zusätzliche kapazitive Verbindung einen zweiten zusätzlichen Kondensator 20 in Form eines Hochspannungskondenstors auf. Hierdurch werden hochfre ¬ quente Störströme bereits auf der Hochspannungsseite des Transformators 13 in den Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienen- fahrzeugs 1 beziehungsweise genauer in den Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 geleitet.
Die sich unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Maßnahmen ergebenden Wege des transienten Störstromes sind in der Figur durch entsprechende kleine Pfeile angedeutet. So bleiben die transienten Störströme, die vom Dachgarten kapazitiv in den Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 einkoppeln, wegen der induktiven Verkopplung zwischen dem Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 und dem Fahrdraht 35 bevorzugt in dem Wa- genkasten 5b des Trafowagens 3. Über den Potenzialausgleichs ¬ leiter 12a gelangen die Störströme im Weiteren zum Endwagen 2 und fließen dort über den Kondensator 16 und den Erdungskontakt 17 in die Schienen beziehungsweise das Gleis 30. Der Anteil der transienten Störströme, der über die Wicklungskapazität C TR des Transformators 13 fließt, gelangt über die ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b zwischen dem Rückstrompfad des Transformators 13 und dem Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 auf den Wagenkasten 5b und fließt von dort wieder über den Potenzialausgleichsleiter 12a sowie den Kondensator 16 und der Erdungskontakt 17 in die Schienen 30. Wird zusätzlich oder alternativ zu den ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b im Rückstrompfad des Betriebsstroms der zweite zusätzliche Kondensator 20 im Hochspannungspfad des Transformators 13 angeordnet, nimmt auch hier der
hochfrequente Anteil des Stroms den Weg über den Potenzial ¬ ausgleichsleiter 12a, den Wagenkasten 5a, den Kondensator 16 sowie den Erdungskontakt 17 und die Achse 7a in die Schienen beziehungsweise das Gleis 30. Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass in der Figur lediglich ein Teil des Schienenfahrzeugs 1 darge ¬ stellt ist. Sofern das Schienenfahrzeug 1 einen weiteren Tra ¬ fowagen aufweist, entspricht dieser hinsichtlich der vorgese- henen Komponenten vorzugsweise dem gezeigten Trafowagen 3. Gleiches gilt analog hinsichtlich des Aufbaus des anderen Endwagens des Schienenfahrzeugs 1.
In den zuvor beschriebenen Fällen bevorzugt der transiente Störstrom somit aufgrund der induktiven Kopplung zur Oberleitung, d.h. zum Fahrdraht 25, und dem sehr niederimpedanten, gut leitenden Wagenkasten 5a, 5a, 5c als Rückstrompfad den Wagenkasten 5a, 5b, 5c, so dass nur noch ein kleiner Teil des Störstroms unter dem Schienenfahrzeug 1 in den Schienen 30 fließt. Dadurch, dass die Fahrzeugantenne 25 hinter der kapa ¬ zitiven Erdung des Wagenkastens 5a, 5b, 5c, d.h. hinter der kapazitiven Verbindung zwischen dem Wagenkasten 5a und der Achse 7a angeordnet ist, koppelt auf die Fahrzeugantenne 25 ein deutlich kleineres Störmagnetfeld ein, da der Störstrom im Bereich der Schienen beziehungsweise des Gleises 30 unter ¬ halb des Schienenfahrzeugs 1 durch die Umleitung der insbe ¬ sondere transienten Störströme über den Wagenkasten 5a, 5b, 5c entsprechend kleiner geworden ist. Hierdurch wird vorteil ¬ hafterweise die Störfestigkeit der Fahrzeugantenne 25 bezie- hungsweise des zugehörigen Zugsicherungssystems deutlich ver ¬ bessert .
Um die Störfestigkeit in entsprechender Weise auch für Fahrzeugantennen mit hohen Übertragungsfrequenzen, d.h. etwa im Megahertz-Bereich, zu verbessern, weist die kapazitive Verbindung vorteilhafterweise eine Kapazität auf, die derart auf die Induktivität 18 der elektrischen Verbindung zwischen den Wagenkasten 5a des Endwagens 2 und der Achse 7a abgestimmt ist, dass der resultierende Schwingkreis eine Resonanzfre- quenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne 25 aufweist. Sofern eine entsprechende Abstimmung nicht erfolgen würde, würde die Induktivität der Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator 16 und dem Raderd- beziehungsweise Erdungskontakt 17 bei hohen Frequenzen einen zu hohen komple ¬ xen Widerstand bilden, so dass die Ableitung der Störung über den Kondensator 16 unter Umständen nicht mehr zufriedenstellend arbeiten würde. Durch die Abstimmung der Kapazität des Kondensators 16 auf die Induktivität 18 der Verbindungsleitung wird nun eine auf die Übertragungs- beziehungsweise Signalisierungsfrequenz der Fahrzeugantenne 25 abgestimmte „Saugkreiserdung" realisiert. Hierdurch wird eine Ableitung der Störströme in zuverlässiger Art und Weise auch für hohe Frequenzen, etwa im Megahertz- Bereich, gewährleistet. Dies bietet den Vorteil, dass eine Erhöhung der Störfestigkeit beispielsweise auch für das euro ¬ päische Zugsicherungssystem ETCS ermöglicht wird, das im Emp ¬ fangskanal in einem Frequenzbereich um etwa 4,2 MHz arbeitet.
Es sei darauf hingewiesen, dass das beschriebene Prinzip des abgestimmten Saugkreises in entsprechender Weise grundsätzlich auch bezüglich der ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b beziehungsweise bezüglich des zweiten zusätzlichen Kondensators 20 einsetzbar ist. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass hier eine niederinduktive Anbindung zwischen Hochspannungs- beziehungsweise RückStromleitung und dem Wa ¬ genkasten 5a, 5b, 5c nicht möglich ist, da beispielsweise Stichleitungen zu den ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b oder zu dem zweiten zusätzlichen Kondensator 20 erforderlich sind.
Im Folgenden wird beispielhaft beschrieben, wie eine Abstimmung der Kapazität der kapazitiven Verbindung, d.h. des Kon- densators 16, auf die Induktivität 18 der elektrischen Ver ¬ bindung zwischen dem Wagenkasten 5a und der Achse 7a erfolgen kann. So kann dies beispielsweise derart geschehen, dass ein ¬ malig für eine Fahrzeugserie - vorzugsweise am ersten ge- bauten Fahrzeug - die Kapazität 16, d.h. die Saugkreiskapazi ¬ tät, bestimmt wird. Hierzu kann zunächst die Kapazität 16 bei geschätzter Leitungsinduktivität von beispielsweise etwa 1 μΗ/m der Verbindungsleitung zum Erdungskontakt 17 und gegebener Empfangsfrequenz des Zugsicherungssystems nach folgender Formel rechnerisch bestimmt werden: C , wobei C
die Kapazität, L die Induktivität und f die Empfangs- bezie ¬ hungsweise Übertragungsfrequenz der Zugsicherungssystems be ¬ zeichnet . Anschließend kann ein Kondensator mit der so bestimmten Kapazität in die Verbindungsleitung zum Raderd- beziehungsweise Erdungskontakt 17 eingebracht beziehungsweise eingeschleift werden. Hierbei ist die reale Einbausituation des Kondensa ¬ tors 16 für die Serienlösung genau nachzubilden, um den Ein- fluss parasitärer Kapazitäten und Induktivitäten schon im
Versuchsaufbau mit zu berücksichtigen. In einem Versuch kann anschließend die Resonanzfrequenz des so gebildeten Schwingkreises ermittelt werden. Dies kann beispielsweise derart ge ¬ schehen, dass die Zuleitung zum Erdungskontakt 17 mit einer Leitung umwickelt wird, welche einen Ausgang eines Prüfgene ¬ rators mit einem Innenwiderstand von beispielsweise 50 Ω kurzschließt. Die Spannung am Kondensator 16 wird abgegriffen und gemessen, was beispielsweise mittels eines Oszilloskops und eines vorgeschalteten 10 : 1-Tastkopfes mit 10 ΜΩ Innenwi- derstand geschehen kann. Durch eine Variation der Frequenz wird das Spannungsmaximum im Kondensator 16 ermittelt und die entsprechende Frequenz abgelesen. Unter Berücksichtigung der parasitären Kapazität des Tastkopfes kann nun die Leitungsin- duktivität genau bestimmt werden. Bei einer erneuten Messung mit einem Kondensator 16, der eine entsprechend abgeänderte Kapazität aufweist, sollte dann die Frequenz, bei der das Spannungsmaximum auftritt, mit der Übertragungsfrequenz der Zugsicherungssystems im Wesentlichen übereinstimmen.
Generell ist anzustreben, Bauteiletoleranzen bei unterschiedlichen Fahrzeugen einer Serie möglichst gering zu halten, damit der zuvor beschriebene Abgleichvorgang lediglich einmalig erforderlich ist. Dies kann für die Leitungsinduktivität durch eine gleich bleibende Länge der kapazitiven Verbindung sowie einen gleichen Verlegeweg durch Kabelschellen zum Erdungskontakt 17 erreicht werden. Vorzugsweise sollte der Kon ¬ densator 16 darüber hinaus eine möglichst geringe Toleranz sowie Temperatur- und Langzeitdrift aufweisen.
Sofern die Güte des Saugkreises vergleichsweise gering ist, d.h. keine zu starke Überhöhung der Resonanzkurve vorliegt, hat dies den Effekt beziehungsweise Vorteil, dass in diesem Fall der Saugkreis breitbandig wirkt und Bauteiletoleranzen beziehungsweise -driften einen vergleichsweise geringen Ein- fluss auf die Wirksamkeit der Schaltung haben.
Entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel er- möglicht es das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug durch ver ¬ gleichsweise einfache und mit einem vergleichsweise geringen Kostenaufwand verbundene fahrzeugseitige Maßnahmen, die Stör ¬ festigkeit von auf das Gleis gerichteten Fahrzeugantennen beziehungsweise der zugehörigen Zugsicherungssysteme deutlich zu verbessern.
Next Patent: TRANSFORMER CORE