GLEISBAUMASCHINE MIT AUTONOMER UND REDUNDANTER ENERGIEVERSORGUNG

[01] Die Erfindung betrifft eine Gleisbaumaschine mit einem auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen, verschiedenen Arbeitsaggregaten sowie mit einem Verbrennungsmotor, der über eine Kupplung mit einem Verteilergetriebe verbindbar ist, wobei an diesem Hydraulikpumpen zur Versorgung diverser hydraulischer Antriebe eines Hydrauliksystems angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft auch noch ein Verfahren für den Betrieb eines Energieversorgungssystems zum Antrieb diverser Arbeitsaggregate und Antriebe einer - auf einem eine elektrische Oberleitung aufweisenden Gleis verfahrbaren - Gleisbaumaschine.

[02] Da Gleisbaumaschinen vielfach auch auf nicht elektrifizierten Gleisen eingesetzt werden, erfolgt die Energieversorgung in der Regel ausschließlich durch einen Verbrennungsmotor.

[03] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung einer

Gleisbaumaschine sowie eines Verfahrens der eingangs genannten Art, mit der bzw. dem ein vielseitigerer Baustelleneinsatz möglich ist.

[04] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 bzw. 5 angeführten Merkmale gelöst. [05] Durch diese Merkmalskombinationen ist es möglich, im Falle einer vorhandenen Gleisoberleitung eine umweltfreundlichere Energieversorgung zu nützen, ohne dass damit die Arbeitsleistung der Gleisbaumaschine beeinträchtigt wird. Diese Möglichkeit eines rein elektrischen Antriebs ist insbesondere beim Arbeitseinsatz in Tunnels sehr vorteilhaft. Außerdem können mit dem Elektroantrieb die Lärmemission sowie der Energieverbrauch deutlich reduziert werden. Durch einen Wechsel der Energieversorgung im Lastbetrieb ist keine Unterbrechung der Arbeitsvorfahrt erforderlich und somit eine gleichbleibende Arbeitsqualität sichergestellt.

[06] Konkret geschieht ein Umschalten zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor ohne Antriebsunterbrechung des Verteilergetriebes, sodass die diversen hydraulischen Antriebe und Arbeitsaggregate gleichmäßig weiterlaufen. Das ist insbesondere bei kontinuierlich arbeitenden Gleisbaumaschinen wie Stopfmaschinen, Reinigungsmaschinen, Planierungsmaschinen oder Maschinen zur Stabilisierung und Verdichtung der Gleisbettung sowie zur Schotterentnahme und Schotterverteilung von Vorteil. Bei dieser Art von Maschinen ist zudem davon auszugehen, dass eine Oberleitung während eines Arbeitsprozesses eingeschaltet bleibt. Anders verhält es sich gewöhnlich bei Bautätigkeiten an der Oberleitung.

[07] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnungsbeschreibung. [08] So sind vorteilhafterweise der Verbrennungsmotor und der Elektromotor mittels einer Steuereinrichtung angesteuert, die zur Abstimmung von Betriebsparametern zwischen den beiden Motoren eingerichtet ist. Damit erfolgt in einfacher Weise eine kontinuierliche Leistungsübernahme durch den zugeschalteten Motor, indem die Drehzahl und das Drehmoment des wegzuschaltenden Motors übernommen werden.

[09] Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Elektromotor zur alternativen

Energieversorgung des Zwischenkreises in einem generatorischen Betrieb durch den Verbrennungsmotor antreibbar ist. Das kann einerseits bei einem Energieüberschuss während einer Bremsphase nützlich sein. Andererseits ist damit auch eine weitere Möglichkeit zur permanenten Versorgung des Zwischenkreises mit weggeschaltetem Stromabnehmer geschaffen. Der erfindungsgemäß vorgesehene Generator oder der elektrische Energiespeicher müssen dann lediglich für eine Aufladung des Zwischenkreises zu Beginn eines reinen Verbrennungsmotorbetriebs ausgelegt sein. Ein über den Zwischenkreis gespeistes Bordnetz der Gleisbaumaschine wird auf diese Weise mittels des Elektromotors im generatorischen Betrieb aufrechterhalten.

[10] Dabei ist es zudem günstig, wenn an den Zwischenkreis ein Spannungsbegrenzer angeschlossen ist. Dieser ist beispielsweise geeignet, um überschüssige Bremsenergie, die nicht in die Oberleitung einspeisbar ist, in Wärme umzuwandeln. [11] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer Gleisbaumaschine und Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Energieversorgungssystems.

[ 2] Eine in Fig. 1 beispielsweise als Stopfmaschine dargestellte Gleisbaumaschine 1 mit einem auf einem Gleis 2 verfahrbaren Maschinenrahmen 3 ist mit verschiedenen Arbeitsaggregaten 4 sowie mit einem Verbrennungsmotor 5 ausgestattet. Wie in Fig. 2 ersichtlich, ist dieser über eine Kupplung 6 mit einem Verteilergetriebe 7 verbindbar. An dieses sind Hydraulikpumpen 8 zur Versorgung diverser hydraulischer Antriebe 9 angeflanscht. Diese bilden zusammen mit den Hydraulikpumpen 8 ein Hydrauliksystem 10.

[13] Für eine Erweiterung eines durch den Verbrennungsmotor 5 und das Hydrauliksystem 10 gebildeten Energieversorgungssystems 11 ist ein mit einem elektrischen Zwischenkreis 12 gekoppelter Elektromotor 13 vorgesehen. Dieser ist als alternativer Antrieb für das Verteilergetriebe 7 einsetzbar und zur Energieversorgung mit einem höhenverstellbaren, an eine Oberleitung 14 des Gleises 2 anlegbaren Stromabnehmer 15 koppelbar. Der Elektromotor 13 ist über eine Rutschkupplung 19 an das Verteilergetriebe 7 angeflanscht. Zur alternativen Energieversorgung des Zwischenkreises 12 ist ein Generator 16 oder alternativ ein hier mit gestrichelten Linien dargestellter elektrischer Energiespeicher 21 vorgesehen. Der Generator 16 ist über das Verteilergetriebe 7 hydraulisch antreibbarer oder an einen Hilfsverbrennungsmotor gekoppelt. Der elektrische Energiespeicher 21 kann wahlweise mittels des Elektromotors im generatorischen Betrieb oder über die Oberleitung 14 mit Energie aufgeladen werden.

[14] Für den Arbeitseinsatz kann das Hydrauliksystem 10 alternativ durch den

Verbrennungsmotor 5 oder im Falle einer vorhandenen Oberleitung 14 durch den von der Oberleitung 14 gespeisten Elektromotor 13 mit Energie versorgt werden. Die Umschaltung zwischen Verbrennungs- und Elektromotor 5 bzw.

13 wird vorteilhafterweise in einem die Antriebe 9 und Arbeitsaggregate 4 permanent mit Energie versorgenden Lastbetrieb durchgeführt. Damit ist keine nachteilige Unterbrechung der Arbeitsvorfahrt erforderlich.

[15] Günstigerweise ist der Elektromotor 13 als Asynchronmaschine ausgebildet, welche über einen Umrichter an den Zwischenkreis 12 geschaltet ist. Ein bidirektionaler Umrichter ermöglicht einen generatorischen Betrieb des Elektromotors 13. Bei Aktivierung dieses Betriebsmodus muss an der Asyn- chronmaschine eine Erregerspannung anliegen. Wird diese aus der Zwi- schenkreisspannung abgeleitet, muss der Zwischenkreis 12 zunächst aufgeladen werden. Dies geschieht bei verfügbarer Oberleitung 14 mittels des Stromabnehmers 15, der über einen Hauptschalter 18 und einen nicht dargestellten Transformator mit dem Zwischenkreis 12 gekoppelt ist. Im reinen Verbrennungsmotorbetrieb wird der Zwischenkreis 12 mittels des Generators 16 oder des elektrischen Energiespeichers 21 vorgeladen. [16] Für einen unter uneingeschränktem Lastbetrieb der Gleisbaumaschine 1 erfolgenden Wechsel der Energieversorgung vom Elektro- zum Verbrennungsmotor 13 bzw. 5 wird letztgenannter bei einer von dem Verteilergetriebe 7 gelösten Kupplung 6 auf eine für den Lastbetrieb erforderliche Drehzahl hochgefahren. Diese Umstellung der Energieversorgung wird vorteilhafterweise unter Betätigung eines entsprechenden Schalters automatisch durchgeführt. Als nächster Schritt wird mit einem Schließen der Kupplung 6 durch eine Steuereinrichtung 17 automatisch eine Abstimmung aller - für die Ener- gieversorgung und den Motorbetrieb erforderlichen - Betriebsparameter auf den Verbrennungsmotor 5 durchgeführt (Übertragung der Regelhoheit).

[17] Eine Drehzahlregelung des Elektromotors 13 wird dabei inaktiv und der Verbrennungsmotor 5 treibt das Verteilergetriebe 7 mit der momentan erforderlichen Leistung an. Um diesen unterbrechungsfreien Wechsel sicherzustellen, werden beide Motoren 5, 13 mit derselben Steuereinrichtung 17 angesteuert. Abschließend wird durch den Hauptschalter 18 die Energiezufuhr von der Oberleitung 14 auf den Elektromotor 13 unterbrochen. Das geschieht günstigerweise automatisiert durch eine Ansteuerung des Hauptschalters 18 mittels der Steuereinrichtung 17.

[18] Für einen unter uneingeschränktem Lastbetrieb der Gleisbaumaschine 1 erfolgenden Wechsel der Energieversorgung vom Verbrennungs- zum Elektromotor 5 bzw. 13 wird der Hauptschalter 18 zur elektrischen Kopplung des Elektromotors 13 mit dem an die Oberleitung 14 angelegten Stromabnehmer 15 betätigt. Daraufhin erfolgt mittels der Steuereinrichtung 17 automatisch eine Abstimmung aller - für die Energieversorgung und den Motorbetrieb erforderlichen - Betriebsparameter auf den Elektromotor 13 (Übergabe der Regelhoheit).

[19] Konkret wird bei vorgeladenem Zwischenkreis 12 die Drehzahlregelung des

Elektromotors 13 aktiviert, wobei eine vorgegebene Drehzahl und ein Drehmoment des Elektromotors 13 an eine wegzuschaltende Leistung des Verbrennungsmotors 5 abgestimmt sind. Anschließend wird der Verbrennungsmotor 5 durch Betätigung der zugeordneten Kupplung 6 vom Verteilergetriebe 7 getrennt.

[20] Der gesamte Wechsel wird günstigerweise mittels der Steuereinrichtung 17 automatisch durchgeführt. Somit bildet die Steuereinrichtung 17 ein zentrales Element, das beide Motoren 5, 13 sowie den Hauptschalter 18 ansteuert. Zum Auslösen einer Umschaltung zwischen den beiden Motoren 5, 13 ist die Steuereinrichtung 17 mit einer Bedieneinheit verbunden. Eine Auslösung kann aber auch automatisch erfolgen, beispielsweise nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne.

[21] Bekanntlich sind aneinander grenzende Sektoren der Oberleitung 14 durch sogenannte Überleitstellen 20 (schematisch in Fig. 1 angedeutet) voneinander getrennt. Für höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten ist es infolge der vorhandenen kinetischen Energie kein Problem, den Elektroantrieb kurzeitig zu unterbrechen, um die Überleitstelle 20 antriebslos zu überfahren. [22] Für ein Überfahren von Überleitstellen 20 der Oberleitung 14 unter Lastbetrieb der Gleisbaumaschine 1 wird nach Aktivierung der Steuereinrichtung 17 vor der Überleitstelle 20 automatisch ein Wechsel der Energieversorgung vom Elektro- auf den Verbrennungsmotor 13, 5 und nach einem einstellbaren Zeitablauf oder einer vorgegebenen zurückgelegten Wegstrecke ein automatischer Wechsel der Energieversorgung vom Verbrennungs- auf den Elektromotor 5, 13 durchgeführt. Dabei kann es auch günstig sein, wenn der Steuereinrichtung 17 mittels Sensoren gemeldet wird, dass das Passieren einer Überleitstelle 20 abgeschlossen ist. Eine solche Meldung löst dann automatisch einen Wechsel zurück zum Elektromotor 13 aus.