Die Erfindung betri f ft ein Verfahren und ein System zur Kühlung einer Traktionskomponente eines Schienenfahrzeugs , insbesondere einer Lokomotive , eines Triebwagens oder Triebzugs , während dessen Fahrt auf einer Strecke , insbesondere um durch eine Auswahl der Kühlstrategie Energie einzusparen und/oder die Verfügbarkeit der maximalen Leistung zu erhöhen, z . B . durch gezieltes „Vorkühlen" .

Das Kühlsystem des Traktionssystems einer Lokomotive wird typischerweise auf den schlechtest möglichen Fall ausgelegt . Das bedeutet , dass während der Auslegungs- und Konzeptionsphase der Lokomotive Bauteiltoleranzen, äußere Bedingungen sowie angenommene Betriebspunkte stets so gewählt werden, dass der für den Betrieb und damit für die Bauteile ungünstigste Zustand als Grundlage für Berechnungen und Simulationen angenommen wird . Auf dieser Grundlage werden die Komponenten der Lokomotive spezi fi ziert und damit deren Eigenschaften wie thermische Zeitkonstanten und thermische Belastungsgrenzen festgelegt . Basierend auf diesen Eigenschaften und dem primären Ziel des Komponentenschutzes wird das nötige Leistungsvermögen des Kühlsystems bestimmt . Dies gilt auch für andere angetriebenen Schienenfahrzeuge , wie z . B . Triebwagen oder Triebzüge .

Die Steuerung des Kühlsystems erfolgt aufgrund der eingelesen bzw . berechneten Temperaturen der zu kühlenden Traktionskomponenten . Anhand dieser Komponenten-Temperatur wird der notwendige Kühlbedarf ermittelt und entsprechend über die Steuerung an den Aktoren des Kühlsystems eingestellt . Dabei muss die Parametrierung der Steuerung so gewählt werden, dass folgende Anforderungen (mit absteigender Priorität ) bestmöglich erfüllt werden :

1 . Lebensdauer : Thermischer Schutz der Komponenten

2 . Verfügbarkeit : Bereitstellen der Fahrzeugleistung unter allen äußeren Umständen

3 . Energieef fi zienz : Optimale (meist minimale ) Leistungsaufnahme der Kühlkomponenten .

Anforderung 1 . und 3 . sind gegenläufige Anforderungen . Um Anforderung 1 . zu erfüllen ist stets eine hohe Kühlleistung bereitzustellen, wohingegen Anforderung 3 . eine möglichst geringe Kühlleistung erfordert . Da für die Bestimmung des Kühlbedarfs durch die Steuerung nur der im Augenblick aufgenommene thermische Zustand der Traktionskomponenten vorliegt , ist es schwer, eine Parametrierung der Kühlsteuerung zu ermitteln, mit der alle Anforderungen gleichermaßen erfüllt werden . Aufgrund der Priorisierung kann zumeist die Parametrierung der Kühlsystem-Steuerung so gewählt werden, dass der Schutz der Komponenten gewährleistet ist .

Dies hat nachteilhaft zur Folge , dass die Komponenten und deren Kühlsystem bei Teillast und damit bei einer Viel zahl von Einsatzs zenarien nicht optimal genutzt werden und die Steuerung große Reserven vorhält .

Die Steuerung aktueller Kühlsysteme bezieht sich ausschließlich auf die aktuell gemessene Temperatur der zu kühlenden Komponenten . Die gemessenen oder errechneten Temperaturen werden mit vorher festgelegten Parametern, die eine Abhängigkeit von Komponententemperatur zu Kühlbedarf in Form einer Lüf ter-Drehzahl/ Frequenz abbildet , abgeglichen und die resultierende Lüfterdrehzahl am Lüfter eingestellt . Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives , komfortableres Verfahren und ein entsprechendes System zur Kühlung einer Traktionskomponente eines ( angetriebenen) Schienenfahrzeugs während dessen Fahrt auf einer Strecke anzugeben, mit dem die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden und insbesondere Energie eingespart bzw . die Verfügbarkeit der maximalen Leistung erhöht wird .

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 , einem System gemäß Patentanspruch 10 sowie ein Kühlsystem nach Patentanspruch 12 und ein Schienenfahrzeug gemäß Patentanspruch 13 gelöst .

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Kühlung einer Traktionskomponente eines ( angetriebenen) Schienenfahrzeugs , womit insbesondere eine Lokomotive , ein Triebwagen oder ein Triebzug, eine U-Bahn oder allgemein ein batteriebetriebenes Schienenfahrzeug wie auch ein Diesel- oder Brennstof f zellenfahrzeug gemeint ist , während dessen Fahrt auf einer Strecke . Mit einer Traktionskomponente ist eine Komponente gemeint , die direkt der Fahrt des Schienenfahrzeugs dient wie z . B . ein Stromrichter oder ein Motor . Wie oben gesagt , sind geeignete Kühlsysteme im Grunde bekannt , sie werden j edoch hier auf eine besondere Art und Weise angesteuert und damit die Kühlung optimiert . Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte :

- Bereitstellen einer Fahrtinf ormation zu der Strecke , welche Daten zu einer zu erwartenden Leistungsaufnahme der Traktionskomponente während der Fahrt zu verschiedenen Zeitpunkten umfasst oder Daten umfasst , aus denen diese zu erwartende Leistungsaufnahme berechenbar ist bzw . berechnet werden kann,

- Messung der Temperatur der Traktionskomponente während der Fahrt zu einem ersten Zeitpunkt , - Berechnung einer Kühlleistung basierend auf der gemessenen Temperatur ( also basierend auf auf genommenen Temperaturdaten) und der zu erwartenden Leistungsaufnahme der Traktionskomponente auf einem Abschnitt der Strecke , welcher nach dem ersten Zeitpunkt von dem Schienenfahrzeug durchfahren wird,

- Kühlung der Traktionskomponente mit der berechneten Kühlleistung .

Die Fahrtinf ormation umfasst Daten zur aktuellen Fahrt des Schienenfahrzeugs . Sie gibt darüber Aufschluss , welche Leistung die Traktionskomponente an zukünftigen Zeitpunkten auf der Fahrt aufnehmen wird . Dies können direkt Daten zur Leistungsaufnahme sein, oder Daten, aus denen die Leistungsaufnahme abgeleitet werden kann, z . B . Daten der Gruppe zur Charakterisierung der Fahrt bzw . der Strecke umfassend Anstiege , Gefälle , Kurvenradien, Stopps , Beschleunigungen und Bremsungen . Es können auch Daten zur Beladung der von dem Schienenfahrzeug während der Fahrt bewegten Wagen enthalten sein . Wichtig ist , dass die auf der Fahrt aufgenommene Leistung zu verschiedenen Zeitpunkten bekannt ist , vorzugsweise zu einer Viel zahl von Zeitpunkten über die gesamte Fahrt . Die Bereitstellung kann durch eine Leitstelle erfolgen, z . B . per Funk oder einer anderen Art der Datenkommunikation, oder auch aus einem Datenspeicher . Beispielsweise kann die Fahrtinformation eine Wertetabelle oder ein Graph sein, der die Leistungsaufnahme angibt .

Die Messung der Temperatur der Traktionskomponente während der Fahrt ist in vielen ( angetriebenen) Schienenfahrzeugen bereits realisiert und dem Fachmann bekannt . Es können dazu Temperatursensoren verwendet werden, mit denen viele Schienenfahrzeuge bereits ausgestattet sind . Die Temperaturmessung erfolgt zu einem ersten Zeitpunkt . Damit ist ein Zeitpunkt während der Fahrt gemeint , welcher im Grunde ein beliebiger Zeitpunkt ist und auf den sich der nachfolgende Verfahrensablauf bezieht . Es sei angemerkt , dass das Verfahren fortlaufend während der Fahrt anwendbar ist bzw . angewendet werden kann, wobei bevorzugt der aktuelle Zeitpunkt einer Messung als der j eweils „erste Zeitpunkt" angesehen wird .

Nun wird aus der Fahrtinf ormation für einen nachfolgenden Abschnitt der Strecke ( „Streckenabschnitt" ) , bezogen auf die Position des Schienenfahrzeugs auf der Strecke zum ersten Zeitpunkt , eine Kühlleistung ermittelt . Dieser Streckenabschnitt folgt bevorzugt unmittelbar auf die Position des Schienenfahrzeugs am ersten Zeitpunkt , kann j edoch theoretisch auch erst später folgen . Da hier die Kühlung betrachtet wird, ist es bevorzugt , dass der Streckenabschnitt bevorzugt so groß ist , dass er in einer Zeitspanne länger als eine Minute von dem Schienenfahrzeug durchfahren wird, insbesondere länger als 5 Minuten . Es ist j edoch auch bevorzugt , dass der Streckenabschnitt so groß ist , dass er in einer Zeitspanne kürzer als eine Stunde von dem Schienenfahrzeug durchfahren wird, insbesondere kürzer als 30 Minuten oder gar in weniger als 15 Minuten . Der Begri f f „Unmittelbar" bezieht sich dabei auf die Daten der Fahrtinf ormation . Liegen diese z . B . in Form einer Tabelle oder eines Graphen vor, dann wird bevorzugt derj enige Teil der Tabelle bzw . des Graphen verwendet , der im Hinblick auf die Fahrt des Schienenfahrzeugs unmittelbar auf den ersten Zeitpunkt folgt .

Hierzu ist zu beachten, dass die Fahrtinf ormationen in der Regel streckenbezogen sind . In der Praxis ist bevorzugt , bei diesem Schritt zum ersten Zeitpunkt die Position des Schienenfahrzeugs auf der Strecke zu bestimmen, z . B . mittels GPS oder Balisen, und insbesondere auch die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs . Danach wird ermittelt , welcher Datensatz der Fahrtinf ormation für den nachfolgenden Verfahrensschritt relevant ist , also dem besagten Streckenabschnitt zugeordnet werden kann . Dies geschieht bevorzugt so , dass nach Ermittlung der Position des Schienenfahrzeugs auf der Strecke ein Datensatz aus der Fahrtinf ormation ausgewählt wird, der einem nachfolgenden Abschnitt der Strecke (mit ggf . vorgegebener Länge ) entspricht , wobei der Datensatz auch basierend auf der aktuellen Geschwindigkeit ermittelt werden kann, also der Streckenabschnitt und/oder der zu verwendende Datensatz in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit bestimmt wird . Aus diesem Datensatz lässt sich eine ( in dem Streckenabschnitt ) zu erwartende Leistungsaufnahme ermitteln, z . B . eine größere wenn die nachfolgende Strecke ansteigt und eine kleinere , wenn sie eben weiterführt .

Die Kühlleistung wird dann basierend auf der gemessenen Temperatur und der zu erwartenden Leistungsaufnahme berechnet . Wenn eine Steigung nachfolgt , kann die Kühlleistung z . B . schon im Voraus erhöht werden oder gleichbleiben, wenn der nachfolgende Streckenabschnitt eben verläuft . Besonders vorteilhafte S zenarien für die Berechnung der Kühlleistung werden weiter unten beschrieben . Wichtig ist j edoch, dass nicht nur aktuelle Temperaturdaten zur Steuerung der Kühlung ( also für die Kühlleistung) verwendet werden, sondern auch Daten zur nachfolgenden Strecke .

Die Kühlung einer Traktionskomponente ist im Grunde bekannt . Allerdings wird nun im Rahmen der Erfindung die besondere berechnete Kühlleistung verwendet , welche unter anderem auf Daten zur nachfolgenden Strecke basiert . Es sei angemerkt , dass viele bekannte Systeme zur Kühlung einfach eine Vorgabe für die Kühlleistung benötigen . Im Grunde ist mit dem Begri f f „Kühlleistung" alles gemeint , welches bewirkt , dass eine Kühlung mit der gewünschten Kühlleistung kühlt . Dies können numerische Werte sein, Steuerbefehle , Kühlgraphen oder sonstige Daten oder Signale .

Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem nur die aktuelle Komponententemperatur in die Steuerung des Kühlsystems einfließt , wird nun eine empfohlene Fahrweise ( oder sonstige Streckeninformation) als weiterer Input für die Steuerung des Systems berücksichtigt .

Neben den I st-Temperaturen der Komponenten kann so das zukünftige Belastungsprofil des Schienenfahrzeugs aufgrund der bekannten Strecke und des zu fahrenden Fahrplans in die Ermittlung des benötigten Kühlbedarfs und damit der einzustellenden Lüf terf requenz einbezogen werden .

Ein erfindungsgemäßes System zur Kühlung einer Traktionskomponente eines Schienenfahrzeugs während dessen Fahrt auf einer Strecke ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt . Das System umfasst die folgenden Komponenten :

- eine Datenschnittstelle ausgelegt zum Empfang einer Fahrtinf ormation zu der Strecke , welche Daten zu einer zu erwartenden Leistungsaufnahme der Traktionskomponente während der Fahrt zu verschiedenen Zeitpunkten umfasst oder Daten umfasst , aus denen diese zu erwartende Leistungsaufnahme berechenbar ist bzw . berechnet werden kann,

- eine Messeinheit ausgelegt zur Messung der Temperatur der Traktionskomponente während der Fahrt zu einem ersten Zeitpunkt ,

- eine Recheneinheit ausgelegt zur Berechnung einer Kühlleistung basierend auf der gemessenen Temperatur und der zu erwartenden Leistungsaufnahme der Traktionskomponente auf einem Abschnitt der Strecke , welcher nach dem ersten Zeitpunkt von dem Schienenfahrzeug durchfahren wird, - eine Steuereinheit ausgelegt zur Steuerung einer Kühleinheit des Schienenfahrzeugs zur Kühlung der Traktionskomponente mit der berechneten Kühlleistung .

Geeignete Datenschnittstellen sind bekannt und sind insbesondere für eine Datenkommunikation per Funk oder zu einer Speichereinheit ausgelegt .

Geeignete Messeinheiten sind im Stand der Technik bekannt . Es können dazu Messeinheiten verwendet werden wie sie bereits j etzt schon eine Kühleinheit in einem ( angetriebenen) Schienenfahrzeug überwachen .

Die Recheneinheit muss zur Berechnung der Kühlleistung basierend auf der gemessenen Temperatur und der zu erwartenden Leistungsaufnahme ausgelegt sein . Beispielsweise ist sie ein Computer oder ein Controller, der zur Berechnung von Leistungswerten ( oder Steuerdaten) aus gemessenen Temperaturdaten und dem oben genannten Datensatz aus der Fahrtinf ormation ausgelegt ist .

Geeignete Steuereinheiten sind im Grunde im Stand der Technik bekannt und dienen der Steuerung einer Kühleinheit . Wichtig ist , dass die Steuereinheit die Kühleinheit mit der berechneten Kühlleistung betreibt .

Das erfindungsgemäße Kühlsystem für ein Schienenfahrzeug umfasst eine Kühleinheit und ein erfindungsgemäßes System . Es ist zu beachten, dass das System mit seiner Steuereinheit die Kühleinheit steuert . Die Kühleinheit kühlt also gemäß der berechneten Kühlleistung .

Geeignete Kühleinheiten sind im Stand der Technik bekannt und werden in ( angetriebenen) Schienenfahrzeugen wie z . B . Lokomotiven, Triebzügen oder Triebwagen zur Kühlung der Traktionskomponenten eingesetzt .

Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, insbesondere ein Triebzug, ein Triebwagen oder eine Lokomotive , umfasst ein erfindungsgemäßes Kühlsystem .

Die Erfindung kann insbesondere in Form einer Rechnereinheit , insbesondere in einer Steuereinrichtung, mit geeigneter Software realisiert sein . Die Rechnereinheit kann z . B . hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen . Insbesondere kann sie in Form von geeigneten Softwareprogrammteilen in der Rechnereinheit realisiert sein . Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil , dass auch schon bisher verwendete Rechnereinheiten in Triebzügen oder Zugverbänden bzw . in deren Wagen auf einfache Weise durch ein Software- bzw . Firmware-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten . Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst , welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Rechnereinheit ladbar ist , mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus zuführen, wenn das Programm in der Rechnereinheit ausgeführt wird . Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z . B . eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware- Komponenten, wie z . B . Hardware-Schlüssel ( Dongles etc . ) zur Nutzung der Software , umfassen . Zum Transport zur Rechnereinheit und/oder zur Speicherung an oder in der Rechnereinheit kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit einlesbaren und aus führbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind .

Weitere , besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den Ansprüchen und Beschreibungsteilen zu einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Aus führungsbeispiele bzw . Varianten zu neuen Aus führungsbeispielen bzw . Varianten kombiniert werden können .

Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden besondere Fahrtinformationen verwendet . Bevorzugt umfasst die Fahrtinf orma- tion Daten zu einem Streckenprofil , insbesondere zur Steigung, dem Gefälle , der Höhe und der Länge eines Streckenabschnitts , sowie zu Kurvenradien . Alternativ oder zusätzlich umfasst die Fahrtinf ormation bevorzugt Daten zu einem Fahrplan, insbesondere mit streckenabhängigen Beschleunigungen, Bremsungen, und Halten oder Zeitpunkten und Zeitdauern von Stillstands zeiten . Alternativ oder zusätzlich umfasst die Fahrtinf ormation bevorzugt Daten zu einer empfohlenen Fahrweise , insbesondere einem Geschwindigkeitsprofil , bevorzugt energie- oder leistungsoptimiert . Alternativ oder zusätzlich umfasst die Fahrtinf ormation bevorzugt Daten zu einem Kühlbedarf . der zu einem zukünftigen Zeitpunkt benötigt wird . Alternativ oder zusätzlich umfasst die Fahrtinf ormation bevorzugt Daten zu einer Anhängelast und/oder Fahrzeugbeladung . Alternativ oder zusätzlich umfasst die Fahrtinf ormation bevorzugt Daten zu meteorologischen Umgebungsbedingungen, insbesondere zu Wind und/oder Temperatur . Alternativ oder zusätzlich umfasst die Fahrtinf ormation bevorzugt Daten zu der noch zur Verfügung stehenden Energie eines Energieträgers zur Fahrt des Schienenfahrzeugs , insbesondere den Füllgrad eines Tanks z . B . von Wasserstof f oder Diesel , oder einer Batterie ( z . B . dem Ladestand der Batterie ) .

Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird vor oder während der Fahrt eine Kühl-Leistungskurve zur Steuerung der Kühlleistung über einen Zeitraum bereitgestellt . Diese Kühl-Leistungskurve kann auch als „Kühl-Kennlinie" oder allgemeiner „Kühl-Strategie" bezeichnet werden und umfasst insbesondere Frequenzvorgaben und/oder andere Kühlvorgaben zum Betrieb einer Kühleinheit ( für die Traktionskomponenten) . Es ist dabei bevorzugt , dass eine vorgegebene Kühl-Leistungskurve basierend auf den Fahrtinf ormationen und der gemessenen Temperatur modi fi ziert wird . Alternativ kann bevorzugt eine Kühl-Leistungskurve basierend auf den Fahrtinf ormationen und der gemessenen Temperatur berechnet werden und insbesondere eine bestehende Kühl-Leistungskurve ersetzt werden . Alternativ kann bevorzugt eine Kühl-Leistungskurve basierend auf den Fahrtinf ormationen und der gemessenen Temperatur aus einer Gruppe von Kühl- Leistungskurven ausgewählt werden und insbesondere eine bestehende Kühl-Leistungskurve ersetzt werden . Bevorzugt wird die Kühlung der Traktionskomponente nach dem ersten Zeitpunkt gemäß der Kühl-Leistungskurve fortgesetzt . Dies hat den Vorteil , dass man keinen statischen Wert für eine Kühlung hat , sondern einen Verlauf , der sich mit der Zeit ändert .

Es sei angemerkt , dass die Fahrtinf ormation F mit verschiedenen Kühl-Leistungskurven korreliert sein kann . Mit dieser bevorzugten Aus führungs form kann bereits vorgegeben werden, welche Kühl-Leistungskurve bei welchem Streckenabschnitt bzw . bei welcher Fahrsituation angewandt werden soll .

Gemäß einem bevorzugten Verfahren umfasst die Fahrtinf ormation Daten zu einer Anzahl von Halten und Stillstands zeiten, bzw . wird eine solche Fahrtinf ormation verwendet . Eine Kühl- Leistungskurve zur Kühlung der Traktionskomponente wird unter Berücksichtigung einer Kühlung während einer nachfolgenden Stillstands zeit erstellt . Bevorzugt wird dabei die Kühl- Leistungskurve dermaßen erstellt , dass die Temperatur der Traktionskomponente nach der Standzeit einer vorgegebenen Zieltemperatur entspricht .

Bevorzugt wird eine vorgegebene Kühl-Leistungskurve für die Kühlung dahingehend modi fi ziert , dass die Kühlung während der Fahrt abgesenkt wird und die Kühlung in die Standzeit hinein verlängert wird .

Diese Aus führungs form ist besonders vorteilhaft für ein Schienenfahrzeug, das über einen längeren Zeitraum mit hoher Leistung betrieben wird . Die Kühlanlage arbeitet dabei normalerweise im Stand der Technik auf maximaler Stufe , um die Komponenten so kühl wie möglich zu halten . Hierdurch wird versucht im Traktionssystem die Reserven hin zur maximal erlaubten Temperatur so groß wie möglich zu halten, um mögliche weitere Leistungserhöhungen ohne Reduktion ( aufgrund von Übertemperatur ) stets bewerkstelligen zu können . In dem Fall , dass für das Schienenfahrzeug beim nächsten Stopp ein längerer Aufenthalt geplant ist , wird dann im Stand der Technik die Lok mit kühlen Komponenten abgestellt , obwohl die Komponenten im Stillstand ohne aktives Kühlsystem selbstständig auskühlen könnten . Die Energie , die im Stand der Technik für die Kühlung vor dem Stillstand aufgewendet wird, würde die vorangehend beschriebene bevorzugte Aus führungs form in dem Falle einsparen, in dem für das Schienenfahrzeug nach Vorgabe durch den Fahrplan ( in der Fahrtinf ormation) ohnehin eine längere Stillstandzeit eingeplant ist . Durch die Auswertung des Fahrplans ist der Steuerung der geplante Stillstand ( in einem nachfolgenden Streckenabschnitt ) bekannt . Durch die Vorgaben der benötigten Kühlleistung wird die Lüftungsstrategie ( Frequenz- und Spannungsvorgabe des Umrichters ) entsprechend angepasst .

Mit der Information zum geplanten Stillstand des Schienenfahrzeugs , inklusive der vorgesehenen Standzeit ( in der Fahrtinf ormation) , wird die Kühlleistung während der vorangehenden Fahrt soweit abgesenkt , dass die Standzeit berücksichtigt wird . Das Schienenfahrzeug kann durchaus mit wärmeren Traktionskomponenten als im Stand der Technik, ggf . auch mit heißen Traktionskomponenten, am Haltepunkt ankommen . Die vorgesehene Zeit des Stillstands wird dann zur Kühlung des Traktionssystems genutzt . Im Stillstand muss sehr wenig bis keine zusätzliche Leistung für das Kühlen der Komponenten durch die Lüfter und Pumpen aufgebracht werden . Durch das Einbeziehen des Fahrplans in die Bestimmung der Kühlstrategie und das dynamische Ausnutzen von thermischen Reserven der Komponenten kann die Leistung, die für das Kühlsystem bereitgestellt werden muss , reduziert werden . Folglich wird die Energieef fi zienz des Kühlsystems und damit des gesamten Schienenfahrzeugs verbessert .

Gemäß einem bevorzugten Verfahren umfasst die Fahrtinf ormation Daten zu einem Streckenprofil (bzw . wird eine solche Fahrtinf ormation verwendet ) und es werden in dem Streckenprofil Streckenabschnitte identi fi ziert , die eine hohe Leistungsabgabe erfordern . Vor Erreichen eines solchen Streckenabschnitts wird dann eine Kühl-Leistungskurve zur Kühlung der Traktionskomponente erstellt , welche die Traktionskomponente vor Erreichen des betref fenden Streckenabschnitts vorkühlt . Bevorzugt wird die Kühl-Leistungskurve dermaßen erstellt , dass die Temperatur der Traktionskomponente vor Erreichen des betref fenden Streckenabschnitts unterhalb einer vorgegebenen Starttemperatur ( für den Start des Befahrens dieses Streckenabschnitts ) liegt . Die Starttemperatur kann durch diej enige Temperatur vorgegeben sein, welche optimalerweise zu Beginn des Befahrens dieses Streckenabschnitts vorliegen sollte , um eine Überhitzung der Traktionskomponenten zu vermeiden .

Besonders bevorzugt wird eine vorgegebene Kühl-Leistungskurve für die Kühlung dahingehend modi fi ziert , dass die Kühlleistung bereits vor Erreichen des betref fenden Streckenabschnitts erhöht wird .

Diese Aus führungs form ist besonders vorteilhaft für ein Schienenfahrzeug, für das die Belastung des Traktionssystems zunächst nur moderat ist , weil es z . B . gerade auf ebener Strecke fährt . Die Temperatur der Komponenten ist dabei typischerweise etwas erhöht und das Kühlsystem arbeitet auf niedrigem Level . Fährt das Schienenfahrzeug anschließend in eine Steigung ein, würde im Stand der Technik die Lüftung aufgrund der steigenden Komponententemperaturen ( durch den gestiegenen Traktionsbedarf ) die Frequenz der Lüfter entsprechend anheben . Für diesen Fall des höheren Traktionsbedarfs ist in der thermischen Auslegung der Komponenten eine Reserve vorgehalten .

Die Reserve ist so gewählt , dass j ederzeit eine Erhöhung der angeforderten Leistung bedient werden kann . Um eine Uberaus- legung der Komponenten zu vermeiden, muss bei der Bestimmung der Reserve ein Kompromiss zwischen wirklichem Bedarf im Betrieb und Herstellungspreis gefunden werden . Hierdurch ist die Zeit , bis die Grenztemperatur der Komponenten erreicht wird und eine Reduktion der Traktionsleistung erfolgt endlich . Das kann zur Folge haben, dass es im Stand der Technik bei langen steilen Passagen zu Perf ormance-Einbußen kommt . Wie lange die Reserven bis zur maximalen Komponenten- temperatur anhalten, ist maßgeblich von Außentemperatur, Zugkraft und Geschwindigkeit abhängig .

Die vorangehend beschriebene bevorzugte Aus führungs form ist besonders vorteilhaft , wenn auf einem zukünftigen Streckenabschnitt ( ggf . insbesondere bei hohen Außentemperaturen) hohe Temperaturen der Traktionskomponenten drohen, z . B . bei Fahrten mit hoher Anhängelast in sehr langen und steil ansteigenden Streckenabschnitten . Es werden dabei Streckenabschnitte , die laut Fahrtinf ormation eine große Steigung, bzw . Kurvenradius , und Länge aufweisen ( groß gegenüber einem festgelegten Grenzwert ) bzw . Streckenabschnitte , die eine hohe Leistungsabgabe erfordern, identi fi ziert und die Kühlstrategie automatisch angepasst . Für den beispielhaften Fall , dass ein längerer Anstieg bevorsteht , wird die Kühlleistung des Systems bereits vor dem Erreichen der Steigung soweit erhöht , dass die Traktionskomponenten in einem vorgekühlten Zustand sind . Diese Vorkonditionierung vergrößert die thermische Reserve die für den bevorstehenden Bereich mit erhöhter Leistungsabgabe bereitstehen und erhöht damit die Zeit , in der die maximale Leistung ohne thermische Einschränkung abgerufen werden kann . Die vorherige Identi fikation von Streckenabschnitten mit hoher Leistungsanforderung durch Streckensteigung, Anhängelast oder Fahrplanvorgabe erhöht die Verfügbarkeit der Leistung des Schienenfahrzeugs .

Gemäß einem bevorzugten Verfahren umfasst die Fahrtinf ormation Daten zu einer noch für die Fahrt zur Verfügung stehenden Energie und zusätzlich Daten, aus denen ein Energieverbrauch für die weitere Fahrt abgeleitet werden kann (bzw . wird eine solche Fahrtinf ormation verwendet ) . Dies sind insbesondere Daten zu einem Streckenprofil und/oder einer Anhängelast und/oder einem Geschwindigkeitsprofil . Es wird dann eine Kühl-Leistungskurve zur Kühlung der Traktions- komponente dermaßen erstellt , dass die zur Verfügung stehende Energie vor Abschluss der Fahrt nicht überschritten wird .

Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird berechnet , welche Restenergie bei Ende der Fahrt noch zur Verfügung steht . Bei Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für die Restenergie ein Geschwindigkeitsprofil wird ein Geschwindigkeitsprofil ermittelt , welches einen geringeren Energieverbrauch hat als ein für die Fahrt angewandtes Geschwindigkeitsprofil und dieses ermittelte Geschwindigkeitsprofil für die weitere Fahrt angewandt oder als Fahrempfehlung für einen Lokführer ausgegeben . Alternativ oder zusätzlich wird bei Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für die Restenergie eine Kühl-Leistungskurve zur Kühlung der Traktionskomponente dermaßen erstellt , dass eine vorgegebene Minimalkühlung erfolgt und thermische Reserven der Traktionskomponente ausgenutzt werden .

Die vorangehend beschriebene bevorzugte Aus führungs form ist besonders vorteilhaft , wenn ein Schienenfahrzeug mit einer integrierten Hochvolt-Traktionsbatterie (HV-Batterie ) betrieben wird . Das Schienenfahrzeug wird für diesen Betrieb typischerweise in einen bestimmten Modus versetzt . In diesem ist die Ansteuerung der Hil fsbetriebe auf geringen Energieverbrauch ausgelegt z . B . durch das Absenken von Lüfterfrequenzen . Durch den Betrieb der Kühlung verringert sich die in der Batterie gespeicherte Energie und damit die Strecke , die mit dem Schienenfahrzeug zurückgelegt werden kann .

Die Reichweite hängt von der zu befahrenden Strecke , der

Gesamtmasse des Fahrzeugs und von der Fahrweise des

Triebzugführers ab . Dieser hat im Stand der Technik nur als

Anhaltspunkt , an welchem der Triebzugführer seine Fahrweise orientieren kann, nur die angezeigt Restreichweite bzw .

Batteriekapazität .

Die bisherige Bestimmung der Restreichweite beim Betrieb des Schienenfahrzeugs aus einer HV-Batterie basiert zur Hauptsache auf der bisher verbrauchten Energie und dem damit berechneten Durchschnittsverbrauch pro Minute oder Kilometer . Damit lässt sich für die weitere Fahrt nur eine grobe Aussage treffen, ob der geplante Fahrplan erfüllt werden oder die Haltestelle mit der restlichen zur Verfügung stehenden Energie , z . B . dem noch vorhandenen Treibstof f oder der vorhandenen Batteriekapazität erreicht wird, da keine vorausliegenden Streckenanforderungen in die Berechnung einfließen .

Mit der vorangehend beschriebenen bevorzugten Aus führungs form ist es möglich, die Genauigkeit der Berechnung der Restreichweite signi fikant zu erhöhen . Ein höherer Energieverbrauch aufgrund von Streckencharakteristika (Kurvenradius , Steigung, Entfernung bis zum Ziel ) wird dabei bevorzugt ebenso in die Berechnung mit einbezogen, wie die Anforderungen durch den vorgegebenen Fahrplan . Um die Reichweite mit dem vorhandenen Ladezustand der Batterie zu erhöhen wird dem Triebzugführer eine energieoptimale Fahrweise als Fahrempfehlung vorgeben . Wird z . B . durch den Abgleich von Fahrstrecke , Fahrweise und verbleibender Energie , z . B . der Batterie-Restkapazität , erkannt , dass ein Zielhaltepunkt nicht erreicht werden kann, wird die Leistung des Kühlsystems automatisch abgesenkt , z . B . auf ein Minimum . Dies kann insbesondere unter Ausnutzung aller thermischen Reserven der Traktionskomponenten geschehen, welche bekannt sind . Dadurch wird die Restreichweite maximiert . Es ist auch bevorzugt , dass das Verfahren so ausgelegt ist , dass Vorschläge für eine angepasste Fahrweise generiert und an den Fahrer ausgegeben werden, z . B . Vorschläge wie weit die Fahrweise bzw . die maximale Geschwindigkeit angepasst werden müssten, damit das Fahrzeug in der Lage ist , die Streckenfahrt zu absolvieren . Mit dieser bevorzugten Aus führungs form wird besonders bevorzugt die Kühlstrategie basierend auf den Streckencharakteristika im Rahmen der thermischen Reserven der Traktionskomponenten so angepasst , dass Betriebsdauer und -strecke , die mit einer Batterieladung möglich ist , soweit wie möglich maximiert wird .

Ein bevorzugtes System umfasst einen Sensor zur Messung der Außentemperatur, wobei die Recheneinheit dazu ausgelegt ist , eine Kühlleistung zusätzlich basierend auf einer gemessenen Außentemperatur zu berechnen .

Ein bevorzugtes System umfasst einen Sensor zur Messung von in einer Batterie des Schienenfahrzeugs gespeicherten Energie , wobei die Recheneinheit dazu ausgelegt ist , eine Kühlleistung zusätzlich basierend auf einer gemessenen in der Batterie gespeicherten Energie zu berechnen .

Die Erfindung hat den Vorteil einer optimierten Kühlung . Je nachdem welche Daten in der Fahrtinf ormation zur Verfügung stehen und verwendet werden, ergeben sich ganz besondere Vorteile in typischen Fahrts zenarien .

Beispielsweise ermöglicht die oben beschriebene thermische Vorkonditionierung von Komponenten eine höhere Verfügbarkeit der maximalen Leistung des Schienenfahrzeugs . Im Vergleich zur aktuell eingesetzten Kühlsystemsteuerung kann hier flexibel auf die Anforderung durch die Fahrstrecke reagiert und die Leistungsverfügbarkeit für j eden Streckenabschnitt energieef fi zient angepasst werden . Durch die Erfindung wird Energie während des Betriebs des Schienenfahrzeugs eingespart, was direkt zu einer Verringerung der Betriebskosten führt.

Die Erfindung kann auch sicherstellen, dass das Kühlsystem individuell für jede Fahrstrecke so angesteuert wird, dass die Charakteristika der Strecke und des Fahrplans (Bergabfahrten, Ebene Gleisbereiche mit geringem Leistungsbedarf, Stillstandszeiten etc.) optimal ausgenutzt werden. Damit wird sichergestellt, dass die Komponenten thermisch geschützt sind, also ausreichend gekühlt werden, dass das Bordnetz dabei aber so wenig Energie wie möglich bezieht. Durch eine Steigerung der Energieeffizienz des Schienenfahrzeugs wird zudem die mögliche Reichweite bzw. Betriebsdauer aus einer HV-Batterie maximiert.

Bei der Verwendung einer HV-Batterie wird die darin gespeicherte Energie optimal ausgenutzt, d.h. auch bei gleicher Batteriekapazität kann das Schienenfahrzeug länger betrieben werden als im Stand der Technik. Gleiches gilt für Schienenfahrzeuge, die ihre Energie aus einem Energieträger in einem Tank beziehen. Umgekehrt bedeutet das, dass auch eine kleinere (günstigere) Batterie eingesetzt werden könnte oder weniger Treibstoff. Auch bei unvorhergesehenen Änderungen von betrieblichen Abläufen (z.B. nicht geplante Halte) ist die Fahrzeugsteuerung in der Lage eine Auskunft über die Performance der zu bewältigen Fahrt zu liefern, womit der Betreiber mehr Sicherheit über seine betrieblichen Abläufe erhält.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen: Figur 1 eine Kühlvorrichtung für eine Lokomotive gemäß dem

Stand der Technik,

Figur 2 ein Kühlsystem für eine Lokomotive mit einem System gemäß der Erfindung und

Figur 3 ein Blockdiagramm eines Aus führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens .

Figur 1 zeigt eine Kühlvorrichtung K gemäß dem Stand der Technik in sehr vereinfachter Weise . Eine Traktionskomponente 3 , z . B . ein Motor einer Lokomotive ( als Beispiel für ein Schienenfahrzeug) , wird mittels einer Kühleinheit 4 bei Bedarf gekühlt . Eine Temperaturmesseinheit 5 misst die Temperatur der Traktionskomponente 3 und gibt die gemessenen Daten an eine Recheneinheit 6 weiter . In diesem Beispiel wählt die Recheneinheit 6 basierend auf der gemessenen Temperatur eine vorbestimmte Kühl-Leistungskurve L aus . Die Kühleinheit 4 wird dann gemäß dieser Kühl-Leistungskurve L angesteuert und die Traktionskomponente 3 entsprechend gekühlt .

Figur 2 zeigt ein Kühlsystem 1 mit einem System 8 zur Kühlung einer Traktionskomponente 3 einer Lokomotive während deren Fahrt auf einer Strecke . Das System 8 umfasst eine Datenschnittstelle 7 , eine Temperaturmesseinheit 5 , eine Recheneinheit 6 und eine Steuereinheit 9 . Das Kühlsystem umfasst zusätzlich eine Kühleinheit 4 einer Lokomotive .

Die Datenschnittstelle 7 ist zum Empfang einer Fahrtinf orma- tion F zu der Strecke ausgelegt , auf der die Lokomotive fährt bzw . fahren soll , und umfasst hier Daten zu einer zu erwartenden Leistungsaufnahme der Traktionskomponente 3 während der Fahrt zu verschiedenen Zeitpunkten . Sie könnte aber auch z . B . ein Streckenprofil mit Ebenen, Gef ällstrecken und Anstiegen umfassen, da daraus die zu erwartende Leistungsaufnahme berechnet werden kann . Die Datenschnittstelle kann z . B . zur Datenübertragung mit einer Leitstelle per Funk ausgestaltet sein .

Hier ist in dem linken Kasten mit der Fahrtinf ormation F angedeutet , dass diese mit verschiedenen Kühl-Leistungskurven L korreliert ist . Es kann dabei durchaus bereits vorgegeben sein, welche Kühl-Leistungskurve L bei welchem Streckenabschnitt angewandt werden soll .

Die Temperaturmesseinheit 5 ist zur Messung der Temperatur der Traktionskomponente 3 während der Fahrt zu einem ersten Zeitpunkt ausgelegt .

Die Recheneinheit 6 ist zur Berechnung einer Kühlleistung ausgelegt , die auf der gemessenen Temperatur und der zu erwartenden Leistungsaufnahme der Traktionskomponente 3 auf einem Abschnitt der Strecke basiert , welcher nach dem ersten Zeitpunkt von der Lokomotive durchfahren wird . Im Unterschied zu Figur 1 wird also nicht nur von der aktuellen Temperatur ausgegangen, sondern auch von einer zu erwartenden Leistungsaufnahme .

Die Steuereinheit 9 ist zur Steuerung einer Kühleinheit der Lokomotive ausgelegt und zwar mit der berechneten Kühlleistung .

Das System 8 könnte noch weitere gemessene Werte berücksichtigen . Beispielsweise kann es noch zusätzlich einen Sensor zur Messung der Außentemperatur umfassen, wobei die Recheneinheit 6 dann noch dazu ausgelegt ist , eine Kühlleistung zusätzlich basierend auf einer gemessenen Außentemperatur zu berechnen . Es kann aber auch zusätzlich einen Sensor zur Messung von in einer Batterie der Lokomotive gespeicherten Energie umfassen, wobei die Recheneinheit 6 dann dazu ausgelegt ist , eine Kühlleistung zusätzlich basierend auf einer gemessenen in der Batterie gespeicherten Energie zu berechnen .

Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Aus führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kühlung einer Traktionskomponente 3 einer Lokomotive während deren Fahrt auf einer Strecke , z . B . mit einem Kühlsystem 1 wie in Figur 2 dargestellt ist .

In Schritt I wird eine Fahrtinf ormation F zu der Strecke bereitgestellt , welche Daten zu einer zu erwartenden Leistungsaufnahme der Traktionskomponente 3 während der Fahrt zu verschiedenen Zeitpunkten umfasst oder Daten umfasst , aus denen diese zu erwartende Leistungsaufnahme berechnet werden kann . Dies können z . B . Daten zu einem Streckenprofil oder zu einem Fahrplan sein .

In Schritt I I wird die Temperatur der Traktionskomponente 3 während der Fahrt zu einem ersten Zeitpunkt gemessen . Es werden hier Temperaturdaten T für die weitere Bearbeitung bereit gestellt .

In Schritt I I I erfolgt die Berechnung einer Kühl-Leistungskurve L basierend auf der gemessenen Temperatur ( also der Temperaturdaten T ) und der zu erwartenden Leistungsaufnahme der Traktionskomponente 3 ( aus der Fahrtinf ormation F) auf einem Abschnitt der Strecke , welcher nach dem ersten Zeitpunkt von der Lokomotive durchfahren wird . In Schritt IV wird dann die Traktionskomponente 3 gemäß der berechneten Kühl-Leistungskurve L gekühlt .

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei dem dargestellten System lediglich um Aus führungsbeispiele handelt , welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modi fi ziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen . Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw . „eine" nicht aus , dass die betref fenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können . Ebenso schließen die Begri f fe „Einheit" und „Gerät" nicht aus , dass die betref fenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können . Der Ausdruck " eine Anzahl" ist als "mindestens eins" zu verstehen .