Schienenfahrzeug zur Durchführung eines Arbeitseinsatzes auf einer Gleisanlage Gebiet der Technik

[01 ] Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug zur Durchführung eines

Arbeitseinsatzes auf einer Gleisanlage, mit einem auf Schienenfahrwerken abgestützten Fahrzeugrahmen, mit einem mittels Arbeitsantrieben relativ zum Fahrzeugrahmen verstellbaren Arbeitsgerät und mit einer Kraftquelle zur Versorgung eines Fahrantriebs.

Stand der Technik

[02] Für Bau- und Instandhaltungsarbeiten auf einer Gleisanlage kommen neben Spezialmaschinen oftmals Schienenfahrzeuge zum Einsatz, die für unterschiedliche Arbeiten geeignet sind. Bezeichnet werden solche

Schienenfahrzeuge beispielsweise als Oberbauwagen,

Tunnelinspektionsfahrzeug, Motorturmwagen oder Motorbühnenwagen.

[03] Für Inspektions- oder Montagearbeiten an Masten, Oberleitungen, Brücken oder Tunnelwänden stehen zumeist ein Kran mit Arbeitskorb, eine

Hubarbeitsbühne und sonstige Arbeitsgeräte zur Verfügung. In der Regel umfasst ein solches Schienenfahrzeug einen eigenen Fahrantrieb für

Überstellungsfahrten und für Arbeitsfahrten.

[04] Aus AT 500 429 A1 ist ein Motorturmwagen bekannt, bei dem der

Fahrantrieb und diverse Arbeitsantriebe über eine zentralen Kraftquelle und ein Hydraulikaggregat mit Energie versorgt werden. Als Arbeitsgerät ist eine gegenüber einem Fahrzeugrahmen verstellbare Arbeitsbühne angeordnet.

[05] EP 0 732 450 A1 beschreibt einen Oberbau- bzw. Motorturmwagen mit

einem Ladekran und einem Fahrantrieb, bei dem jedem Schienenfahrwerk ein eigenes Schaltgetriebe und ein Hydromotor zugeordnet sind. Zur

Energieversorgung ist ein Motor vorgesehen, der über ein

Pumpenverteilgetriebe mehrere Hydropumpen antreibt. Zusammenfassung der Erfindung

[06] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der

Technik anzugeben.

[07] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des

Anspruchs 1 . Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der

Erfindung an.

[08] Dabei umfasst das Schienenfahrzeug einen elektrischen Energiespeicher, mittels dem die Arbeitsantriebe und ein Elektroantriebsmotor für die Dauer des Arbeitseinsatzes versorgbar sind, wobei der Elektroantriebsmotor mit dem Fahrantrieb gekoppelt ist. Auf diese Weise ist das Schienenfahrzeug im Arbeitseinsatz lediglich mit Energie aus dem elektrischen Energiespeicher betreibbar und es werden Schadstoffemissionen vermieden und Lärm reduziert. Durch den elektrischen Fahrantrieb während des Arbeitseinsatzes erfolgt zudem eine Energieeffizienzsteigerung gegenüben bekannten Antriebsformen, insbesondere durch Vermeidung von Verlusten in einem Hydrauliksystem.

[09] In einer vorteilhaften Variante ist das Arbeitsgerät als Hubarbeitsbühne zur Durchführung von Oberleitungsarbeiten ausgebildet. Ein solches

Schienenfahrzeug ist aufgrund der Schadstoffvermeidung besonders für Arbeitseinsätze in Tunnel geeignet. Auch Einsätze während der Nacht oder an Wochenenden sind aufgrund der geringen Lärmemission in dicht besiedelten Gebieten problemlos möglich.

[10] Vorteilhafterweise ist am Schienenfahrzeug eine elektrische

Einspeisevorrichtung angeordnet, um den elektrischen Energiespeicher an eine externe Energieversorgung anzuschließen. Beispielsweise ist das eine Ladesteckvorrichtung, die über einen Trenntransformator und einen

Stromrichter mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden ist.

[1 1 ] Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Fahrzeug eine

Hilfskraftquelle umfasst und dass die Arbeitsantriebe in einem Notbetrieb über die Hilfskraftquelle versorgbar sind. Ein Arbeitseinsatz kann auf diese Weise auch dann sicher beendet werden, wenn beispielsweise infolge einer Fehlplanung eines Arbeitseinsatzes die Energie im elektrischen Energiespeicher nicht ausreicht oder wenn eine ansonsten vorhandene Hauptkraftquelle (z.B. Verbrennungsmotor oder Brennstoffzelle) ausfällt.

[12] Vorteilhafterweise ist ein Gleichstromnetz angeordnet, das den

Energiespeicher umfasst und an das der Elektroantnebsmotor mittels eines ersten Stromrichters angeschlossen ist. Das Gleichstromnetz kann dabei auch zum Anschließen andere Verbraucher oder Energiequellen genutzt werden.

[13] Dabei ist es günstig, wenn wenigsten ein Teil der Arbeitsantriebe als

hydraulische Antriebe ausgebildet sind und wenn ein mit einer

Hydraulikpumpe gekoppelter Elektromotor mittels eines zweiten

Stromrichters an das Gleichstromnetz angeschlossen ist. Insbesondere Kräne und andere Hebezeuge, die gewöhnlich Hydraulikzylinder umfassen, sind damit antreibbar. Der Elektromotor ist nur bei Bedarf im Einsatz, wodurch bei ruhendem Arbeitsgerät kein Energieverbrauch gegeben ist.

[14] Einen weiteren Vorteil bietet das Gleichstromnetz, wenn an dieses ein

Bremschopper mit Bremswiderstand angeschlossen ist. Genutzt wird diese Einrichtung, wenn der elektrische Energiespeicher voll aufgeladen ist und Bremsenergie anfällt.

[15] In einer vorteilhaften Ausprägung umfasst die Kraftquelle einen

Verbrennungsmotor, der mit einem Generator gekoppelt ist, wobei der Generator über einen Gleichrichter an das Gleichstromnetz angeschlossen ist. Der Verbrennungsmotor dient dabei als Kraftquelle für den Fahrantrieb bei Überstellfahrten, wobei gleichzeitig über den Generator ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers möglich ist.

[16] Zur effizienten Versorgung diverser Verbraucher ist es sinnvoll, wenn das Gleichstromnetz über einen dritten Stromrichter mit einem

Wechselstrombordnetz gekoppelt ist. Damit sind in Schienenfahrzeugen gebräuchliche Hilfsaggregate betreibbar.

[17] Dabei ist es günstig, wenn das Wechselstrombordnetz über ein Ladegerät mit einem Gleichstrombordnetz gekoppelt ist und wenn das

Gleichstrombordnetz eine aufladbare Batterie umfasst. Das

Gleichstrombordnetz dient dann zur Versorgung weiterer Verbraucher, insbesondere von Steuerungskomponenten. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[18] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer

Darstellung:

Fig. 1 Schienenfahrzeug

Fig. 2 Antriebsschema und Energieversorgung

Fig. 3 Energieflussschema

Beschreibung der Ausführungsformen

[19] Das Schienenfahrzeug 1 in Fig. 1 umfasst einen Fahrzeugrahmen 2, der auf Schienenfahrwerken 3 auf einem Gleis 4 verfahrbar ist. Auf dem

Fahrzeugrahmen 2 sind eine Hubarbeitsbühne 5 und ein Kran 6 als

Arbeitsgeräte angeordnet. Diese sind mittels Arbeitsantriebe 7 gegenüber dem Fahrzeugrahmen 2 verstellbar.

[20] Des Weiteren umfasst das Schienenfahrzeug 1 eine Kraftquelle 8 zur

Versorgung eines Fahrantriebs 9. Mit dem Fahrantrieb 9 ist ein

Elektroantriebsmotor 10 gekoppelt, der für die Dauer eines Arbeitseinsatzes mittels eines elektrischen Energiespeichers 1 1 versorgt wird. Als elektrischer Energiespeicher 1 1 sind beispielsweise mehrere miteinander gekoppelte Akkupacks 12 angeordnet, mit einer Steuerungseinheit 13 und einem

Thermomanagementsystem.

[21 ] Zur Fremdeinspeisung ist eine Ladesteckvorrichtung 14 angeordnet. Damit ist der elektrische Energiespeicher 1 1 bei abgestelltem Schienenfahrzeug 1 über eine externe Versorgungssteckdose aufladbar. Bei vorhandener Oberleitung ist auch ein Stromabnehmer 15 zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 1 1 nutzbar.

[22] Als Kraftquelle 8 ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor 16 angerordnet.

Dieser ist über ein Schaltgetriebe 17 und ein Übersetzungsgetriebe 18 mit dem Fahrantrieb 9 verbunden. Dabei ist auch der Elektroantriebsmotor 10 über das Übersetzungsgetriebe 18 mit dem Fahrantrieb 9 gekoppelt. Auf diese Weise ergeben sich bei einem Betrieb mittels Elektroantriebsmotor 10 geringe Verluste, insbesondere gegenüber Hydromotoren. In einer vereinfachten Ausführung dient lediglich der Elektroantriebsmotor 10 als Kraftquelle 8.

[23] In Fig. 2 ist der Aufbau der Energieversorgung schematisch dargestellt. Der elektrische Energiespeicher 1 1 ist als Element eines am Schienenfahrzeug 1 installierten Gleichstromnetzes 19 angeordnet. Über einen als bidirektionalen Wechselrichter (Inverter) ausgebildeten ersten Stromrichter 20 ist der Elektroantriebsmotor 10 an das Gleichstromnetz 19 angeschlossen.

[24] Beim Bremsen des Schienenfahrzeugs 1 wird der Elektroantriebsmotor 10 generatorisch betrieben und speist Energie zurück ins Gleichstromnetz 19. Falls dabei der elektrische Energiespeicher 1 1 bereits voll aufgeladen ist, wird diese eingespeiste Energie über einen Bremschoper 21 mittels eines Bremswiderstands in Wärme umgewandelt.

[25] Über einen zweiten als Wechselrichter ausgebildeten Stromrichter 22 ist ein mit einer Hydraulikpumpe 23 gekoppelter Elektromotor 24 an das

Gleichstromnetz 19 angeschlossen. Dabei kann ein Kondensatormodul 25 vorgeschaltet sein, um einen hohen Anlaufstrom des Elektromotors 24 abzudecken.

[26] Die Hydraulikpumpe 23 ist ein Element eines Hydrauliksystems 26, das

mehrere als hydraulische Antriebe ausgebildete Arbeitsantriebe 7 versorgt. Eine Ansteuerung erfolgt dabei mittels einer Maschinensteuerung 27. Bei einem Ausfall der Energieversorgung aktiviert die Maschinensteuerung 27 eine Hilfskraftquelle 28, mittels der die Arbeitsantreibe 7 in einem Notbetrieb versorgbar sind. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die

Hubarbeitsbühne 5 und der Kran 6 jederzeit in eine sichere Position gebracht werden können. Als Hilfskraftquelle 28 ist beispielsweise eine

Verbrennungsmotor-Generator-Einheit angeordnet.

[27] Auch der als Hauptkraftquelle 8 dienende Verbrennungsmotor 16 ist

vorteilhafterweise mit einem Generator 29 gekoppelt. Dieser ist über einen Gleichrichter 30 an das Gleichstromnetz 19 angeschlossen und liefert bei laufendem Verbrennungsmotor 16 elektrische Energie in das System. Der Gleichrichter 30 wird günstigerweise auch zum Anschließen an ein externes Versorgungsnetz 31 genutzt. [28] Über einen dritten Stromrichter 32 ist das Gleichstromnetz 19 mit einem Wechselstrombordnetz 33 gekoppelt. An dieses sind diverse Verbraucher wie z.B. ein Kühler 34 oder ein Kompressor 35 angeschlossen. Das

Weichselstrombordnetz 33 umfasst auch ein Ladegerät 36 zur Versorgung eines Gleichstrombordnetzes 37. Auch eine externe Versorgung des Ladegeräts 36 über die Ladesteckvorrichtung 14 ist bei abgestelltem

Schienenfahrzeug 1 sinnvoll.

[29] Das Gleichstrombordnetz 37 umfasst eine aufladbare Batterie 38, die auch als Starterbatterie für den Verbrennungsmotor 16 ausgebildet sein kann. Mittels eines mit dem Verbrennungsmotor 16 gekoppelten Startergenerators (Lichtmaschine) 39 besteht eine alternative Versorgung des

Gleichstrombordnetzes 37. Angeschlossen an das Gleichstrombordnetz 37 sind beispielsweise die Maschinensteuerung 26 und die Steuereinheiten 13 der Akkupacks 12.

[30] Gemäß dem Energieflussschema (Fig. 3) erfolgt der Energieaustausch des elektrischen Energiespeichers 1 1 mit den sonstigen Systemkomponenten über die diversen Stromrichter 20, 22, 30, 32. Bei abgestelltem

Schienenfahrzeug 1 oder bei verfügbarer Oberleitung wird der elektrische Energiespeicher 1 1 aus dem externen Versorgungsnetz 31 geladen. Bei laufendem Verbrennungsmotor 16 erfolgt die Aufladung des elektrischen Energiespeichers 1 1 mittels des Generators 29. Zudem speist der

Elektroantriebsmotor 10 während eines Bremsvorgangs Energie zurück in den elektrischen Energiespeicher 1 1 .

[31 ] Während eines Arbeitseinsatzes versorgt der elektrische Energiespeicher 1 1 den Elektroantriebsmotor 10 und somit den Fahrantrieb 9 mit Energie. Im Gegensatz zu einer Überstellfahrt erfolgt bei einem Arbeitseinsatz eine Nutzung der Arbeitsgeräte 5, 6, beispielsweise zur Inspektion einer

Tunnelwand oder zur Montage einer Oberleitung. Die Kapazität des elektrischen Energiespeichers 1 1 ist somit für eine Versorgung aller

Arbeitsgeräte 5, 6 und des Fahrantriebs 9 während einer vorgegebenen Arbeitseinsatzdauer ausgelegt.

[32] Bei Verwendung hydraulischer Arbeitsantriebe 7 versorgt der elektrische Energiespeicher 1 1 auch das Hydrauliksystem 26. Dabei kann auch alternativ oder ergänzend zur Versorgung hydraulischer Arbeitsantriebe 7 eine direkte Versorgung von elektrischen Arbeitsantrieben 7 erfolgen. Beim Ausfall des elektrischen Energiespeichers 1 1 werden in einem Notbetrieb die Arbeitsantriebe 7 mittels der Hilfskraftquelle 28 versorgt.

[33] Des Weiteren fließt elektrische Energie aus dem elektrischen

Energiespeicher 1 1 in das Bordnetz 40, welches das Wechselstrombordnetz 33, das Gleichstrombordnetz 37 und diverse Verbraucher 34, 35, 41 , 42 umfasst. Mit dem Bordnetz 40 werden im Wesentlichen Standardfunktionen des Schienenfahrzeugs 1 versorgt. Dazu zählen z.B. auch ein Heizaggregat 41 und eine Klimaanlage 42, wobei günstigerweise energiesparende

Wärmepumpen zum Einsatz kommen.

[34] Die möglichen Energieflüsse erlauben einen flexibel Einsatz des

Schienenfahrzeugs 1 , wobei der elektrische Energiespeicher 1 1 nach einem durchgeführten Arbeitseinsatz auf unterschiedliche Weise wieder aufgeladen werden kann. Dabei ist das Schienenfahrzeug 1 auch bei leerem

Energiespeicher 1 1 voll funktionsfähig, wenn der Verbrennungsmotor 16 über den Generator 29 das Gleichstromnetz 19 versorgt. Alternativ dazu kann auch eine Brennstoffzelle diese Funktion übernehmen. Dann ist das Schienenfahrzeug 1 auch bei Überstellungsfahrten schadstofffrei betreibbar.