TECHNISCHES GEBI ET

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radsatz für ein Schienenfahrzeug, insbe sondere für ein Vollbahn-Schienenfahrzeug, sowie ein Antriebssystem für ein mit einem solchen Radsatz ausgerüstetes Schienenfahrzeug.

HI NTERGRUND DER ERFIN DU NG

Für den Betrieb von Schienenfahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen der Vollbahn, bzw. Vollbahn-Eisenbahn, sind eine Vielzahl von Antriebs- und Bremssystemen bekannt. Verbreitet als Triebfahrzeuge sind Lokomotiven, welche im Wesentlichen ausschliesslich zum Antrieb an sie angeschlossener passiver Schie nenfahrzeuge dienen. Um den Betrieb von Zugs-Kompositionen energetisch zu verbessern, verfügen elektrisch betriebene Lokomotiven teilweise über Nutzbrem sen zur Rückspeisung von Bremsenergie in Fahrleitungen. Diese Systeme sind je weils so ausgelegt, dass sie insbesondere bei längeren Bergabfahrten und/oder bei hohen Fahrgeschwindigkeiten elektrisch, also via Motor, abgebremst werden kön nen, wodurch auch mit ihnen verbundene weitere Schienenfahrzeuge abgebremst werden können. Gerade bei grösseren Verbunden von Schienenfahrzeugen ist ein solches elektrisches Abbremsen durch das Triebfahrzeug in vielen Situationen - insbesondere auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten - jedoch nicht ausrei- chend, weshalb zusätzliche Bremsleistung benötigt wird. Diese zusätzliche Leis tung wird vor allem im Bereich Vollbahn herkömmlich meist von an den Radsätzen der einzelnen Schienenfahrzeuge angeordneten Druckluftbremsen zur Verfügung gestellt. Dazu wird ausgehend von einem üblicherweise in der Lokomotive ange- ordneten Druckluftgenerator (Kompressor), Trocknungsanlagen und daran ange schlossene Druckbehälter über Druckluftleitungen ein sich über einen Verbund mehrerer Schienenfahrzeuge erstreckendes Druckluftsystem aufgebaut. Druckluft dient in solchen Systemen als Energieträger und auch zur Steuerung eines Brems vorgangs. Bei einem aktivierbaren Bremsvorgang werden aufgrund veränderter Druckluftverteilung im Bremssystem mittels pneumatisch betriebener Bremszan gen (bzw. Bremssattel) Bremsklötze bzw. Bremsbeläge in Reibverbindung mit auf den Radsatzwellen der Schienenfahrzeuge angeordneten Bremsscheiben gebracht oder auch z.B. Bremsklötze in Reibverbindung mit den Laufflächen der Räder ge bracht. In Folge davon findet eine Umwandlung der Rotationsenergie der Radsätze in thermische Energie statt, wodurch das Schienenfahrzeug, bzw. ein Verbund be stehend aus mehreren Schienenfahrzeugen, abgebremst wird. Diese Systeme be nötigen einen relativ grossen Installationsraum in den Lokomotiven sowie in den verbundenen Wagen. Dies auch deshalb, weil die zentral in Lokomotiven angeord neten Komponenten solcher Pneumatiksysteme derart dimensioniert werden müs- sen, dass sie für theoretische maximale Verbundgrössen ausreichen. Eine optimale Skalierung der Pneumatiksysteme auf Kompositionen anderer Grössen lässt sich anschliessend kaum mehr erreichen. Derart dimensionierte Bremssysteme sind deshalb für den realen Bahnbetrieb häufig überdimensioniert, was u.a. einen un verhältnismässig hohen Platzbedarf und hohen Wartungsaufwand nach sich zieht. Ebenso müssen beim Rangieren solcher Schienenfahrzeuge besondere Vorkehrun gen getroffen werden, um ein ungewolltes Bremsen zu verhindern.

Bei konventionellen Lokomotiven mit als Nutzbremsen einsetzbaren Elektromoto ren tritt zudem grundsätzlich ein weiteres Skalierungsproblem auf. Für den Einsatz als Nutzbremsen müssen die eingesetzten Elektromotoren nämlich wesentlich leis tungsfähiger dimensioniert werden, als wenn sie nur zum reinen Antrieb verwen det würden. Folglich müssen auch Getriebe bzw. Übersetzungen entsprechen leis tungsfähig dimensioniert werden. All dies trägt dazu bei, dass solche Antriebe mit Nutzbremsen etwa in Triebwagen gar nicht oder nur mit niedrigen Wirkungsgra- den eingesetzt werden können. Ausserdem muss bei der Dimensionierung von Elektromotor und Getrieben eine bestimmte theoretische Verbundgrösse, bzw. zu erwartende maximale Gesamtmasse einer Komposition von Schienenfahrzeugen angenommen werden. All dies erhöht einerseits die Herstellungskosten solcher Lo komotiven mit Nutzbremsen. Andererseits weisen solche Lokomotiven wegen der für Geschwindigkeitsaufnahme und Konstantfahrphasen nicht ganz optimalen Di mensionierung, häufig einen niedrigen energetischen Wirkungsgrad ausserhalb der Verzögerungsphasen (Bremsphasen) auf.

Mit herkömmlichen Antriebs- und Bremssystemen ausgestattete Kompositionen von Schienenfahrzeugen werden deshalb im realen Bahnbetrieb häufig in Zustän- den betrieben, in welchen sie einen energetisch nicht optimalen Wirkungsgrad auf weisen und verursachen zudem überhöhte Kosten im Unterhalt. All dies führt dazu, dass die bestehenden Antriebs- und Bremssysteme einen bedeutenden Kostenfak tor im Betrieb von Schienenfahrzeugen im Bereich der Vollbahn ausmachen.

Die DE 1 0201 003251 6A1 wurde am 02.02.201 2 im Namen der Knorr-Bremse für Schienenfahrzeuge GmbH veröffentlicht und zeigt eine Bremsvorrichtung eines Fahrzeugs beinhaltend eine Wirbelstromscheibenbremse mit einem drehfesten Stator und einem rotierenden Rotor. Der Rotor oder der Stator trägt eine Wir belstrombahn und der Stator oder der Rotor trägt eine Magnetanordnung. Deren magnetische Feldlinien induzieren bei relativer Bewegung des Rotors gegenüber dem Stator in der Wirbelstrombahn Wirbelströme zur Erzeugung eines Bremsmo- ments. Ebenso offenbart wird eine Reibungsscheibenbremse mit wenigstens einer Bremsscheibe und mit dieser Bremsscheibe zusammen wirkenden Bremsbelägen zur Erzeugung eines Bremsreibmoments zwischen der Bremsscheibe und den Bremsbelägen. Die die DE 1 0201 003251 6 sieht vor, dass der Rotor der Wir belstromscheibenbremse durch die Bremsscheibe der Reibungsscheibenbremse gebildet wird.

DARSTELLU NG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Radsatz für ein Schienenfahrzeug zur Ver fügung zu stellen, welcher wenigstens einen der aus dem Stand der Technik be kannten Nachteile bekannter Antriebssysteme behebt oder reduziert. Ein erfindungsgemässer Radsatz für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für ein Vollbahn-Schienenfahrzeug, umfasst in der Regel ein erstes Rad und ein mittels ei ner Radsatzwelle damit verbundenes zweites Rad. Erfindungsgemäss umfasst ein solcher Radsatz wenigstens ein auf der Radsatzwelle angeordnetes rekuperatives 5 elektrisches Antriebsmodul, welches dazu eingerichtet ist, wenn in einem Antriebs modus betrieben, elektrische Energie in Rotationsenergie des Radsatzes umzuwan deln und, wenn in einem Bremsmodus betrieben, Rotationsenergie des Radsatzes in elektrische Energie umzuwandeln. Mit anderen Worten kann ein solches reku peratives elektrisches Antriebsmodul in einem Antriebsmodus als Motor wirkend0 die Drehzahl des ersten und des zweiten Rads erhöhen oder konstant halten und in einem Bremsmodus als Generator wirkend die Drehzahl des ersten und des zweiten Rads verringern und gleichzeitig elektrische Energie einem (elektrischen) Verbrau cher zur Verfügung stellen.

Mit einem erfindungsgemässen Radsatz wird es möglich ein Schienenfahrzeug so-5 wohl bezüglich Antriebsleistung als auch der Bremsleistung so zu gestalten, dass dieses für sich selber genommen oder in einem guasi-beliebigen Verbund mehrerer solcher Schienenfahrzeuge mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann und gleichzeitig der Wartungsaufwand reduziert werden kann. Damit kann ein be treffend Antriebs- und Bremsleistung optimiertes Antriebssystem für ein Schienen-0 fahrzeug geschaffen werden, welches ein Zusammenstellen solcher Schienenfahr zeuge zu guasi beliebigen Kompositionen unter Beibehaltung des hohen energeti schen Wirkungsgrades erlaubt. Bei solchen Kompositionen kann im Normalfall auf den Einsatz konventioneller Lokomotiven oder Triebwagen verzichtet werden, da die Antriebs- und Bremsleistung vollständig von den erfindungsgemässen Radsät zen zur Verfügung gestellt werden kann. Jedoch kann für bestimmte Anwendun gen und/oder bestimmte Streckenprofile ein ergänzender Einsatz einer konventio nellen Lokomotive bzw. eines konventionellen Triebwagens weiterhin im Bereich 5 der Erfindung vorgesehen sein. In solchen Fällen können jedoch im Normalfall Triebfahrzeuge relativ geringer Leistungsklassen eingesetzt werden.

Durch den Einsatz solcher erfindungsgemässer Radsätze kann zudem auch auf die aus dem Stand der Technik bekannten wartungsintensiven pneumatischen Brems systeme weitgehend verzichtet werden oder diese können sogar komplett wegge-0 lassen werden. Somit kann eine umfassende Quelle von potentiell gesundheitsbe lastendem Feinstaub wesentlich reduziert werden.

Eine besonders wartungsarme Variation eines erfindungsgemässen Radsatzes kann erhalten werden, wenn das wenigstens eine rekuperative elektrische An triebsmodul wenigstens eine Stator-Anordnung und wenigstens eine bezüglich der5 Stator-Anordnung drehbar angeordnete Rotor-Anordnung aufweist, wobei die Drehachse der Rotor-Anordnung identisch mit der Drehachse der ihr zugeordneten Radsatzwelle ist. Die Rotor-Anordnung und die Stator-Anordnung können dabei mittelbar oder unmittelbar miteinander mechanisch verbunden sein. Somit können Reibungsverluste durch Getriebe bzw. Übersetzungen vermieden und der Wir-0 kungsgrad eines einen solchen Radsatz aufweisenden Antriebssystems unter ge wissen Umständen wesentlich erhöht werden. Ein energetisch besonders effizient einsetzbarer erfindungsgemässer Radsatz kann erzielt werden, wenn die Stator-Anordnung und die Rotor-Anordnung Teile eines Torguemotors sind.

Für bestimmte Anwendungen, kann ein erfindungsgemässer Radsatz eine Mehr- zahl K (K= 1 , 2, 3,...) rekuperativer elektrischer Antriebsmodule aufweisen, die auf der Radsatzwelle angeordnet sind. Damit kann mittels Standardkomponenten die Antriebs- und Bremsleistung erhöht werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Mehrzahl K rekuperativer elektrischer Antriebsmodule, die einem Radsatz zu geordnet sind besteht darin, dass dadurch bei Bedarf weitere Komponenten eines Antriebssystems, wie es hierin beschrieben wird (so etwa Energiespeichermodule und/oder Umrichter und/oder Gleichrichter), örtlich relativ nahe beieinander an geordnet werden können, was den Unterhalt eines solchen Antriebssystems (bzw. eines damit ausgerüsteten Schienenfahrzeugs) unter bestimmten Bedingungen wesentlich vereinfachen kann. Ebenso können dadurch elektrische Leiter relativ kurz gehalten werden, was eine Kostenreduktion erlaubt und Übertragungsver luste reduziert.

Eine Variation eines Radsatzes, welche einen energetisch besonders effizienten Be trieb eines Schienenfahrzeugs bei unterschiedlichen Betriebszuständen ermöglicht kann erzielt werden, wenn diese ein erstes rekuperatives elektrisches Antriebsmo- dul mit einem ersten maximalen Wirkungsgrad bei einer ersten Drehzahl (bzw. in einem ersten Drehzahlbereich) und ein zweites rekuperatives elektrisches Antriebs modul mit einem zweiten maximalen Wirkungsgrad bei einer zweiten Drehzahl (bzw. in einem zweiten Drehzahlbereich) aufweist, wobei die zweite Drehzahl we nigstens 1 0% höher ist als die erste Drehzahl ist (bzw. das obere Ende des zweiten Drehzahlbereichs höher liegt als der obere Ende des ersten Drehzahlbereichs und das untere Ende des ersten Drehzahlbereich tiefer liegt als das untere Ende des zweiten Drehzahlbereichs - wobei sich die Drehzahlbereiche überlappen können, dies jedoch nicht zwingend müssen). Solches kann gelten für den ersten und zwei ten maximalen Wirkungsgrad während dem Antriebsmodus, welche im Antriebs modus dem Verhältnis der vom jeweiligen rekuperativen elektrischen Antriebsmo dul abgegebenen mechanischen Leistung zu der von ihm aufgenommenen elektri- sehe Leistung entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann dies auch für den ersten und zweiten Wirkungsgrad während dem Bremsmodus gelten, welche im Brems modus dem Verhältnis der vom jeweiligen rekuperativen elektrischen Antriebsmo dul abgegebenen elektrischen Leistung zu der von ihm aufgenommenen mechani schen Leistung entspricht. Dies erlaubt eine Verteilung der Antriebs- bzw. Brems- leistungen mehrere derart ausgelegter rekuperativer elektrischer Antriebsmodule so, dass jeweils das bei der aktuellen Drehzahl des Radsatzes mit dem höchsten Wirkungsgrad betreibbare rekuperative elektrische Antriebsmodul maximal belas tet wird. Dadurch kann ein besonders energieeffizienter Betrieb eines Schienen fahrzeugs ermöglicht werden. Bei einer bevorzugten Variation eines erfindungsgemässen Radsatzes weist das wenigstens eine rekuperative elektrische Antriebsmodul ein erstes mechanisches Befestigungsmittel zur Erzeugung einer mechanischen Wirkverbindung zu einem Schienenfahrzeug auf. Bevorzugt erzeugt ein solches mechanisches Befestigungs mittel eine derartige mechanische Wirkverbindung zu einem Schienenfahrzeug, dass wenigstens Teile des rekuperativen elektrischen Antriebsmoduls drehfest be züglich der Drehachse der Radsatzwelle ist, d.h. mit der Radsatzwelle nicht mit- dreht.

Eine besonders wartungsarme Variation eines Radsatzes kann erzielt werden, wenn dieser wenigstens einen Retarder zur Abbremsung der Rotation des Radsat zes aufweist. Dabei kann erfindungsgemäss ein mittelbares Abbremsen der Räder beispielsweise mittels Abbremsen der Radsatzwelle oder auch unmittelbares Ab- bremsen der Räder durch direktes Einwirken des wenigstens einen Retarders auf wenigstens ein Rad erfolgen. Bevorzugt wird ein Retarder auf der Radsatzwelle an geordnet und mechanisch mit dieser wirkverbunden. Gemäss einer Variation der Erfindung ist der wenigstens eine Retarder ein hydrodynamischer Retarder. Ge mäss einer weiteren Variation der Erfindung ist der wenigstens eine Retarder ein elektrodynamischer Retarder. Ein Retarder - insbesondere ein elektrodynamischer Retarder - kann bevorzugt mit einer Stützbatterie und/oder einer Fahrleitung und/oder mit wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul verbun den sein, wodurch eine ausreichende Bremsleistung auch bei Ausfall des Bahnstrom-Netzes und/oder niedrigen Geschwindigkeiten sichergestellt werden kann. Besonders vorteilhaft wird als Stützbatterie ein an wenigstens ein rekupera- tives elektrisches Antriebsmodul angeschlossenes Energiespeichermodul verwen det, wie es nachfolgend noch genauer beschrieben wird. Gemäss einer bevorzug ten Ausführungsform weist der wenigstens eine Retarder ein zweites mechanisches Befestigungsmittel zur Erzeugung einer mechanischen Wirkverbindung mit einem Schienenfahrzeug auf, insbesondere zur mechanischen Wirkverbindung mit dem Drehgestell eines Schienenfahrzeugs. Insbesondere kann so erfindungsgemäss we nigstens ein Teil wenigstens eines Retarders drehfest bezüglich der Drehachse der Radsatzwelle - bzw. der Räder - angeordnet werden, d.h. mit der Radsatzwelle - bzw. den Rädern - nicht mitdrehend, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes ist das we nigstens eine rekuperative elektrische Antriebsmodul wenigstens teilweise in einem Gehäuse angeordnet. Solche Ausführungsformen weisen eine besonders hohe Le bensdauer auf und sind auch unter besonders harschen Umweltbedingungen zu verlässig einsetzbar. Insbesondere kann ein derart eingesetztes Gehäuse bevorzugt staub- und wasserdicht sein. Das wenigstens eine rekuperative elektrische An triebsmodul kann für bestimmte Anwendungen komplett in einem solchen Ge häuse angeordnet bzw. eingekapselt sein. Falls vorhanden, so können auch meh rere rekuperative elektrische Antriebsmodule gemeinsam in einem Gehäuse ange ordnet sein. Alternativ können auch mehrere rekuperative elektrische Antriebsmo dule auch jeweils einzeln in separaten Gehäusen angeordnet werden. Alternativ o- der in Ergänzung kann ein Gehäuse auch mittels wenigstens einer Rotationsdich- tung an eine wenigstens teilweise im Gehäuse angeordnete Rotor-Anordnung an- schliessen. Alternativ oder in Ergänzung kann auch wenigstens ein Retarder in ei nem wie hierin beschriebenen Gehäuse angeordnet werden. Für bestimmte Anwendungen weist ein Gehäuse wenigstens einen Kühlsysteman schluss zum Anschluss an ein äusseres Kühlsystem zur Kühlung wenigstens eines wenigstens teilweise im Gehäuse angeordneten rekuperativen elektrischen An triebsmoduls und/oder wenigstens eines wenigstens teilweise im Gehäuse ange- 5 ordneten Retarders auf. Eine derartige Kühlung weiterer im Gehäuse angeordneter Komponenten ist möglich. Ein Kühlsystemanschluss kann beispielsweise ein fluidi- scher Verbinder für Kühlflüssigkeit sein. Gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn mehrere im Gehäuse angeordnete Komponenten - die Komponenten aus gewählt aus einer Gruppe umfassend rekuperatives elektrisches Antriebsmodul0 und (elektrodynamischer) Retarder, Scheibenbremse und Steuerung (z.B. lokale Antriebssteuerung) - an demselben oder an unterschiedlichen Kühlsystemen an geschlossen sind. Alternativ oder in Ergänzung kann ein rekuperatives elektrisches Antriebsmodul auch ein passives Kühlsystem aufweisen, so z.B. Kühlrippen.

Um während einem Bremsvorgang das wirkende Bremsmoment wenigstens bei5 bestimmten Drehzahlen (bzw. Drehzahlbereichen) des Radsatzes zu verstärken - insbesondere bei niedrigen Drehzahlen - und/oder um eine zuverlässige Feststel lung des Radsatzes bei Stillstand eines Schienenfahrzeugs zu gewährleisten, kann gemäss einer Variation eines Radsatzes ein solcher wenigstens eine Scheiben bremse mit einer auf der Radsatzwelle angeordneten Bremsscheibe aufweisen.0 Eine Scheibenbremse muss nicht zwingend zwischen dem ersten und dem zweiten Rad auf der Radsatzwelle angeordnet werden. Alternativ kann eine Scheiben bremse auch auf einer Radscheibe eines Rads angeordnet sein. Im Vergleich zu konventionellen Radsätzen kann bei einem erfindungsgemässen Radsatz eine Scheibenbremse kleiner dimensioniert werden, wodurch die Masse und Kosten re duziert werden können.

Eine besonders wartungsarme erfinderische Radsatzwelle kann erzielt werden, wenn die wenigstens eine Scheibenbremse einen elektromechanischen und/oder einen hydraulischen Aktuator zum Betätigen eines Bremssattels aufweist. Ein mit einem solchen Radsatz ausgestattetes Schienenfahrzeug kann im Wesentlichen unabhängig von einem konventionellen pneumatischen Bremssystem betrieben werden - bzw. kann in einer mit solchen Radsätzen ausgestatteter Komposition von Schienenfahrzeugen komplett auf ein pneumatisches Bremssystem verzichtet werden. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung kann die für die Betätigung eines solchen Aktuators notwendige elektrische Energie wenigstens zeitweise von einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul oder - falls vorhanden - einem an wenigstens ein rekuperatives elektrisches Antriebsmodul angeschlossenes Ener giespeichermodul bezogen werden. Alternativ oder in Ergänzung kann ein erfindungsgemässer Radsatz wenigstens eine formschlüssige Feststellbremse aufweisen, die wenigstens teilweise mittels ei ner formschlüssigen Verbindung ein Rotieren des Radsatzes relativ zu einer zuge ordneten Schiene beschränkt. Somit kann eine ausreichende Rollsicherung eines Schienenfahrzeugs - bzw. eines wenigstens ein mit einem entsprechenden erfin- dungsgemässen Radsatz ausgestatteten Verbunds von Schienenfahrzeugen - ge- währleistet werden. Die vorliegende Erfindung ist ausserdem auf ein Drehgestell gerichtet, das wenigs tens einen Drehgestellrahmen und wenigstens einen mit dem Drehgestellrahmen mechanisch verbundenen erfindungsgemässen Radsatz, wie er hierin beschrieben ist, aufweist. Ein mit einem solchen Drehgestell ausgestattetes Schienenfahrzeug kann besonders effizient betrieben werden. Dies trifft insbesondere für solche Va riationen eines erfindungsgemässen Drehgestells zu, bei denen sämtliche Radsätze des Drehgestells Radsätze gemäss der hierin beschriebenen Erfindung sind.

Ein besonders wartungsfreundliches Drehgestell kann erzielt werden, wenn we nigstens ein an einem Radsatz angeordnetes rekuperatives elektrisches Antriebs- modul über wenigstens einen ersten lösbaren elektrischen Verbinder und/oder mechanischen Verbinder mit einem am Drehgestell angeordneten elektrischen Sys tem trennbar elektrisch verbunden ist. Eine solche elektrische Trennstelle ermög licht einen relativ einfachen und schnellen Austausch eines kompletten erfindungs gemässen Radsatzes für Unterhalt und Reparatur. Durch die Verwendung standar- disierter trennbarer mechanischer und/oder elektrischer (bzw. elektronischer) Schnittstellen, kann bei Bedarf ein einfacher Austausch eines erfindungsgemässen Radsatzes erfolgen. Dadurch können Unterhalt und/oder Reparatur und/oder Um-/Nachrüsten (bspw. Erhöhung der Antriebs- und/oder Bremsleistung) eines erfindungsgemässen Radsatzes (bzw. Drehgestells) wesentlich beschleunigt und vereinfacht werden, was die Stillstandzeiten von Schienenfahrzeugen verkleinert und einen effizienteren Betrieb ermöglicht. Eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Drehgestells weist wenigstens ein an einem Radsatz angeordneten Retarder wenigstens einen zweiten lösbaren elektrischen Verbinder auf, der mit einem am Drehgestell angeordneten elektri schen System trennbar elektrisch verbunden ist. Eine solche elektrische Trennstelle 5 ermöglicht ebenfalls einen relativ einfachen und schnellen Austausch eines kom pletten erfindungsgemässen Radsatzes für Unterhalt und Reparatur.

Ein besonders leistungsstarkes Drehgestell kann erzielt werden, wenn wenigstens ein rekuperatives elektrisches Antriebsmodul und/oder wenigstens ein an einem Radsatz angeordneter Retarder über wenigstens einen lösbaren fluidischen Verbin-0 der mit einem am Drehgestell angeordneten äusseren Kühlsystem trennbar flui- disch verbunden ist.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes ist wenigs tens ein an einem Radsatz angeordnetes rekuperatives elektrisches Antriebsmodul und/oder ein an einem Radsatz angeordneter Retarder über wenigstens einen lös-5 baren mechanischen Verbinder mit dem Drehgestellrahmen trennbar mechanisch verbunden. Dadurch kann ein einfacher Austausch eines Radsatzes für Reparatur und Unterhalt gewährleistet werden.

Die vorliegende Erfindung ist ausserdem auf ein Schienenfahrzeug gerichtet um fassend eine Mehrzahl N von erfindungsgemässen Radsätzen wie sie hierin be-0 schrieben sind. Eine energetisch besonders effizient zu betreibende Ausführungs- form eines erfinderischen Schienenfahrzeugs, welche sich ausserdem durch einfa che Wartung und Reparatur auszeichnet kann erzielt werden, wenn sämtliche N Radsätze des Schienenfahrzeugs erfindungsgemässe Radsätze wie hierin beschrie ben sind. Besonders gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn das Schienen- fahrzeug wenigstens ein erfindungsgemässes Drehgestell wie hierin beschrieben aufweist.

Die vorliegende Erfindung ist ausserdem auf einen Verbund von Schienenfahrzeu gen umfassend mehrere erfindungsgemässe Schienenfahrzeuge mit erfindungsge- mässen Radsätzen wie hierin beschrieben gerichtet. Eine in Bezug auf die Wartung, Reparatur und Ersatzteilhaltung besonders vorteilhafte Ausführungsform eines er- findungsgemässen Verbunds von Schienenfahrzeugen kann erzielt werden, wenn im Wesentlichen sämtliche Radsätze des Verbunds identische erfindungsgemässe Radsätze wie hierin beschrieben sind. Somit können die Betriebskosten sowohl ei nes einzelnen Schienenfahrzeugs, als auch eines Verbunds von Schienenfahrzeu- gen erheblich gesenkt werden.

Die vorliegende Erfindung ist ausserdem auf ein Antriebssystem für ein Schienen fahrzeug mit wenigstens einem erfindungsgemässen Radsatz wie hierin beschrie ben gerichtet, wobei das Antriebssystem wenigstens eine lokale Antriebssteuerung umfasst, welche im Antriebsmodus die Antriebsleistung wenigstens eines rekupe- rativen elektrischen Antriebsmoduls wenigstens dieses Schienenfahrzeugs über wacht und bei Abweichung von einem Antriebs-Sollwert die Antriebsleistung we nigstens eines rekuperativen elektrischen Antriebsmoduls anpasst. Alternativ oder in Ergänzung kann die wenigstens eine lokale Antriebssteuerung im Bremsmodus die Bremsleistung wenigstens eines rekuperativen elektrischen Antriebsmoduls wenigstens dieses Schienenfahrzeugs überwachen und bei Abweichung von einem Brems-Sollwert die Bremsleistung wenigstens eines rekuperativen elektrischen An- triebsmoduls anpassen.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems um fasst dieses eine Rückspeisungseinrichtung zur Einspeisung wenigstens eines Teils der von wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul im Bremsmo dus erzeugten elektrischen Energie in eine Fahrleitung (bzw. ein zugehöriges Bahnstromsystem). Eine Fahrleitung kann bespielweise eine Oberleitung sein. Al ternativ oder in Ergänzung kann die Rückspeisungseinrichtung eines erfindungsge mässen Antriebssystems auch so eingerichtet sein, dass wenigstens ein Teil der von wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul erzeugten elektri schen Energie wenigstens teilweise über eine zentrale Rückspeisungseinrichtung eines Verbunds von Schienenfahrzeugen in eine Fahrleitung eingespeist werden kann. Dazu können mehrere rekuperative elektrische Antriebsmodule eines An triebssystems eines Schienenfahrzeugs und/oder eines Verbunds von Schienen fahrzeugen elektrisch verbunden sein. Eine solche Rückspeisungseinrichtung kann beispielsweise die Rückspeisungseinrichtung einer elektrischen oder dieselelektri- sehen Lokomotive mit Nutzbremse sein. Ausführungsformen eines erfindungsge mässen Antriebssystems mit Rückspeisungseinrichtung können also wenigstens zeitweise in der Art einer sogenannten Nutzbremse betrieben werden. Alternativ oder in Ergänzung kann ein erfindungsgemässes Antriebssystem eine Leistungssteuerung aufweisen, welche wenigstens einen Teil der von wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul im Bremsmodus erzeugten elektrischen Energie einem elektrischen Verbraucher zur Verfügung stellt. Dazu kann ein erfindungsgemässes Antriebssystem bevorzugt einen Umrichter und/o- der Gleichrichter aufweisen. Gemäss einer Ausführungsform umfasst das erfin- dungsgemässe Antriebssystem eine Leistungssteuerung, welche von wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul erzeugte oder (falls vorhanden) in einem Energiespeichermodul gespeicherte elektrische Energie einem Verbrau- eher zur Verfügung stellt. Verbraucher können insbesondere eine Klimaanlage (Heizung, Lüftung, Kühlung, Entfeuchtung) und/oder eine Beleuchtungseinrich tung und/oder persönliche Verbraucher von Passagieren (z.B. Netz- und Ladege räte für persönliche elektrische Geräte wie Mobiltelefone oder tragbare Computer) und/oder eine Toilettenanlage sein. Ein Verbraucher kann im selben Schienenfahr- zeug wie ein die elektrische Energie erzeugendes rekuperatives elektrisches An triebsmodul angeordnet sein. Alternativ oder in Ergänzung kann bei Verwendung eines mit einem erfindungsgemässen Antriebssystem ausgestatteten Schienen fahrzeugs in einem Verbund auch wenigstens ein in einem anderen Schienenfahr zeug des Verbunds angeordneter Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems weist wenigstens ein Energiespeichermodul zur Speicherung wenigstens eines Teils der von wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul im Bremsmo dus erzeugen elektrischen Energie auf. Gemäss einer Ausführungsform der Erfin dung ist jedem mit einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul ausgestatteten Radsatz genau ein Energiespeichermodul zugeordnet. Alternativ oder in Ergän- zung können einem solchen erfindungsgemässen Radsatz auch wenigstens zwei Energiespeichermodule zugeordnet sein. Eine solche Ausführungsform kann vor teilhaft sein, um etwa die Folgen im Falle eines Ausfalls eines Energiespeichermo duls reduzieren zu können. Bei einer solchen Ausführungsform eines Antriebssys tems können einem Energiespeichermodul insbesondere auch mehrere rekupera- tive elektrische Antriebsmodule zugeordnet werden. Ausführungsformen eines er findungsgemässen Antriebssystems mit Energiespeichermodul können also we nigstens zeitweise in der Art einer Nutzbremse auch ohne Rückspeisung in ein Bahnstromsystem betrieben werden - etwa bei einer zeitweisen Überlast in einem Bahnstromsystem. Ein Energiespeichermodul kann im/am selben Schienenfahr- zeug wie ein zugeordnetes rekuperatives elektrisches Antriebsmodul angeordnet sein. Alternativ kann ein Energiespeichermodul jedoch auch im/an einem anderen Schienenfahrzeug wie ein zugeordnetes rekuperatives elektrisches Antriebsmodul angeordnet sein.

Gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn das Antriebssystem ein Energiespei- chermodul umfasst, das wenigstens ein Energiespeicherelement aufweist, wobei das Energiespeicherelement ausgewählt sei aus der Gruppe umfassend Batterie, Superkondensator und Schwungrad. Andere Arten von Energiespeicherelementen sind erfindungsgemäss möglich. Das Energiespeichermodul kann bei Bedarf einen Gleichrichter und/oder einen Wechselrichter aufweisen. Dadurch kann bei Bedarf einem rekuperativen elektri schen Antriebsmodul elektrische Energie zugeführt werden (wie nachfolgend be schrieben wird) und/oder elektrische Energie über eine Rückspeisungseinrichtung einem Bahnstromsystem zugeführt werden und/oder elektrische Energie einem Verbraucher im Schienenfahrzeug zur Verfügung gestellt werden.

Bevorzugt verfügt ein Energiespeichermodul über standardisierte trennbare me chanische und/oder elektrische (bzw. elektronische) Schnittstellen, welche bei Be darf einen einfachen Austausch des Energiespeichermoduls ermöglichen. Dadurch können Unterhalt und/oder Reparatur und/oder Um-/Nachrüsten (bspw. Erhö hung der Speicherkapazität) eines erfindungsgemässen Antriebssystems wesent lich beschleunigt und vereinfacht werden, was die Stillstandzeiten von Schienen fahrzeugen verkleinert und einen effizienteren Betrieb ermöglicht.

Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind jeweils die rekupe- rativen elektrischen Antriebsmodule der erfindungsgemässen Radsätze eines Dreh gestells eines Schienenfahrzeugs einem gemeinsamen einzelnen Energiespeicher modul oder einer gemeinsamen Gruppe von Energiespeichermodulen zugeordnet. Bevorzugt wird ein solches Energiespeichermodul oder eine solche gemeinsame Gruppe von Energiespeichermodulen an demselben Drehgestell wie das zugeord- nete wenigstens eine rekuperative elektrische Antriebsmodul angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind jeweils alle rekuperativen elektrischen Antriebsmodule der erfindungsgemässen Radsätze eines Schienen fahrzeugs einem Energiespeichermodul oder einer Gruppe von Energiespeicher modulen zugeordnet. Alternativ oder in Ergänzung können erfindungsgemäss wenigstens einzelne Schie nenfahrzeuge eines Verbunds von Schienenfahrzeugen, über Energiespeichermo- dule mit einer im Vergleich zu den in den restlichen Schienenfahrzeugen enthalte nen Energiespeichermodulen erhöhten Energiespeicherkapazität verfügen und we nigstens einen Teil der von rekuperativen elektrischen Antriebsmodulen von mit dem erfindungsgemässen Antriebssystem ausgerüsteten Schienenfahrzeugen er zeugten elektrischen Energie in diesen Energiespeichermodule gespeichert wird. Eine solche Ausgestaltung eines erfindungsgemässen Antriebssystems kann für be stimmte Anwendungen vorteilhaft sein, da grössere Energiespeichermodule im All gemeinen kostengünstiger herstellbar als mehrere kleinere Energiespeichermodule mit derselben Gesamtspeicherkapazität sind.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems ver fügt dieses über eine Leistungssteuerung, welche wenigstens einen Teil der im we nigstens einen Energiespeichermodul gespeicherten elektrischen Energie einem elektrischen Verbraucher zur Verfügung stellt. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebs systems verfügt dieses über eine Antriebssteuerung, welche elektrische Energie von einer Fahrleitung und/oder von wenigstens einem Energiespeichermodul wenigs tens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul eines erfindungsgemässen Radsatzes im Antriebsmodus zuführt. Dadurch kann ein Schienenfahrzeug oder ein Verbund mehrerer Schienenfahrzeuge Beschleunigt werden oder eine vorgege- bene Fahrgeschwindigkeit kann beibehalten werden.

Gemäss einer besonders zuverlässig betreibbarer Ausgestaltung eines erfindungs gemässen Antriebssystems umfasst dieses eine Dissipationsvorrichtung, welche wenigstens einen Teil der von wenigstens einem rekuperativen elektrischen An triebsmodul eines erfindungsgemässen Radsatzes im Bremsmodus erzeugten elektrischen Energie in thermische Energie umwandelt. Auf diese Weise können elektrische Leistungsspitzen während einem Bremsvorgang bei Bedarf geglättet werden und eine ausreichende Bremsleistung auch dann sichergestellt werden, wenn die von wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul eines erfindungsgemässen Radsatzes erzeugte elektrische Energie nicht oder nicht voll- ständig in eine Fahrleitung und/oder ein Energiespeichermodul abgegeben werden kann. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Bremsleistung die Auf nahmekapazität einer Fahrleitung oder eines Energiespeichermoduls (bzw. einer Gruppe von Energiespeichermodule) übersteigt. Eine solche Situation kann etwa bei längeren Gefällen oder bei Notbremsungen oder bei Überkapazitäten im Bahnstromsystem auftreten. Entsprechende Ausführungsformen eines erfindungs gemässen Antriebssystems mit Dissipationsvorrichtung können also wenigstens zeitweise in der Art einer Widerstandsbremse betrieben werden. Die Dissipationsvorrichtung kann insbesondere einen ohmschen Lastwiderstand aufweisen, welcher die aufgenommene elektrische Leistung in thermische Energie (Wärme) umgewandelt. Ebenso kann die Dissipationsvorrichtung Mittel zur Ab gabe der erzeugten thermischen Energie an die Umgebung aufweisen, insbeson- dere mittels Wärmeleitung und Abstrahlung elektromagnetischer Wellen, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird. Ebenso kann die Dissipationsvorrichtung Mittel zur wenigstens kurzzeitigen Speicherung wenigstens eines Teils der erzeug ten thermischen Energie aufweisen, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird.

Gemäss einer Ausführungsform umfasst die Dissipationsvorrichtung eine thermi- sehe Masse, die wenigstens teilweise aus einem Material mit einer hohen spezifi schen Wärmekapazität besteht. Die thermische Masse kann insbesondere ein Fest körper und/oder eine Flüssigkeit und/oder ein Salz mit einer sich im Bereich der zu erwartenden Betriebstemperaturen änderndem Aggregatszustand sein. Die ther mische Masse kann direkt als ohmscher Widerstand wirken und/oder die thermi- sehe Masse kann thermisch mit einem ohmschen Widerstand verbunden sein, in welchem die von wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul er zeugte elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird.

Gute Resultate können erzielt werden, wenn die Dissipationsvorrichtung wenigs tens eine Kühlrippe aufweist. Dadurch kann thermische Energie besonders effizient abgestrahlt werden und die Bremsleistung somit vergrössert werden. Thermische Energie kann insbesondere auch an ein Kühlmedium abgegeben werden, z.B. an Umgebungsluft (Atmosphäre) oder an eine Flüssigkeit (Kühlflüssigkeit, z.B. Öl). Erfindungsgemäss kann ein Antriebssystem auch Mittel zur Erhöhung der Wärme übertragung mittels erzwungener Konvektion im Bereich einer Dissipationsvorrich tung bzw. von Rippen aufweisen, etwa fluiddynamische Massnahmen zur Umlei tung der ein Schienenfahrzeug während der Fahrt umströmenden Luft. Ebenso ist die Verwendung eines Gebläses/Lüfters denkbar, so etwa eines elektrisch betrie benen Lüfters. Eine wenigstens teilweise luftgekühlte Dissipationsvorrichtung oder wenigstens Teile davon kann somit mit Lüftern versehen oder auch eigenbelüftet sein.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems ist wenigstens ein Teil der Dissipationsvorrichtung im Bereich des Untergestells eines Schienenfahrzeugs angeordnet. Falls das Schienenfahrzeug wenigstens ein Dreh gestell aufweist, so kann eine Dissipationsvorrichtung auch bevorzugt im Bereich des Drehgestells oder direkt am Drehgestell angeordnet werden. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung kann wenigstens ein Teil der Dissipationsvorrich- tung im Bereich eines Dachs eines Schienenfahrzeugs angeordnet werden (bzw. im Bereich der Oberseite des Schienenfahrzeugs), wodurch bei gewissen Arten von Schienenfahrzeugen eine effiziente Ableitung erwärmter Luft möglich wird.

Gemäss einer für bestimmte Arten von Schienenfahrzeugen vorteilhaften Ausge staltung eines erfindungsgemässen Antriebssystems ist wenigstens ein Teil der Dis- sipationsvorrichtung an oder auf einer Radsatzwelle angeordnet und mit dieser ro tatorisch verbunden. Auf diese Weise kann während einem Bremsvorgang auf grund der durch die Rotation erzeugten erzwungenen Konvention ein besserer Wärmetransfer an Umgebung erzeugt werden. Eine solche Ausführungsform kann insbesondere bei der nachträglichen Ausrüstung von Schienenfahrzeugen mit ei nem erfindungsgemässen Antriebssystem vorteilhaft sein, da bei solchen die Rad satzwellen und umliegenden Bauteile wegen den ansonsten montierten Scheiben- 5 bremsen in den meisten Fällen bereits so eingerichtet sind, dass im Bereich der Rad satzwellen erzeugte thermische Energie keine Beschädigung des Schienenfahr zeugs bewirkt. Gemäss einer für bestimmte Schienenfahrzeuge geeigneten Aus führungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems werden auf wenigstens einer Radsatzwelle wenigstens ein rekuperatives elektrisches Antriebsmodul und0 wenigstens ein Teil einer Dissipationsvorrichtung angeordnet. Gemäss einer weite ren Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems wird wenigstens ein rekuperatives elektrisches Antriebsmodul auf einer ersten Radsatzwelle ange ordnet und wenigstens eine mit dem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul wirkverbundene Dissipationsvorrichtung wird auf einer zweiten, von der ersten5 Radsatzwelle verschiedenen, Radsatzwelle angeordnet. Eine solche Ausführungs form kann vorteilhaft sein um rekuperative elektrische Antriebsmodule vor thermi scher Belastung zu schützen und auch, um die Abgabe der thermischen Energie von der Dissipationsvorrichtung zu maximieren.

Gemäss einer für bestimmte Schienenfahrzeuge vorteilhaften Ausführungsform ei-0 nes erfindungsgemässen Antriebssystems ist wenigstens ein Teil der Dissipations vorrichtung Teil einer Bremsscheibe einer Scheibenbremse. Dadurch kann ein hö herer Grad von Funktionsintegration erzielt und gegebenenfalls Gewicht und Kos ten gesenkt werden. Ein energetisch besonders effizientes erfinderisches Antriebssystem kann erzielt werden, wenn dieses eine lokale Antriebssteuerung aufweist, welche im Bremsmo dus die Bremsleistung wenigstens eines rekuperativen elektrischen Antriebsmoduls und wenigstens eines Retarders und/oder wenigstens einer Scheibenbremse so re- 5 gelt, dass bei vorgegebenem Soll-Bremswert die Bremsleistung des rekuperativen elektrischen Antriebsmoduls eines erfindungsgemässen Radsatzes maximal ist. So mit kann eine maximale Rückgewinnung der kinetischen Energie erzielt werden, ohne dass die wirkende Bremskraft die maximal zwischen Gleis und Radsatz zur Verfügung stehende Haftreibungskraft überschreitet. Alternativ oder in Ergänzung0 erfolgt eine Reduktion des Bremsmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl, um die maximale Haftreibung nicht zu überschreiten. Gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die eine lokale (oder globale) Antriebssteuerung die Bremsleistung einer oder mehrerer Scheibenbremsen (falls vorhanden) in erster Priorität vermin dert, die Leistung eines oder mehrerer Retarders (falls vorhanden) in zweiter Prio-5 rität vermindert und den Bremswiderstand eines oder mehrerer elektrischer An triebsmodule in dritter Priorität vermindert.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems er streckt sich dieses über einen Verbund mehrerer Schienenfahrzeuge, wobei we nigstens zwei Schienenfahrzeuge jeweils wenigstens einen erfindungsgemässen0 Radsatz aufweisen.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebs systems umfasst diese eine globale Bremssteuerung, welche die Antriebsleistung und/oder die Bremsleistung der rekuperativen elektrischen Antriebsmodule einer Mehrzahl von mit einem erfindungsgemässen Antriebssystem ausgestatteten Schienenfahrzeuge überwacht und regelt.

In Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Antriebssystems, welche we- nigstens zwei Komponenten - ausgewählt aus der Gruppe von Energiespeicher modul, Rückspeisungseinrichtung und Dissipationsvorrichtung aufweisen - kann bei Bedarf auch ein erster Teil der von wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul eines erfindungsgemässen Radsatzes erzeugten elektrischen Ener gie in ein Energiespeichermodul und/oder gegebenenfalls ein zweiter Teil über die Rückspeisungseinrichtung in ein Bahnstromsystem eingespeist werden und/oder gegebenenfalls ein dritter Teil über eine Dissipationsvorrichtung in Wärme umge wandelt werden. Die jeweiligen Anteile eines ersten Teils, eines zweiten Teils und eines dritten Teils an der gesamthaft erzeugten elektrischen Energie werden vor teilhaft von einer lokalen oder globalen Antriebssteuerung bestimmt. Die Bestim- mung der jeweiligen Anteile erfolgen vorzugsweise in Abhängigkeit von der aktu ellen elektrischen Leistung des wenigstens einen rekuperativen elektrischen An triebsmoduls und oder der aktuellen Aufnahmefähigkeit des Bahnstromsystems (insbesondere die aktuelle Spannungshöhe im Bahnstromsystem) und/oder dem Ladestand und der Ladekapazität wenigstens eines Energiespeichermoduls und /o- der der von einer Dissipationsvorrichtung aktuell konsumierbaren elektrischen Leis tung. Ebenso können dazu Informationen zu den aktuellen Leistungen anderer re- kuperativer elektrischer Antriebsmodule eines erfindungsgemässen Radsatzes und/oder aktuelle Leistungsdaten einer möglichen Nutzbremse einer (falls vorhan denen) Lokomotive und/oder Informationen zu einem aktuellen Streckenprofil (insbesondere das Höhenprofil und die Distanz zu bevorstehenden Haltestellen) ausgewertet werden. Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemässen Antriebssystems besteht darin, dass ein mit einem solchen Antriebssystem ausgerüstetes Schienenfahrzeug so ausge bildet sein kann, dass es wenigstens kurzzeitig auch selbständig Geschwindigkeit aufnehmen und abbremsen kann. Dies insbesondere dann, wenn es über ein wie hierin beschriebenes Energiespeichermodul verfügt und wenigstens ein rekupera- tive elektrische Antriebsmodul als Elektromotor zum Antrieb eines Schienenfahr zeugs mittels vom Energiespeichermodul zur Verfügung gestellter elektrischer Energie ausgebildet ist. Solche Ausführungsformen sind insbesondere im Rangier betrieb vorteilhaft, da sie eine Vielzahl zusätzlicher Freiheitsgrade bzw. Ran gierstrategien möglichen und somit sowohl eine signifikante Reduktion der Ran gierdauer als auch der benötigten Rangierlokomotiven ermöglichen. Ebenso kann durch die Verwendung eines mit einem solchen Antriebssystem ausgerüsteten Schienenfahrzeugs gegebenenfalls auf einen Ablaufberg verzichtet werden.

Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemässen Antriebssys tems, erstreckt sich das Antriebssystem über einen Verbund mehrerer Schienen- fahrzeuge, wobei wenigstens zwei Schienenfahrzeuge erfinderische Radsätze wie hierin beschrieben aufweisen. Insbesondere kann sich ein erfindungsgemässes An- triebssystem auf einen Verbund ausschliesslich Schienenfahrzeuge umfassend je weils wenigstens einen erfinderischen Radsatz erstrecken, wobei ein Verbund zu sätzlich auch ein herkömmliches Triebfahrzeug wie eine Lokomotive oder ein Trieb wagen umfassen kann. Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebssystems um fasst dieses eine globale Antriebssteuerung welche die die Antriebsleistung und/o der die Bremsleistung der rekuperativen elektrischen Antriebsmodule erfindungs- gemässer Radsätze einer Mehrzahl von mit einem erfindungsgemässen Antriebs system ausgestatteten Schienenfahrzeugen überwacht und regelt. Gemäss einer Ausführungsform eines solchen erfindungsgemässen Antriebssystems kann eine globale Antriebssteuerung insbesondere auch die Verteilung der von rekuperativen elektrischen Antriebsmodulen erzeugten elektrischen Energie auf eines oder meh rere Energiespeichermodule oder eine oder mehrere Dissipationsvorrichtungen o- der eine oder mehrere Rückspeisungseinrichtungen regeln. Ebenso kann eine sol- che globale Antriebssteuerung die Verteilung der an Verbraucher gelieferten Ener gie steuern, bzw. die an die Verbraucher abgegebene Leistung regeln. Insbeson dere kann eine globale Antriebssteuerung auch ein Biending zwischen wenigstens einem rekuperativen elektrischen Antriebsmodul und/oder wenigstens einem Re tarder und/oder wenigstens einer Scheibenbremse steuern. Die vorgängig be- schriebenen Funktionen einer globalen Antriebssteuerung können auch wenigs tens teilweise von einer (insbesondere wie hierin beschriebenen) lokalen Antriebs steuerung ausgeführt werden. Anhand der in den nachfolgenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Beschreibung werden Aspekte der Erfindung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes in einer perspektivischen Ansicht von oben;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes in einer perspektivischen Ansicht von oben;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes in einer perspektivischen Ansicht von oben; Fig. 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes in einer perspektivischen Ansicht von oben;

Fig. 5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Drehgestells in einer per spektivischen Ansicht von oben.

Figur 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes 1 0a für ein Vollbahn-Schienenfahrzeug umfassend ein erstes Rad 1 1 und ein mittels einer Radsatzwelle 1 3 damit verbundenes zweites Rad 1 2, ange ordnet auf Schienen 1 . Auf der Radsatzwelle 1 3 angeordnet sind drei rekuperative elektrische Antriebsmodule 1 00a-c. Die rekuperativen elektrischen Antriebsmo- dule 1 OOa-c sind jeweils dazu eingerichtet, dass sie - wenn in einem Antriebsmo dus betrieben werden - elektrische Energie in Rotationsenergie des Radsatzes 1 0a umzuwandeln und - wenn in einem Bremsmodus betrieben werden - Rotations energie des Radsatzes 1 0a in elektrische Energie umzuwandeln. Dadurch kann ein mit einem solchen Radsatz ausgerüstetes Schienenfahrzeug im Antriebsmodus mittels des erfindungsgemässen Radsatzes beschleunigt oder wenigstes auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten werden und in einem Bremsmodus abge bremst werden. Die rekuperativen elektrischen Antriebsmodule 1 OOa-c umfassen Torguemotoren, welche jeweils eine Stator-Anordnung 1 1 0 und eine bezüglich der Stator-Anordnung 1 1 0 drehbar angeordnete Rotor-Anordnung 1 20 aufweisen, wobei die Drehachse der Rotor-Anordnung 1 20 identisch mit der Drehachse Ay der ihr zugeordneten Radsatzwelle 1 3 ist. Ausserdem weisen die rekuperativen elektrischen Antriebsmodule 1 OOa-c jeweils mechanische Befestigungsmittel 1 40 zur Erzeugung einer mechanischen Wirkverbindung zu einem Schienenfahrzeug (nicht dargestellt) auf.

Die Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsge mässen Radsatzes 1 0. Dieser umfasst zwei rekuperative elektrische Antriebsmo dule 1 00a, 1 00b welche unmittelbar auf der Radsatzwelle 1 3 angeordnet sind. Ebenso umfasst der Radsatz 1 0a einen elektrodynamischen Retarder 800a der ebenfalls auf der Radsatzwelle 1 3 angeordnet ist und während einem Bremsvor gang des Radsatzes ein zusätzliches Bremsmoment erwirkt. Parallel dazu ist auf der Radsatzwelle eine Scheibenbremse 200a angeordnet, deren Bremsscheibe 21 0 drehfest mit der Radsatzwelle 1 3 verbunden ist. Die Scheibenbremse 200a weist einen elektromechanischen Aktuator 225, der zur Betätigung des Bremssattels 220, bzw. dem Erzeugen eines Bremsmoments dient. In einem idealen Betriebszu stand wird ein mit einem solchen Radsatz 1 0a ausgestattetes Schienenfahrzeug grösstenteils mittels der rekuperativen elektrischen Antriebsmodule 1 00a, 1 00b im Bremsmodus abgebremst, wobei der elektrodynamische Retarder 800a bei Bedarf (bspw. bei Notbremsungen) ein zusätzliches Bremsmoment aufbringen kann. So mit kann die während einem Bremsvorgang abnehmende kinetische Energie eines Schienenfahrzeugs mittels der rekuperativen elektrischen Antriebsmodule 1 00a, 1 00b in elektrische Energie umgewandelt und entweder in einem im Schienenfahr- zeug mitgeführten Energiespeichermodul (nicht dargestellt) zwischengespeichert oder beispielsweise in eine Fahrleitung eines Bahnstromsystems (nicht dargestellt) eingespeist werden. Soll ein Schienenfahrzeug beschleunigt werden, so können die rekuperativen elektrischen Antriebsmodule im Antriebsmodus elektrische Energie aufnehmen und zur Beschleunigung der Rotation der Radsatzwelle 1 3 und der Rä- der 1 1 , 1 2 verwenden. Durch den Einsatz des elektrodynamischen Retarders 800a kann ein zusätzliches Bremsmoment erzeugt werden, ohne dass der von konventi onellen Bremsen bekannte Abrieb von Bremsbelägen entsteht. Ein solcher Retarder 800a, 800b arbeitet deshalb ebenso wie die rekuperativen elektrischen Antriebs module 1 00a, 1 00b im Wesentlichen verschleissfrei, weshalb sich ein solche Aus- führungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes 1 0a nicht nur energetisch ef fizient betreiben lässt, sondern auch äusserst wartungsarm ist. Dadurch kann der finanzielle und zeitliche Aufwand für den Unterhalt eines mit solchen Radsätzen ausgerüsteten Schienenfahrzeugs im Vergleich zu konventionellen, ausschliesslich mit Scheibenbremsen ausgerüsteten, Radsätzen wesentlich reduziert werden. Die in der Fig. 2 gezeigte Scheibenbremse 200a dient einerseits der Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmoments im Falle einer Notbremse und andererseits als Fest stellbremse um ein ruhendes Schienenfahrzeug gegen ein Fortrollen zu sichern. Durch die erfindungsgemässe Verwendung der rekuperativen elektrischen An- triebsmodule 1 00a, 1 00b sowie des Retarders 800a kann eine im Vergleich zu konventionellen Radsätzen eher klein dimensionierte Scheibenbremse 200a ver wendet werden, welche zudem auch einen viel geringeren Abrieb und damit be deutend längere Wartungsintervalle aufweist.

Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes 1 0a. Dieser weist ein rekuperatives elektrisches Antriebsmodul 1 00a so wie einen Retarder 800a, 800b auf, die auf der Radsatzwelle 1 3 angeordnet sind. Ebenfalls weist der Radsatz eine formschlüssige Feststellbremse 300 auf, die mit tels einer formschlüssigen Verbindung ein Rotieren des Radsatzes 1 Oarelativ zu ei ner zugeordneten Schiene 1 beschränkt. Im Vergleich zu einer ebenfalls als Fest- stellbremse verwendbaren (reibschlüssige) Scheibenbremse kann eine solche formschlüssige Feststellbremse 300 vergleichsweise klein und relativ einfach ge staltet sein.

Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Radsatzes 1 0a, welche drei auf einer Radsatzwelle 1 3 angeordnete rekuperative elektrische Antriebsmodule 1 00a-c aufweist. Diese sind in einem gemeinsamen staub- und wasserdichten Gehäuse 1 30 angeordnet. Dadurch können für die re- kuperativen elektrischen Antriebsmodule 1 OOa-c potentiell schädliche Umweltein flüsse verhindert werden. Das Gehäuse 1 30 verfügt über Kühlanschlüsse 1 31 mit tels welcher die im Innern des Gehäuses 1 30 angeordneten Komponenten an ein äusseres Kühlsystem 40 angeschlossen werden können. Die Kühlanschlüsse 1 3 1 können etwa Anschlüsse an einen Kühlmittelkreislauf eines Schienenfahrzeugs (nicht dargestellt) sein. Auf diese Weise können die rekuperativen elektrischen An triebsmodule 1 OOa-c effizient gekühlt werden, was deren Lebensdauer und Wir kungsgrad steigert. Ausserdem weist diese Ausführungsform eines erfindungsge- mässen Radsatzes 1 0 zwei ebenfalls auf der Radsatzwelle angeordnete Scheiben- bremsen 200a, 200b auf.

Fig. 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemässes Drehgestell 30 umfassend einen Drehgestellrahmen 3 1 sowie zwei mit dem Drehgestellrahmen 3 1 mechanisch ver bundene erfindungsgemässe Radsätze 1 0a, 1 Ob. Beide Radsätze 1 Oa, 1 Ob umfas sen jeweils ein rekuperatives elektrisches Antriebsmodul 1 00a, 1 00b, welches über lösbare elektrische Verbinder 32 mit einem am Drehgestell 30 angeordneten elektrischen System 33 elektrisch verbunden ist. Ebenso verfügen beide Radsätze 1 0a, 1 Ob jeweils über einen auf den Radsatzwellen 1 3 angeordneten elektrodyna mischen Retarder 800a, 800b welche über zweite lösbare elektrische Verbinder 34 mit dem am Drehgestell 30 angeordneten elektrischen System 33 elektrisch ver- bunden sind. Die beiden rekuperativen elektrisches Antriebsmodule 1 00a, 1 00b sowie die beiden Retarder 800a, 800b sind über lösbaren fluidische Verbinder 35 mit einem am Drehgestell 30 angeordneten äusseren Kühlsystem 40 trennbar flu- idisch verbunden. Die rekuperativen elektrischen Antriebsmodule 1 00a, 1 00b so wie die Retarder 800a, 800b sind jeweils über wenigstens lösbare mechanische Verbinder 36 mit dem Drehgestellrahmen 3 1 trennbar mechanisch verbunden ist. Durch die trennbaren elektrischen, fluidischen und mechanischen Verbindungen 32, 34, 35, 36 können die Radsätze 1 0a, 1 0b einschliesslich der darauf ange brachten Komponenten bei Bedarf relativ einfach vom Drehgestellrahmen 3 1 ge trennt und gegen ihnen entsprechende Ersatz-Radsätze (nicht dargestellt) ausge tauscht werden, wodurch der Aufwand für Wartung und Reparatur wesentlich re duziert und der räumlichen Zugang zu den einzelnen Komponenten erhöht werden kann.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

I Schiene 40 äusseres Kühlsystem 1 0a, b Radsatz 1 00a-c Rekuperatives elektrisches

I I Erstes Rad 20 Antriebsmodul

1 2 Zweites Rad 1 1 0 Stator-Anordnung

1 3 Radsatzwelle 1 20 Rotor-Anordnung

30 Drehgestell 1 30 Gehäuse

31 Drehgestellrahmen 1 3 1 Kühlsystemanschluss

32 erster lösbarer elektrischer 25 1 40 mechanisches Befestigungs Verbinder mittel

33 elektrisches System 200a, b Scheibenbremse

34 zweiter lösbarer elektrischer 21 0 Bremsscheibe

Verbinder 220 Bremszange

35 lösbarer fluidischer Verbin- 30 225 Aktuator

der 300 Feststellbremse

36 lösbarer mechanischer Ver 800a, b Retarder

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