EP2483126B1 - Schienenfahrzeug - Google Patents
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- EP2483126B1 EP2483126B1 EP10757180.4A EP10757180A EP2483126B1 EP 2483126 B1 EP2483126 B1 EP 2483126B1 EP 10757180 A EP10757180 A EP 10757180A EP 2483126 B1 EP2483126 B1 EP 2483126B1
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- B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
- B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
- B61L2027/202—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation using European Train Control System [ETCS]
Definitions
- the present invention relates to a rail vehicle having at least one tracked vehicle antenna of a train protection system.
- Rail vehicles of the type mentioned are generally known, wherein the vehicle antennas corresponding rail vehicles usually serve for the transmission of data between an arranged in the track trackside device, such as a balise, and the rail vehicle.
- vehicle antennas of different types can be used here.
- a railway vehicle of the type mentioned is in the EP 2 082 943 A2 disclosed.
- Vehicle antennas directed towards the track can have the problem, in particular depending on the type of the respective rail vehicle, that they can be influenced by electrical disturbances.
- rail vehicles which relate their energy required for locomotion from a catenary or a busbar
- transient disturbances are generated in the traction current.
- non-periodic disturbances are referred to as transient disturbances, which often have comparatively steep rising edges and comparatively high peaks.
- Corresponding transient disturbances are also due to the switching on and off of the main switch of an electric motor driven rail vehicle caused.
- the sparking between contact wire and pantograph occurs in particular to discontinuities of the contact wire, such as when crossing branch points or phase separation points.
- the described spark generating phenomena generate as a disturbance generator, a very broadband, transient interference spectrum, which is superimposed on the driving and return current, that flows into the overhead line or the contact wire and into the rails.
- a very broadband, transient interference spectrum which is superimposed on the driving and return current, that flows into the overhead line or the contact wire and into the rails.
- the circuit of the transient interference currents via parasitic capacitances between the catenary network and rail is closed.
- the portion of the spark interference spectrum which is superimposed on the return current can now influence, in particular, those train protection systems which work with tracked vehicle antennas.
- transient disturbances caused by the operation of other rail vehicles in the event that several rail vehicles are located on the same substructure section can also influence or disturb the train protection system or the vehicle antennas of other rail vehicles via the transient return currents in the rails.
- corresponding disturbances can in principle also affect such rail vehicles that are not driven by an electric motor.
- the present invention has for its object to provide a rail vehicle with at least one directed to the track vehicle antenna of a train protection system by which the noise immunity of the train control system is increased.
- a rail vehicle with at least one directed to the track vehicle antenna of a train protection system, the car body of the rail vehicle and arranged in the region of one end of the rail vehicle axis are electrically connected by means of a capacitive connection and the at least one vehicle antenna at a greater distance from the end of the rail vehicle is arranged as the axis electrically connected to the car body.
- the rail vehicle according to the invention is thus characterized in that its car body and an axis arranged in the region of one end of the rail vehicle are electrically connected by means of a capacitive connection.
- vehicle body of the rail vehicle also encompasses those rail vehicles which are constructed from a plurality of cars or vehicle parts.
- the car body of the rail vehicle which is electrically connected to the axle by means of the capacitive connection, thus to the car body of one of the cars or car parts of the rail vehicle.
- the invention is based on the basic idea of not guiding the interference spectrum in the reverse current on the active side of the vehicle antenna to the track bed, but on the passive side of the vehicle antenna, ie above the vehicle antenna, in the vehicle body. It should be noted that vehicle antennas usually have a pronounced directivity and are up towards the car body out due to different measures, such as a corresponding shielding, relatively insensitive.
- the vehicle antenna is arranged at a greater distance from the end of the rail vehicle than the axis electrically connected to the car body.
- the at least one vehicle antenna viewed from the end of the rail vehicle, is arranged behind the axle which is electrically connected to the vehicle body by means of the capacitive connection.
- This has the consequence that transient interference currents are conducted through the capacitive connection in the car body and thus pass the directed onto the track, arranged in an area below the car body vehicle antenna on its passive side.
- This Störstromum technisch over the car body has the consequence that the noise current in the rails below the rail vehicle is reduced accordingly, so that coupled to the vehicle antenna, a significantly smaller interference magnetic field. As a result, this thus leads to a significant improvement or increase in the immunity of the vehicle antenna and thus also of the entire train control system against high-frequency, in particular transient disturbances.
- the rail vehicle according to the invention is configured such that the capacitive connection comprises a capacitor electrically connected between the car body and the axle and a ground contact provided on the axle.
- the capacitive connection comprises a capacitor electrically connected between the car body and the axle and a ground contact provided on the axle.
- the rail vehicle according to the invention can also be developed such that the capacitive connection has a capacitance which is tuned to the inductance of the electrical connection between the car body and the axle, that the resulting resonant circuit has a resonant frequency in the range of a transmission frequency of the vehicle antenna.
- the capacitance of the capacitive connection is chosen such that, in conjunction with the inductance of the supply line to the axis, ie for example to the ground contact, it forms a resonant circuit whose resonant frequency is in the range of a transmission frequency of the vehicle antenna.
- the capacitive ground is advantageously extended to a "Saug Vietnameseerdung", which preferably causes a derivative of currents at frequencies in the range of the transmission frequency of the vehicle antenna. This is advantageous because this allows a diversion of transient or generally high-frequency currents through the car body and thus from the active area of the vehicle antenna also for such train protection systems whose transmission frequency or whose transmission frequencies are in the megahertz range.
- an improvement in the immunity to interference for example, for the European Train Control System ETCS (European Train Control System) can be achieved, the receiving channel operates in a frequency range around 4.2 MHz.
- the rail vehicle according to the invention can also be so pronounced that the car body and arranged in the region of the other end of the rail vehicle further axis are electrically connected by means of a further capacitive connection.
- This offers the advantage that a well-defined return current path is provided across the body of the rail vehicle in both directions for the high-frequency transient interference currents.
- the rail vehicle according to the invention is further developed such that at least one further vehicle antenna is arranged at a greater distance from the other end of the rail vehicle than the further axis electrically connected to the car body.
- at least one further vehicle antenna is arranged at a greater distance from the other end of the rail vehicle than the further axis electrically connected to the car body.
- high-frequency interference currents are advantageously independent of the direction of travel of the rail vehicle in front of depending on the direction of travel in each case active vehicle antenna in the car body of the Guided rail vehicle, which can be advantageously reduced significantly to the respective vehicle antenna acting interference magnetic fields.
- the further capacitive connection comprises an electrically connected between the car body and the further axis further capacitor and provided on the further axis further grounding contact. Analogous to the relevant explanations in connection with the capacitive connection, this is a particularly simple and at the same time robust embodiment of the further capacitive connection.
- the rail vehicle according to the invention can also be developed such that the further capacitive connection has a capacitance which is tuned to the inductance of the electrical connection between the car body and the further axis such that the resulting further resonant circuit has a resonance frequency in the range of a transmission frequency of the other Vehicle antenna has.
- an effective diversion of the corresponding interference currents can be effected via the car body of the rail vehicle for radio frequencies in the megahertz range.
- the grounding of the car body via the further capacitive connection and the further axis in the form of an electrical absorption circuit is formed.
- the rail vehicle according to the invention can be a rail vehicle with any desired drive known per se.
- vehicles without their own electric motor can also be affected by interference currents caused by other vehicles.
- the rail vehicle according to the invention is driven by an electric motor and has a transformer which can be connected to a contact wire via a current collector.
- the car body and the return current branch of the transformer are electrically connected by means of a first additional capacitive connection.
- a first additional capacitive connection is advantageously to be realized such that a first additional capacitor is low-inductively looped or arranged between the return current branch or the return current line of the transformer and the car body. This can for example be done so that the return conductor directly is guided over the first additional capacitor, while the other terminal of the first additional capacitor areally connected, for example via a short busbar, with the car body.
- the rail vehicle according to the invention can also be designed such that the car body and the high-voltage side of the transformer are electrically connected by means of a second additional capacitive connection.
- a targeted introduction of transient interference currents originating in the contact wire or in the respective rail vehicle or their interaction can take place in the car body of the rail vehicle ,
- the rail vehicle according to the invention is developed such that the rail vehicle has an electric motor drive with a DC-powered traction system.
- the traction system comprises, in addition to at least one traction converter, if necessary, a mains filter upstream of the traction converter.
- the rail vehicle according to the invention is further configured such that the car body and the return leg of the traction system are electrically connected by means of a third additional capacitive connection.
- the car body and the high-voltage side of the input of the traction system are electrically connected by means of a fourth additional capacitive connection.
- the advantages of the two aforementioned preferred developments of the rail vehicle according to the invention in the case of a DC voltage supply essentially correspond to the previously described preferred developments of the rail vehicle according to the invention in the case of an AC power supply, so that reference is made in this regard to the respective above statements.
- the rail vehicle may also be a multi-system vehicle provided for both the AC power supply and the DC power supply.
- the vehicle antenna may basically be a vehicle antenna of any train control system. It is essential here only that the vehicle antenna is directed to the track, that is usually mounted below the car body or on a bogie to allow communication with a track-side device arranged in the track.
- the track-side device may in particular be a balise, for example the national Spanish train control system ASFA.
- the at least one vehicle antenna is a vehicle antenna of the European train control system ETCS (European Train Control System).
- ETCS European Train Control System
- ETCS European Train Control System
- ETCS also has a sensitivity to interference currents in the tracks.
- ETCS malfunctions usually result in forced braking of the vehicle in question, which can result in significant delays and disruption to rail transport.
- the rail vehicle according to the invention thus offers the possibility of improving the noise immunity of this comparatively new train control system intended for the whole of Europe on the vehicle side.
- the rail vehicle according to the invention is an electric multiple unit. This is advantageous since disturbances of the vehicle antenna or of the respective train protection system due to high-frequency interfering currents in the rails can also be observed in particular in the case of electric multiple units with distributed traction.
- a rail vehicle 1 is shown in the form of an electric multiple unit. For reasons of clarity, only one half of the train is shown.
- the rail vehicle 1 has a final carriage 2, a transformer car 3 and a middle car 4 only partially shown.
- the cars 2, 3, 4 each have a car body 5a, 5b, 5c and bogies 6a, 6b, 6c, 6d, 6e with axles or wheels 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i, 7j on.
- the representation of the figure is merely a simplified schematic representation for purposes of explanation of the invention.
- the car bodies 5 a, 5 b, 5 c of the car 2, 3, 4 of the rail vehicle 1 are also referred to hereafter as a car body in its entirety. This applies on the one hand against the background that the invention described with reference to the embodiment is also applicable to rail vehicles with continuous car body;
- the car bodies 5a, 5b, 5c of the carriages 2, 3, 4 in the embodiment of the figure are electrically connected to each other via equipotential bonding conductors 12a, 12b, so that they can also be considered as one unit from an electrical point of view.
- the transformer carriage 3 is electrically connected to a contact wire 35 via a current collector 15.
- the removed from the contact wire 35 electrical energy is supplied via a main switch 14 of the high voltage side of a transformer 13 of the rail vehicle 1.
- This is thus a conventional connection of the electric motors of an electric motor-driven, AC-powered rail vehicle to the contact wire 35 and the corresponding high-voltage network.
- the following explanations are essentially analogous to the case of an electric motor-driven rail vehicle with DC power supply,
- a DC voltage of 600 V, 750 V, 1.5 kV or 3 kV apply.
- the transformer 14 is to be replaced by a traction system which, in addition to at least one traction converter, optionally comprises a line filter upstream of the traction converter, the remaining components remaining largely unaffected by this.
- the rail vehicle may also be a multi-system vehicle, which is provided for both the DC voltage supply and the AC voltage supply, the following embodiments being applicable to both systems.
- the transformer carriage 3 or more precisely the axes 7f and 7g of the transformer carriage 3 have grounding contacts 10a, 10b for the operating ground.
- a grounding contact 11 is provided for the protective ground.
- a corresponding interference current now passes through the rails or the track 30 Height of a vehicle antenna 25 of a train protection system, couples the magnetic field surrounding the interference current to the vehicle antenna 25 a.
- the frequency range and the amplitude of the signal transmission of the train protection system which includes the vehicle antenna 25, it may interfere with the reception channel of the train control system by superimposing this transient magnetic field with the Nutzmagnetfeld the vehicle antenna 25.
- Interference currents of the type described above are particularly affected electric multiple units in AC and / or DC operation with distributed traction.
- types of train protection systems are vulnerable to corresponding failures that operate at a given time not with two, but only with a vehicle antenna. The reason for this is that when using only one vehicle antenna eliminates the possibility of common mode rejection of the interference fields.
- Corresponding train protection systems, each having only one active vehicle antenna usually use balises in the track bed.
- the car body 5a, 5b, 5c of the rail vehicle 1 and arranged in the region of one end of the rail vehicle 1 axis 7a are electrically connected by means of a capacitive connection.
- the capacitive connection comprises a capacitor 16 electrically connected between the car body 5a, 5b, 5c and the axle 7a and a ground contact 17 provided on the axle 7a. This means that the first axle 7a of the rail vehicle 1 is connected to the car body via the condenser 16 5a, 5b, 5c of the rail vehicle 1 is connected.
- the vehicle antenna 25 is located behind the direction of travel electrically to the car body 5a of the rail vehicle 1 with respect to a leftward direction of travel, that is, as shown in FIG. the vehicle antenna 25 has a greater distance from the end of the rail vehicle 1, in the region of which it is arranged, than the axis 7a electrically connected to the vehicle body 5a.
- the vehicle antenna 25 is preferably arranged after the first bogie 6a of the rail vehicle 1.
- the car body 5b of the transformer vehicle 3 and the return current branch of the transformer 13 are electrically connected by means of a first additional capacitive connection.
- first additional capacitors 19a and 19b are provided.
- the first additional capacitors 19a, 19b thus cause high-frequency currents from the reverse-current branch of the transformer 13 are also introduced into the car body 5a, 5b, 5c of the rail vehicle 1.
- the figure also shows the possibility that the car body 5a, 5b, 5c of the rail vehicle 1 and the high-voltage side of the transformer 13 are electrically connected by means of a second additional capacitive connection.
- the second additional capacitive Connection to a second additional capacitor 20 in the form of a Hochwooddenstors in the form of a Hochwooddenstors.
- the rail vehicle 1 has another transformer car, this preferably corresponds to the illustrated transformer car 3 with regard to the components provided. The same applies analogously with regard to the construction of the other end car of the rail vehicle 1.
- the transient noise current thus prefers due to the inductive coupling to the catenary, i. to the trolley wire 25, and the very low-impedance, well-conductive car body 5a, 5a, 5c as remindstrompfad the car body 5a, 5b, 5c, so that only a small part of the noise current under the rail vehicle 1 in the rails 30 flows.
- the vehicle antenna 25 behind the capacitive ground of the car body 5a, 5b, 5c, i.
- the noise immunity of the vehicle antenna 25 or the associated train control system is advantageously improved significantly.
- the capacitive connection advantageously has a capacitance, the so on the inductance 18 of the electrical connection between the car body 5a of the end car 2 and the Axis 7a is tuned that the resulting resonant circuit has a resonant frequency has in the range of a transmission frequency of the vehicle antenna 25. If a corresponding vote would not take place, the inductance of the connecting line between the capacitor 16 and the Raderd- or grounding contact 17 at high frequencies would form too high a complex resistance, so that the derivative of the disturbance on the capacitor 16 may no longer work satisfactorily would.
- the described principle of the tuned absorption circuit can in principle also be used with respect to the first additional capacitors 19a, 19b or with respect to the second additional capacitor 20. This applies in particular to the case in which a low-inductance connection between the high-voltage or reverse-current line and the carbody 5a, 5b, 5c is not possible since, for example, branch lines to the first additional capacitors 19a, 19b or to the second additional capacitor 20 are required.
- C denotes the capacitance, L the inductance and f the reception or transmission frequency of the train control system.
- a capacitor with the thus determined capacity can be introduced or looped into the connecting line to the Raderd- or grounding contact 17.
- the real installation situation of the capacitor 16 for the series solution must be reproduced exactly in order to take into account the influence of parasitic capacitances and inductances already in the experimental setup.
- the resonance frequency of the resonant circuit thus formed can then be determined. This can for example be done so that the supply line to the grounding contact 17 is wrapped with a line which short-circuits an output of a test generator with an internal resistance of, for example 50 ⁇ .
- the voltage across the capacitor 16 is tapped and measured, which can be done for example by means of an oscilloscope and an upstream 10: 1 probe with 10 M ⁇ internal resistance.
- the maximum voltage in the capacitor 16 is determined and the corresponding frequency read.
- the line inductance can now be determined exactly. In a re-measurement with a capacitor 16 having a correspondingly changed capacity, then the frequency at which the maximum voltage occurs, should match the transmission frequency of the train protection system substantially.
- the capacitor 16 should preferably have the lowest possible tolerance as well as temperature and long-term drift.
- the quality of the absorption circuit is comparatively low, i. there is no excessive elevation of the resonance curve, this has the effect or advantage that in this case the absorption circuit has a broadband effect and component tolerances or drifts have a comparatively small influence on the effectiveness of the circuit.
- the rail vehicle according to the invention makes it possible by means of comparatively simple vehicle-related measures, which are associated with a comparatively low cost, to significantly improve the immunity to interference of vehicle antennas directed onto the track or the associated train control systems.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit zumindest einer zum Gleis gerichteten Fahrzeugantenne eines Zugsicherungssystems.
- Schienenfahrzeuge der genannten Art sind allgemein bekannt, wobei die Fahrzeugantennen entsprechender Schienenfahrzeuge üblicherweise zur Übertragung von Daten zwischen einer im Gleis angeordneten streckenseitigen Einrichtung, etwa in Form einer Balise, und dem Schienenfahrzeug dienen. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Zugsicherungs- beziehungsweise Zugbeeinflussungssystem sowie der Art der jeweiligen streckenseitigen Einrichtung können hierbei Fahrzeugantennen unterschiedlicher Art zum Einsatz kommen.
- Ein Schienenfahrzeug der genannten Art ist in der
EP 2 082 943 A2 offenbart. - Zum Gleis gerichtete Fahrzeugantennen, d.h. im Wesentlichen nach unten gerichtete Fahrzeugantennen, können insbesondere in Abhängigkeit von der Art des jeweiligen Schienenfahrzeugs das Problem aufweisen, dass sie durch elektrische Störungen beeinflusst werden können. So kommt es bei solchen Schienenfahrzeugen, die ihre zur Fortbewegung benötigte Energie aus einer Oberleitung oder einer Stromschiene beziehen, in der Praxis zu unvermeidbaren elektrischen Funkenbildungen zwischen dem fahrzeugseitigen Stromabnehmer und dem Fahrdraht beziehungsweise der Stromschiene, wodurch transiente Störungen im Fahrstrom erzeugt werden. Dabei werden als transiente Störungen nicht periodische Störungen bezeichnet, die häufig vergleichsweise steile Anstiegsflanken sowie vergleichsweise hohe Spitzenwerte aufweisen. Entsprechende transiente Störungen werden auch durch das Ein- und Ausschalten des Hauptschalters eines elektromotorisch angetriebenen Schienenfahrzeugs hervorgerufen. Während des Fahrbetriebs tritt die Funkenbildung zwischen Fahrdraht und Stromabnehmer insbesondere an Unstetigkeiten des Fahrdrahts auf, wie beispielsweise beim Überfahren von Abzweigstellen oder Phasentrennstellen.
- Die beschriebenen Funken erzeugenden Phänomene generieren gleichsam als Störgenerator ein sehr breitbandiges, transientes Störspektrum, welches sich dem Fahr- und Rückstrom überlagert, also in die Oberleitung beziehungsweise den Fahrdraht und in die Schienen fließt. Dabei wird der Stromkreis der transienten Störströme über parasitäre Kapazitäten zwischen Fahrleitungsnetz und Schiene geschlossen. Der sich dem Rückstrom überlagernde Anteil des Funken-Störspektrums kann nun insbesondere solche Zugsicherungssysteme beeinflussen, die mit zum Gleis gerichteten Fahrzeugantennen arbeiten.
- Des Weiteren können durch den Betrieb anderer Schienenfahrzeuge hervorgerufene transiente Störungen für den Fall, dass sich mehrere Schienenfahrzeuge auf demselben Unterwerksabschnitt befinden, über die transienten Rückströme in den Schienen auch das Zugsicherungssystem beziehungsweise die Fahrzeugantennen anderer Schienenfahrzeuge beeinflussen beziehungsweise stören. Dies bedeutet, dass entsprechende Störungen grundsätzlich auch solche Schienenfahrzeuge beeinflussen können, die selbst nicht elektromotorisch angetrieben sind.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit zumindest einer zum Gleis gerichteten Fahrzeugantenne eines Zugsicherungssystems anzugeben, durch welches die Störfestigkeit des Zugsicherungssystems erhöht wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schienenfahrzeug mit zumindest einer zum Gleis gerichteten Fahrzeugantenne eines Zugsicherungssystems, wobei der Wagenkasten des Schienenfahrzeugs und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs angeordnete Achse mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind und die zumindest eine Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs als die mit dem Wagenkasten elektrisch verbundene Achse angeordnet ist.
- Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug zeichnet sich somit dadurch aus, dass sein Wagenkasten und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs angeordnete Achse mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Dabei umfasst die Formulierung "Wagenkasten des Schienenfahrzeugs" im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung auch solche Schienenfahrzeuge, die aus mehreren Wagen beziehungsweise Wagenteilen aufgebaut sind. In diesem Fall handelt es sich bei dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, der mit der Achse mittels der kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden ist, somit um den Wagenkasten eines der Wagen beziehungsweise Wagenteile des Schienenfahrzeugs.
- Der Erfindung liegt die grundlegende Idee zugrunde, das Störspektrum im Rückstrom nicht auf der aktiven Seite der Fahrzeugantenne zum Gleisbett, sondern auf der passiven Seite der Fahrzeugantenne, d.h. oberhalb der Fahrzeugantenne, im Wagenkasten entlang zu führen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass Fahrzeugantennen üblicherweise eine ausgesprochene Richtwirkung haben und nach oben zum Wagenkasten hin aufgrund unterschiedlicher Maßnahmen, wie beispielsweise einer entsprechenden Schirmung, vergleichsweise unempfindlich sind.
- In der Regel ist es nun jedoch nicht wünschenswert, zwecks Umleitung der transienten Störströme auch den Fahrstrom über den Wagenkasten zu führen und beispielsweise am führenden Drehgestell wieder in die Schienen zu leiten. Nachteil hierbei wäre unter anderem, dass auch Ströme von anderen Schienenfahrzeugen in den Wagenkasten gezogen werden würden. Daher erfolgt erfindungsgemäß mittels der kapazitiven Verbindung zwischen dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs und der im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs angeordneten Achse vorteilhafterweise eine Trennung der Strompfade für transienten, hochfrequenten Störstrom und niederfrequenten Betriebsstrom mit einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz.
- Erfindungsgemäß ist die Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs als die mit dem Wagenkasten elektrisch verbundene Achse angeordnet. Dies bedeutet, dass die zumindest eine Fahrzeugantenne von dem Ende des Schienenfahrzeugs aus gesehen hinter der mittels der kapazitiven Verbindung elektrisch mit dem Wagenkasten verbundenen Achse angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass transiente Störströme über die kapazitive Verbindung in den Wagenkasten geleitet werden und somit die auf das Gleis gerichtete, in einem Bereich unterhalb des Wagenkastens angeordnete Fahrzeugantenne auf ihrer passiven Seite passieren. Diese Störstromumleitung über den Wagenkasten hat zur Folge, dass sich der Störstrom in den Schienen unterhalb des Schienenfahrzeugs entsprechend verringert, so dass auf die Fahrzeugantenne ein deutlich kleineres Störmagnetfeld einkoppelt. Im Ergebnis führt dies somit zu einer deutlichen Verbesserung beziehungsweise Erhöhung der Störfestigkeit der Fahrzeugantenne und damit auch des gesamten Zugsicherungssystems gegenüber hochfrequenten, insbesondere transienten Störungen.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug derart ausgestaltet, dass die kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten und die Achse geschalteten Kondensator sowie einen an der Achse vorgesehenen Erdungskontakt umfasst. Hierbei handelt es sich vorteilhafterweise um eine besonders einfache, als solche bewährte Komponenten verwendende Realisierung der kapazitiven Verbindung.
- Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart weitergebildet sein, dass die kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten und der Achse abgestimmt ist, dass der resultierende Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne aufweist. Dies bedeutet, dass die Kapazität der kapazitiven Verbindung derart gewählt ist, dass sie in Verbindung mit der Induktivität der Zuleitung zu der Achse, d.h. beispielsweise zu dem Erdungskontakt, einen Schwingkreis bildet, dessen Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne liegt. Somit weist der durch die kapazitive Verbindung sowie die Induktivität der elektrischen Verbindung gebildete elektrische Schwingkreis beziehungsweise Saugkreis bei der relevanten Frequenz, d.h. bei der Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne, einen besonders geringen komplexen Widerstand auf. Hierdurch wird die kapazitive Erdung vorteilhafterweise zu einer "Saugkreiserdung" erweitert, welche vorzugsweise eine Ableitung von Strömen mit Frequenzen im Bereich der Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne bewirkt. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch eine Umleitung transienter beziehungsweise generell hochfrequenter Ströme über den Wagenkasten und damit aus dem aktiven Bereich der Fahrzeugantenne heraus auch für solche Zugsicherungssysteme ermöglicht wird, deren Übertragungsfrequenz beziehungsweise deren Übertragungsfrequenzen im Megahertz-Bereich liegt. Hierdurch kann eine Verbesserung der Störfestigkeit beispielsweise auch für das europäische Zugsicherungssystem ETCS (European Train Control System) erzielt werden, dessen Empfangskanal in einem Frequenzbereich um 4,2 MHz arbeitet.
- Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart ausgeprägt sein, dass der Wagenkasten und eine im Bereich des anderen Endes des Schienenfahrzeugs angeordnete weitere Achse mittels einer weiteren kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Dies bietet den Vorteil, dass für die hochfrequenten transienten Störströme ein wohldefinierter Rückstrompfad über den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs in beide Richtungen bereitgestellt wird.
- Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug dabei ferner derart weitergebildet, dass zumindest eine weitere Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem anderen Ende des Schienenfahrzeugs als die mit dem Wagenkasten elektrisch verbundene weitere Achse angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass eine in Bezug auf die beiden Enden des Schienenfahrzeugs symmetrische Anordnung geschaffen wird, so dass das Schienenfahrzeug fahrtrichtungsunabhängig und damit besonders flexibel einsetzbar ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Fahrzeugantennen von Zugsicherungssystemen üblicherweise in Fahrtrichtung gesehen in einem vorderen Bereich eines Schienenfahrzeugs angeordnet sind, um eine möglichst frühzeitige Datenübertragung auf das Schienenfahrzeug zu ermöglichen. Bei der genannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs werden hochfrequente Störströme vorteilhafterweise unabhängig von der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs vor der in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung jeweils aktiven Fahrzeugantenne in den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs geleitet, wodurch auf die jeweilige Fahrzeugantenne einwirkende Störmagnetfelder vorteilhafterweise erheblich reduziert werden können.
- Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs umfasst die weitere kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen Wagenkasten und die weitere Achse geschalteten weiteren Kondensator sowie einen an der weiteren Achse vorgesehenen weiteren Erdungskontakt. Analog zu den diesbezüglichen Ausführungen im Zusammenhang mit der kapazitiven Verbindung handelt es sich hierbei um eine besonders einfache und zugleich robuste Ausführungsform der weiteren kapazitiven Verbindung.
- Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart weitergebildet sein, dass die weitere kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten und der weiteren Achse abgestimmt ist, dass der resultierende weitere Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der weiteren Fahrzeugantenne aufweist. Entsprechend den diesbezüglichen Ausführungen im Zusammenhang mit der entsprechenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die kapazitive Verbindung kann hierdurch auch für Störfrequenzen im Megahertz-Bereich eine wirksame Umleitung der entsprechenden Störströme über den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs bewirkt werden. Hierzu ist die Erdung des Wagenkastens über die weitere kapazitive Verbindung und die weitere Achse in Form eines elektrischen Saugkreises ausgebildet.
- Bei dem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug kann es sich grundsätzlich um ein Schienenfahrzeug mit einem beliebigen, für sich bekannten Antrieb handeln. Dies schließt neben elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen beispielsweise auch Dieselfahrzeuge, Dampflokomotiven oder auch Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb ein. Wie eingangs bereits erwähnt können nämlich auch Fahrzeuge ohne eigenen Elektromotor von Störströmen betroffen sein, die von Fremdfahrzeugen verursacht sind.
- Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug elektromotorisch angetrieben und weist einen über einen Stromabnehmer an einen Fahrdraht anbindbaren Transformator auf. Dies ist vorteilhaft, da entsprechende elektromotorisch angetriebene Schienenfahrzeuge mit Wechselspannungsversorgung aufgrund der Anbindung an den Fahrdraht in besonderem Maße transienten Störungen ausgesetzt sind und daher für solche Schienenfahrzeuge eine besonders ausgeprägte Verbesserung der Störfestigkeit der Fahrzeugantenne beziehungsweise des Zugsicherungssystems erzielt wird.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs sind der Wagenkasten und der Rückstromzweig des Transformators mittels einer ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine weitere Reduzierung von Störströmen im Bereich unterhalb der Fahrzeugantenne erzielt werden, so dass sich die Störfestigkeit der Fahrzeugantenne beziehungsweise des Zugsicherungssystems vorteilhafterweise weiter erhöht. Um eine bestmögliche Wirkung zu erzielen, ist die zusätzliche kapazitive Verbindung vorteilhafterweise derart zu realisieren, dass ein erster zusätzlicher Kondensator niederinduktiv zwischen dem Rückstromzweig beziehungsweise der Rückstromleitung des Transformators und dem Wagenkasten eingeschleift beziehungsweise angeordnet wird. Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass der Rückstromleiter direkt über den ersten zusätzlichen Kondensator geführt wird, während der andere Anschluss des ersten zusätzlichen Kondensators flächenhaft, beispielsweise über eine kurze Stromschiene, mit dem Wagenkasten verbunden wird.
- Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug auch derart ausgestaltet sein, dass der Wagenkasten und die Hochspannungsseite des Transformators mittels einer zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Analog zu den Ausführungen im Zusammenhang mit der ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung kann zusätzlich oder alternativ hierzu auch mittels der zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung eine gezielte Einleitung transienter Störströme, die ihren Ursprung im Fahrdraht beziehungsweise im jeweiligen Schienenfahrzeug beziehungsweise deren Wechselwirkung haben, in den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs erfolgen.
- Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug derart weitergebildet, dass das Schienenfahrzeug einen elektromotorischen Antrieb mit einer gleichstromversorgten Traktionsanlage aufweist. Dabei umfasst die Traktionsanlage neben zumindest einem Traktionsstromrichter gegebenenfalls ein dem Traktionsstromrichter vorgeschaltetes Netzfilter. Die genannte bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist vorteilhaft, da entsprechende elektromotorisch angetriebene Schienenfahrzeuge mit Gleichspannungsversorgung aufgrund der Anbindung an den Fahrdraht ebenso wie die zuvor diskutierten Fahrzeuge mit Wechselspannungsversorgung transienten Störungen ausgesetzt sind und daher auch für solche Schienenfahrzeuge eine besonders ausgeprägte Verbesserung der Störfestigkeit der Fahrzeugantenne beziehungsweise des Zugsicherungssystems erzielt werden kann.
- Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug dabei weiterhin derart ausgestaltet, dass der Wagenkasten und der Rückstromzweig der Traktionsanlage mittels einer dritten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind.
- Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs sind der Wagenkasten und die Hochspannungsseite des Eingangs der Traktionsanlage mittels einer vierten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden.
- Die Vorteile der beiden zuvor genannten bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Falle einer Gleichspannungsversorgung entsprechen im Wesentlichen den zuvor bereits beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs im Falle einer Wechselspannungsversorgung, so dass diesbezüglich auf die jeweiligen vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Schienenfahrzeug auch um ein Mehrsystemfahrzeug handeln kann, dass sowohl zur Wechselspannungsversorgung als auch zur Gleichspannungsversorgung vorgesehen ist.
- Bei der Fahrzeugantenne kann es sich grundsätzlich um eine Fahrzeugantenne eines beliebigen Zugsicherungssystems handeln. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass die Fahrzeugantenne auf das Gleis gerichtet ist, d.h. üblicherweise unterhalb des Wagenkastens oder an einem Drehgestell angebracht ist, um eine Kommunikation mit einer im Gleis angeordneten streckenseitigen Einrichtung zu ermöglichen. Bei der streckenseitigen Einrichtung kann es sich hierbei insbesondere um eine Balise, beispielsweise des nationalen spanischen Zugsicherungssystems ASFA, handeln.
- Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist die zumindest eine Fahrzeugantenne eine Fahrzeugantenne des europäischen Zugsicherungssystems ETCS (European Train Control System). Dies ist vorteilhaft, da sich gezeigt hat, dass auch ETCS eine Empfindlichkeit gegenüber Störströmen in den Gleisen aufweist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Störungen bei ETCS üblicherweise zu einer Zwangsbremsung des betreffenden Fahrzeugs führen, wodurch sich erhebliche Verzögerungen und Störung des Schienenverkehrs ergeben können. Vorteilhafterweise bietet das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug somit die Möglichkeit, fahrzeugseitig die Störfestigkeit dieses vergleichsweise neuen, für ganz Europa vorgesehenen Zugsicherungssystems zu verbessern.
- Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug ein elektrischer Triebzug. Dies ist vorteilhaft, da insbesondere auch bei elektrischen Triebzügen mit verteilter Traktion Störungen der Fahrzeugantenne beziehungsweise des jeweiligen Zugsicherungssystems durch hochfrequente Störströme in den Schienen zu beobachten sind.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigt die
- Figur
- in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs.
- In der Figur ist ein Schienenfahrzeug 1 in Form eines elektrischen Triebzuges dargestellt. Dabei ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine Hälfte des Zuges abgebildet. Das Schienenfahrzeug 1 weist einen Endwagen 2, einen Trafowagen 3 sowie einen nur teilweise dargestellten Mittelwagen 4 auf. Die Wagen 2, 3, 4 weisen jeweils einen Wagenkasten 5a, 5b, 5c sowie Drehgestelle 6a, 6b, 6c, 6d, 6e mit Achsen beziehungsweise Rädern 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i, 7j auf.
- Es ist hervorzuheben, dass es sich bei der Darstellung der Figur lediglich um eine zum Zweck der Erläuterung der Erfindung stark vereinfachte, schematische Darstellung handelt. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Wagenkästen 5a, 5b, 5c der Wagen 2, 3, 4 des Schienenfahrzeugs 1 im Folgenden auch in ihrer Gesamtheit als Wagenkasten bezeichnet werden. Dies gilt einerseits vor dem Hintergrund, dass die anhand des Ausführungsbeispiels beschriebene Erfindung auch für Schienenfahrzeuge mit durchgehendem Wagenkasten anwendbar ist; darüber hinaus sind die Wagenkästen 5a, 5b, 5c der Wagen 2, 3, 4 in dem Ausführungsbeispiel der Figur über Potenzialausgleichsleiter 12a, 12b elektrisch miteinander verbunden, so dass sie auch diesbezüglich aus elektrischer Sicht als Einheit betrachtet werden können.
- Entsprechend der Darstellung der Figur ist der Trafowagen 3 über einen Stromabnehmer 15 elektrisch mit einem Fahrdraht 35 verbunden. Die aus dem Fahrdraht 35 entnommene elektrische Energie wird dabei über einen Hauptschalter 14 der Hochspannungsseite eines Transformators 13 des Schienenfahrzeugs 1 zugeführt. Hierbei handelt es sich somit um eine übliche Anbindung der Elektromotoren eines elektromotorisch angetriebenen, wechselstromgespeisten Schienenfahrzeugs an den Fahrdraht 35 beziehungsweise das entsprechende Hochspannungsnetz.
- Es sei darauf hingewiesen, dass die folgenden Ausführungen im Wesentlich analog für den Fall eines elektromotorisch angetriebenen Schienenfahrzeugs mit Gleichspannungsversorgung, beispielsweise mittels einer Gleichspannung von 600 V, 750 V, 1,5 kV oder 3 kV, gelten. In diesem Fall ist in der Figur im Wesentlichen lediglich der Transformator 14 durch eine Traktionsanlage zu ersetzen, die neben zumindest einem Traktionsstromrichter gegebenenfalls ein dem Traktionsstromrichter vorgeschaltetes Netzfilter umfasst, wobei die übrigen Komponenten hiervon weitgehend unberührt bleiben. Darüber hinaus kann es sich bei dem Schienenfahrzeug auch um ein Mehrsystemfahrzeug handeln, das sowohl zur Gleichspannungsversorgung als auch zur Wechselspannungsversorgung vorgesehen ist, wobei die folgenden Ausführungsbeispiele jeweils für beide Systeme anwendbar sind.
- Der Trafowagen 3 beziehungsweise genauer die Achsen 7f und 7g des Trafowagens 3 weisen Erdungskontakte 10a, 10b für die Betriebserdung auf. Darüber hinaus ist bei der Achse 7j des Mittelwagens 4 ein Erdungskontakt 11 für die Schutzerdung vorgesehen.
- Bei alleinigem Vorhandensein der zuvor genannten Komponenten würden transiente Störungen, die zwischen dem Stromabnehmer 15 und dem Fahrdraht 35 entstehen, über parasitäre Kapazitäten CP und CD auf den Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 gelangen. Von dort würde der derart kapazitiv eingekoppelte hochfrequente Störstrom über den Potenzialausgleichsleiter 12b zum Mittelwagen fließen und über den Erdungskontakt der Schutzerdung 11 auf die Schienen 30 gelangen. Darüber hinaus würden Störströme auch direkt über den Hauptschalter 14 oder - insbesondere sofern der Hauptschalter 14 geöffnet ist - über die parasitäre Kapazität CHS des Hauptschalters 14 sowie über die parasitäre Wicklungskapazität CTR des Transformators 13 und die Erdungskontakte für die Betriebserdung 10a, 10b auf die Schienen 30 gelangen. Passiert ein entsprechender Störstrom nun die Schienen beziehungsweise das Gleis 30 in Höhe einer Fahrzeugantenne 25 eines Zugsicherungssystems, koppelt das den Störstrom umgebende Magnetfeld auf die Fahrzeugantenne 25 ein. In Abhängigkeit von der Modulation, dem Frequenzbereich und der Amplitude der Signalübertragung des Zugsicherungssystems, zu dem die Fahrzeugantenne 25 gehört, kann es durch die Überlagerung dieses transienten Magnetfeldes mit dem Nutzmagnetfeld der Fahrzeugantenne 25 zu Störungen im Empfangskanal des Zugsicherungssystems kommen.
- Von Störströmen der zuvor beschriebenen Art sind insbesondere elektrische Triebzüge im Wechselstrom- und/oder Gleichstrombetrieb mit verteilter Traktion betroffen. Darüber hinaus sind insbesondere solche Arten von Zugsicherungssystemen gegenüber entsprechenden Störungen anfällig, die zu einem gegebenen Zeitpunkt jeweils nicht mit zwei, sondern nur mit einer Fahrzeugantenne arbeiten. Ursache hierfür ist, dass bei der Verwendung lediglich einer Fahrzeugantenne die Möglichkeit einer Gleichtaktunterdrückung der Störfelder entfällt. Entsprechende Zugsicherungssysteme, die jeweils nur eine aktive Fahrzeugantenne aufweisen, verwenden üblicherweise Balisen im Gleisbett.
- Um nun die Störfestigkeit entsprechender Zugsicherungssysteme durch fahrzeugseitige Maßnahmen zu erhöhen, sind der Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs 1 angeordnete Achse 7a mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden. Dabei umfasst die kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten 5a, 5b, 5c und die Achse 7a geschalteten Kondensator 16 sowie einen an der Achse 7a vorgesehenen Erdungskontakt 17. Dies bedeutet, dass die erste Achse 7a des Schienenfahrzeugs 1 über den Kondensator 16 mit dem Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 verbunden ist. Vorzugsweise weist darüber hinaus auch eine weitere Achse im Bereich des in der Figur nicht dargestellten anderen Endes des Schienenfahrzeugs 1 einen weiteren Erdungskontakt auf und ist mittels dieses weiteren Erdungskontakts sowie über einen weiteren Kondensator ebenfalls an den Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 angebunden.
- Entsprechend der Darstellung der Figur ist die Fahrzeugantenne 25 bezogen auf eine nach links verlaufende Fahrtrichtung hinter der elektrisch mit dem Wagenkasten 5a des Schienenfahrzeugs 1 verbundenen Achse angeordnet, d.h. die Fahrzeugantenne 25 weist einen größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs 1, in dessen Bereich sie angeordnet ist, als die mit dem Wagenkasten 5a elektrisch verbundene Achse 7a auf. Hierbei wird die Fahrzeugantenne 25 aus Platzgründen vorzugsweise nach dem ersten Drehgestell 6a des Schienenfahrzeugs 1 angeordnet.
- Als weitere Maßnahme zur Reduzierung der auf die Fahrzeugantenne 25 einwirkenden Störströme sind der Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 und der Rückstromzweig des Transformators 13 mittels einer ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden. Hierzu sind erste zusätzliche Kondensatoren 19a und 19b vorgesehen. Die ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b bewirken somit, dass hochfrequente Ströme aus dem Rückstromzweig des Transformators 13 ebenfalls in den Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 eingeleitet werden.
- Alternativ oder zusätzlich zu der zuvor genannten Maßnahme ist in der Figur darüber hinaus auch die Möglichkeit gezeigt, dass der Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 und die Hochspannungsseite des Transformators 13 mittels einer zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. Dabei weist die zweite zusätzliche kapazitive Verbindung einen zweiten zusätzlichen Kondensator 20 in Form eines Hochspannungskondenstors auf. Hierdurch werden hochfrequente Störströme bereits auf der Hochspannungsseite des Transformators 13 in den Wagenkasten 5a, 5b, 5c des Schienenfahrzeugs 1 beziehungsweise genauer in den Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 geleitet.
- Die sich unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Maßnahmen ergebenden Wege des transienten Störstromes sind in der Figur durch entsprechende kleine Pfeile angedeutet. So bleiben die transienten Störströme, die vom Dachgarten kapazitiv in den Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 einkoppeln, wegen der induktiven Verkopplung zwischen dem Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 und dem Fahrdraht 35 bevorzugt in dem Wagenkasten 5b des Trafowagens 3. Über den Potenzialausgleichsleiter 12a gelangen die Störströme im Weiteren zum Endwagen 2 und fließen dort über den Kondensator 16 und den Erdungskontakt 17 in die Schienen beziehungsweise das Gleis 30.
- Der Anteil der transienten Störströme, der über die Wicklungskapazität CTR des Transformators 13 fließt, gelangt über die ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b zwischen dem Rückstrompfad des Transformators 13 und dem Wagenkasten 5b des Trafowagens 3 auf den Wagenkasten 5b und fließt von dort wieder über den Potenzialausgleichsleiter 12a sowie den Kondensator 16 und der Erdungskontakt 17 in die Schienen 30. Wird zusätzlich oder alternativ zu den ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b im Rückstrompfad des Betriebsstroms der zweite zusätzliche Kondensator 20 im Hochspannungspfad des Transformators 13 angeordnet, nimmt auch hier der hochfrequente Anteil des Stroms den Weg über den Potenzialausgleichsleiter 12a, den Wagenkasten 5a, den Kondensator 16 sowie den Erdungskontakt 17 und die Achse 7a in die Schienen beziehungsweise das Gleis 30.
- Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass in der Figur lediglich ein Teil des Schienenfahrzeugs 1 dargestellt ist. Sofern das Schienenfahrzeug 1 einen weiteren Trafowagen aufweist, entspricht dieser hinsichtlich der vorgesehenen Komponenten vorzugsweise dem gezeigten Trafowagen 3. Gleiches gilt analog hinsichtlich des Aufbaus des anderen Endwagens des Schienenfahrzeugs 1.
- In den zuvor beschriebenen Fällen bevorzugt der transiente Störstrom somit aufgrund der induktiven Kopplung zur Oberleitung, d.h. zum Fahrdraht 25, und dem sehr niederimpedanten, gut leitenden Wagenkasten 5a, 5a, 5c als Rückstrompfad den Wagenkasten 5a, 5b, 5c, so dass nur noch ein kleiner Teil des Störstroms unter dem Schienenfahrzeug 1 in den Schienen 30 fließt. Dadurch, dass die Fahrzeugantenne 25 hinter der kapazitiven Erdung des Wagenkastens 5a, 5b, 5c, d.h. hinter der kapazitiven Verbindung zwischen dem Wagenkasten 5a und der Achse 7a angeordnet ist, koppelt auf die Fahrzeugantenne 25 ein deutlich kleineres Störmagnetfeld ein, da der Störstrom im Bereich der Schienen beziehungsweise des Gleises 30 unterhalb des Schienenfahrzeugs 1 durch die Umleitung der insbesondere transienten Störströme über den Wagenkasten 5a, 5b, 5c entsprechend kleiner geworden ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Störfestigkeit der Fahrzeugantenne 25 beziehungsweise des zugehörigen Zugsicherungssystems deutlich verbessert.
- Um die Störfestigkeit in entsprechender Weise auch für Fahrzeugantennen mit hohen Übertragungsfrequenzen, d.h. etwa im Megahertz-Bereich, zu verbessern, weist die kapazitive Verbindung vorteilhafterweise eine Kapazität auf, die derart auf die Induktivität 18 der elektrischen Verbindung zwischen den Wagenkasten 5a des Endwagens 2 und der Achse 7a abgestimmt ist, dass der resultierende Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne 25 aufweist. Sofern eine entsprechende Abstimmung nicht erfolgen würde, würde die Induktivität der Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator 16 und dem Raderd- beziehungsweise Erdungskontakt 17 bei hohen Frequenzen einen zu hohen komplexen Widerstand bilden, so dass die Ableitung der Störung über den Kondensator 16 unter Umständen nicht mehr zufriedenstellend arbeiten würde.
- Durch die Abstimmung der Kapazität des Kondensators 16 auf die Induktivität 18 der Verbindungsleitung wird nun eine auf die Übertragungs- beziehungsweise Signalisierungsfrequenz der Fahrzeugantenne 25 abgestimmte "Saugkreiserdung" realisiert. Hierdurch wird eine Ableitung der Störströme in zuverlässiger Art und Weise auch für hohe Frequenzen, etwa im Megahertz-Bereich, gewährleistet. Dies bietet den Vorteil, dass eine Erhöhung der Störfestigkeit beispielsweise auch für das europäische Zugsicherungssystem ETCS ermöglicht wird, das im Empfangskanal in einem Frequenzbereich um etwa 4,2 MHz arbeitet.
- Es sei darauf hingewiesen, dass das beschriebene Prinzip des abgestimmten Saugkreises in entsprechender Weise grundsätzlich auch bezüglich der ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b beziehungsweise bezüglich des zweiten zusätzlichen Kondensators 20 einsetzbar ist. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass hier eine niederinduktive Anbindung zwischen Hochspannungs- beziehungsweise Rückstromleitung und dem Wagenkasten 5a, 5b, 5c nicht möglich ist, da beispielsweise Stichleitungen zu den ersten zusätzlichen Kondensatoren 19a, 19b oder zu dem zweiten zusätzlichen Kondensator 20 erforderlich sind.
- Im Folgenden wird beispielhaft beschrieben, wie eine Abstimmung der Kapazität der kapazitiven Verbindung, d.h. des Kondensators 16, auf die Induktivität 18 der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten 5a und der Achse 7a erfolgen kann. So kann dies beispielsweise derart geschehen, dass einmalig für eine Fahrzeugserie - vorzugsweise am ersten gebauten Fahrzeug - die Kapazität 16, d.h. die Saugkreiskapazität, bestimmt wird. Hierzu kann zunächst die Kapazität 16 bei geschätzter Leitungsinduktivität von beispielsweise etwa 1 µH/m der Verbindungsleitung zum Erdungskontakt 17 und gegebener Empfangsfrequenz des Zugsicherungssystems nach folgender Formel rechnerisch bestimmt werden:
- Anschließend kann ein Kondensator mit der so bestimmten Kapazität in die Verbindungsleitung zum Raderd- beziehungsweise Erdungskontakt 17 eingebracht beziehungsweise eingeschleift werden. Hierbei ist die reale Einbausituation des Kondensators 16 für die Serienlösung genau nachzubilden, um den Einfluss parasitärer Kapazitäten und Induktivitäten schon im Versuchsaufbau mit zu berücksichtigen. In einem Versuch kann anschließend die Resonanzfrequenz des so gebildeten Schwingkreises ermittelt werden. Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass die Zuleitung zum Erdungskontakt 17 mit einer Leitung umwickelt wird, welche einen Ausgang eines Prüfgenerators mit einem Innenwiderstand von beispielsweise 50 Ω kurzschließt. Die Spannung am Kondensator 16 wird abgegriffen und gemessen, was beispielsweise mittels eines Oszilloskops und eines vorgeschalteten 10:1-Tastkopfes mit 10 MΩ Innenwiderstand geschehen kann. Durch eine Variation der Frequenz wird das Spannungsmaximum im Kondensator 16 ermittelt und die entsprechende Frequenz abgelesen. Unter Berücksichtigung der parasitären Kapazität des Tastkopfes kann nun die Leitungsinduktivität genau bestimmt werden. Bei einer erneuten Messung mit einem Kondensator 16, der eine entsprechend abgeänderte Kapazität aufweist, sollte dann die Frequenz, bei der das Spannungsmaximum auftritt, mit der Übertragungsfrequenz der Zugsicherungssystems im Wesentlichen übereinstimmen.
- Generell ist anzustreben, Bauteiletoleranzen bei unterschiedlichen Fahrzeugen einer Serie möglichst gering zu halten, damit der zuvor beschriebene Abgleichvorgang lediglich einmalig erforderlich ist. Dies kann für die Leitungsinduktivität durch eine gleich bleibende Länge der kapazitiven Verbindung sowie einen gleichen Verlegeweg durch Kabelschellen zum Erdungskontakt 17 erreicht werden. Vorzugsweise sollte der Kondensator 16 darüber hinaus eine möglichst geringe Toleranz sowie Temperatur- und Langzeitdrift aufweisen.
- Sofern die Güte des Saugkreises vergleichsweise gering ist, d.h. keine zu starke Überhöhung der Resonanzkurve vorliegt, hat dies den Effekt beziehungsweise Vorteil, dass in diesem Fall der Saugkreis breitbandig wirkt und Bauteiletoleranzen beziehungsweise -driften einen vergleichsweise geringen Einfluss auf die Wirksamkeit der Schaltung haben.
- Entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ermöglicht es das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug durch vergleichsweise einfache und mit einem vergleichsweise geringen Kostenaufwand verbundene fahrzeugseitige Maßnahmen, die Störfestigkeit von auf das Gleis gerichteten Fahrzeugantennen beziehungsweise der zugehörigen Zugsicherungssysteme deutlich zu verbessern.
Claims (15)
- Schienenfahrzeug (1) mit zumindest einer zum Gleis (30) gerichteten Fahrzeugantenne (25) eines Zugsicherungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass- der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) des Schienenfahrzeugs (1) und eine im Bereich eines Endes des Schienenfahrzeugs (1) angeordnete Achse (7a) mittels einer kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind und- die zumindest eine Fahrzeugantenne (25) in einem größeren Abstand von dem Ende des Schienenfahrzeugs (1) als die mit dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) elektrisch verbundene Achse (7a) angeordnet ist.
- Schienenfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und die Achse (7a) geschalteten Kondensator (16) sowie einen an der Achse vorgesehenen Erdungskontakt (17) umfasst. - Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der Achse (7a) abgestimmt ist, dass der resultierende Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der Fahrzeugantenne (25) aufweist. - Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und eine im Bereich des anderen Endes des Schienenfahrzeugs (1) angeordnete weitere Achse mittels einer weiteren kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. - Schienenfahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Fahrzeugantenne in einem größeren Abstand von dem anderen Ende des Schienenfahrzeugs (1) als die mit dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) elektrisch verbundene weitere Achse angeordnet ist. - Schienenfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die weitere kapazitive Verbindung einen elektrisch zwischen den Wagenkasten und die weitere Achse geschalteten weiteren Kondensator sowie einen an der weiteren Achse vorgesehenen weiteren Erdungskontakt umfasst. - Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die weitere kapazitive Verbindung eine Kapazität aufweist, die derart auf die Induktivität der elektrischen Verbindung zwischen dem Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der weiteren Achse abgestimmt ist, dass der resultierende weitere Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich einer Übertragungsfrequenz der weiteren Fahrzeugantenne aufweist. - Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (1) elektromotorisch angetrieben ist und einen über einen Stromabnehmer (15) an einen Fahrdraht (35) anbindbaren Transformator (13) aufweist. - Schienenfahrzeug nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der Rückstromzweig des Transformators (13) mittels einer ersten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. - Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und die Hochspannungsseite des Transformators (13) mittels einer zweiten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. - Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (1) einen elektromotorischen Antrieb mit einer gleichstromversorgten Traktionsanlage aufweist. - Schienenfahrzeug nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und der Rückstromzweig der Traktionsanlage mittels einer dritten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. - Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenkasten (5a, 5b, 5c) und die Hochspannungsseite des Eingangs der Traktionsanlage mittels einer vierten zusätzlichen kapazitiven Verbindung elektrisch verbunden sind. - Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Fahrzeugantenne (25) eine Fahrzeugantenne des europäischen Zugsicherungssystems ETCS (European Train Control System) ist. - Schienenfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (1) ein elektrischer Triebzug ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL10757180T PL2483126T3 (pl) | 2009-09-29 | 2010-08-25 | Pojazd szynowy |
Applications Claiming Priority (2)
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