Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeugsystem, das Funktionseinheiten zur Bildung eines Zuges aufweist.
Übliche Schienenfahrzeugkonzepte beruhen auf einer Funktionsaufteilung zwischen "Transportgeschwindigkeit erzeugen", realisiert durch eine Lokomotive (Lok) und "Transportgut aufnehmen", realisiert durch Waggons. Basierend auf dieser starren Funktionsaufteilung sind unterschiedliche Lok-/Zugtypen entstanden.
Unterfunktionen der Transportgeschwindigkeitserzeugung sind die Funktionen "Antreiben" and "Bremsen". Die Beschleunigungskräfte der Funktion "Antreiben" werden ausschließlich über den Rad/Schiene-Kontakt der Lok übertragen, zum Bremsen wird zusätzlich die Bremse mit ihren Waggon-Rad/Schiene-Kontakten hinzugezogen. Der Lokantrieb kann bei elektrisch angetriebenen Einheiten im Bremsbetrieb generatorisch genutzt werden, wobei die gewonnene Energie in das Netz zurückgespeist oder über einen Bremswiderstand vernichtet wird. Auch bei diesel- bzw. dieselelektrisch angetriebenen Einheiten ist prinzipiell eine (Rück)gewinnung von elektrischer Energie realisierbar. Die Zugbremse arbeitet dagegen pneumatisch/mechanisch und ermöglicht keine Energierückspeisung. Sie ist starkem Verschleiß ausgesetzt und verursacht hohe Betriebskosten.
Im Personenbeförderungsbereich sind erste Tendenzen in Richtung einer anderen Funktionsaufteitung erkennbar, Im ICE3 werden beispielsweise erstmals "Antriebsdrehgesteile" zum Einsatz kommen, die jedoch nicht konsequent über den gesamten Zug verteilt sind. Beim ICE3 gibt es nichtangetriebene Achsen und damit Bedarf an einem stark ausgeprägten pneumatischen Lok-/Zugbremssystem.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeugsystem anzugeben, das einen universellen, bedarfsabhängigen und während der Betriebszeit veränderbaren Zugaufbau ermöglicht und dabei Verbesserungen bezüglich des Energiebedarfs und der Betriebskosten erwarten läßt,
Diese Aufgabe wird durch ein Schienenfahrzeugsystem mit modularen Funktionseinheiten gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Das Schienenfahrzeugsystem weist als modular zusammensetzbare Funktionseinheiten Verbindungsdrehgestelle und darauf aufsetzbare Funktionseinheiten, Steuereinheiten und Transporteinheiten auf. Die Verbindungsdrehgestelle übernehmen neben der Tragefunktion von Steuer-, Versorgungs- oder Transporteinheiten sowohl die Antriebs- und Bremsfunktion als auch eine Kupplungsfunktion wahr. Das damit vorgeschlagene Zugbaukastensystem weist eine Reihe von Vorteilen auf. Die Funktionseinheiten sind beliebig zu einem Zug zusammenstellbar, wobei a!le Radsätze elektrisch angetrieben bzw. gebremst sind. Die Motorisierung der Verbindungsdrehgestelle kann lastabhängig in Baureihen für unterschiedliche Leistungen realisiert werden. Es sind Verbindungsdrehgestelle unterschiedlicher Leistung kombinierbar. Auf den Verbindungsdrehgestellen sind Transporteinheiten unterschiedlicher Art anordenbar. Transporteinheiten für Personen und für Güter sind in einem Zug kombinierbar. Die Transporteinheiten für Güter können sich in üblicher Weise unterscheiden nach Containertransport, Schüttgut-Transport und anderem Transport. Steuereinheiten sind am Zuganfang und/oder Zugende anordenbar, wobei die Steuereinheiten unabhängig von der Zugart und der Antriebsleistung sein kännen.
In Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindungsdrehgestelle so ausgeführt, daß die Verbindung zweier Verbindungsdrehgestellhälften mechanisch, magnetisch/elektromagnetisch oder auch berührungsfrei und antriebsgesteuert erfolgen kann. Ein An- oder Abkoppeln weiterer Einheiten, wie Versorgungseinheiten, Steuereinheiten und/oder Transporteinheiten auf den entsprechenden Verbindungsdrehgestellhälften ist vorteilhaft auch während der Fahrt möglich.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung beispielhaft dargestellten Zuges.
Fig. 1 zeigt einen modular zusammengesetzten Zug 1, bei dem auf Verbindungsdrehgestellen 2 Versorgungseinheiten 3 Steuereinheiten 4 und Transporteinheiten 5 aufgesetzt sind.
Die Verbindungsdrehgestelle 2 weisen jeweils wenigstens zwei Achsen mit jeweils einer elektrischen Antriebs/Bremseinheit auf. Sie sind teilbar ausgeführt, so daß sie eine Kupplungsfunktion übernehmen. Solche Verbindungsdrehgestelle 2 werden mit unterschiedlichen Antriebs/Bremsleistungen zur Verfügung gestellt. Als Sondermodul im Sinne eines Zugbaukastens sind auch Verbindungsdrehgestelle möglich, bei denen nur eine der Achsen angetrieben bzw. gebremst ist.
Die Versorgungseinheiten 3 enthalten die notwendigen Einrichtungen, wie Stromabnehmer 6, Transformator und Stromrichter zur Stromentnahme aus einer Fahrleitung und zur Energierücklieferung in die Fahrleitung oder zur Wandlung von fossiler Energie in elektrische Energie. Auch die Versorgungseinheiten 3 werden im Schienenfahrzeugsystem für unterschiedliche Leistungen zur Verfügung gestellt. Universell einsetzbare Steuereinheiten 4 können dagegen last- oder leistungsunabhängig ausgeführt sein.
Transporteinheiten 5 sind unterschiedlich ausgeführt je nach Personen- oder Gütertransport und auch nach der Art des zu transportierenden Gutes.
Es sind mehrere Versorgungseinheiten 3 im Zug anordenbar zur Anpassung an die jeweilige Antriebsleistung und um den Zug teilbar auszuführen.
Ein so gebildeter Zug enthält in der Regel ausschließlich elektrisch angetriebene und gebremste Achsen, wodurch eine gesteigerte Energierückspeisung ermöglicht ist. Die Gesamtenergiebilanz eines Bahnsystems wird erheblich verbessert. Pneumatisch bzw. mechanisch wirkende Bremsen sind zwar zusätzlich erforderlich, ihr Einsatz ist jedoch wesentlich verringert. Eine Geringerdimensionierung und Verschleißreduktion können verwirklicht werden. Die Antriebsleistung läßt sich gut an den tatsächlichen temporär bedingten Bedarf anpassen.
Eine Leistungsstufung der Verbindungsdrehgestelle und Versorgungseinheiten im Sinne einer Baureihengestaltung erlaubt es, in personentransportschwachen Betriebszeiten Gütertransportelemente im Personenzugverband mitzuführen. Es ist denkbar, daß Steuereinheiten nach einer an einer beliebigen Stelle des Zugverbandes durchgeführten Zugtrennung - eventuell sogar während der Fahrt - mit den so entstandenen Teilzügen separat zu unterschiedlichen Zielbahnhöfen weiterfahren bzw. mit anderen, in gleicher Weise konzipierten Teilzügen zu neuen Mischverbänden gekoppelt werden könnten. Dadurch kann die Transportkapazität einzelner Trassen optimiert und eine verbesserte Zuglaufplanung ermöglicht werden.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugsystemes sind in die einzelnen Verbindungsdrehgestelle 2 dezentrale Controller (Steuereinheiten) integriert. In einer Steuereinheit 4 befindet sich ein zentraler Fahrzeugsteuerungsrechner. Die aktuelle Belastung der einzelnen Achsen der Verbindungsdrehgestelle 2 wird über Lastsensoren erfaßt und dem entsprechenden dezentralen Controller mitgeteilt. Jeder der dezentralen Controller ist damit in die Lage versetzt, in Kommunikation mit dem zentraler Fahrzeugsteuerungsrechner über ein Bussystem die einzeinen Achsen individuell, in Abhängigkeit vom aktuellen Belastungsfall und Zugzustand bedarfsgerecht zu regeln, also anzutreiben oder abzubremsen. Weiterhin wird dadurch ein antriebsgekoppeiter Zugverbund ermöglicht, bei dem alle Einheiten, wie Versorgungseinheiten 3, Steuereinheiten 4 und Transporteinheiten 5 antriebsgeregelt ohne direkten Bedarf einer mechanischen oder elektromagnetischen Kupplung hintereinander fahren.