!HU000220730B1_! SZABADALMI LEÍRÁS
(19) Országkód
HU
(21) A bejelentés ügyszáma: P 96 01446 (22) A bejelentés napja: 1995. 09. 23. (30) Elsõbbségi adatok: G 94 15 770.7 1994. 09. 30. DE (86) Nemzetközi bejelentési szám: PCT/EP 95/03778 (87) Nemzetközi közzétételi szám: WO 96/10508
(11) Lajstromszám:
220 730 B1 (51) Int. Cl.7
B 61 C 5/00 B 61 C 7/04 B 61 C 9/08 B 61 D 13/00
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG MAGYAR SZABADALMI HIVATAL
(40) A közzététel napja: 1997. 07. 28. (45) A megadás meghirdetésének dátuma a Szabadalmi Közlönyben: 2002. 05. 28.
(72) Feltaláló: Tegeler, Ferdinand, Berlin (DE)
(73) Szabadalmas: Daimler Chrysler AG, Stuttgart (DE) (74) Képviselõ: Kis Kovács Ferencné, DANUBIA Szabadalmi és Védjegy Iroda Kft., Budapest
(54)
Motoros vasúti jármû személyszállításhoz
KIVONAT
1. ábra
A leírás terjedelme 18 oldal (ezen belül 6 lap ábra)
hatóan dízel-mechanikus hajtás vagy dízel-elektromos hajtás, vagy tisztán elektromos hajtás vagy dízel-elektromos és tisztán elektromos hajtásból álló kombinált többrendszerû hajtás, vagy két különbözõ elektromos hajtásváltozatból álló kombinált többrendszerû hajtás vagy dízel-elektromos és két különbözõ elektromos hajtásváltozatból álló kombinált többrendszerû hajtás és a hajtómû egymás mellett párhuzamosan a kocsiszekrény mindegyik motorkocsifejrésze (14, 15) alatt a motorkocsifejrész (14, 15) homlokoldali vége és a hozzárendelt futómû (20) között van elrendezve.
HU 220 730 B1
Motoros vasúti jármû személyszállításhoz, amelynek legalább egy kocsiszekrény által képzett kocsirésze utasokat befogadó utastérrel és legalább az egyik homlokoldalon elrendezett vezetõállással, a kocsiszekrény végrészeihez képest lesüllyesztett középsõ résszel (12) és legalább egy, a középsõ részhez (12) képest megemelt motorkocsifejrészként (14, 15) kiképzett végrésszel van ellátva, kerekeket tartalmazó futómûvei (20) és hajtóegysége van, amelyet hajtás és hajtómû képez. A találmány szerint a motoros vasúti jármû (10) mindkét végrésze motorkocsifejrészként (14, 15) van kiképezve. A választ-
1
HU 220 730 B1
A találmány tárgya motoros vasúti jármû személyszállításhoz, amelynek legalább egy kocsiszekrény által képzett kocsirésze utasokat befogadó utastérrel és legalább egyik homlokoldalon elrendezett vezetõállással, a kocsiszekrény végrészeihez képest lesüllyesztett középsõ résszel és legalább egy, a középsõ részhez képest megemelt, motorkocsifejrészként kiképzett végrésszel van ellátva, továbbá kerekeket tartalmazó futómûvei és legalább egy hajtóegysége van, ahol a hajtóegységet a futómû legalább egy tengelyét hajtó hajtás és hajtómû együttesen képezi. Ilyen jellegû motoros vasúti jármûvet ismertet az EP 0 058 914 A1. A személyszállításra szolgáló motoros vasúti jármûvek (motorkocsi, vontatójármû) régóta általánosan ismertek, például motorkocsiként vagy villamosan hajtott motorkocsiként a helyi (városi) gyorsvasúti forgalomhoz, ezeket szokásosan nagy utasforgalmat lebonyolító szakaszokon személyek helyi szállítására alkalmazzák. Lényegében a hajtás, vagy dízel-elektromos vagy tisztán elektromos hajtás miatt fellépõ igénybevételek miatt az ismert motorkocsik az érvényes szabványoknak és szállítási feltételeknek megfelelõen nagy erõk felvételére alkalmasan vannak kiképezve, ami hátrányosan hat a szerkezeti kialakításra és ebbõl kifolyólag a tömegre is. Az ilyen jellegû tömegszállítási jármûvek alkalmazása során fellépõ további probléma a hajtóegységek energiaellátásával kapcsolatos. A vasúti pályák villamosítása ugyan folyamatosan fejlõdik, így a fõszakaszok túlnyomó részben villamosan hajtott jármûvekkel járhatók be, viszont létezik még mindig számos mellékszakasz, amelyek nincsenek villamosítva és ezért más hajtási koncepciót igényelnek. Ebbõl egy további probléma adódik, éspedig hogy bizonyos vonalszakaszokon, például hosszabb alagútszakaszokon kizárólag emissziómentes, azaz villamosan hajtott jármûvek engedélyezettek. Emisszióval jellemezhetõ jármûvek, például dízel-motorkocsik nem hajthatnak be az alagútba, így az ezekkel szállított utasoknak villamosan hajtott jármûvekbe kell átszállni. Ezenkívül belvárosi célállomásokkal ellátott regionális célpontok összekapcsolása esetén gyakran kívánatos, hogy olyan jármû álljon rendelkezésre, amely egyrészt a városi vasút- vagy földalatti vasúthálózatban alkalmazható, másrészt pedig a regionális tartományban egy felsõ vezetékrõl vagy hálózattól függetlenül üzemeltethetõ. Így például az EP 0 058 914 A1 számú irat személyszállításhoz olyan motoros vasúti jármûvet ismertet, amelynek kocsiszekrény által képzett kocsirésze van. A kocsirész utasokat befogadó utastérrel és legalább az egyik homlokoldalon kiképzett vezetõállással van ellátva. A kocsirész középsõ része a kocsiszekrény végrészeihez képest le van süllyesztve. Az egyik végrész pedig motorkocsifejrészként van kiképezve. Hajtóegységként tisztán elektromos hajtást alkalmaznak. A GB 421 698 számú irat belsõ égésû motorral ellátott motoros vasúti jármûvet ismertet, ahol a jármû elõ-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
nyösen mindkét végén elhelyezkedõ futómûvek egyegy saját hajtás által vannak meghajtva, amely a hajtott tengelyek között van elrendezve. A DE 24 09 333 A1 számú irat hajtómotorral, különösen dízelmotorral hajtott hidrodinamikus hajtómûvel ellátott mozdonyt ismertet, ahol a hajtómû a mozdony hajtókerekeivel van összekapcsolva. A fentiekben vázolt technika állásából kiindulva a találmány révén megoldandó feladat abban van, hogy olyan, a bevezetõben leírt tárgykörbe tartozó motoros vasúti jármûvet hozzunk létre, amely a helyi személyforgalomban való alkalmazást teszi lehetõvé, azaz tetszõleges, a megállók közötti rövid távolságokkal jellemezhetõ vasúti szakaszokon alkalmazható, ennek során az utasok számára megszakításmentes utazást biztosít és a peron magasságától függõen lehetõleg egylépcsõs vagy lépcsõmentes beszállást tesz lehetõvé, amelynél továbbá a szükséges hajtóteljesítmény a mindenkori igényekhez igazítható és a hajtás jellege az igényektõl függõen választható és kombinálható. A feladat megoldására személyszállításhoz olyan motoros vasúti jármûvet hoztunk létre, ahol a találmány szerint a motoros vasúti jármû mindkét végrésze, önmagában ismert módon, motorkocsifejrészként van kiképezve, ahol a választhatóan dízel-mechanikus hajtás vagy dízel-elektromos hajtás vagy, tisztán elektromos hajtás vagy dízel-elektromos hajtásból és tisztán elektromos hajtásból álló kombinált többrendszerû hajtás, vagy két különbözõ elektromos hajtásváltozatból álló kombinált többrendszerû hajtás vagy egy dízelelektromos hajtásból és két különbözõ elektromos hajtásváltozatból álló kombinált többrendszerû hajtás és a hajtómû mindenkor egymás mellett párhuzamosan a kocsiszekrény mindegyik motorkocsifejrésze alatt a motorkocsifejrész homlokoldali vége és a hozzárendelt futómû között van elrendezve. Eszerint a találmány egyrészt azt a lehetõséget biztosítja, hogy az utastér padlószintje és a mindenkori peronszintje közötti távolságot az ismert motoros vasúti jármûvekkel összehasonlítva lényegesen csökkentsük, és másrészt különbözõ jellegû hajtások számára egy alapmodellt alkalmazhassunk, vagy tetszõleges vonalszakaszokat kombinált hajtással járhassunk be anélkül, hogy az installált hajtáskomponens helyileg tiltott alkalmazása miatt az utazást meg kellene szakítani. Elõnyös az olyan kiviteli alak is, amelynél a motoros vasúti jármû legalább egy végrésze motorkocsifejrészként van kiképezve, amely az ott elrendezett vezetõállással van ellátva, amely felõl a motoros vasúti jármû vezérelhetõ. Hajtóegységként szintén választhatóan dízel-mechanikus hajtás vagy dízel-elektromos hajtás, vagy tisztán elektromos hajtás vagy dízel-elektromos és tisztán elektromos hajtásból kombinált, többrendszerû hajtás, vagy két eltérõ elektromos hajtásváltozatból kombinált többrendszerû hajtás vagy egy, dízel-elektromos hajtásból és két eltérõ elektromos hajtásváltozatból kombinált többrendszerû hajtás van kiképezve, amely elõnyösen az egyik végrész alatt, elõnyösen a motorkocsifejrész alatt van elrendezve és a futómû legalább egy tengelyével van hajtókapcsolatban.
1
HU 220 730 B1
Elõnyös, ha a hajtás hûtõkörrel ellátott dízelmotor által képzett dízelmechanikus hajtásként van kiképezve, ahol a dízelmotor hajtómûvel együttmûködõ kapcsolatban van és mindenkor a kocsiszekrény motorkocsifejrésze alatt van elrendezve. Célszerû, ha a dízelmotor homlokkerekeken keresztül a hajtómûvel van kapcsolatban és csuklós tengelyen keresztül a hozzárendelt futómûvel van együttmûködõ kapcsolatban. Elõnyös, ha a dízelmotor és a hajtómû egymás mellett párhuzamosan van elrendezve. Célszerû, ha a dízel-mechanikus hajtás automatikus többfokozatú hajtómûvel van ellátva, amely elfordulás szempontjából rugalmas tengelykapcsolón keresztül a dízelmotorral van együttmûködõ kapcsolatban. Célszerû továbbá, ha a hajtómû bolygómûként van kiképezve. Elõnyös, ha a hajtómû indítási átalakítóval van ellátva. Az indítási átalakító – stacioner üzemben áthidalható – hidrodinamikus átalakítóként lehet kiképezve. Elõnyös, ha az indítási átalakító és a hajtómû között egy, az összes fokozatban a fellépõ fékezõteljesítményt folyamatosan elvezetõ hidrodinamikus fékezõszerkezet van elrendezve. Célszerû, ha a hajtómû és a fékezõszerkezet veszteséghõjét elvezetõ hõcserélõvel van ellátva, amely a dízelmotor hûtõkörével együttmûködõ kapcsolatban van. Elõnyös továbbá, ha a hûtõkör hûtõberendezéssel van ellátva, amely egy, menetirányra merõlegesen hûtõ levegõt a hajtóegységen keresztül szívó, hidrosztatikusan/hidraulikusan hajtott szellõztetõvel van ellátva. Elõnyös, ha egy, a dízelmotor és a hajtómû funkcióinak vezérlésére szolgáló automatikus kapcsolómûvel van ellátva. Célszerû, ha az automatikus kapcsolómû diagnózisképes kapcsolómû. Célszerû továbbá, ha a legalább egy hajtóegység az automatikus kapcsolómû segítségével – elõnyösen egyik vezetõállás felõl – távmûködtethetõen van kiképezve. A találmány szerinti motoros vasúti jármû elõnyösen veszteséghõ-hõcserélõvel van ellátva, amely a vontatási és fékezési üzem során keletkezõ veszteséghõt felvevõ és fûtésre hasznosító hõcserélõ. Ebben az esetben célszerû, ha a veszteséghõ-hõcserélõ a hûtõkörrel párhuzamosan van kapcsolva. A találmány szerinti motoros vasúti jármû elõnyösen járulékosan egy fûthetõ melegvíz-berendezéssel van ellátva, amely a dízelmotor elõmelegítésére szolgáló berendezés. Célszerû továbbá, ha a találmány szerinti motoros vasúti jármû két tengelyhajtással van ellátva, ahol a hajtással összekapcsolt elsõ hajtótengely mellett egy második hajtótengely van elrendezve, amely egy tengelyirányváltómûvel van ellátva, amely csuklóstengelyen keresztül a hajtás hajtómûvével mûködtetõ kapcsolatban áll. Elõnyös, ha a futómûvek forgóvázakként vannak kiképezve, amelyeknek hajtott tengelyei csuklóstenge-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
lyen keresztül a helyhez kötötten elrendezett hajtóegységgel vannak kapcsolatban. A találmány szerinti motoros vasúti jármû egyvagy többrészes kialakítású, például háromrészes vagy négyrészes kialakítású, ahol minden egyes kocsiszekrénynek a mindenkor szélsõ végrészei motorkocsifejrészként vannak kialakítva és vezetõállással vannak ellátva, míg a belül elhelyezkedõ kocsik vezetõállással nem rendelkeznek, úgyhogy az így kialakított motoros vasúti jármû toló-vonó (oda-vissza) üzemmódra alkalmasan van kiképezve. A találmány szerinti motoros vasúti jármû futómûvei egytengelyû vagy kéttengelyû futómûvek, ahol az utóbbiak forgóvázakban vannak elrendezve. Egy elõnyös kiviteli alak szerint az elõnyösen a motorkocsifejrész alatt elrendezett hajtóegység dízelmechanikus hajtásként van kiképezve, amely folyadékkal hûtött dízelmotorral van ellátva, amely egy, például párhuzamosan mellette elrendezett, elõnyösen automatikus többfokozatú hajtómûvön keresztül a hajtótengelyekkel van mûködtetõ kapcsolatban. A hajtóegység és a hajtótengelyek közötti erõfolyamba járulékosan indulási átalakítók, valamint fékezõszerkezetek (retarder) lehetnek bekötve. A találmánynak egy további elõnyös kiviteli alakja szerint egy dízel-mechanikus hajtás helyett legalább egy dízelgenerátor, vagy áramvezetéken vagy áramsíneken keresztül hálózatból táplált elektromos vontatómotor lehet elrendezve, amely alternatív módon hajtott tengelyenként, illetve futómûvenként van elrendezve, vagy pedig úgynevezett kerékagymotorként lehet kiképezve. Elõnyös az olyan kiviteli alak is, amelynél egy jármûben dízel-elektromos és tisztán elektromos hajtás van kombinálva, úgyhogy az ebben az esetben kizárólagosan villamos motorok által képzett vontatómotorok tápellátásának váltása egyik energiaforrásról – hálózati üzem – a másik energiaforrásra – független üzem a dízelmotorral hajtott generátorból – való átkapcsolással valósítható meg. Ezenkívül lehetõség van arra is, hogy a két, tisztán villamos hajtásváltozatot (egyenfeszültségû hajtás és váltakozó feszültségû hajtás) egy jármûben kombináljuk, úgyhogy gyakorlatilag az ebben az esetben kizárólagosan villamos motorok által képzett vontatómotorok tápellátásának váltása egyik energiaforrásról – a váltakozó feszültséghálózatról való hálózati üzem – a másik energiaforrásra – az egyenfeszültségû hálózatról való hálózati üzem – való átkapcsolásával valósítható meg. Végül, ahogy már említettük, lehetõség van arra, hogy egy-egy motoros vasúti jármûben dízel-elektromos és a két, tisztán elektromos hajtásváltozatot (egyenfeszültségû hajtás és váltakozó feszültségû hajtás) kombináljuk, úgyhogy gyakorlatilag ebben az esetben kizárólagosan villamos motorok által képzett vontatómotorok tápellátásának váltása egyik energiaforrásról – elsõ hálózati üzemmód – a másik energiaforrásra – második hálózati üzemmód vagy dízelmotorral hajtott generátorról való független üzemmód – átkapcsolásával valósítható meg.
1
HU 220 730 B1
A találmány dízel-mechanikus kiviteli alakja esetén elõnyös, ha mindenkor csak a motorkocsifejrészek alatt elrendezett tengelyeket hajtjuk, míg az ezek között lévõ közbensõ tengelyek nem hajtottak. A dízel-mechanikus kiviteli alakot kivéve az összes többi kiviteli alaknál lehetõség van arra, hogy a közbensõ tengelyek közül is néhányat vagy akár kizárólag ezeket hajtsuk. A hajtóegységeknek a középsõ részhez képest magasabban fekvõ motorkocsifejrészek alatt történõ elrendezése lehetõvé teszi, hogy a hajtóegységet modulszerûen kiképezzük, ami lehetõvé teszi, hogy a mindenkori teljesítményigényhez igazított motorokat, valamint ehhez igazodó hajtómûveket építsünk be anélkül, hogy ebbõl helyproblémák keletkeznének, illetve a kocsiszekrény szerkezeti kialakításán változtatni kellene. A kombinált dízel-elektromos hajtás-elektromos hajtás kialakítása természetesen néhány olyan komponenst igényel, amelyekre csupán egy energiaforrással történõ üzemeltetés esetén nem lenne szükség, és amelyek feladatait, felépítését és együttmûködését az alábbiakban még részletesebben is ismertetjük. A találmány szerinti motoros vasúti jármû tisztán egyrendszerû jármûként vagy többrendszerû jármûként lehet kialakítva. A találmány szerinti többrendszerû jármû olyan jármû, amely egy vagy több alternatív energiaellátási változathoz van kiképezve. Üzemmódokként váltakozó feszültségû felsõ vezetékû hálózatról való villamos üzemeltetés, egyenfeszültségû hálózatról való villamos üzemeltetés és dízel-elektromos üzemeltetés kombinálható. Egyrendszerû jármû esetén a jármû ezen üzemmódokból csupán egyetlenegyhez van kiképezve, úgyhogy egy egyrendszerû jármû esetén tisztán dízel-mechanikus hajtás lehetséges. Amennyiben a jármû dízel-elektromos hajtással van ellátva, úgy függetlenül a felsõvezetékes hálózattól nem villamosított mellékszakaszokon is alkalmazható. A váltakozó feszültségû hálózatról történõ üzemeltetést biztosító hajtáság segítségével a találmány szerinti jármû felsõvezetékrõl táplálható. A találmány szerinti motoros vasúti jármû járulékosan vagy alternatív módon egyenfeszültségû hálózatról történõ üzemeltetést biztosító hajtásággal is ellátható, úgyhogy például egyenfeszültséggel táplált városi gyorsvasúti és földalatti szakaszon való üzemeltetés, például áramsínen vagy felsõvezetéken keresztül biztosítható. A különbözõ hajtásváltozatok kombinálhatók és így különbözõképpen kiépített szakaszokon üzemeltethetõ, többrendszerû motoros vasúti jármû kialakítását teszik lehetõvé. Ezenkívül a jármû több hajtásrendszerrel is el lehet látva, amelyek mindenkor egy-, illetve többrendszerû hajtásként vannak kiképezve. Normál esetben az összes hajtásrendszer azonos. A különbözõ igényektõl függõen viszont eltérõ hajtásrendszerek is alkalmazhatók. A találmány szerinti, többrendszerû jármû egyrészes vagy többrészes lehet, és egy vagy több hajtáscsoporttal lehet ellátva. Minden hajtáscsoport a kialakítástól függõen egy vagy több vontatómotorral lehet ellátva.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
Az alábbi leírás mindenkor csak egyetlenegy hajtásrendszerre vonatkozik. Amennyiben a jármûben több hajtásrendszert alkalmazunk, úgy a leírt szerkezeti elemek megfelelõen többszörösen megtalálhatók a jármûben. Minden egyes hajtásrendszer négy részre osztható, éspedig táplálórészre, amely egy vagy több betáplálóágból áll, közbensõ áramkörre, segédüzem-ellátó részre, amely a mindenkori segédüzemek tápellátására és a szükséges vezérlõfeszültségek elõállítására szolgáló egy vagy több segédüzem-átalakítóból áll, és vontatómotortápláló részre, amely a villamos vontatómotorok vezérlésére szolgáló egy vagy több áramátalakítóból áll. Az alábbiakban a segédüzem-ellátó részt és a vontatómotor-tápláló részt közösen terhelésnek nevezzük. A táplálórész egy vagy több, párhuzamosan a közbensõ áramkörhöz csatlakoztatott, táplálóágból áll, amelyek váltakozóan a közbensõ áramkör tápellátására alkalmazhatók, és ezáltal a különbözõ szakaszokon való üzemeltetést lehetõvé teszik. A jármûvel szemben támasztott követelményektõl függõen megfelelõ ágak alakíthatók ki. A lehetséges táplálóágak váltakozó feszültségû ágak, egyenfeszültségû ágak illesztõáramkörökkel vagy azok nélkül és generátorágak. Ezeket az alábbi fejezetekben még részletesebben is ismertetjük. A váltakozó feszültségû ág a közbensõ áramkörnek a váltakozó áramú felsõvezetékrõl való táplálására szolgál (például 15 kV, f=16 2/3 Hz). Lényeges szerkezeti részei: egy vagy több áramszedõ, a felsõvezeték feszültségét letranszformáló transzformátor, valamint a közbensõ áramköri egyenfeszültséget elõállító áramátalakító vagy egyenirányító. Ezenkívül adott esetben a közbensõ áramkör ellenõrzött feltöltésére szolgáló töltõáramkörrel, valamint szûrõáramkörökkel is el lehet látva. Az illesztõáramkörrel ellátott egyenfeszültségû ág a közbensõ áramkör áramsínrõl vagy egyenfeszültségû felsõvezetékrõl való táplálására szolgál. Lényeges szerkezeti részei: egy vagy több áramszedõ és illesztõáramkör (például választhatóan feszültséget növelõ vagy csökkentõ átalakítóval, kétnegyedes átalakítóval, stb.), amely az áramsín feszültségének a közbensõ áramköri feszültséghez való illesztésére szolgál. Ezenkívül adott esetben töltõáramkör és szûrõáramkörök is el vannak rendezve. Az illesztõáramkör többek között nagyon magas egyenfeszültségû hálózatról való üzemeltetést tesz lehetõvé. Az illesztõáramkör nélküli egyenfeszültségû ág szintén a közbensõ áramkörnek áramsínrõl vagy egyenfeszültségû felsõvezetékrõl való táplálására szolgál, amelynek közepes egyenfeszültsége például 750 V-tal egyenlõ. Ez az áramkör nem tartalmaz illesztõáramkört, úgyhogy a közbensõ áramköri feszültség és az áramsín feszültsége közvetlenül egymással van összekapcsolva. Lényeges elemei: áramszedõk, valamint kapcsoló, amely a közbensõ áramkörnek az áramsínrõl való lekapcsolására szolgál. Adott esetben egy töltõáramkör és szûrõáramkörök is el vannak rendezve. A generátorág a közbensõ áramkörnek villamos hálózatoktól független táplálására szolgál belsõ égésû mo-
1
HU 220 730 B1
tor (például dízelmotor) által hajtott generátorról. Lényeges szerkezeti részei: belsõ égésû motor, generátor, valamint egyenirányító a közbensõ áramkör táplálására. Számos esetben arra is lehetõség van, hogy bizonyos szerkezeti részek kettõs vagy többszörös kihasználásával a táplálóágakat kombináljuk. Ezen ágak akkor már nem egyértelmûen választhatók szét, úgyhogy kombinációs ágak keletkeznek, mint például kombinált egyenfeszültségû és váltakozó feszültségû ág. A gyakorlatban szinte korlátlan kombinációs lehetõségek léteznek különbözõ elõnyökkel és hátrányokkal, úgyhogy szinte lehetetlen, hogy az összes megoldásra kitérjünk. A közbensõ áramkör feladata, hogy a különbözõ táplálóágakban az egyenirányítók, egyenfeszültségû átalakítók vagy négynegyedes átalakítók által szolgáltatott áramokat simítsa és egy állandó közbensõ áramköri feszültséget állítson elõ. A közbensõ áramkör lényegében egy vagy több közbensõ áramköri kondenzátorból áll. Meghatározott esetekben járulékosan fékezõszabályozóra is szükség van, amely fékezõ-ellenállásból és kapcsolóelembõl (tranzisztor IGBT, GTO vagy hasonló) áll. A segédüzem-ellátó rész a segédüzemek tápellátására szolgáló feszültségek elõállítására, valamint az elektronikus berendezések ellátására szolgál. A segédüzemellátó rész egy vagy több átalakítóból áll, amelyeket a közbensõ áramkör táplál és amelyek megfelelõ feszültségeket generálnak. Segédüzemek alatt például hûtõventilátorokat, világítóeszközöket, villamos fûtést, klímaberendezéseket, stb. értünk. Az elektronikus berendezésekhez tartoznak például a vezérlõelemek. A vontatómotor-tápláló rész a vontatómotorokhoz szükséges feszültségrendszernek a közbensõ áramköri feszültségbõl való elõállítására szolgál. A vontatómotor-tápláló rész lényegében egy vagy több áramátalakítóból áll, amelyek mindenkor egy vagy több vontatómotort táplálnak. Vontatómotorként háromfázisú vagy egyenáramú gépek alkalmazhatók. Ennek megfelelõen áramátalakítóként háromfázisú rendszer elõállítására szolgáló háromfázisú átalakítók, illetve a szükséges egyenfeszültségek beállítására szolgáló egyenfeszültség-átalakítók alkalmazhatók. A találmányt az alábbiakban elõnyös kiviteli példa kapcsán a mellékelt rajzra való hivatkozással részletesebben is ismertetjük, ahol a rajzon az 1. ábrán egy találmány szerinti egyrészes, motoros vasúti jármû (motorkocsi) oldalnézete, a 2. ábrán az 1. ábra szerinti motoros vasúti jármû kocsiszekrényének oldalnézete, a 3. ábrán egy motorkocsifejrész alulnézete, a 4. ábrán egy- vagy többrendszerû hajtás elvi felépítésének áttekintése, az 5. ábrán az 1. ábra szerinti motoros vasúti jármû váltakozó feszültséggel való ellátására szolgáló kapcsolási elrendezés vázlata, a 6. ábrán az 1. ábra szerinti motoros vasúti jármû egyenfeszültségû táplálására vonatkozó kapcsolási elrendezés feszültségcsökken-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
tõ átalakítóval ellátott illesztõáramkörrel, a 7. ábrán az 1. ábra szerinti motoros vasúti jármû egyenfeszültségû táplálására vonatkozó kapcsolási elrendezés feszültségnövelõ átalakítóval ellátott illesztõáramkörrel, a 8. ábrán az 1. ábra szerinti motoros vasúti jármû egyenfeszültségû táplálására szolgáló kapcsolási rajz illesztõáramkör nélkül, a 9. ábrán egy belsõ égésû motor által mûködtetett generátorhoz való kapcsolási elrendezés, a 10. ábrán fékezõszabályozóval ellátott közbensõ áramkör, a 11. ábrán segédüzem-ellátó rész egy kiviteli példája, a 12. ábrán vontatómotor-táplálásra való ágnak egy kiviteli példája két vontatómotorral, a 13. ábrán villamos váltakozó feszültségû üzemeltetésre és dízel-elektromos üzemeltetésre alkalmas duójármûhöz való hajtóegység példaképpeni kapcsolási rajza, és a 14. ábrán egy négyrészes motoros vasúti jármû vázlatos oldalnézete látható. Az 1. ábrán 12 középsõ résszel és a végeken ehhez csatlakozó 14, 15 motorkocsifejrészekkel ellátott 10 motoros vasúti jármû (motorkocsi) oldalnézete látható. A 12 középsõ rész végein 18 ajtókkal ellátott 16 beszállóterületek vannak kiképezve, amelyekhez a 14, 15 motorkocsifejrészek csatlakoznak. A 10 motoros vasúti jármû két 20 futómûvel van ellátva, amelyek úgynevezett vontató forgóvázként vannak kiképezve és a 3. ábrán nagyítva, alulnézetben vannak bemutatva. A 20 futómûvek a 14, 15 motorkocsifejrészek alatt vannak elrendezve, amelyeknek szintje a 12 középsõ részhez képest meg van emelve, úgyhogy a 20 futómûvekhez tartozó kerékpárok, valamint a hajtóegység számára megfelelõ hely áll rendelkezésre. Ehhez képest a 12 középsõ rész, ahogy ez különösen a 2. ábra szerinti nézeten látható, süllyesztett padlójú kialakítással van lesüllyesztve, úgyhogy a 16 beszállóterületek a talajhoz közel helyezkednek el és így az utasok könnyû és gyors ki- és beszállását teszik lehetõvé. Egy elõnyös kiviteli példa értelmében a 14, 15 motorkocsifejrészek a futómûvek tartományában burkolattal vannak ellátva, amely a futómûveket és a hajtóegységeket lefedi és aminek köszönhetõen a jármû alacsony fekvésûnek néz ki. A 2. ábrán az 1. ábrán bemutatott 10 motoros vasúti jármû 22 kocsiszekrénye látható, amely hosszúra nyújtott 24 középsõ résszel van ellátva az 1. ábra szerinti 12 középsõ résznek megfelelõen. A 24 középsõ részhez mindkét végén a 24 középsõ rész padlószintjéhez képest megemelt 26 fejrészek csatlakoznak. A 26 fejrészek a 14, 15 motorkocsifejrészeknek felelnek meg és egy-egy vezetõállás befogadására szolgálnak. A 26 fejrészek lépcsõs eltolódásának az az oka, hogy ott a 3. ábrán alulnézetben látható, a 20 futómûvekkel ellátott 28 hajtóegység kapjon helyet, valamint
1
HU 220 730 B1
különösen az, hogy a szükséges kerékátmérõk miatt egy minimális távolság szükséges. A 3. ábrán egy egyrendszerû 10 motoros vasúti jármû 15 motorkocsifejrésze látható alulnézetben, ahol, ahogy az 1. ábrán is látható, a 16 beszállóterületekhez közel a 20 futómû van elrendezve, míg a 20 futómûhöz hozzárendelt 28 hajtóegység a 20 futómû és a kocsivég között fennmaradó tartományban van elhelyezve. Az itt bemutatott 28 hajtóegység 30 hajtást képezõ vízhûtésû dízelmotorral van ellátva, amely 32 hajtómûvön és 34 csuklós tengelyen keresztül a 20 futómûvel van kapcsolatban, ahol a 32 hajtómû elõnyösen többfokozatú automatikus hajtómûként van kiképezve. A mindenkori igényektõl függõen a 20 futómûnek csak egy tengelye vagy mindkét tengelye hajtott. A 22 kocsiszekrény elõnyösen légrugók segítségével a forgóvázakon támaszkodik, ahol ezek kopásmentes gumi rugóelemekkel sorba vannak kapcsolva. Ebben az esetben a gumi rugóelemek szükségrugóként szolgálnak, amennyiben a légrugók megsérülnek. Az alábbiakban a hajtóágnak a találmány szerinti 10 motoros vasúti jármûnél alkalmazásra kerülõ szerkezeti csoportjait, különösen a hidraulikus forgatónyomaték-átalakítóval ellátott hajtómûvet részletesebben is ismertetjük. Egy egyrészt lehetõleg komfortos, másrészt pedig lehetõleg gazdaságos, és ezáltal környezetkímélõ üzemmód biztosítása érdekében a hajtóteljesítmény kombinált mechanikus és hidraulikus átvitele célszerû. Az ehhez szükséges komponensek a teljesítményosztás elvét alkalmazzák, amit egy úgynevezett differenciálátalakítóval biztosítunk. Ez a teljesítményátvitel két eltérõ rendszerének elõnyeit kapcsolja össze, éspedig a hidrodinamikusét és a mechanikusét. Míg a hidrodinamika elõnyei a lágy és ezáltal messzemenõen kopásmentes, nagy vontatóerõvel történõ indulásban, a kapcsolás nélküli, gyors kezdeti gyorsulásban, valamint a gyakorlatilag elhasználódásmentes fékezésben vannak, addig a mechanikus hajtás elõnyei a nagy hatásfok mellett, a csekély veszteségû teljesítményátvitelben vannak. A találmány szerint ezen, önmagukban ismert elõnyöket az új 10 motoros vasúti jármû vonatkozásában kívánjuk érvényesíteni, éspedig mindig akkor, amikor ezen elõnyök a leghatásosabbak és a leggazdaságosabbak. A hidrodinamika az indulásról gondoskodik, az új 10 motoros vasúti jármû lágyan indul nagy vontatóerõvel és kapcsolás nélkül gyorsan felgyorsul. A hidrodinamika a fékezésrõl gondoskodik (az összes fékezés hozzávetõlegesen 80%-a), tetszõleges sebességekrõl hozzávetõlegesen 0 km/h sebességértékig. A 10 motoros vasúti jármû lágyan és nagy hatásfokkal fékez, fékkopás és az úgynevezett fading veszélye nélkül, azaz a fékezési hatás csökkenése nélkül. A mechanika szerepe a teljesítményátvitelben már az indulás során növekszik. Mihelyt a differenciálátalakító legjobb hatásfokát meghaladja, feladatát teljes mértékben átveszi a mechanika. A hidraulikus forgatónyomaték-átalakító hidrodinamikus fékezõeszközként (retarder) hat és a mechanikus üzemfék elé van kapcsolva, fokozattól függetlenül a tel-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
jes menettartományban hat. A 10 motoros vasúti jármû kinetikai energiáját az átalakító hõvé alakítja át, amelyet hõcserélõn keresztül vezetünk el. Ennek eredményeként a fékbetétek elhasználódása csökken, élettartamuk pedig növekszik, kevesebb fékezési zaj keletkezik és nem kell számolni kipufogószelep által okozott zajjal. Az új 10 motoros vasúti jármûnél a találmány szerint alkalmazásra kerülõ differenciálátalakító egy forgatónyomaték-átalakító elé kapcsolt, differenciálmûként ható bolygómûvel van ellátva, amely teljesítményfelosztás céljából egy hidraulikusan ható és egy tisztán mechanikusan ható komponensre van felosztva. Ebben az esetben egy tisztán hidrodinamikus teljesítményátvitel csak az indulásnál, az elsõ fokozatban van megvalósítva. Növekvõ menetsebességgel növekszik a mechanikus átvitel hányada (külsõ teljesítményfelosztás). A második fokozatba való kapcsoláskor ez a részarány 50/50. Az összes további fokozatban tisztán mechanikus teljesítményátvitel valósul meg. Az új 10 motoros vasúti jármûnél alkalmazott differenciálátalakító hajtómûblokk felépítése ismert. Ilyen hajtómû kész egységként beszállítható és a 10 motoros vasúti jármûbe beépíthetõ. Itt olyan, teljesen automatikus hidrodinamikus-mechanikus hajtómûrõl van szó, amelynek forgatónyomaték-átalakítóját gyorsításhoz és lassításhoz (fékezéshez) hasznosítjuk. A hidrodinamikus átalakító ellenirányú átalakítóként van kiképezve, elõtte helyezkednek el az átalakító-szivattyúfék, a keresztülkapcsoló tengelykapcsoló, a differenciálmû a teljesítményelosztáshoz és a bemeneti tengelykapcsoló. Az átalakító mögött egy bolygómû a hidrodinamikus és mechanikus erõk egyesítésérõl gondoskodik. Egy harmadik bolygómû segítségével a hátramenetet kapcsoljuk és fékezés során az energiát az átalakítóba vezetjük. A hajtómû bemenetén elhelyezkedõ rugós tengelykapcsoló a motor rezgéseit csillapítja. A hajtómû kapcsolása hidraulikusan történik; a kapcsolási utasítások az elektronikus vezérléstõl származnak. A hajtómotor hûtõkörébe hõcserélõ van bekötve. A motor torziócsillapítón keresztül a hajtótengellyel és egy körülfutó lamella- és dugattyútartóval van összekötve. Nyitott bemeneti tengelykapcsoló esetén csak egy fogaskerekes szivattyú van hajtva, amely az átalakítót, a vezérlést és a kenõrendszert a szükséges nyomóolajjal látja el. Zárt bemeneti tengelykapcsoló esetén a motorteljesítmény a differenciálmû külsõ koszorújára kerül átvitelre. Induláskor a hajtótengely és a vele összekapcsolt bolygótartó álló helyzetben van. Ebben az esetben a napkereket és a szivattyúkereket a bolygókerekeken keresztül ellenkezõ forgásirányban hajtjuk. Az átalakítóban a szivattyúkerék által gyorsított olaj zárt körfolyamatban a vezetõkeréken és a turbinakeréken keresztül folyik. A turbinakerék által leadott, átalakított, azaz megnövelt forgatónyomaték a turbinahajtómû – amelynek lamellás fékje zárt – bolygókerekein és bolygótartóján keresztül a hajtott tengelyre kerül átvitelre. A tisztán mechanikus teljesítményátvitellel jellemzett második fokozatba való kapcsolás automatikusan
1
HU 220 730 B1
történik a menetsebességtõl és a motorterheléstõl függõen. A lamellás fék bekapcsol, ezáltal a szivattyúkereket megállítjuk és a hidrodinamikus teljesítményátvitelt kiiktatjuk. Egyidejûleg a turbinakereket a turbinás hajtómû nyíló lamellás fékjén keresztül lekapcsoljuk. A második fokozat áttétele a differenciálmû áttételének felel meg. A legnagyobb sebesség hozzávetõlegesen 70%-ánál a bemeneti tengelykapcsoló automatikusan nyit, míg az úgynevezett „keresztülkapcsoló” tengelykapcsoló zár. Ezáltal a hajtótengely közvetlenül a hajtott tengellyel kerül kapcsolatba és 1:1 áttétel érvényesül. Egy alternatív megoldás szerint a maximális sebesség már hozzávetõlegesen 50%-ánál a bemeneti tengelykapcsoló nyit, míg a keresztülkapcsoló tengelykapcsoló zár, úgyhogy a hajtótengely a hajtott tengellyel közvetlen kapcsolatba kerül, amivel 1:1 áttétel van biztosítva. Az utolsóként említett változat esetén a maximális sebesség hozzávetõlegesen 70%-ánál valósul meg az automatikus átkapcsolás a harmadik fokozatból a negyedik fokozatba. Ennek során a tengelykapcsoló zár, míg a keresztülkapcsoló tengelykapcsoló nyit. Ez a fokozat a mindenkor specifikus sebesség figyelembevételével ugyanazon tengelyátvitel alkalmazását teszi lehetõvé az alkalmazási céltól függetlenül. Abban az esetben, ha az indítás során javított gyorsulási jellemzõk elérése érdekében több fokozat (kapcsolófokozat) van kiképezve, például hat fokozat, a kapcsolási pontok további megfelelõ differenciálása szükséges. Fékezõ üzemmódban a turbinakerék a bolygómûvön keresztül a tolató 10 motoros vasúti jármû által van meghajtva. Ebben az esetben a bolygómû lamellás fékje be van kapcsolva. A turbinakerék elsõ fokozatban való mûködésre jellemzõ, forgásirányával ellentétes irányban van hajtva és axiális szivattyúként mûködik, amely az olajat a megállított szivattyúkerékkel és a vezérlõkerék ellen szállítja. Az ennek során hõvé átalakított kinetikai energiát a hõcserélõn keresztül elvezetjük. A motor és a hajtómû közötti erõátvitel megszüntetése meghatározott feltételek mellett a hajtómû bemeneti tengelykapcsolójának nyitásával valósítható meg. Ezen folyamat indítása automatikusan történik és a megállóhelyek számától és a forgalmi viszonyoktól függõen a szükséges energia megtakarításához vezethet. A fentiekben leírt, átalakítóblokk hagyományos vízvagy levegõhûtésû, szabályozott feltöltésû vagy szabályozott fordulatszámú dízelmotorokkal egy teljes hajtásblokká kombinálva kerül alkalmazásra. A differenciálmû eltérõ áttételei és teljesítményfelvétel vonatkozásában különbözõ szivattyúkerekek révén a motor és a hajtómû optimálisan egymáshoz illeszthetõ, úgyhogy a hajtáskomponensei vonatkozásában a lehetõ legjobban illesztett motoros vasúti jármû állítható elõ. Az alábbiakban az elektromos váltakozó feszültségû, egyenfeszültségû, dízel-elektromos, valamint többrendszerû üzemeltetésre alkalmas kialakítást a 4. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezésre való hivatkozással,
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 7
2
különös tekintettel az elektromos komponensekre, részletesebben is ismertetjük. Megjegyezzük, hogy az egyes alkalmazott elektromos komponensek (szerkezeti részek) és a kialakított kapcsolási elrendezések elvileg ismertek, viszont nem a találmány szerinti motoros vasúti jármûvel kapcsolatban. A 4. ábrán látható elrendezés mutatja a hajtásrendszer négy részét, azaz EZ táplálóágakból álló ES táplálórészt, ZK közbensõ áramkört, HV segédüzem-ellátó részt, valamint FM vontatómotor-tápláló részt. A HV segédüzem-ellátó rész a mindenkori HB segédüzemek tápellátására és az ST vezérlõelektronika táplálására szolgáló egy vagy több HU segédüzem átalakítóból áll. Az FM vontatómotor-tápláló rész a villamos M vontatómotorok vezérlésére szolgáló egy vagy több SR áramátalakítóból áll. A váltakozó feszültségû ág, ahogy már említettük, a közbensõ áramköri energiának a váltakozó áramú felsõvezeték-hálózatból (például 15 kV, 16/3 Hz) történõ biztosítására szolgál. Az 5. ábra szerint SA áramszedõbõl, LS teljesítménykapcsolóból, Lf szûrõinduktivitással és Cf szûrõkondenzátorral ellátott szûrõáramkörbõl, TR transzformátorból, RL töltõellenállással és LD töltõkapcsolóval ellátott töltõáramkörbõl, HS fõkapcsolóból, valamint 4QS négynegyedes átalakítóból áll. Az SA áramszedõk és a hajtóegységek társítása vonatkozásában több változat létezik, így például minden egyes hajtóegység saját SA áramszedõje által táplálható, továbbá motoros vasúti jármûvenként egy-egy SA áramszedõ szolgálhat az összes hajtóegység táplálására vagy több, egymással összekapcsolt és váltakozóan mûködtetett SA áramszedõ a motoros vasúti jármûben lévõ összes hajtóegység közös táplálására alkalmazható. A 4. ábrán bemutatott kiviteli példa esetén hajtóegységenként egy-egy SA áramszedõ kerül alkalmazásra. Az LS teljesítménykapcsoló a váltakozó feszültségû ágnak a hálózatról való lekapcsolására szolgál. A felharmonikusok elnyomása érdekében célszerû, ha olyan szûrõáramkört alkalmazunk, amely Lf szûrõinduktivitásból, valamint Cf szûrõkondenzátorból áll, amelyek a Tr transzformátor elõtt közvetlenül a hálózatról vannak mûködtetve. A Tr transzformátor a magas felsõvezeték-feszültséget kisebb értékûvé alakítja át, ahol a transzformátoráttételt úgy választjuk meg, hogy a transzformátorfeszültség terhelés esetén a minimálisan megengedett közbensõ áramköri feszültség alatt legyen, hogy az utánkapcsolt 4QS négynegyedes átalakító mindenkor feszültségnövelõ átalakítóként mûködjön. Annak érdekében, hogy a 4QS négynegyedes átalakító számára egy meghatározott bemeneti induktivitást biztosítsunk, a Tr transzformátor megnövelt szórt induktivitással lehet kialakítva. Ilyen jellegû Tr transzformátor transzformátor funkciója mellett a hálózathoz képest soros induktivitás funkcióját is ellátja. Alternatív módon a Tr transzformátorral és a 4QS négynegyedes átalakítóval sorba kapcsolt, diszkrét induktivitás is alkalmazható. A 4QS négynegyedes átalakító feszültségnövelõ átalakítóként mûködik. A közbensõ áramköri kondenzátorral és a diszkrét vagy szórt induktivitásként kialakí-
1
HU 220 730 B1
tott soros induktivitással együtt bemenetére kapcsolt váltakozó feszültséget nagyobb egyenfeszültséggé alakítja át. A 4QS négynegyedes átalakító oly módon vezérelhetõ, hogy a hálózatból kizárólagosan szinusz alakú, meddõteljesítmény-mentes áramokat fogad. Ezenkívül lehetõvé teszi a fékezõenergiának fékezés során a hálózatba való visszatáplálását. A töltõáramkör a közbensõ áramkörnek a hálózatból való feltöltésére szolgál. A töltõáramkör a legtöbb alkalmazható 4QS négynegyedes átalakítóknál szükséges, hogy töltésmentes közbensõ áramkör esetén ellenõrzött feltöltést biztosítson. A töltõáramkör LD töltõkapcsolóból és RL töltõellenállásból áll. A töltõáramkör áthidalására HS fõkapcsoló szolgál. Üzem közben a HS fõkapcsoló zárva van és a töltõáramkör hatástalan marad. Az egyenfeszültségû ág (6. ábra) a közbensõ áramkörnek az egyenfeszültségû hálózatról (például 750 V egyenfeszültség) való táplálására szolgál. Az egyenfeszültségû ág SA áramszedõbõl, a sínfeszültségnek a közbensõ áramköri feszültséghez való illesztésére szolgáló egyenáramú átalakítóból, HS fõkapcsolóból, LD töltõkapcsolóval és RL töltõellenállással ellátott töltõáramkörbõl, valamint Lf szûrõinduktivitással és Cf szûrõkondenzátorral ellátott szûrõáramkörbõl áll. Az egyenfeszültségû átalakító a közbensõ áramköri feszültséget az áramsínfeszültségtõl szétválasztja. Az alábbiakban feszültségnövelõ és feszültségcsökkentõ átalakítókkal ellátott kiviteli alakokat ismertetünk. Más egyenáramú átalakítókkal ellátott, például energiavisszatáplálást lehetõvé tevõ, kétnegyedes átalakítóval ellátott kiviteli alakok is kiképezhetõk. Az 5. ábrán ezen ág felépítése látható, amely feszültségcsökkentõ átalakítóval van ellátva, míg a 6. ábrán feszültségnövelõ átalakítóval ellátott kiviteli alak látható. A mindenkori helyzettõl függõen az áramszedõt egy felsõvezetékhez vagy egy harmadik sínhez alkalmazzuk. Lehetõség van arra, hogy hajtóegységenként külön-külön áramszedõt vagy az összes hajtóegység vonatkozásában egyetlenegy vagy több közös áramszedõt alkalmazzunk. A töltõáramkör a váltakozó feszültségû ághoz hasonlóan a közbensõ áramkörnek a hálózatról való feltöltésére szolgál. A töltõáramkör LD töltõkapcsolóból, valamint RL töltõellenállásból áll. A HS fõkapcsoló a töltõáramkör áthidalására szolgál. Ez üzem közben zárva van és a töltõáramkör hatástalan marad. Az egyenáramú átalakító által elõállított felharmonikusok elnyomására egy szûrõáramkör alkalmazható. Ezen szûrõáramkör Lf szûrõinduktivitásból és Cf szûrõkondenzátorból áll. Más kialakítású szûrõáramkörök is alkalmazhatók. Amennyiben a közbensõ áramköri feszültség nagyobb, mint az áramsínfeszültség, úgy egyenfeszültségû átalakítóként feszültségnövelõ átalakító alkalmazható. A feszültségnövelõ átalakító LH induktivitásból, TH kapcsolóelembõl (tranzisztor, IGBT, GTO), valamint DH diódából áll. Ezen átalakító a közbensõ áramköri kapacitással együttmûködve az áramsínfeszültségbõl nagyobb közbensõ áramköri feszültséget állít elõ. A háló-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 8
2
zatról lényegében állandó áramot szed le, amelynek értéke az átvitt teljesítménytõl függ. Lehetségesnek tûnik, hogy a feszültségnövelõ átalakító alkalmazása esetén szûrõáramkör alkalmazásától eltekintsünk, illetve ezt kisebbre méretezzük. A feszültségnövelõ átalakító a hálózat felé történõ energia-visszatáplálást nem teszi lehetõvé, úgyhogy a közbensõ áramkörben mindenkor fékezõszabályozó szükséges, amennyiben villamos féket alkalmazunk. Amennyiben a közbensõ áramköri feszültség kisebb, mint az áramsínfeszültség, egyenfeszültségû átalakítóként feszültségcsökkentõ átalakító alkalmazható. Ez szintén LT induktivitásból, TT kapcsolóelembõl, valamint DT diódából áll. Az átalakító közbensõ áramköri kapacitással együttmûködve az áramsínfeszültségbõl kisebb közbensõ áramköri feszültséget állít elõ, ami nagyon nagy egyenfeszültségû hálózatokhoz való alkalmazást tesz lehetõvé. Az átalakító a hálózatról pulzáló áramot szed le, úgyhogy szûrõáramkör alkalmazása mindenképpen szükséges. A feszültségcsökkentõ átalakító sem tesz lehetõvé energia-visszatáplálást a hálózatba, úgyhogy a közbensõ áramkörben fékezõszabályozó szükséges, amennyiben villamos féket alkalmazunk. Egy sor más egyenáramú átalakítóváltozat is alkalmazható különbözõ tulajdonságokkal, mint például kétnegyedes átalakítók, átfolyásátalakítók stb. A 7. ábra olyan egyenfeszültségû ág felépítését mutatja, amely nem tartalmaz illesztõáramkört. Ilyen jellegû ág a közbensõ áramkörnek egyenfeszültségû hálózatról (például 750 V egyenfeszültség) való közvetlen táplálására szolgál. Az egyenfeszültségû ág lényegében SA áramszedõbõl, HS fõkapcsolóból, LD töltõkapcsolóval és RL töltõellenállással ellátott töltõáramkörbõl, valamint szûrõáramkörbõl (Lf szûrõinduktivitás + közbensõ áramköri kondenzátor) áll. Az SA áramszedõk vonatkozásában a fentiek érvényesek: az adottságoktól függõen az áramszedõket egy felsõvezetékhez vagy egy harmadik sínhez alkalmazzák. Itt is fennáll az a lehetõség, hogy hajtóegységenként külön-külön áramszedõket alkalmazzunk, vagy az összes hajtóegység számára egy vagy több áramszedõt közösen alkalmazzunk. A töltõáramkör a fentiekben leírt ágakhoz hasonlóan a közbensõ áramkörnek a hálózatból való feltöltésére szolgál. A töltõáramkör LD töltõkapcsolóból, valamint RL töltõellenállásból áll. A HS fõkapcsoló a töltõáramkör áthidalására szolgál. Ez üzem közben zárt állapotban van és a töltõáramkör hatástalan marad. Az esetlegesen fellépõ felharmonikusok elnyomására egy szûrõáramkör alkalmazható. Ezen szûrõáramkör ebben az ágban csak az Lf szûrõinduktivitásból áll. A közbensõ áramköri kapacitás a szûrõkondenzátor funkcióját látja el. Természetesen más kialakítású szûrõáramkörök is alkalmazhatók. A 9. ábrán látható generátorág a közbensõ áramkörnek generátorról való táplálására szolgál, amely generátort egy belsõ égésû motor, elõnyösen dízelmotor, mûködtet. A generátorág a hajtó belsõ égésû D motorból, adott esetben UG terelõ hajtómûbõl, háromfázisú G generátorból, valamint háromfázisú GR egyenirányítóból
1
HU 220 730 B1
áll. A belsõ égésû D motorként például dízelmotor alkalmazható. A belsõ égésû D motor a vontatáshoz szükséges energiát állítja elõ. Állandóan optimális ponton üzemeltethetõ, mivel a menetsebesség és a belsõ égésû D motor fordulatszáma egymástól függetlenítve van. Itt elõnyösen dízelmotort alkalmazunk. Adott körülmények között a beépítési helyzet miatt egy UG terelõ hajtómû lehet szükséges. Ez egyben arra is felhasználható, hogy a belsõ égésû D motor és a G generátor egymástól eltérõ, optimális fordulatszámait egymáshoz illessze. G generátorként háromfázisú generátort alkalmazunk. Ez a belsõ égésû D motor által elõállított forgatóenergiát elektromos energiává alakítja át. Az elõállított feszültségnek olyan nagynak kell lennie, hogy a kívánt közbensõ áramköri feszültséget egyszerû egyenirányítás révén biztosíthassuk és terhelés alatt is a megengedett tartományban tartsuk. GR egyenirányítóként egy egyszerû, háromfázisú, vezéreletlen félvezetõs egyenirányító hidat alkalmazhatunk. A 10. ábrán bemutatott, fékezõszabályozóval ellátott közbensõ áramkörnek az a feladata, hogy a táplálóágak egyenirányítói, egyenfeszültségû átalakítói vagy négynegyedes átalakítói által szolgáltatott áramot simítsa és egy állandó közbensõ áramköri feszültséget szolgáltasson. A közbensõ áramkör CZK közbensõ áramköri kondenzátorból, adott esetben rezgõkörbõl (LS induktivitás + CS kapacitás) és adott esetben fékezõszabályozóból áll, amely RBS fékezõ-ellenállásból, valamint TBS kapcsolóelembõl (tranzisztor, IGBT, GTO) áll. Fékezõszabályozó elhagyása esetén szükség van egy kisülési ellenállásra (az ábrán nem szerepel), amely a közbensõ áramkör meghatározott kisülését teszi lehetõvé. CZK közbensõ áramköri kondenzátorként megfelelõ nagyságú és feszültségstabilitású kondenzátortelepet alkalmazunk. Egy meglévõ, váltakozó feszültségû táplálás esetén a közbensõ áramköri feszültség járulékos támasztására egy, a tápláló áramok frekvenciájára hangolt támasztó rezgõkör alkalmazható. Ezen támasztó rezgõkör sorba kapcsolt LS induktivitásból és CS kapacitásból áll. A fékezõszabályozó egy, TBS kapcsolóelemen (tranzisztor, IGBT vagy GTO) keresztül rákapcsolható RBS fékezõ-ellenállásból áll. A fékezõszabályozónak az a feladata, hogy a villamos fékezés során felvett fékezõenergiát felhasználja, amennyiben a hálózat felé történõ visszatáplálás nem lehetséges. A fékezõszabályozó többek közt akkor szükséges, ha villamos fékezést kívánunk alkalmazni és egyidejûleg visszatáplálásra nem alkalmas, illesztõáramkörrel (feszültségcsökkentõ és/vagy feszültségnövelõ átalakító) ellátott generátorág vagy egyenfeszültségû ág kerül alkalmazásra, vagy kívánt villamos fékezésnél a villamos üzemeltetés során nem fogadóképes hálózatokkal kell számolni. Alapvetõen elõnyösebb az adott esetben lehetséges visszatáplálás, mint a fékezõszabályozó alkalmazása. Amennyiben fékezõszabályozó alkalmazásától eltekintünk, úgy egy kapcsolón (relén) vagy félvezetõ kap-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 9
2
csolóelemen keresztül hozzákapcsolható kisülési ellenállás (az ábrán nem szerepel) szükséges, hogy a közbensõ áramkör kisülését leállított jármû esetén biztosíthassuk. Ezen kisülési ellenállás lényegesen kisebbre lehet méretezve, mint a fékezési ellenállás, mivel csupán kismértékû energiamennyiségeket kell átalakítania. A segédüzem-ellátó rész a segédüzemek táplálására szolgáló feszültségek (például 3×400 V) szolgáltatására és az elektronikus berendezések tápellátására (például 24 V) szolgál. Lényegében egy vagy több HU segédüzem-átalakítóból áll, amelyeket a közbensõ áramkörbõl táplálunk és amelyek a megfelelõ feszültségeket generálják. Ezen átalakítók elvileg azonosan vannak felépítve, mint a vontatómotor táplálására szolgáló, háromfázisú motorokhoz alkalmazott váltóirányítók. Gyakran a HU segédüzem-átalakítók által elõállított feszültségekbõl további feszültségeket, például a jármû elektronikus alkatrészeinek táplálására szolgáló vezérlõfeszültségeket generáljuk. A 12. ábrán a HV segédüzem-ellátó rész vonatkozásában egy gyakran alkalmazott rendszer látható. Az ott bemutatott rendszer utánkapcsolt, vezérlõfeszültséget elõállító E elrendezéssel ellátott HU segédüzem-átalakítókból áll. A teljes rendszert normál esetben komplett egységként szerezzük be és alkalmazzuk. Szükség esetén átalakítások, illetve módosítások is alkalmazhatók. A HU segédüzem-átalakító ebben az esetben egy háromfázisú áramátalakító. Ezen áramátalakító a közbensõ áramköri feszültségbõl a segédüzemekhez szükséges feszültséget (például 3×400 V háromfázisú áram) állítja elõ. A vezérlõfeszültséget elõállító E elrendezés a segédüzem feszültségbõl a jármû elektronikus berendezéseinek táplálására szolgáló vezérlõfeszültséget állítja elõ. A vezérlõfeszültséget elõállító E elrendezésként például utánkapcsolt egyenirányítóval ellátott transzformátort alkalmazhatunk. A vezérlõfeszültséget gyakran akkumulátor segítségével tároljuk. Az FM vontatómotor-tápláló rész (11. ábra) az M vontatómotorokhoz szükséges feszültségrendszernek a közbensõ áramköri feszültségbõl való elõállítására szolgál. A vontatómotor-tápláló rész egy vagy több SR áramátalakítóból áll, amelyek mindenkor egy vagy több M vontatómotort táplálnak. A 11. ábrán példaképpen az FM vontatómotor-tápláló résznek egy ága látható, amelynek két háromfázisú M vontatómotor táplálására szolgáló, háromfázisú SR áramátalakítója van. Ilyen ág többszörösen is kiképezhetõ. Természetesen egyenfeszültségû átalakítón keresztül táplált egyenáramú motorok is alkalmazhatók. Ezt a megoldást az ábrán nem mutattuk be. Az SR áramátalakítók a közbensõ áramköri feszültségbõl a vontatáshoz szükséges háromfázisú feszültséget állítják elõ a velük összekapcsolt M vontatómotorok számára. A szükséges teljesítménytõl függõen IGBTbõl, tranzisztorból, vagy GTO-ból felépített áramátalakítók alkalmazhatók. Az SR áramátalakítóknak egy lehetséges kiviteli példáját ismerteti a „Antriebsstromrichter mit Transistoren für Niederflur-Stadtbahn-
1
HU 220 730 B1
wagen” (Hajtóáram-átalakító tranzisztorokkal alacsony építésû városi vasúti kocsikhoz) címû, a „Der Nahverkehr” (Helyi közlekedés) 4/1991, Albah Fachverlag, Düsseldorf, folyóiratban megjelent cikk. M vontatómotorokként szokásos, vasúti forgalomban alkalmazott aszinkron motorokat alkalmazunk. Egy „duójármûnek” egy lehetséges kiviteli alakjaként olyan motoros vasúti jármûvet említünk, amely elektromos, váltakozó feszültségû üzemeltetéséhez és dízel-elektromos üzemeltetéséhez kombinált hajtással van ellátva és amely négyrészes jármûként van kiképezve két hajtóegységgel és hat hajtott tengellyel. A példaképpeni jármû felsõvezetékes hálózatról való, váltakozó feszültségû ággal történõ üzemeltetésre és hálózattól független, dízel-elektromos üzemeltetésre alkalmas duójármû. A 13. ábra egy ilyen jellegû motoros vasúti jármûhöz való hajtóegységet mutat, míg a motoros vasúti jármû a 14. ábrán vázlatosan, oldalnézetben van feltüntetve. A bemutatott H hajtás tehát a jármûben kétszeresen van jelen. A dízel-elektromos üzemeltetés DG dízelgenerátor-ág segítségével van biztosítva. Az üzemmódok közötti átkapcsolás az egyik üzemmódról való lekapcsolásból és az újabb üzemmódba való bekapcsolásból áll. Ennek során a ZK közbensõ áramkört nem kell kisütni, ami az átkapcsolási folyamatot meggyorsítja. Feltétel csupán, hogy a jármû mindkét üzemmódhoz alkalmasan kell, hogy felszerelve legyen és az átkapcsolási folyamat során a két üzemmódhoz való feltételek érvényesüljenek. Az átkapcsolási folyamat álló jármûnél és megfelelõ koordinálás esetén járó jármû esetén is megtörténhet. Viszont minden egyes esetben a hajtást és a segédüzem-ellátó részt az átkapcsolási folyamat során le kell kapcsolni, úgyhogy a jármû adott esetben az átkapcsolási folyamat során gurul.
5
10
15
20
25
30
35 SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Motoros vasúti jármû személyszállításhoz, amelynek legalább egy kocsiszekrény (22) által képzett kocsirésze utasokat befogadó utastérrel és legalább egyik homlokoldalon elrendezett vezetõállással, a kocsiszekrény (22) végrészeihez képest lesüllyesztett középsõ résszel (12) és legalább egy, a középsõ részhez (12) képest megemelt, motorkocsifejrészként (14, 15) kiképzett végrésszel van ellátva, továbbá kerekeket tartalmazó futómûvei (20) és legalább egy hajtóegysége (28) van, ahol a hajtóegységet (28) a futómû (20) legalább egy tengelyét hajtó hajtás (30) és hajtómû (32) együttesen képezi, azzal jellemezve, hogy a motoros vasúti jármû (10) mindkét végrésze önmagában ismert módon motorkocsifejrészként (14, 15) van kiképezve, ahol a választhatóan dízel-mechanikus hajtás vagy dízelelektromos hajtás, vagy tisztán elektromos hajtás vagy dízel-elektromos hajtásból és tisztán elektromos hajtásból álló kombinált többrendszerû hajtás, vagy két különbözõ elektromos hajtásváltozatból álló kombinált többrendszerû hajtás vagy egy dízel-elektromos hajtásból és két különbözõ elektromos hajtásváltozatból álló kombinált többrendszerû hajtás és a hajtómû (32) mindenkor
40
45
50
55
60 10
2
egymás mellett párhuzamosan a kocsiszekrény (22) mindegyik motorkocsifejrésze (14, 15) alatt a motorkocsifejrész (14, 15) homlokoldali vége és a hozzárendelt futómû (20) között van elrendezve. 2. Az 1. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a hajtás (30) hûtõkörrel ellátott dízelmotor által képzett dízel-mechanikus hajtásként (30) van kiképezve, ahol a dízelmotor hajtómûvel (32) együttmûködõ kapcsolatban van és mindenkor a kocsiszekrény (22) motorkocsifejrésze (14, 15) alatt van elrendezve. 3. A 2. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a dízelmotor homlokkerekeken keresztül a hajtómûvel (32) van kapcsolatban és csuklós tengelyen (34) keresztül a hozzárendelt futómûvel (20) van együttmûködõ kapcsolatban. 4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a dízelmotor és a hajtómû (32) egymás mellett párhuzamosan van elrendezve. 5. Az 1–4. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a dízel-mechanikus hajtás automatikus többfokozatú hajtómûvel van ellátva, amely elfordulás szempontjából rugalmas tengelykapcsolón keresztül a dízelmotorral van együttmûködõ kapcsolatban. 6. Az 1–5. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a hajtómû (32) bolygómûként van kiképezve. 7. Az 1–6. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a hajtómû (32) indítási átalakítóval van ellátva. 8. A 7. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy az indítási átalakító hidrodinamikus átalakítóként van kialakítva. 9. A 7. vagy 8. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy az indítási átalakító stacioner üzemben áthidalható. 10. Az 1–9. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy az indítási átalakító és a hajtómû (32) között egy, az összes fokozatban a fellépõ fékezõteljesítményt folyamatosan elvezetõ hidrodinamikus fékezõszerkezet van elrendezve. 11. Az 1–10. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a hajtómû (32) és a fékezõszerkezet veszteséghõjét elvezetõ hõcserélõvel van ellátva, amely a dízelmotor hûtõkörével együttmûködõ kapcsolatban van. 12. A 2. vagy 11. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a hûtõkör hûtõberendezéssel van ellátva, amely egy, menetirányra merõlegesen hûtõ levegõt a hajtóegységen keresztül szívó, hidrosztatikusan/hidraulikusan hajtott szellõztetõvel van ellátva. 13. Az 1–12. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy egy, a dízelmotor és a hajtómû (32) funkcióinak vezérlésére szolgáló automatikus kapcsolómûvel van ellátva. 14. A 13. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy az automatikus kapcsolómû diagnózisképes kapcsolómû.
1
HU 220 730 B1
15. Az 1–14. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a legalább egy hajtóegység (28) az automatikus kapcsolómû segítségével – elõnyösen egyik vezetõállás felõl – távmûködtethetõen van kiképezve. 16. Az 1–15. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy veszteséghõhõcserélõvel van ellátva, amely a vontatási és fékezési üzem során keletkezõ veszteséghõt felvevõ és fûtésre hasznosító hõcserélõ. 17. A 16. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a veszteséghõ-hõcserélõ a hûtõkörrel párhuzamosan van kapcsolva. 18. Az 1–17. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy járulékosan egy fûthetõ melegvíz-berendezéssel van ellátva, amely a dízelmotor elõmelegítésére szolgáló berendezés. 19. Az 1–18. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy két tengelyhajtással van ellátva, ahol a hajtással (30) összekapcsolt elsõ hajtótengely mellett egy második hajtótengely van elrendezve, amely egy tengely-irányváltómûvel van ellátva, amely csuklóstengelyen keresztül a hajtás (30) hajtómûvével (32) mûködtetõ kapcsolatban áll. 20. Az 1–19. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a futómûvek (20) forgóvázakként vannak kiképezve, amelyeknek hajtott tengelyei csuklóstengelyen keresztül a helyhez kötötten elrendezett hajtóegységgel (28) vannak kapcsolatban. 21. Az 1–20. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy hajtóegységként (28) generátort (G) hajtó dízelmotorral ellátott dízel-elektromos hajtás van elrendezve, ahol a generátor (G) áramátalakítón (SR) keresztül legalább egy
5
10
15
20
25
30
35
11
2
elektromos vontatómotort (M) tápláló generátor, amely legalább egy futómûvel (20) van mûködtetõ kapcsolatban. 22. Az 1. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a hajtóegység (28) legalább egy áramszedõvel (SA), transzformátorral (TR), áramátalakítóval (SR) és legalább egy vontatómotorral (M) ellátott, váltakozóáramú tápelrendezésként van kiképezve, ahol a vontatómotor (M) legalább egy futómûvel (20) van mûködtetõ kapcsolatban. 23. Az 1. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a hajtóegység (28) legalább egy áramszedõvel (SA), áramátalakítóval (SR) és legalább egy vontatómotorral (M) ellátott egyenáramú tápelrendezésként van kiképezve, ahol a vontatómotor (M) legalább egy futómûvel (20) van mûködtetõ kapcsolatban. 24. Az 1. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a hajtóegység (28) a 21., 22. és 23. igénypontban leírt hajtóegységek kombinációjaként van kiképezve az áramátalakítók (SR) és vontatómotorok (M) közös alkalmazásával. 25. Az 1–24. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a motoros vasúti jármû (10) legalább két kocsiszekrénnyel (22) van ellátva, amelyek egymással csuklósan vannak összekötve. 26. Az 19. igénypont szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy mindegyik kocsiszekrény (22) a szomszédos kocsiszekrény (22) felé mutató végrészén egy-egy futómûvön (20) támaszkodik. 27. Az 1–26. igénypontok bármelyike szerinti motoros vasúti jármû, azzal jellemezve, hogy a motoros vasúti jármû (10) mindkét végrésze – toló-vonó üzemmódot lehetõvé tevõen – motorkocsifejrészként (14, 15) van kiképezve.
HU 220 730 B1 Int. Cl.7: B 61 C 5/00
12
HU 220 730 B1 Int. Cl.7: B 61 C 5/00
13
HU 220 730 B1 Int. Cl.7: B 61 C 5/00
14
HU 220 730 B1 Int. Cl.7: B 61 C 5/00
15
HU 220 730 B1 Int. Cl.7: B 61 C 5/00
16
HU 220 730 B1 Int. Cl.7: B 61 C 5/00
17
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest A kiadásért felel: Törõcsik Zsuzsanna fõosztályvezetõ-helyettes Windor Bt., Budapest
