DE102020000076B3 - Streckenabschnitt für den Betrieb elektrisch angetriebener Schienenfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Streckenabschnitt (1) für den Betrieb elektrisch angetriebener Schienenfahrzeuge (18), mit einem Gleis (2), das zwei parallel verlaufende Schienen (3a, 3b) aufweist, mit einer, von einem Isolator (4) getragenen Fahrleitung (5), die auf einer Seite des Gleises in einem parallel zu den Schienen (3a, 3b) verlaufenden Raumbereich (6) angeordnet ist, wobei die Fahrleitung (5) dazu bestimmt ist, Stromabnehmer (19) der elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeuge (18) mit Strom zu versorgen und von unten abzustützen, und wobei die Fahrleitung (5) und der die Fahrleitung (5) tragende Isolator (4) abschnittweise unterbrochen oder nicht unterbrochen sind.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass auf der anderen Seite des Gleises in einem parallel zu den Schienen verlaufenden zweiten Raumbereich (7) eine Stützeinrichtung (8) angeordnet ist, die dazu bestimmt ist, Stromabnehmer (19) der elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeuge (18) von unten abzustützen ohne diese mit Strom zu versorgen.Die Erfindung betrifft ferner ein Schienenfahrzeug (18) für den Betrieb auf dem Streckenabschnitt (1).

Description

• Die Erfindung betrifft einen Streckenabschnitt für den Betrieb elektrisch angetriebener Schienenfahrzeuge, mit einem Gleis, das zwei parallel verlaufende Schienen aufweist, mit einer, von einem Isolator getragenen Fahrleitung, die auf einer Seite des Gleises in einem parallel zu den Schienen verlaufenden Raumbereich angeordnet ist, wobei die Fahrleitung dazu bestimmt ist, Stromabnehmer der elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeuge mit Strom zu versorgen und von unten abzustützen, und wobei die Fahrleitung und der die Fahrleitung tragende Isolator abschnittweise unterbrochen oder nicht unterbrochen sind.
• Zur Versorgung spurgebundener, elektrisch angetriebener Fahrzeuge mit Elektrizität während der Fahrt haben sich vor allem die Oberleitung und die seitliche Stromschiene als tauglich erwiesen. Die Oberleitung eignet sich besonders für Hauptbahnen mit einem hohen Anteil von ebenerdigen oder aufgeständerten Streckenabschnitten, da hier durch die erhöhte Anbringung des Fahrdrahtes eine Gefährdung von Menschen und Tieren durch die Hochspannung so gut wie ausgeschlossen ist. Darüber hinaus ermöglicht eine Oberleitung den Einsatz von Wechselstrom mit einer hohen Spannung und dadurch den Betrieb von spurgeführten Fahrzeugen mit Geschwindigkeiten bis über 400km/h. Dem gegenüber stehen Nachteile wie höhere Installations- und Betriebskosten, ein unter Kostengesichtspunkten in Tunnels besonders nachteiliger hoher Platzbedarf, erschwerter oder unmöglicher Einsatz von Doppelstock-Containertragwagen oder die visuelle Beeinträchtigung des Umfelds. Stromschienen eignen sich aufgrund geringen Platzbedarfs vor allem für urbane Anwendungen in Tunnels. Weitere Vorteile sind geringere Installations- und Betriebskosten, eine einfache Wartung und eine höhere Robustheit als bei einer Oberleitung. Nachteilig ist vor allem die Nähe zur Fahrbahn und die sich daraus ergebende Gefährdung von Menschen und Tieren im Falle einer Berührung der Stromschiene oder eines Spannungsüberschlags. Die Unterbrechungen der Stromschiene bei Weichen führen zu starken mechanischen Kräften am Schleifschuh sowie der Stromschiene, sodass nachteilig Geschwindigkeiten über 150km/h kaum möglich sind. Der Geschwindigkeitsrekord für einen mit einer Stromschiene betriebenen Zug liegt bei lediglich 174km/h.
  Bekannt sind Streckenabschnitte mit Stromschienen, die auf einer Seite eines Gleises angeordnet sind und abhängig von der Streckenführung die Seite wechsein. Eine andere angedachte Ausführung ist die Anbringung von Stromschienen in einem Schacht zwischen den Gleisen. Eine solche Anordnung wird in den deutschen Patentschriften DE 29 068 A und DE 10 2007 011 709 A1 sowie in der französischen Schrift FR 2 894 888 A1 beschrieben. Zum Schutz vor den von einer offenen Stromschiene ausgehenden Gefahren wurden eine große Anzahl von Designs von Schutzverkleidungen ersonnen, darunter auch Ausführungen, die einen direkten Zugang zur Stromschiene verhindern. Diese sind in den USamerikanischen Patenschriften US 730 058 A , US 757 264 A und US 727 227 A beschrieben.
  Es sind ferner Systeme mit Stromschienen beidseitig der Spur bekannt, wobei die Stromschienen zugleich der Führung des spurgeführten Fahrzeugs dienen, beispielsweise U-Bahnen in Paris und Montreal.
  Schienenfahrzeuge für den Betrieb auf dem eingangs genannten Streckenabschnitt sind u.a. beschrieben in „IHME, Joachim: Schienenfahrzeugtechnik. Springer : Wiesbaden, 2016. S.1-29. - ISBN 978-3-658-13541-6“. Auf S.27 Bild links oben ist die Kleinprofil-U-Bahn Berlin und auf dem Bild rechts oben die von dieser Bahn verwendete von oben bestrichene Stromschiene zu sehen. Lagetoleranzen der Stromschienen werden durch Federung der Stromabnehmer spurgeführter Fahrzeuge ausgeglichen. Beispielhaft offenbart das Dokument DE 21 46 680 A1 in 2 ein Fahrleitsystem in Verbindung mit drei gefederten Stromabnehmern.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Streckenabschnitt der eingangs genannten Art so zu entwickeln, dass die beschriebenen Nachteile bekannter Lösungen vermieden und eine Stromversorgung von Hochgeschwindigkeitszügen ohne Oberleitung ermöglicht wird.
• Die Lösung der Aufgabe bezüglich des Streckenabschnitts ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben. Die das Schienenfahrzeug betreffende Lösung ist im Anspruch 11 beschrieben.
• Der entscheidende Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das platzsparende und kosteneffektive Konzept der Stromschiene so weiterentwickelt wurde, dass es nun den Einsatz von Hochgeschwindigkeitszügen ermöglicht.
• Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführung liegen die zum Abstützen der Stromabnehmer bestimmten Oberflächen der Fahrleitung und der Stützeinrichtung in einer Ebene, deren senkrecht zur Ebene gemessener Abstand zur ersten Schiene und zur zweiten Schiene des Gleises gleich ist. Hierdurch wird erreicht, das symmetrisch zu beiden Seiten des Schienenfahrzeugs angeordnete Stromabnehmer auf beiden Seiten abgestützt werden und komplizierte Ein- und Ausklappvorrichtungen für die Stromabnehmer entfallen.
  Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführung sind entweder die ortsfeste Fahrleitung und der die Fahrleitung tragende Isolator oder die ortsfeste Stützeinrichtung abschnittweise unterbrochen und durch eine bewegliche Stützeinrichtung ersetzt. Die im Bereich einer Weiche angeordnete, horizontal bewegliche Stützeinrichtung ermöglicht im Falle beider Weichenstellungen eine ununterbrochene Abstützung der Stromabnehmer. Im Bereich eines Bahnübergangs ist für die bewegliche Stützeinrichtung eine höhere Gebrauchslage vorgesehen, in der die bewegliche Stützeinrichtung die ortsfeste Stützeinrichtung fortsetzt und so eine ununterbrochene Abstützung der Stromabnehmer gewährleistet, und es ist eine tiefere Nichtgebrauchslage vorgesehen, in der die bewegliche Stützeinrichtung den kreuzenden Straßenverkehr nicht behindert. Dies ermöglicht den Betrieb von Schienenfahrzeugen mit Geschwindigkeiten weit über 150km/h. Gemäß einer dritten vorteilhaften Ausführung weist der Streckenabschnitt wenigstens eine ein- oder mehrteilige Bodenplatte auf. Der Streckenabschnitt weist ferner an der wenigstens einen Bodenplatte angeordnete, sich regelmäßig wiederholende Montagestellen auf, die zum Befestigen des die Fahrleitung tragenden Isolators, der Schienen, und der Stützeinrichtung bestimmt sind. Diese vorteilhafte Ausführung reduziert den Montage- und Wartungsaufwand durch eine Verringerung der Anzahl verschiedener Teile, durch Normung, und durch reduzierte Toleranzen.
  Gemäß einer vierten vorteilhaften Ausführung weist die wenigstens eine Bodenplatte zwischen den Montagestellen für den die Fahrleitung tragenden Isolator und den Montagestellen für die benachbarte Schiene weitere Montagestellen auf, die für die Montage wenigstens einer Schutzabdeckung bestimmt sind. Auch an der den Schienen abgewandten Seite der Fahrleitung können an der Bodenplatte weitere Montagestellen für die Montage wenigstens einer Schutzabdeckung vorgesehen sein. Insbesondere der Einsatz von Wechselstrom für den Betrieb von Hochgeschwindigkeitszügen verlangt sicherheitstechnisch eine umfassende Isolierung und einen beschränkten Zugang zur Fahrleitung, die möglichst nur für den Stromabnehmer des Schienenfahrzeugs erreichbar sein sollte. Genormte Befestigungsstellen und Befestigungsmittel für mehrteilig aufgebaute Isolatoren sind wesentlich für eine lückenlos und zuverlässig sichere Installation. Die vorteilhafte Ausführung ermöglicht kompakte Ausführungen, die insbesondere im Tunnelbau enorme Einsparungen durch reduzierte Tunneldurchmesser ermöglichen.
  Gemäß einer fünften vorteilhaften Ausführung bildet oder trägt ein Abschnitt oder ein Teil der wenigstens einen Bodenplatte einen Gehweg, wobei die Positionen und Abstände zueinander des Gehwegs, der Fahrleitung, des Isolators und der Schutzabdeckungen innerhalb des Streckenabschnitts stets gleich sind. Dies erlaubt eine vereinfachte Konstruktion des in manchen Situationen, insbesondere in Tunneln und auf Viadukten, gesetzlich zwingend erforderlichen seitlichen Gehwegs.
• Die Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.
• 1 zeigt im Querschnitt einen Streckenabschnitt 1 für den Betrieb elektrisch angetriebener Schienenfahrzeuge 19, mit einem Gleis 2, das zwei parallel verlaufende Schienen 3a, 3b aufweist, mit einer, von einem Isolator 4 getragenen Fahrleitung 5, die auf einer Seite des Gleises 2 in einem parallel zu den Schienen 3a, 3b verlaufenden Raumbereich 6 angeordnet ist, wobei die Fahrleitung 5 dazu bestimmt ist, Stromabnehmer 20 der elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeuge 19 mit Strom zu versorgen und von unten abzustützen, und wobei die Fahrleitung 5 und der die Fahrleitung 5 tragende Isolator 4 abschnittweise unterbrochen oder nicht unterbrochen sind.
  Auf der anderen Seite des Gleises ist in einem parallel zu den Schienen 2 verlaufenden zweiten Raumbereich 7 eine Stützeinrichtung 8 angeordnet, die dazu bestimmt ist, Stromabnehmer 20 der elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeuge 19, siehe 7 und 8, von unten abzustützen ohne diese mit Strom zu versorgen. Die zum Abstützen der Stromabnehmer 20 bestimmten Oberflächen der Fahrleitung 5 und der Stützeinrichtung 8 liegen in einer Ebene 9, deren senkrecht zur Ebene 9 gemessener Abstand 10a, 10b zu der, der Fahrleitung benachbarten ersten Schiene 3a und zur zweiten Schiene 3b des Gleises 2 gleich ist.
  Die Stützeinrichtung 8 kann ein- oder mehrteilig aufgebaut sein und beispielsweise aus Vollmaterial oder aus einem Hohlprofil bestehen. Insbesondere eine innen hohle Stützeinrichtung 8 kann, zusätzliche Funktionen ausübend, stromversorgte Einrichtungen 12 aufnehmen oder tragen. Als an der Stützeinrichtung 8 angeordnete, stromversorgte elektrische oder elektronische Einrichtungen 12 kommen insbesondere elektrische Leitungen, Datenleitungen, datenverarbeitende Einrichtungen, steuerungstechnische Einrichtungen, Drucksensoren, optische Sensoren oder sonstige Sensoren, sowie elektrische Beleuchtung in Frage. Sensoren können insbesondere erstens den Streckenabschnitt 1 betreffende Messdaten, zweitens das Schienenfahrzeug 19 und das Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs 19 betreffende Messdaten, sowie drittens Gefahrensituationen betreffende Messdaten liefern. Ein Beispiel für den ersten Fall ist das Erkennen von Schäden an Einrichtungen des Streckenabschnitts 1, ein Beispiel für den zweiten Fall ist das Erkennen von Position, Geschwindigkeit und Schwingungsverhalten des Schienenfahrzeugs 19, und ein Beispiel für den dritten Fall ist das Erkennen eines Hindernisses auf einem Bahnübergang.
• 2 und 3 zeigen von oben den Streckenabschnitt 1 mit einer Weiche. Die Fahrleitung 5 und der die Fahrleitung 5 tragende Isolator 4 sowie die Stützeinrichtung 8 sind abschnittweise unterbrochen. Bewegliche Stützeinrichtungen 11 ersetzen diese in der Unterbrechung. Dies gewährleistet, dass im Falle beider Weichenstellungen die Abstützung der Stromabnehmer 20 ununterbrochen ist. Die dauerhafte Abstützung der Stromabnehmer 20 ist bei höheren Geschwindigkeiten unabdingbar. Bei der in 2 gezeigten Weichenstellung wird der Abzweig befahren, bei der in 3 gezeigten Weichenstellung wird das Stammgleis befahren. Die beweglichen Stützeinrichtungen 11 sind bevorzugt jeweils um einen Drehpunkt horizontal bewegbar gelagert.
• 4 zeigt den Streckenabschnitt 1 mit wenigstens einer Bodenplatte 13. Der Streckenabschnitt 1 weist an der wenigstens einen Bodenplatte 13 angeordnete, sich regelmäßig wiederholende Montagestellen 14 auf, die zum Befestigen des die Fahrleitung 5 tragenden Isolators 4, der Schienen 3a, 3b und der Stützeinrichtung 8 bestimmt sind. Regelmäßig sich wiederholende Montagestellen 14 können auch für die Befestigung weiterer Teile vorgesehen sein, insbesondere für die in 7 gezeigten Schutzabdeckungen 15. Die an Montagestellen 14 befestigten Teile können mithilfe von Befestigungsmitteln, beispielsweise Schrauben oder Dübeln, an der Bodenplatte 13 befestigt sein. Äquivalent hierzu kann eine Montagestelle 14 auch so gebildet sein, dass das zu befestigende Teil ohne Befestigungsmittel eine vorgesehene, ortsfeste Position an der Bodenplatte 13 einnimmt, beispielsweise indem es in eine Vertiefung der Bodenplatte 13 eintaucht oder sich an der Bodenplatte 13 abstützt. Im Fall mehrteiliger Bodenplatten 13 ist entscheidend, dass die Teile der Bodenplatte 13 zueinander vorbestimmte, ortsfeste Positionen einnehmen, sodass deren Verbund zu einer einteiligen Bodenplatte 13 äquivalent ist.
• 5 zeigt den Streckenabschnitt 1 mit einem diesen kreuzenden Straßenabschnitt 17. Die Oberfläche des Straßenabschnitts 17 befindet sich auf derselben Höhe wie die Oberseite der Schienen 3a und 3b. Der Streckenabschnitt 1 weist zwei parallel zu den Schienen 3a und 3b angeordnete bewegliche Stützeinrichtungen 11 auf, die jeweils durch Hebeeinrichtungen 16 in vertikaler Richtung bewegt werden können. 5 zeigt die Hebeeinrichtungen 16 sowie die beweglichen Stützeinrichtungen 11 in der Gebrauchslage, welche das Befahren des Streckenabschnitts 1 durch ein Schienenfahrzeug 19, siehe 7 und 8, ermöglicht.
• 6 zeigt den in 5 dargestellten Streckenabschnitt 1, wobei sich Hebeeinrichtungen 16 sowie die beweglichen Stützeinrichtungen 11 in der Nichtgebrauchslage befinden, welche das Überqueren des Streckenabschnitts 1 durch ein Straßenfahrzeug ermöglicht.
• 7 zeigt den Streckenabschnitt 1 in einem kreisrunden Tunnel 18. Die Bodenplatte 13 ist hier zweiteilig, bestehend aus einem ersten, eine Gehweg bildenden Teil 13a und einem tieferen, das Gleis tragenden Teil 13b. Die beiden Teile 13a, 13b nehmen eine definierte, ortsfeste Position zueinander ein. Dadurch wird erreicht, dass Maßtoleranzen zwischen der an dem ersten Teil 13a montierten Schutzabdeckung 15a und der am zweiten Teil 13b montierten Schutzabdeckung 15b minimiert sind. Je nach Bauart kann die Bodenplatte 13 weiter unterteilt sein. Beispielsweise kann der in 7 gezeigte erste Teil 13a weiter unterteilt sein in ein oberes, den Gehweg bildendes Teil und ein den Gehweg tragendes Basisteil. Eine solche Unterteilung kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn zwischen Gehweg und Basisteil ein nutzbarer Freiraum gebildet werden soll oder wenn unterschiedliche Materialien kombiniert werden sollen. Ein solcher Freiraum kann abweichend von der Darstellung in 7 Platz für die Fahrleitung 5 und den die Fahrleitung tragenden Isolator 4 bieten, so dass die den Freiraum begrenzenden Abschnitte der Bodenplatte 13 auch die Funktion einer Schutzabdeckung 15 ausüben. Allen möglichen Ausführungen gemeinsam ist, dass sicherheitstechnisch vorteilhaft die von Menschen benutzten Einrichtungen, insbesondere der Gehweg, die eine Gefahr für Menschen darstellende Fahrleitung 5, und die diese Gefahr bannenden Isolatoren 4 und Schutzabdeckungen 15 standardisierte Teile mit stets gleichen Positionen und Abständen zueinander sind.
• Die am ersten Teil 13a der Bodenplatte 13 montierte Schutzabdeckung 15a übernimmt wahlweise zusätzlich die Funktion einer betretbaren Stufe, über die der durch das erste Teil 13a der Bodenplatte 13 gebildete Gehweg vom Fahrweg aus erreichbar ist. Die Schutzabdeckungen 15a, 15b sind dabei so geformt, dass die hier durch eine Stromschiene gebildete Fahrleitung 5 nicht auf direktem Wege erreichbar ist und so die Gefahr einer Berührung durch Menschen ausgeschlossen wird. Die Form des Stromabnehmers 20 des Schienenfahrzeugs 19 ist an die Form des durch die Schutzabdeckungen 15a, 15b gebildeten Hohlraums angepasst. Durch den verlängerten Abstand der Fahrleitung 5 zu den Schienen 3a und 3b sowie zum Schienenfahrzeug 19 ist es möglich, höhere Spannungen und/oder Stromstärken zu verwenden, die den Betrieb von Hochgeschwindigkeitszügen vereinfachen.

Claims (10)

1. Streckenabschnitt (1) für den Betrieb elektrisch angetriebener Schienenfahrzeuge (19), mit einem Gleis (2), das zwei parallel verlaufende Schienen (3a, 3b) aufweist, mit einer, von einem Isolator (4) getragenen Fahrleitung (5), die auf einer Seite des Gleises in einem parallel zu den Schienen (3a, 3b) verlaufenden Raumbereich (6) angeordnet ist, wobei die Fahrleitung (5) dazu bestimmt ist, Stromabnehmer (20) der elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeuge (19) mit Strom zu versorgen und von unten abzustützen, und wobei die Fahrleitung (5) und der die Fahrleitung (5) tragende Isolator (4) abschnittweise unterbrochen oder nicht unterbrochen sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der anderen Seite des Gleises in einem parallel zu den Schienen verlaufenden zweiten Raumbereich (7) eine Stützeinrichtung (8) angeordnet ist, die dazu bestimmt ist, Stromabnehmer (20) der elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeuge (19) von unten abzustützen ohne diese mit Strom zu versorgen.
2. Streckenabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Abstützen der Stromabnehmer (20) bestimmten Oberflächen der Fahrleitung (5) und der Stützeinrichtung (8) in einer Ebene (9) liegen, deren senkrecht zur Ebene (9) gemessener Abstand (10a, 10b) zur ersten Schiene (3a) und zur zweiten Schiene (3b) des Gleises (2) gleich ist.
3. Streckenabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrleitung (5) und der die Fahrleitung (5) tragende Isolator (4) und/oder die Stützeinrichtung (8) abschnittweise unterbrochen und durch eine bewegliche Stützeinrichtung (11) ersetzt sind.
4. Streckenabschnitt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine bewegliche Stützeinrichtung (11) horizontal um einen Drehpunkt bewegbar ist.
5. Streckenabschnitt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine bewegliche Stützeinrichtung (11) vertikal zwischen einer zur Abstützung des Stromabnehmers (20) eines Schienenfahrzeugs (19) bestimmten Gebrauchslage und einer Nichtgebrauchslage bewegbar ist.
6. Streckenabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Streckenabschnitt (1) wenigstens eine Bodenplatte (13) aufweist und dass der Streckenabschnitt (1) an der wenigstens einen Bodenplatte (13) angeordnete, sich regelmäßig wiederholende Montagestellen (14) aufweist, die zum Befestigen des die Fahrleitung (5) tragenden Isolators (4), der Schienen (3a, 3b) und der Stützeinrichtung (8) bestimmt sind.
7. Streckenabschnitt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Bodenplatte (13) zwischen Montagestellen (14) für den die Fahrleitung (5) tragenden Isolator (4) und Montagestellen (14) für die benachbarte Schiene (3a) weitere Montagestellen (14) aufweist, die für die Montage wenigstens einer Schutzabdeckung (15) bestimmt sind.
8. Streckenabschnitt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Bodenplatte (13) auf der den Schienen (3a, 3b) abgewandten Seite der Fahrleitung (5) weitere Montagestellen (14) aufweist, die für die Montage wenigstens einer Schutzabdeckung (15) bestimmt ist.
9. Streckenabschnitt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt oder ein Teil der wenigstens einen Bodenplatte (13) einen Gehweg bildet oder trägt, wobei die Positionen und Abstände zueinander des Gehwegs, der Fahrleitung (5), des Isolators (4) und der Schutzabdeckungen (15) innerhalb des Streckenabschnitts stets gleich sind.
10. Streckenabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stützeinrichtung (8) stromversorgte Einrichtungen (12) angeordnet sind.

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