将柴电机车改装成电力机车的装置和方法与流程

本发明涉及一种将柴电机车改装成电力机车的装置和方法，以及这样改装的电力机车。

由于柴油价格不断上涨，尤其在具有大量柴电机车(德文缩写“de-loks”)的国家需要对线路进行电气化。然而因为现有的柴电机车一般还可以使用，因此有利的是将这些柴电机车改装成电力机车(德文缩写“e-loks”)。

迄今为止，将柴电机车改装成电力机车的情况很少。对于这种改造，一般可以继续使用机械的基础结构，如车厢或底盘、带有驱动装置(牵引电机和传动装置)的转向架、带有操作元件的驾驶室和舒适性设备和制动装备。

与之相反，要拆除带有以法兰方式安装的发电机的柴油发动机、对应的冷却系统、空气处理装置和排气消声器以及制动电阻和其他辅助装置，以及现有的驱动变流器。

然后，对于作为电力机车使用，必须将新的高压组件、变压器、具有电网侧的和牵引电机侧的部分的变流器、配属的冷却系统和辅助运行逆变器安装到继续使用的组件中。通常，安装好的组件单独地布置、安装在清理干净的机车的底盘上并通过电缆和管道进行必要的相互连接和连接到机车的组件上。

这种改装非常复杂并且成本很高。此外，在改装完成之前不能简单实现对组件的配合的检查。这是经济性方面的缺点。

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种用于改装柴电机车的装置和方法，以及一种这样改装的电力机车，它克服了现有技术的缺点并且允许改进的改装。

上述技术问题一方面通过根据权利要求1的装置、根据权利要求13的方法，以及根据权利要求12的电力机车解决。

根据本发明的装置(电力包“electropowerpack”)用于将柴电机车改装成电力机车，其包括以下组件：

-用于电力机车的运行组件

这是那些根据电力机车的原理负责驱动电动机的组件并且通常安装在电力机车的机房内。所述运行组件也可称为电力机车的“基本部件”，它们基本上包括电力机车的电气开关系统、控制系统和传输系统。

因为在柴电机车中通常已经包含一个或多个牵引电机(电动机)，所以它们优选不包含在所述装置内。所述牵引电机至少不是所述运行组件的一部分。

-适配框架

所述适配框架是例如由钢制成的稳定的框架，所述运行组件安置在所述稳定的框架上。所述适配框架保证在底基上稳定的支承和运行组件的稳定的固定，使得所述装置优选在机车外部组装，并且简单地通过抬升适配框架抬到待改装的机车中。为此，适配框架应具有相应的刚性。此外，适配框架成形为，使得当运行组件安装在适配框架上时所述装置不会倾倒。为此有利的是，适配框架(至少在相应的运行组件下方的区域中)比相应的运行组件更宽。

按照本发明，适配框架设计成其能与连接点连接，即例如与柴电机车的机械的基础结构的发电机连接点和/或柴油发动机连接点连接，即例如与底盘连接。

适配框架优选具有矩形的基本形状。然而根据待改装的机车的下部结构导致的几何规格，需要的是或者有利的是，适配框架具有与矩形的基本形状不同的基本形状。例如，如果在下部结构中存在肋件，为了使下部结构稳定，不应去除该肋件，而是应该使得适配框架相应地成形在相应的位置上，例如通过凹缺或收缩部。适配框架也可以在侧面的确定的位置上具有向外卷边，以便例如能够建立与下部结构的连接点或与运行组件的更好的连接。

适配框架可以具有保持结构和/或成形为在一些区域中比在其他区域中更高。有利的例如是，在柴电机车的基础结构中连接点比在其他位置处更高，并且在该区域中应布置比这些更高的连接点的间距更宽的运行组件。

然后可以将该运行组件如此提升地安设到适配框架上，使得这些运行组件位于所述更高的连接点的上方。优选地，适配框架包括矩形的基体和保持结构，所述基体和保持结构优选构造成固定结构和/或底垫结构。

不同类型的柴电机车可借助本发明改装。例如两种类型是emdgt46mac(在印度也称为wdg4)或clyde/gm的gt42cuac4000级(也称为pn级)。适配框架优选设计成其能安置在一种甚至这两种类型的基础结构上。

适配框架的长度应比待改装的柴电机车的基础结构更短，尤其至少短2m。适配框架优选短于18m，尤其短于13m，特别优选短于7m。短的结构具有的优点是，需要更小的弯曲刚性。然而所有期望的或必要的运行组件在该适配框架上都有位置。因此，适配框架具有至少2m的长度，优选至少4m，特别优选至少6m。

适配框架的宽度通常取决于连接点的位置和待改装的柴电机车的基础结构的形状。优选地，适配框架的基本部分(尤其基体)的宽度至少是40cm，优选地至少60cm，特别优选地至少80cm。优选地，适配框架的基本部分(尤其基体)的宽度最大是120cm，优选最大100cm，特别优选最大90cm。优选地，适配框架(尤其其保持结构)的最大宽度是最大200cm，优选最大160cm，特别优选最大140cm。

根据本发明的电力机车包括根据本发明的装置。

根据本发明的方法用于将柴电机车改装成电力机车，其包括以下部步骤：

-在柴电机车外部提供根据本发明的装置。这允许在适配框架上简单地安装运行组件。此外以简单的方式实现，可以测试在适配框架上的运行组件。

装置的测试，尤其机械和/或电气测试以及冷却系统或冷却回路或制动压力发生器的测试是优选的附加的步骤。

-将所述装置安置在柴电机车的机械的基础结构上。例如，可以借助起重机将所述装置抬到机车的下部结构上。

-将所述装置与机械的基础结构的连接点连接。所述装置以此借助这种连接固定在基础结构上，因此也可以说，进行所述装置在机械的基础结构的连接点上的固定。在此多种连接方式是可行的。优选螺栓连接，因为它允许事后的修正，并且可以消除机械应力。

-所述装置与柴电机车的驱动组件在能源技术上连接。在这一步骤中，例如将运行组件与机车的牵引电机(电动机)电连接，从而可以由相应的运行组件对其供电。在此也可以例如进行与机车的控制组件的控制技术的连接，或者进行制动压力发生器与制动器的液压或气动的连接。

因此本发明中尤其涉及的是，将基本的组件，变压器、变流器、冷却系统和辅助运行逆变器(和必要时的制动压力发生器)集成在一个装置(“电力包”)中，使得它们可以在待改装的柴电机车外部安装在适配框架上，与电缆和管道或软管连接，投入运行和测试。在测试后，完整的装置(“电力包”)可以作为单元布置到机车上并且与机车的少量接口(如控制接口、牵引电机、制动器)连接。

此外，从从属权利要求以及下面的描述中得到本发明特别有利的设计方案和改进设计，其中，一个权利要求类别的权利要求也可以与相对另一个权利要求类别的权利要求和说明部分类似地改进，并且尤其不同的实施例或变型设计的个别特征也可以组合成新的实施例或变型设计。

优选的是，布置在适配框架上的运行组件设计成，如果这些运行组件配备能源或与能源连接，它们就可以驱动柴电机车的牵引电机。这具有的优点是，基本上不需要另外的功能组件用于改装。

在此，运行组件，即电机车专用构件组优选包括电气开关系统和/或控制系统和/或传输系统，特别优选包括由变压器、变流器、冷却系统和辅助运行逆变器、制动压力发生器、受电器和电荷耦合存储器构成的组的组件。

根据优选的实施方式，变压器、变流器、辅助运行逆变器和尤其冷却系统和/或制动压力发生器安装在适配框架上。然而清楚的是，也可以进行电机车专用构件组的其它配置，例如其它的分组或其它的定位。在柴电机车的情况下，通常不仅牵引电机已经存在，而且制动器也已经存在。然而，也可能需要更换压缩空气产生系统。在这种情况下，布置在适配框架上的运行组件也包括制动压力发生器。例如，这可以是压缩空气发生器或者液体压力发生器。

运行组件在所述装置中的顺序优选通过能量流预先确定。受电器优选安设在主开关旁，主开关优选安装在变压器旁，而变压器又优选安装在变流器旁边。

冷却系统优选包括用于变压器的油冷却器和用于变流器的水冷却器(或必要时是空气冷却器)。在此优选是组合式冷却器。在组合式冷却器的情况下，例如空气从外部流过水冷却板，然后被挤压穿过油冷却板。因此只需要一个空气流，以便同时冷却变压器和逆变器。

优选地，运行组件在适配框架上彼此在功能上连接。术语"功能上"在此是指，连接具有功能的目的，例如能源技术的、冷却技术的、控制技术的或数据技术的功能。优选地，所述装置为此包括电气连接(例如在能源技术的组件如变压器、变流器或辅助运行逆变器之间，但也用于信号传输)、液压连接(在冷却系统和其他组件的冷却区域之间)或气动连接(在制动装备的范畴中)。因此优选的“电力包”优选地集成了运行组件(例如变压器、变流器、冷却系统和辅助运行逆变器、制动压力发生器)之间的所有电气、液压和气动连接。

优选的是，从所述装置到机车的其余部分的所有接口(即例如用于驾驶室的数据接口、与牵引电机的电连接、必要时与受电器的接触、制动线路)都定位在所述装置上的适当位置处。因此，“电力包”是可预先测试的单元，该单元可以被电气、液压和气动地预先测试和记录。所述装置优选具有用于接口的固持装置或者用于相对于待改装的机车的接口的收集点，在其上例如可以固定电缆、管道、软管、插座或插头。

在柴电机车中通常已经存在驾驶室。然而根据应用情况必要或者有利的是，替换驾驶室和/或添加另外的驾驶室，例如在机车的对置的一侧添加。在这种情况下优选的是，除了所述运行组件外，在适配框架上还布置至少一个驾驶室，优选在适配框架的(纵向侧)端部上还布置至少一个驾驶室。布置在适配框架上的驾驶室优选地与布置在适配框架上的运行组件电连接和在数据技术上连接。

优选地，所述装置包括在适配框架上的框架连接部。所述框架连接部是用于将适配框架与柴电机车的机械的基础结构的连接点连接的元件。所述连接点通常是发电机连接点和柴油机连接点，也就是在改装前在柴电机车中固定发电机和柴油机的那些位置。适配框架例如因此可以在发电机连接点和柴油机连接点处利用框架连接部连接或固定。(在其他位置上的)其他的固定方式，例如焊接或直接旋拧连接可根据应用情况选择。

在柴电机车的情况下，多个连接点可以处于相同的高度上，也可以处于不同的高度。能想到的高度差可以在200mm的范围内。因此，适配框架也可以阶状地设计，优选在其应固定在连接点上的位置处阶状地设计。备选或者作为补充地，框架连接部优选包括法兰板以补偿这种高度差。法兰板优选为此具有用于补偿的孔，该孔比用于固定的元件(例如螺钉)大至少1.5倍。在固定时，通过孔优选布置板件而不是平垫圈，使得固定元件(例如螺钉)不会滑转。

优选地，所述装置在适配框架与连接点连接的区域中额外包括弹性的容纳部，例如弹簧元件，尤其由钢或橡胶制成。

优选地，适配框架设计成其可以安置在多种类型的柴电机车的机械的基础结构上。在此，适配框架优选设计成其可以与这些类型的柴电机车的连接点连接。如果不同的类型分别在不同的位置上具有连接点，则适配框架优选成形为其可以始终固定在相应的(不同的)连接点上。这种适配框架具有的优点是，所述装置的设计可以容易地适配不同类型的柴电机车，或者所述装置可以不进行修改地用于更多类型的柴电机车的改装。

优选地，适配框架根据现有技术针对所述装置的(“电力包”的)所有组件提供机械的连接点。例如，在适配框架的预先确定的位置上有孔，在这些孔上可以螺栓连接运行组件。在此优选的是，适配框架在用于运行组件的至少一个位置上具有不同定位的连接点组，使得多种类型的运行组件(例如不同类型的变压器)可以与适配框架连接。

优选地，运行组件包括集成结构，优选辅助运行逆变器连同变流器(辅助运行逆变器在此尤其集成在变流器中)一起和/或变压器连同冷却系统一起和/或受电器连同变压器一起和/或变压器连同变流器一起。因此，两个或更多的运行组件以功能上配合作用的单元的形式存在。

优选地，适配框架具有抬升固定单元，该抬升固定单元设计成使得起重机吊钩的钩子可以与适配框架连接。抬升固定单元优选是提升环、提升眼或适配框架中的相应的成形部或凹槽。例如，适配框架可以具有螺纹孔，环形眼可以旋拧到该螺纹孔中。然而，抬升固定单元也可以是焊接的。抬升固定单元具有的优点是，整个“电力包”可以整体提升到机车中并且在那里连接。

优选的是，所述装置设计为，其可以在柴电机车外部作为系统投入运行和测试。

优选的是，所述适配框架包括压载物和/或调平压载物。备选地或者作为补充的是，所述适配框架设计成其作为压载物和/或调平压载物起作用。因为根据经验，柴电机车的装备比电力机车的装备更重，所以有利的是，适配框架作为压载物和调平压载物起作用。

优选的是，适配框架设计成两件式的。在此，单个部件尤其可以相互连接。在“电力包”的总重量(例如对于起重机、运输等等来说)应当很大时这是有利的。即使在柴电机车的连接点与电力机车的组件的连接点不兼容的情况下，适配框架可以设计成两件式的。然而如果没有理由反对，则适配框架特别优选始终设计成一体式的，然而可以由多个构件固定地接合。

优选的是所述装置设计成，其至少部分地具有电力机车的结构的外部形状，优选具有顶部结构和/或侧壁(尤其形式是“narrowhood”，即“窄外罩”)。在此，装上适配框架的运行组件优选至少部分地构成车辆的外壳。因为根据经验，柴电机车改装成电力机车会产生侧壁区域和顶部区域中的变化，因此侧壁模块和顶部模块同样可以集成在“电力包”中，这进一步缩短改装时间。

优选的是，在所述装置中集成有关闭系统(例如相对于高压区域的阻挡系统)。根据应用情况，所述装置还可以具有通道，例如中央通道。

优选一种方法，其中，为了制造所述装置，将电力机车的运行组件安装在适配框架上并且所述适配框架优选设置有框架连接部，用于与柴电机车的机械的基础结构的连接点连接。

优选一种方法，其中，在所述装置与驱动组件(例如机车的牵引电机)在能量技术上的连接之前，尤其在所述装置安置到机械的基础结构上之前，测试所述装置的功能。

本发明具有的优点是，所述装置的组装可以在机车外部进行，这比在机车上组装运行组件容易很多。此外，所述装置可以在机车外部投入运行和测试。然后，设备就只须作为单元放置在机车上并且与少量的接口连接。这些方面极大缩短了改装时间。

此外，通过在适配框架上构造运行组件可以减少机械的安装点，从而可以更好地补偿柴电机车的底盘的给定的公差。基本上只需要使用本来就存在的或者说现有的连接点，而不用全都使用。

下面根据实施例参照附图再次进一步阐述本发明。在此，在不同的附图中相同的组件配设相同的附图标记。附图一般不按比例。

其中：

图1示出用于柴电机车的底盘的示例，

图2示出用于柴电机车的底盘连同适配框架的示例，

图3示出用于按照本发明的装置的示例，

图4示出用于被改装的柴电机车的底盘的示例，

图5示出用于按照本发明的方法的实施例，

图6示出用于适配框架的示例。

图1例如示出了应被改造成电力机车的柴电机车的底盘。该底盘代表具有车厢的机械的基础结构，或者具有带有驱动装置(牵引电机和传动装置)的转向架的底盘。同样也可以有带有操作元件和舒适性设备的驾驶室和柴电机车的制动装备。

在此示出的用于柴电机车的底盘包括四个柴油发动机连接点2(立体视图中两个被挡住)和两个发电机连接点1。连接点1、2的数量和位置取决于机车的类型以及在此安设的柴电驱动单元。其他的带有发电机的柴油发动机例如具有不一样数量的连接点。

图2示出用于柴电机车的底盘连同适配框架3的示例。该适配框架3固定在发电机连接点1和柴油发动机连接点2上。在此示例中，适配框架3在发电机连接点1和柴油发动机连接点2上借助螺栓连接装置与框架连接点4连接。其他的固定方式，例如不具有框架连接点4的焊接或直接旋拧连接可根据应用情况选择。

该附图不直接说明本发明，而只是说明适配框架4与底盘的固定的和安全的连接的方案。下面示出根据本发明的装置，其可以借助其适配框架以此处所示方式与底盘连接。

图3示出用于按照本发明的装置9的示例。根据本发明，运行组件5、6、7、8，也即电机车专用的构件组都安装在适配框架3上。在所示的实施例中它们是变压器5、变流器6、冷却系统7和辅助运行逆变器8。当然还可以进行运行组件5、6、7、8的其它配置，例如其它分组或其它定位。此处所示的已安装的由适配框架3、变压器5、变流器6、冷却系统7和辅助运行逆变器8构成的装置9也可称为“电力包”9。

适配框架3在此设计成，使得它为装置9的所有组件提供(必要时根据现有技术的)机械的连接点。此外，在组件变压器5、变流器6、冷却系统7和辅助运行逆变器8之间的所有电气、液压和气动连接都集成在装置9中。装置9到机车的其余部分的所有接口都定位在装置9上的适当的位置处。因此，装置9是可预先测试的单元，该单元可以电气、液压和气动地预先测试和记录。通过合适的提升环或提升眼(未示出)，整个装置9可以作为单元抬升到底盘上，也就是说抬升到机车内，并且在那里连接。

图4示出用于改装的柴电机车的底盘的示例，连同装入的按照图3所示的实施例的按照本发明的装置。

图5示出用于根据本发明的将柴电机车改装成电力机车的方法的实施例。

在步骤i中构造或者安装根据本发明的装置9，例如其在图3中可见的那样。在此，装置9的安装在柴电机车外部进行。在安装装置9时，电力机车的运行组件5、6、7、8安装在适配框架3上，例如与适配框架3通过螺栓连接。适配框架3可以设有框架连接部4，用于与柴电机车的机械的基础结构的连接点1、2连接。

在步骤ii中测试装置(9)的功能。在此例如可以将传感器与装置9的接口连接并且测量传感器的状态，同时在该装置接收控制信号，像它在实践中也从驾驶室接收的那样。

在步骤iii中将装置9安置到柴电机车的机械的基础结构上。为此，可以将提升环安装到适配框架3上(若还不存在抬升固定单元)，并且借助起重机将适配框架抬到待改装的柴电机车的基架上。

在步骤iv中，装置9与机械的基础结构的连接点1、2连接，因此装置9在连接点1、2处与基础结构固定。所述固定优选通过螺栓连接进行。

在步骤v中，所述装置9与柴电机车的驱动组件在能源技术上连接。

图6示出按照本发明的适配框架3。该适配框架包括矩形的基体3a和保持结构3b、3c。此外还安装有框架连接部4。一部分保持结构3b、3c成形为底垫结构，以便实现更高地安装运行组件5、6、7、8。另一部分成形为固定结构3b，该固定结构3b将另外的运行组件5、6、7、8形状配合地固定在它们之间。

最后再次指出，上文详细描述的装置9仅仅是实施例，本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下以不同方式进行修改。此外，对不定冠词“一个”的使用并不排除相关特征也可以存在多个。同样，术语“单元”和“组件”并不排除有关元素由多个相互作用的部段组成，这些部段必要时是在空间上分布的。

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