AT516914A1

AT516914A1 - Verfahren und Einrichtung zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung

Info

Publication number: AT516914A1
Application number: ATA50114/2015A
Authority: AT
Inventors: Clemens Eger-Hübel
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-09-15
Also published as: CN107207020B; AT516914B1; PL3259170T3; EP3259170B1; WO2016131716A1; CN107207020A; EP3259170A1

Abstract

Verfahren zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) eines Schienenfahrzeugs (1), wobei die Mittelpufferkupplung (2) mittels eines kraftbetriebenen Antriebs (3) horizontal schwenkbar angeordnet ist, mit folgenden Verfahrensschritten: - erfassen mindestens eines bestimmten Kriteriums (6) durch eine Steuereinrichtung (5), - bestimmen einer Sollstellung der Mittelpufferkupplung (2) mittels des Kriteriums (6), - ansteuern des Antriebs (3) durch die Steuereinrichtung (5) bis die Mittelpufferkupplung (2) die Sollstellung eingenommen hat.

Description

Beschreibung

Verfahren und Einrichtung zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung.

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Zentrierung einer Mittelpufferkupplung.

Stand der Technik

Moderne Schienenfahrzeuge, insbesondere

Passagierschienenfahrzeuge für den Nahverkehr wie U-Bahnen sind fast ausschließlich mit Mittelpufferkupplungen ausgestattet. Diese Mittelpufferkupplungen können so ausgeführt werden, dass sie automatisch kuppeln und entkuppeln, sowie die erforderlichen Leitungsverbindungen zwischen den Fahrzeugen automatisch hersteilen. Dies ist insbesondere für vollautomatisch betriebene, fahrzeugführerlose Schienenfahrzeuge erforderlich, welche alle betrieblichen Rangier- und Kuppelvorgänge vollautomatisch ausführen. Einschränkend dabei ist der zulässige Winkelversatz der zu kuppelnden

Mittelpufferkupplungen zueinander, der ein bestimmtes Maß nicht überschreiten darf, da andernfalls der Kuppelvorgang nicht automatisch ausführbar ist. Die nichtgekoppelten Kupplungen am Zugbeginn und am Zugende sind mit einer geeigneten Vorrichtung federnd in Mittelstellung gehalten um eine Schwingbewegung der Kupplung während der Fahrt zu verhindern. Dadurch kann ein Kuppelvorgang in einem Gleisbogen nur ausgeführt werden wenn der Kurvenradius einen bestimmten Wert nicht unterschreitet und der sogenannte Greifbereich der Kupplung nicht verlassen wird. In engeren Gleisradien ist somit nur mit manueller Hilfe ein Kuppelvorgang möglich. Gemäß dem Stand der Technik kann dieses Problem teilweise mittels eines Gestänges zwischen der Mittelpufferkupplung und dem ersten folgenden Drehgestell reduziert werden, welches die Mittelpufferkupplung entsprechend dem Drehwinkel des Drehgestells nachführt.

Dieses Verfahren weist beträchtliche Nachteile auf, da das Gestänge Bauraum an der Unterseite des Fahrzeugs benötigt und regelmäßiger Wartung bedarf. Weiters ist es an Übergängen von einem geraden Gleisabschnitt in eine Kurve (Kurveneinfahrt) wirkungslos, da an dieser Stelle das betreffende Drehgestell noch nicht gegenüber dem Wagenkasten verdreht ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung anzugeben, womit bei jedem von dem Fahrzeug befahrbaren Gleisradius die nichtgekoppelten Mittelpufferkupplungen zentriert werden können.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird ein Verfahren zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung eines Schienenfahrzeugs beschrieben, wobei die Mittelpufferkupplung mittels eines kraftbetriebenen Antriebs horizontal schwenkbar angeordnet ist und folgende Verfahrensschritte abgearbeitet werden: - erfassen mindestens eines bestimmten Kriteriums durch eine Steuereinrichtung, - bestimmen einer Sollstellung der Mittelpufferkupplung mittels des Kriteriums, - ansteuern des Antriebs durch die Steuereinrichtung bis die Mittelpufferkupplung die Sollstellung eingenommen hat.

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, die Mittelpufferkupplung jederzeit in eine solche Position (Winkellage zur Fahrzeuglängsache) stellen zu können, dass ein Kuppelvorgang ausführbar ist. Dabei wird die Kupplung kraftunterstützt in eine Lage (Sollstellung) gebracht, in welcher sie sich in ihrem jeweiligen Greifbereich befindet, sodass ohne manuelle Einwirkung ein automatischer Kuppelvorgang ausführbar ist.

Dazu ist ein Kraftantrieb vorzusehen, mittels welchem die Mittelpufferkupplung in einem bestimmten Winkelbereich horizontal verschwenkbar ist. Typischerweise ist dabei ein Winkelbereich von +- 30 Grad zur Fahrzeuglängsachse ausreichend.

Weiters ist eine Steuereinrichtung vorzusehen, welche Mittel zur Ansteuerung des Antriebs umfasst, beispielsweise die dazu erforderliche Leistungselektronik. Diese Steuereinrichtung ist zur Zuführung von Sensorsignalen auszustatten, mittels welchen der Steuereinrichtung bestimmte Kriterien zuführbar sind. Aus diesen, das Kriterium beschreibenden Signalen ermittelt die Steuereinrichtung eine jeweils optimale Winkellage der Mittelpufferkupplung zur Fahrzeuglängsachse (Sollstellung), bei welcher die Mittelpufferkupplung mittig in ihrem Greifbereich liegt. In weiterer Folge steuert die

Steuereinrichtung den Antrieb so an, dass die Mittelpufferkupplung diese Sollstellung einnimmt.

Er ist besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren ausschließlich vor einem geplanten Kuppelvorgang auszuführen. Die Winkellage einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (jeweils an den Zugenden) ist während des Betriebs unerheblich und nur bei einem Kuppelvorgang relevant. Durch den Verzicht auf kontinuierliches Ansteuern des Antriebs kann der Energieverbrauch reduziert und der Verschleiß des Antriebs minimiert werden.

Als Kriterium zur Bestimmung der Sollstellung der ungekuppelten Mittelpufferkupplung kann dabei, ähnlich wie bei bekannten mechanischen Lösungen der Drehwinkel des der Kupplung nächsten Drehgestells gegenüber der

Fahrzeuglängsachse genutzt werden. Dieser Drehwinkel kann mit gebräuchlicher Sensorik einfach erfasst werden und ergibt eine genaue Möglichkeit der Ermittlung des aktuellen Kurvenradius. Aus diesem Radius kann die erforderliche horizontale Verschwenkung, d.h. die Sollstellung der Mittelpufferkupplung ermittelt werden. In diese Berechnung fließt die Geometrie des konkreten Schienenfahrzeugs (z.B. die Länge der Mittelpufferkupplung, der Ort des Drehpunkts, der Greifbereich) ein. Nachteilig ist dabei jedoch, dass bei einem Übergang von geraden in gebogene Gleisabschnitte keine Mittenzentrierung erfolgt.

Ein weiteres Kriterium zur Bestimmung der Sollstellung der ungekuppelten Mittelpufferkupplung ist die Position des Schienenfahrzeugs auf der Strecke. Auf Strecken, welche hinreichend exakt vermessen sind, kann aus der Ermittlung der aktuellen Position auf der Strecke eine für diese Position optimale Verschwenkung der Mittelpufferkupplung bestimmt werden. Dazu ist eine hinreichend genaue Positionsbestimmung erforderlich. Dadurch kann jedoch auch an einem Übergang von geraden in gebogene Gleisabschnitte eine exakte Mittenzentrierung erfolgen.

Ein weiteres, vorteilhaftes Kriterium kann mittels Bilderkennung der Gleislage gewonnen werden. Mittels geeigneter Bilderkennungsverfahren kann kontinuierlich die Lage der Mittelpufferkupplung bezogen auf die Geleise ermittelt werden. Aus dieser Ermittlung kann ein Korrekturwert bestimmt werden und die Mittelpufferkupplung in ihre Sollstellung bewegt werden. Zur optischen Erfassung der Position können Methoden der klassischen Bilderkennung oder auch Stereokameras und auf Stereokameras adaptierte Bilderkennungsverfahren eingesetzt werden. Für eine besonders exakte Erfassung ist es empfehlenswert eine aktive Abtastung des Bereichs vor dem Fahrzeug mittels Lichtmustern oder Laserabtastung vorzusehen.

Es ist empfehlenswert, alle zur automatischen Kupplung einsetzbaren Mittelpufferkupplungen eines Fahrzeugs, bzw. eines Zugverbands mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung auszustatten. Dadurch kann ein vollautomatischer Fährbetrieb auf der gesamten Strecke sichergestellt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da solcherart sowohl ein vollautomatischer Rangierbetrieb zur vollautomatischen Zusammenstellung der erforderlichen Zugkombinationen als auch ein Bergebetrieb möglich ist, bei welchem ein defekter Zug durch einen weiteren Zug auf jeder Position der Strecke geborgen werden kann.

Der Antrieb der Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung kann mit allen in Schienenfahrzeugen gebräuchlichen Mitteln erfolgen, beispielsweise mittels Druckluft oder elektrischem Antrieb. Mittelpufferkupplungen sind gemäß dem Stand der Technik mit einer federnden Rückführung in ihre geometrische Mittellage ausgestattet. Dadurch wird ein willkürliches Bewegen der Kupplung während des Fährbetriebs verhindert, welches das Kupplungslager und die Endanschläge belastet und zu Geräuschentwicklung führt. Dabei ist eine fest angeordnete Mittenzentrierung mit dem Fahrzeugrahmen verbunden, um welche die Kupplungsstange drehbar ist und sich mittels Federkraft in die Mittelstellung selbsttätig rückführt. Es ist besonders vorteilhaft, solche Mittelpufferkupplungen mit einer erfindungsgemäßen Zentrierung auszustatten, da dabei nur geringe Modifikationen erforderlich sind. Die fest angeordnete Mittenzentrierung wird dazu selbst drehbar angeordnet, sodass die Mittelstellung in welche die Kupplungsstange sich automatisch rückführt, in einem bestimmten Winkelbereich einstellbar ist. Dazu ist die Mittenzentrierung mit einem vorzugsweise elektrischen Drehantrieb auszustatten. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass der sogenannte Überlastschutz unverändert wirkungsvoll bleibt und die Kupplungsstange gegen die Federkraft weiterhin auslenkbar bleibt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass in gekuppeltem Betrieb der auf die Mittenzentrierung wirkende Antrieb nicht ausgekuppelt werden muss. Es ist ausreichend, in gekuppeltem Betrieb die Mittelpufferkupplung, d.h. die Mittenzentrierung, in ihre geometrische Mittelstellung zu bringen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, Fahrzeuge mit Mittelpufferkupplungen ohne federunterstützte Mittenzentrierung mit einer Zentrierung einer ungekuppelten

Mittelpufferkupplung auszustatten, wobei vorzugsweise ein Linearantrieb eingesetzt werden kann. In dieser Ausführungsform muß der Linearantrieb mit geeigneten Mittel eines Überlastungsschutzes (Federn, Rutschkupplung) ausgestattet werden und für den gekuppelten Betrieb des Fahrzeugs auskoppelbar sein. Bei Druckluftlinearantrieben kann dies durch Entlüften des Pneumatischen Antriebs erfolgen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Steuereinrichtung zusammen mit einer Kupplungssteuerung aufzubauen, welche den eigentlichen Kuppelvorgang steuert. Dadurch kann ein integriertes, kompaktes Zentrier- und Steuergerät geschaffen werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig.l Schienenfahrzeug mit einer Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung, Ansicht von Oben.

Fig.2 Schienenfahrzeug mit einer Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung, Seitenansicht.

Fig.3 Einrichtung zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung.

Fig.4 Kupplungslager mit einer Mittenzentrierung, besonders geeignet für einen Drehantrieb.

Fig.5 Kupplungslager mit einer Mittenzentrierung, besonders geeignet für einen Linearantrieb.

Ausführung der Erfindung

Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit einer Zentrierung einer ungekuppelten

Mittelpufferkupplung in einer Ansicht von Oben. Es ist ein Schienenfahrzeug 1, umfassend ein Drehgestell 5 und eine Mittelpufferkupplung 2 dargestellt, welches sich auf einem Gleis 4 befindet. Das Gleis 4 weist einen geraden Gleisabschnitt A und einen Gleisbogen B auf. Das Schienenfahrzeug 1 steht mit dem Drehgestell 5 auf dem geraden Gleisabschnitt A, die Stirn des Schienenfahrzeugs 1 und besonders die Mittelpufferkupplung 2 ragen in den Gleisbogen B hinein. Dadurch ist die Spitze der Mittelpufferkupplung 2 außerhalb der geometrischen Gleismitte positioniert und ein Kuppeln mit einem weiteren Schienenfahrzeug kann dadurch unmöglich sein. Die Mittelpufferkupplung 2 ist gegenüber dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs 1 horizontal schwenkbar gelagert und kann in ihrer Winkellage mittels eines Antriebs 3 verändert werden. Fig. 1 stellt den Ausgangszustand, noch vor der Inbetriebnahme der Einrichtung zur Mittenzentrierung dar, bzw. den Zustand während der Fahrt ohne Beabsichtigung eines Kuppelvorgangs.

Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch Schienenfahrzeug mit einer Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung in einer Seitenansicht. Es ist ein Schienenfahrzeug 1 in einer Seitenansicht dargestellt, wobei mittels einer optischen Bilderkennungseinrichtung der Bereich unmittelbar vor der Front des Schienenfahrzeugs 1 erfasst wird. Die optische Erfassung 8 erstreckt sich über die Mittelpufferkupplung 2 und das Gleis 4.

Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung. Die Einrichtung umfasst einen Antrieb 3, welcher symbolisch als Linearantrieb dargestellt ist und eine Steuereinrichtung 5, welche den Antrieb 3 ansteuert. Dabei kann die Steuereinrichtung 5 selbst die erforderlichen Einrichtungen wie Leistungselektronik für elektrische Antriebe oder pneumatische Steuerungen für pneumatische Antriebe umfassen oder diese können als getrennte Baugruppe ausgeführt sein. Die Steuereinrichtung 5 umfasst eine Schnittstelle 7 zur Datenkommunikation mit einer Fahrzeugsteuerung (in Fig. 3 nicht dargestellt) über welche Betriebsdaten bidirektional übermittelbar sind. Über diese Schnittstelle 7 kann beispielsweise ein Befehl zur Initiierung einer automatischen Zentrierung an die Steuereinrichtung 5 übermittelt werden oder es kann eine erfolgte Zentrierung an die Fahrzeugsteuerung rückgemeldet werden. Weiters wird der Steuereinrichtung 5 mindestens ein Kriterium 6 übermittelt, mittels welchem die Sollstellung der Mittelpufferkupplung 2, bzw. des Antriebs 3 durch die Steuereinrichtung ermittelt wird.

Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch ein Kupplungslager mit einer Mittenzentrierung, welches besonders für einen Drehantrieb geeignet ist. Es ist die drehbare Lagerung einer Mittelpufferkupplung 2 an der Stelle des Kupplungslagers gezeigt. Linksseitig ist geschnitten die Kupplungsstange dargestellt, rechtsseitig die Befestigung 10 zur Montage der Kupplungseinheit an der Fahrzeugstruktur. Der mittlere, im Wesentlichen kreisförmige Bauteil stellt die

Mittenzentrierung dar, welcher bei konventionellen Kupplungen feststeht und um welchen die Kupplungsstange schwenkt.

Mittels Feder- und Dämpfungselemente wird eine ausgelenkte

Kupplungsstange wieder in die Mittelposition rückgeführt. Diese Mittenzentrierung soll drehbar gelagert ausgeführt werden, sodass eine variable, in einem bestimmten Winkelbereich vorgebbare Mittenstellung entsteht. Die weiteren Funktionen, wie Überlastschutz und manuelle Schwenkbarkeit blieben dabei unberührt. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für einen elektrischen Drehantrieb der Mittenzentrierung. Eine Montage des Antriebs kann unterhalb der Kupplung an der Fahrzeugstruktur erfolgen.

Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch ein Kupplungslager, welches besonders für einen Linearantrieb geeignet ist. Die gezeigte Ausführungsform weist eine konventionelle, federbelastete Mittenzentrierung auf und kann einfach mittels eines Antriebs (in. Fig.5 nicht dargestellt) mit einer automatischen Mittenzentrierung ausgestattet werden. Dabei ist ein Antrieb vorzusehen, welcher auf die, in Fig.5 links dargestellte Kupplungsstange wirkt. Die der Auslenkung der Kupplungsstange entgegenwirkende mechanische Kraft der Mittenzentrierung kann durch den Antrieb leicht überwunden werden. Für den Betrieb in gekuppeltem Zustand und während der Fahrt ohne Absicht zu kuppeln kann der Antrieb abgeschaltet werden. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für pneumatische Antriebe, da diese bei Entlüftung des pneumatischen Zylinders kraftlos verschiebbar werden und der Auslenkung gekuppelter Kupplungsstangen keinen Widerstand entgegensetzen.

Liste der Bezeichnungen 1 Schienenfahrzeug 2 Mittelpufferkupplung 3 Antrieb 4 Gleis 5 Steuereinrichtung 6 Kriterium 7 Schnittelle 8 optische Erfassung 9 Mittenzentrierung 10 Befestigung A gerader Gleisabschnitt B Gleisbogen

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) eines Schienenfahrzeugs (1), wobei die Mittelpufferkupplung (2) mittels eines kraftbetriebenen Antriebs (3) horizontal schwenkbar angeordnet ist, mit folgenden Verfahrensschritten: - erfassen mindestens eines bestimmten Kriteriums durch eine Steuereinrichtung (5) , - bestimmen einer Sollstellung der Mittelpufferkupplung (2) mittels des Kriteriums (6), - ansteuern des Antriebs (3) durch die Steuereinrichtung (5) bis die Mittelpufferkupplung (2) die Sollstellung eingenommen hat.
2. Verfahren zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) eines Schienenfahrzeugs (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierung der Mittelpufferkupplung (2) nur unmittelbar vor einem beabsichtigten Kupplungsvorgang erfolgt.
3. Verfahren zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) eines Schienenfahrzeugs (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kriterium (6) zur Bestimmung der Sollstellung der Mittelpufferkupplung (2) der Drehwinkel des der Mittelpufferkupplung (2) nächstliegenden Drehgestells in Bezug auf die Längsachse des Schienenfahrzeugs (1) ist.
4. Verfahren zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) eines Schienenfahrzeugs (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kriterium (6) zur Bestimmung der Sollstellung der Mittelpufferkupplung (2) die Position des Schienenfahrzeugs (1) auf der Strecke ist.
5. Verfahren zur Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) eines Schienenfahrzeugs (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kriterium zur Bestimmung der Sollstellung der Mittelpufferkupplung (2) aus einer optischen Lagebestimmung der Mittelpufferkupplung (2) zu dem Gleis (4) gebildet wird.
6. Schienenfahrzeug (1) mit einer Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2), dadurch gekennzeichnet, das die Mittelpufferkupplung (2) mittels eines kraftbetriebenen Antriebs (3) horizontal schwenkbar angeordnet ist und eine Steuereinrichtung (5) vorgesehen ist, welche zur Erfassung mindestens eines bestimmten Kriteriums eingerichtet (6) ist und aus diesem Kriterium (6) eine Sollstellung der Mittelpufferkupplung (2) bestimmt und zur Ansteuerung des Antriebs (3) eingerichtet ist.
7. Schienenfahrzeug (1) mit einer Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) mit einer Schnittstelle (7) zu einer Fahrzeugsteuerung ausgestattet ist, über welche ein einen beabsichtigten Kuppelvorgang anzeigendes Signal an die Steuereinrichtung (3) übermittelbar ist.
8. Schienenfahrzeug (1) mit einer Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu erfassende Kriterium (6) der Drehwinkel des der Mittelpufferkupplung (2) nächstliegenden Drehgestells in Bezug auf die Längsachse des Schienenfahrzeugs (1) ist.
9. Schienenfahrzeug (1) mit einer Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu erfassende Kriterium (6) die Position des Schienenfahrzeugs (1) auf der Strecke ist.
10.Schienenfahrzeug (1) mit einer Zentrierung einer ungekuppelten Mittelpufferkupplung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zu erfassende Kriterium (6) die aus einer optischen Lagebestimmung der Mittelpufferkupplung (2) zu dem Gleis (4) ermittelte Winkellage der Mittelpufferkupplung (2) ist.