DE10164718B4 - Verfahren zur Reduktion der Betriebstemperatur elekromechanischer Bremszuspanneinrichtungen einer Fahrzeugbremse - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Reduktion der Betriebstemperatur elektromechanischer Bremszuspanneinrichtungen einer Fahrzeugbremse, insbesondere einer Schienenfahrzeugbremse, von welchen mindestens eine Bremszuspanneinrichtung (1) wenigstens einen elektrisch betätigbaren Bremsaktuator (2) zum Zuspannen und/oder Lösen der Bremse aufweist,dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur einer oder mehrerer Komponenten der Bremszuspanneinrichtung (1) und/oder die Umgebungstemperatur gemessen wird, wobei für den Fall, daß eine gemessene Temperatur eine obere Grenztemperatur überschritten hat, der Betrag einer maximal zulässigen Regelabweichung zwischen einer Soll-Zuspannkraft und einer Ist-Zuspannkraft und/oder die Totzeit (Zeitkonstante) der Regelung erhöht wird.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Reduktion der Betriebstemperatur elektromechanischer Bremszuspanneinrichtungen einer Fahrzeugbremse, insbesondere einer Schienenfahrzeugbremse, nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
- Im wesentlichen werden derzeit im Schienenfahrzeugbereich drei Bremssysteme eingesetzt Elektropneumatische Bremssysteme, elektrohydraulische Bremssysteme sowie elektromechanische Bremssysteme. Das Bremssystem kann dabei als aktives oder passives Bremssystem ausgeführt sein, je nachdem ob die Kraft eines Bremsaktuators zum Einbremsen (aktives Bremssystem) oder zum Lösen der Bremse (passives Bremssystem) aufgebracht werden muß. Für den Fall von Betriebsstörungen erfolgt bei elektropneumatischen Systemen eine Energiespeicherung in Druckluftbehältern, bei elektrohydraulischen Systemen in Hydrobehältem und bei elektromechanischen Systemen in Form von Speicherfedern.
- Die nachveröffentlichte
DE 199 45 701 A1 beschreibt eine elektromechanische Bremszuspanneinrichtung für Schienenfahrzeuge mit einem Bremsaktuator, der eine Betriebsbremseinheit sowie eine Speicherbremseinheit mit einem Energiespeicher umfaßt. Die Betriebsbremseinheit beinhaltet einen Bremskrafterzeuger zum Zuspannen und/oder Lösen der Bremse, beispielsweise in Form eines elektromotorischen Antriebs. Die Speicherbremseinheit umfaßt mindestens einen Energiespeicher zum Speichern und Abgeben von Energie zum Zuspannen der Bremse als betriebliche Notbremse im Sinne einer unterlegten Sicherheitsebene bei Ausfall der Betriebsbremseinheit und/oder als Park- oder Feststellbremse. Die Speicherbremseinheit ist im allgemeinen als Federspeicherbremse ausgebildet. - Ein Kraftumsetzer sorgt für eine Umsetzung der vom Bremskrafterzeuger und/oder vom Energiespeicher abgegebenen Energie in eine Bremszuspannbewegung. Der elektromotorische Antrieb ist meist durch eine Regelungs- und Leistungselektronik zu schlupfgeregelten (Gleitschutzregelung) und/oder lastkonigierten Bremsungen ansteuerbar.
- Aus der gattungsbildenden
DE 195 00 834 C2 ist ein Verfahren zur Reduktion der Betriebstemperatur elektromechanischer Bremszuspanneinrichtungen einer Fahrzeugbremse bekannt. Hierbei werden die Bremszuspanneinrichtungen im Stillstand des Fahrzeugs wechselweise aktiviert, um eine übermäßige Erwärmung zu verhindern, während bei fahrendem Fahrzeug wieder sämtliche Bremszuspanneinrichtungen eingesetzt werden. Das bekannte Verfahren eignet sich daher nicht zur Reduktion der Temperatur von Bremszuspanneinrichtungen im Fahrbetrieb. - Für Komponenten elektromechanischer Bremszuspanneinrichtungen sind in der Regel Temperaturen in einem Temperaturbereich zwischen minus 40 Grad und plus 85 Grad Celsius unproblematisch. Demgegenüber kann die Bremszuspanneinrichtung insbesondere bei Gleitschutzauslösungen oder längeren Gefällebremsungen höheren Temperaturen ausgesetzt sein, wodurch es zu Beschädigungen und Verschleiß an der Bremszuspanneinrichtung, insbesondere an elektrischen oder elektronischen Komponenten kommen kann.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduktion der Betriebstemperatur elektromechanischer Bremszuspanneinrichtungen zur Verfügung zu stellen, um deren Temperaturbelastung in kritischen Betriebszuständen zu senken.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Vorteile der Erfindung
- Gemäß dem erfindunsgemäßen Verfahren wird für den Fall, daß eine gemessene Temperatur eine obere Grenztemperatur überschritten hat, der Betrag einer maximal zulässigen Regelabweichung und/oder die Totzeit (Zeitkonstante) der Regelung erhöht. Durch die Erhöhung der Regelabweichung wird die Anzahl der Aktivierungsvorgänge und die Bestromungshäufigkeit des Stellmotors reduziert, wodurch gleichzeitig die Temperaturbelastung der Bremszuspanneinrichtung sinkt. Das gleiche gilt, wenn die Zeitspanne bis zum Aufbau der Soll-Zuspannkraft erhöht wird.
- Zeichnungen
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer elektromechanischen Bremszuspanneinrichtung, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird.
- Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- Die in
l insgesamt mit1 bezeichnete, bevorzugte Ausführungsform einer elektromechanischen Bremszuspanneinrichtung bildet eine von mehreren Bremszuspanneinrichtungen eines Schienenfahrzeugs. Die Bremszuspanneinrichtung1 beinhaltet einen Bremsaktuator2 mit einer Betriebsbremseinheit und einer Speicherbremseinheit Die Betriebsbremseinheit hat einen elektrischen Antrieb, beispielsweise einen elektrischen Stellmotor4 , der in einem Aktuatorgehäuse6 des Bremsaktuators2 untergebracht ist. Ein mechanischer Kraftumsetzer8 dient zur Umsetzung der vom Bremsaktuator2 abgegebenen Energie in eine Bremszuspannbewegung. - Der Stellmotor
4 versetzt eine koaxiale Bremsspindel10 in Drehung, welche durch den Kraftumsetzer8 in eine Bremszuspannbewegung von Bremsbelägen12 in Richtung auf eine Wellenbremsscheibe14 gewandelt werden. Der Kraftumsetzer8 umfaßt unter anderem eine Mutter-/Spindel-Baueinheit16 mit einer auf der Bremsspindel10 drehbar gelagerten Spindelmutter18 , welche bei Drehung der Bremsspindel10 Linearbewegungen in Richtung der Spindelachse42 ausführen kann. Das vom Stellmotor4 abgewandte Ende der Bremsspindel10 ragt in einen zylindrischen Hohlabschnitt eines Pleuels20 hinein, der mit der Spindelmutter18 dreh und axialfest verbunden ist Außerdem ist der zylindrische Hohlabschnitt des Pleuels20 in einer Schiebehülse22 dreh- und axialfest gehalten, auf welche wenigstens eine sich am Aktuatorgehäuse6 abstützende Speicherfeder24 wirkt. Die Speicherfeder24 ist Teil der Speicherbremseinheit und dient als Energiespeicher zum Speichern und Abgeben von Energie zum Zuspannen der Bremse als betriebliche Notbremse im Sinne einer unterlegten Sicherheitsebene bei Ausfall der Betriebsbremseinheit und/oder als Park- oder Feststellbremse. Sowohl die Betriebs- als auch die Speicherbremseinheit wirken auf den Pleuel20 . In Bremslösestellung ist die Speicherfeder24 durch eine Verriegelungseinrichtung26 in der vorgespannten Stellung gehalten. - Ein Pleuelkopf
28 des Pleuels20 ragt aus der Schiebehülse22 heraus und ist an einem Bremshebel36 mittels eines Gelenks40 senkrecht zur Spindelachse42 angelenkt. Bei Antrieb der Bremsspindel10 in Bremszuspannrichtung bzw. bei Lösen der Verriegelungseinrichtung26 der Speicherfeder24 wird aufgrund des dann axial ausfahrenden Pleuels20 ein Gelenkbolzen des Gelenks40 unter anderem durch im wesentlichen senkrecht zur Bolzenachse angreifende Scherkräfte beansprucht. - Das andere Ende des Bremshebels
36 wirkt auf eine Exzenteranordnung mit einer Exzenterwelle46 , die an einen Zangenhebel48 angelenkt ist, der zusammen mit einem weiteren Zangenhebel50 eine Bremszange52 bildet. An den einen Enden der Zangenhebel48 ,50 sind jeweils Belaghalter54 mit Bremsbelägen12 angeordnet, die in Richtung der Achse der Wellenbremsscheibe14 verschieblich sind. Die von den Bremsbelägen12 abgewandt liegenden Enden der Zangenhebel48 ,50 sind miteinander über einen Druckstangensteller56 verbunden, der vorzugsweise elektrisch betätigt ausgelegt ist. Die beschriebene Anordnung bildet ebenfalls einen Teil des Kraftumsetzers8 , der die vom Stellmotor4 oder von der Speicherfeder24 veranlaßten Ausfahrbewegungen des Pleuels20 in eine Bremszuspannbewegung der Bremsbeläge12 in Richtung auf die Bremsscheibe14 wandelt. - Der Gelenkbolzen des Gelenks
40 wird vorzugsweise durch einen Scherkraftmeßbolzen58 gebildet. Der Scherkraftmeßbolzen58 ist mit wenigstens einem aus Maßstabsgründen nicht dargestellten Meßaufnehmer zur Messung von Größen versehen, aus welchen die an den Bremsbelägen12 wirkende Bremskraft mittelbar oder unmittelbar ableitbar ist. In bevorzugter Ausführungsform wird der Meßaufnehmer durch Dehnmeßstreifen (DMS) gebildet, die am Umfang des Scherkraftmeßbolzens58 vorzugsweise durch Klebung derart befestigt sind, daß sie den aufgrund der gegensinnig wirkenden Scherkräfte hervorgerufenen Scherverformungen des Scherkraftmeßbolzens58 proportionale Signale erzeugen. Anstatt am Scherkraftmeßbolzen58 oder zusätzlich hierzu können auch ein oder mehrere Dehnmeßstreifen am Bremshebel36 angeordnet sein, um aus den Verformungen des Bremshebels36 die Bremskräfte ableiten zu können. - In einer eine DMS-Brückenschaltung beinhaltenden Auswerteelektronik findet eine Umrechnung der Scherverformungssignale in Signale für die jeweils an den Bremsbelägen
12 wirkende Ist-Zuspannkraft statt, welche über eine Signalleitung59 an eine Steuer- und Regeleinrichtung60 weitergeleitet werden, um anhand eines Soll-Ist-Vergleichs eine Regeldifferenz zwischen einer Soll-Zuspannkraft und der Ist-Zuspannkraft zu berechnen. Die Bremskraft-Sollwertvorgabe orientiert sich beispielsweise am Erreichen einer geforderten Soll-Zuspannkraft in möglichst kurzer Zeit, beispielsweise 75% der maximalen Zuspannkraft in 0,3 Sekunden. - Die Steuer- und Regeleinrichtung
60 steuert ein Leistungsteil62 an, welches in Abhängigkeit der berechneten Regeldifferenz einen Betriebsstrom für den Stellmotor4 aussteuert, der durch einen an eine zwischen dem Leistungsteil62 und dem Stellmotor4 verlaufende elektrische Leitung64 angeschlossenen Stromsensor66 gemessen wird, wobei eine Rückmeldung an die Steuer- und Regeleinrichtung60 durch ein entsprechendes, über eine Signalleitung68 rückgeführtes Motorstromsignal erfolgt. Außer zur Einregelung einer Soll-Zuspannkraft dienen die in die Steuer- und Regeleinrichtung60 eingesteuerten Signale für die Ist-Zuspannkräfte und für den jeweiligen Motorstrom zur Überwachung der Krafteinsteuerung und Funktionsfähigkeit der Bremszuspanneinrichtung1 bei sicherheitsrelevanten Bremsungen. Zur Verifizierung der Meßergebnisse kann auch der antriebsseitig durch den Stromsensor66 gemessene Motorstrom in der Steuer- und Regeleinrichtung60 mit dem Signal für die Ist-Zuspannkraft abgeglichen werden. - Ein in der Motorwicklung des Stellmotors
4 angeordneter Temperatursensor70 dient zur Temperaturüberwachung während des Betriebs und liefert über eine Signalleitung72 entsprechende Signale an die Steuer- und Regeleinrichtung60 . Zusätzlich können weitere Temperatursensoren zur Temperaturüberwachung von einzelnen oder mehreren Komponenten der Bremszuspanneinrichtung1 vorgesehen sein, beispielsweise ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Leistungsteils62 . Darüber hinaus kann auch ein Temperatursensor zur Messung der Umgebungstemperatur Werte an die Steuer- und Regeleinrichtung60 liefern. - Die Bremszuspanneinrichtung
1 ist vorzugsweise zur Erzeugung von lastkonigierten und/oder schlupfgeregelten Bremskräften ausgebildet, wobei unter einer lastkonigierten Bremskraft eine im wesentlichen an das jeweils vorliegende Gewicht des Schienenfahrzeugs angepaßte Bremskraft und unter einer schlupfgeregelten Bremskraft eine Bremskraft verstanden werden soll, durch welche die Bremsung mit idealem Radschlupf erfolgt (Gleitschutzregelung). Hierzu weist Steuer- und Regeleinrichtung60 entsprechende Regelfunktionen auf. - Vor diesem Hintergrund wird die elektromechanische Bremszuspanneinrichtung
1 nach folgendem temperaturreduzierenden Verfahren betrieben:
Für den Fall, daß die Ist-Temperatur des Stellmotors4 , des Leistungsteils62 , einer weiteren Komponente der Bremszuspanneinrichtung1 , die Umgebungstemperatur oder ein aus diesen Größen gebildeter Temperaturwert eine obere Grenztemperatur erreicht oder überschritten hat, der Betrag der maximal zulässigen Regelabweichung der jeweils vorliegenden, vom Scherkraftmeßbolzen58 gemessenen Ist-Zuspannkraft von der Soll-Zuspannkraft erhöht. Wenn beispielsweise die zulässige Zuspannkraft-Regelabweichung bei Temperaturen niedriger als die obere Grenztemperatur einen Wert von 1% überschreitet, so wird der Stellmotor4 von der Steuer- und Regeleinrichtung60 zur Nachregelung der Zuspannkraft angesteuert. Wenn sich der Stellmotor4 hingegen in einem überhitzten Zustand befindet, so kann die maximal zulässige Regelabweichung durch die Steuer- und Regeleinrichtung60 auf ein Mehrfaches heraufgesetzt werden, beispielsweise auf 7%. Dies hat zur Folge, daß der Stellmotor4 erst dann wieder bestromt wird, wenn die Ist-Zuspannkraft von der Soll-Zuspannkraft um mehr als 7% abweicht. - Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, daß für den Fall, daß die Ist-Temperatur des Stellmotors
4 , des Leistungsteils62 , einer weiteren Komponente der Bremszuspanneinrichtung1 , die Umgebungstemperatur oder ein aus diesen Größen gebildeter Temperaturwert eine obere Grenztemperatur erreicht oder überschritten hat, die Totzeit (Zeitkonstante) der Zuspannkraft-Regelung verlängert wird. Dies bedeutet, daß sich die Zeitspanne bis zum Aufbau der Soll-Zuspannkraft erhöht. Infolgedessen sinkt die Bestromungshäufigkeit des Stellmotors4 . - Bei dem bisher beschriebenen Verfahren orientiert sich das Eintrittskriterium, ab welchem durch die Steuer- und Regeleinrichtung
60 Maßnahmen zur Temperatursenkung ergriffen werden, am Überschreiten einer oberen Grenztemperatur durch die gemessene(n) Ist-Temperatur(en) (Stufenkriterium). Alternativ oder zusätzlich hierzu kann diese Maßnahme in im wesentlichen stufenloser Abhängigkeit von der gemessenen Ist-Temperatur umgesetzt werden, beispielsweise in einem proportionalen Verhältnis zu ihr. Dies würde beispielsweise bedeuten, daß die maximal zulässige Regelabweichung ausgehend von einem Minimalwert etwa proportional zur Ist-Temperatur des Stellmotors4 erhöht wird. Denkbar ist auch, daß einem Intervall gemessener Ist-Temperaturen ein bestimmter Grad an Umsetzung der Maßnahme zugeordnet wird. Demgemäß wird dann beispielsweise jedem Ist-Temperatur-Intervall eine bestimmte Regelabweichung zugeordnet, mit der Maßgabe, daß mit steigender Ist-Temperatur eine größere Regelabweichung hervorgerufen wird. - Möglich ist aber auch eine Kombination der beiden genannten Vorgehensweisen, dergestalt, daß erst ab Überschreiten einer oberen Grenztemperatur durch die gemessenen) Ist-Temperaturen) mit der Anpassung von Regelabweichung und Zeitkonstante begonnen wird und dann diese Größen proportional zur gemessenen Ist-Temperatur verändert werden. Die obere Grenztemperatur, ab welcher die genannten Maßnahmen zum Tragen kommen, beträgt vorzugsweise 85 Grad Celsius.
-
- 1
- Bremszuspanneinrichtung
- 2
- Bremsaktuator
- 4
- Stellmotor
- 6
- Aktuatorgehäuse
- 8
- Kraftumsetzer
- 10
- Bremsspindel
- 12
- Bremsbelag
- 14
- Bremsscheibe
- 16
- Mutter-/Spindel-Baueinheit
- 18
- Spindelmutter
- 20
- Pleuel
- 22
- Schiebehülse
- 24
- Speicherfeder
- 26
- Verriegelungseinrichtung
- 28
- Pleuelkopf
- 36
- Bremshebel
- 40
- Gelenk
- 42
- Spindelachse
- 46
- Exzenterwelle
- 48
- Zangenhebel
- 50
- Zangenhebel
- 52
- Bremszange
- 54
- Belaghalter
- 56
- Druckstangensteller
- 58
- Scherkraftmeßbolzen
- 59
- Signalleitung
- 60
- Steuer- und Regeleinrichtung
- 62
- Leistungsteil
- 64
- elektrische Leitung
- 66
- Stromsensor
- 68
- Signalleitung
- 70
- Temperatursensor
- 72
- Signalleitung
Claims (1)
- Verfahren zur Reduktion der Betriebstemperatur elektromechanischer Bremszuspanneinrichtungen einer Fahrzeugbremse, insbesondere einer Schienenfahrzeugbremse, von welchen mindestens eine Bremszuspanneinrichtung (
1 ) wenigstens einen elektrisch betätigbaren Bremsaktuator (2 ) zum Zuspannen und/oder Lösen der Bremse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur einer oder mehrerer Komponenten der Bremszuspanneinrichtung (1 ) und/oder die Umgebungstemperatur gemessen wird, wobei für den Fall, daß eine gemessene Temperatur eine obere Grenztemperatur überschritten hat, der Betrag einer maximal zulässigen Regelabweichung zwischen einer Soll-Zuspannkraft und einer Ist-Zuspannkraft und/oder die Totzeit (Zeitkonstante) der Regelung erhöht wird.
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