DE102004020498B4

DE102004020498B4 - Vorrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit in Bremsleitungen von Schienenfahrzeugen ohne Beeinträchtigung der sicherheitsrelevanten Eigenschaften

Info

Publication number: DE102004020498B4
Application number: DE200410020498
Authority: DE
Inventors: Martin Witthuhn
Original assignee: Railion Deutschland AG
Current assignee: DB Cargo AG
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: DE102004020498A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums in mit Druckluft oder hydraulisch betriebenen Bremsleitungen von Schienenfahrzeugen ohne Beeinträchtigung der sicherheitsrelevanten Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bremsleitung (6) ein Strömungssensor (7), bestehend aus einem Schwingungssender und einem Schwingungsempfänger, angebracht ist, der Schwingungssender Schallwellen eines bestimmten Frequenzspektrums in die Bremsleitung (6) einkoppelt und der Strömungssensor (7) die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt, indem
– der Schwingungsempfänger durch das strömende Medium reflektierte Schallwellen empfängt und eine Überlagerung des Frequenzspektrums von eingekoppelten zu reflektierten Schallwellen, deren Frequenzen aufgrund des Doppler-Effektes verschoben sind, bestimmt und/oder
– der Schwingungsempfänger durch das strömende Medium hindurchgeschallte Schallwellen empfängt und strömungsgeschwindigkeitsabhängige Laufzeitunterschiede zwischen eingekoppelten und hindurchgeschallten Schallwellen bestimmt,
und der Strömungssensor (7) durch die Vorgabe einer definierten Sequenz zur Veränderung des Druckes in der Bremsleitung eine von der Sequenz abhängige Strömungsrichtung in der Bremsleitung (6) ermittelt und anhand derer die Strömungsrichtung und eine Orientierung des Schienenfahrzeuges...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit in Bremsleitungen von Schienenfahrzeugen ohne Beeinträchtigung der sicherheitsrelevanten Eigenschaften. Zusätzlich wird im Rahmen von definierten Sequenzen zur Veränderung des Druckes in der Bremsleitung (z. B. Bremsproben) eine automatische Erkennung der Orientierung von Fahrzeugen erreicht.
Im Stand der Technik wird üblicherweise eine automatische Erkennung der Orientierung von Schienenfahrzeugen vor allem im Personenverkehr eingesetzt. Die dort eingesetzten Fahrzeuge sind meist mit durchgehenden, elektrischen oder optischen Steuerleitung ausgerüstet. Beispielsweise wird bei Wendezügen von dem Steuerwagen aus die Orientierung der Lok bestimmt. Dazu sendet der Steuerwagen über die Steuerleitungen ein Signal an die Lokomotive, die anhand der aufgetrennten Steuerleitung erkennen kann, auf welcher Seite der Lokomotive das Signal anliegt.
Zur Überwachung des Zustandes der Bremsleitung werden seit geraumer Zeit Drucksensoren eingesetzt. So ist aus EP 1064181 B1 und DE 23 58 612 C3 ein System zur Überwachung des Zustandes der Bremsleitung bekannt, bei dem Strömungssensoren verwendet werden. Diese Strömungssensoren sind in der Zuleitung zur Bremsleitung eingebaut. Sie nutzen zur Ermittelung der Strömung die Druckdifferenz vor und nach einer Strömungsdrossel aus.
Aus US 3 966 272 ist ebenfalls ein System zur Überwachung des Zustandes der Bremsleitung bekannt, bei dem die Druckdifferenz vor und nach einer Strömungsdrossel ermittelt wird.
Aus US 5 964 326 A ist ein Sensor zur Erkennung von Luftblasen in Bremsleitungen bekannt. Dieser Sensor ist jedoch nicht in der Lage, die Strömungsrichtung zu erkennen.
Gemäß Wagner, Georg F. "Ultraschall in der Flüssigkeitstechnik" in F&M Messtechnik, Jahrgang 107 (1992) 12, Seiten 38–42, ist ein optischer Sensor durch einen Ultraschallsensor ersetzbar. So eignet sich z. B. ein optischer Sensor für die Erfassung von Strömungen in klaren, homogenen Fluiden nur unter Extrembedingungen (z. B. bei Brechungsänderungen von Fluiden durch strömungsinduzierte Dichteschwankungen), hingegen ist ein Ultraschallsensor für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten generell geeignet. Eine Erkennung der Strömungsrichtung ist jedoch auch hier nicht möglich.
Aus US 5 039 038 ist eine Vorrichtung zur Messung einer Luftströmung in der Zuleitung zu einer Bremsleitung bekannt. Es wird jedoch nicht in der Bremsleitung selbst gemessen, so dass einen Erkennung der Orientierung von Fahrzeugen prinzipiell nicht möglich ist.
Aus DE 24 58 719 B2 ist die Anwendung eines Ionisations-Durchflusssensors zur Messung eines „Lufteintritts" in eine Bremsleitung bekannt. Dies entspricht damit der Anordnung aus US 5 039 038 . Bedingt durch diese Anordnung ist auch hier einen Erkennung der Orientierung von Fahrzeugen prinzipiell nicht möglich.
Aus DE 37 29 787 A1 ist eine Vorrichtung zur Kontrolle einer Funktion von in Serie liegenden Ventilen mittels Strömungssensoren bekannt. Die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit spielt hierbei nur eine untergeordnete Rolle, was u.a. daraus hervor geht, dass alternativ zu den Strömungssensoren auch Drucksensoren eingesetzt werden können. Desweiteren ist durch diese Vorrichtung eine Erkennung der Orientierung von Fahrzeugen prinzipiell nicht möglich.
Des weiteren ist für eine Steuerung und Überwachung einer Bremsleitung die Kenntnis des momentanen Zustandes hilfreich.
Das gilt sowohl für Fahrzeuge und Fahrzeugverbände, die die Bremsleitung von einer Stelle aus Füllen und/oder Leeren wie auch für Fahrzeuge und Fahrzeugverbände, die den Druck der Bremsleitung von mehreren Stellen aus beeinflussen. In beiden Fällen soll ein Sollwert in der Bremsleitung schnell und möglichst ohne Regelschwingungen und ohne bleibende überlagerte Konstantströmung erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und die zu keiner Beeinträchtigung von sicherheitsrelevanten Eigenschaften führt und ohne Rückgriff auf eine durch den Zugverband laufende elektrische oder optische Steuerleitung auskommt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Erfindungsgemäß ist an der Bremsleitung ein Strömungssensor, bestehend aus einem Schwingungssender und einem Schwingungsempfänger, angebracht. Der Schwingungssender koppelt Schallwellen eines bestimmten Frequenzspektrums in die Bremsleitung ein. Der Strömungssensor ermittelt hierbei die Strömungsgeschwindigkeit, indem

– der Schwingungsempfänger diejenigen Schallwellen empfängt, die durch das strömende Medium bzw. kleine Partikel des Mediums reflektiert werden. Die Frequenzen der reflektierten Schallwellen sind aufgrund des Doppler-Effektes verschoben, so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit aus einer Überlagerung des Frequenzspektrums von eingekoppelten zu reflektierten Schallwellen ergibt
– und/oder der Schwingungsempfänger durch das strömende Medium hindurchgeschallte Schallwellen empfängt und strömungsgeschwindigkeitsabhängige Laufzeitunterschiede zwischen eingekoppelten und hindurchgeschallten Schallwellen bestimmt.

Desweiteren wird durch die Vorgabe einer definierten Sequenz zur Veränderung des Druckes in der Bremsleitung, die insbesondere durch ein Führerbremsventil oder eine pneumatische Einrichtung eines Fahrzeuges erzeugt und in die Bremsleitung eingekoppelt wird, durch den Strömungssensor eine von der Sequenz abhängige Strömungsrichtung in der Bremsleitung ermittelt. Hierdurch wird die Strömungsrichtung und damit die Orientierung des Fahrzeuges erkannt. Die Auswertung der Sensorsignale erfolgt in einer Auswerteeinheit.
Die Vorgabe einer definierten Sequenz erhöht vorteilhaft zusätzlich die Sicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da die Wahrscheinlichkeit, dass ein anderes Fahrzeug im Zugverband ebenfalls genau diese Sequenz abgibt, sehr gering ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass nur ein hierfür vorgesehenes Fahrzeug diese definierte Sequenz vorgibt und es zu keinen irrtümlichen Überlagerungen von Vorgängen, die durch mehrere Fahrzeuge gesteuert werden, kommen kann.
Dieser Strömungssensor wird an die Bremsleitung angebaut, wobei vorteilhaft keine Veränderung der Strömungsquerschnitte erfolgt. Insbesondere werden keine schaltenden Elemente in die Bremsleitung eingebracht. Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit, dass im Falle einer Störung des Sensors die Sicherheit des bestehenden Bremssystems des ganzen Fahrzeugverbandes in keinem Fall beeinträchtigt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere nicht auf eine Steuerleitung angewiesen, lässt sich somit insbesondere auch im Güterverkehr einsetzen, bei dem in der Regel keine zugübergreifenden Steuerleitungen vorhanden sind.
Nach Anspruch 2 werden als Strömungssensor insbesondere Ultraschallsensoren verwendet.
Um in jeder Orientierung des Fahrzeuges die Strömung in der Bremsleitung ermitteln zu können, wird nach Anspruch 3 und 4 bei Fahrzeugen mit Vorrichtungen zum Füllen und/oder Leeren der Bremsleitung auf einer oder auf jeder Seite der Stellen, an der gefüllt und/oder entleert wird jeweils ein Sensor eingesetzt. Die Signale der Sensoren werden in der Auswerteeinheit ausgewertet.
Nach Anspruch 5 wird durch den Einsatz von ein oder zwei dieser Sensoren das Füllen und/oder Leeren der Bremsleitung durch dazu fähige Fahrzeuge beobachtet.
Vorteil ist hierbei, dass in betrieblichen Fällen, in denen die Orientierung von Fahrzeugen festgestellt werden soll ohne dass sich ein Mitarbeiter auf dem Fahrzeug befindet, mit dieser Vorrichtung die Orientierung technisch ermittelt wird. Weiter wird mit dieser Vorrichtung eine manuell vorgegebnen Orientierung von Fahrzeugen technisch überprüft.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung mit einer Figur näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in der
1 schematisch einen Zugverband aus fünf Fahrzeugen mit einer durchgehenden Hauptluftleitung, in dessen vorletzten Fahrzeug sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit befindet.
In dem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist dargestellt, wie mit der Erfindung die Orientierung einer in einem Zugverband eingestellten Nachschiebelokomotive automatisch erkannt wird. Besonders vorteilhaft ist diese automatische Orientierungserkennung, wenn die Nachschieblokomotive nicht mit einem Triebfahrzeugführer besetzt ist und über eine Funkfernsteuerung von der führenden Lokomotive aus gesteuert wird.
In 1 ist ein Zugverband mit fünf Fahrzeugen dargestellt, der eine durchgehende Hauptluftleitung 6 aufweist. Dieser Zugverband besteht aus einer Lokomotive 1, drei Wagen 2, 3 und 5 sowie einem Fahrzeug 4, das steuernden Zugriff die Hauptluftleitung 6 hat. Fahrzeug 4 ist insbesondere eine weitere Lokomotive, die als Nachschieblokomotive dient. Das Fahrzeug 4 kann aus einem Druckspeicher 10 über ein vereinfacht dargestelltes Steuerventil 11 Luft in die Hauptluftleitung 6 einlassen oder ablassen. Eine Luftströmung in der Hauptluftleitung 6 wird über einen Sensor 7 und über einen optionalen Sensor 8 ermittelt. Die Signale der beiden Sensoren 6 und 7 werden von der Auswerteeinheit 9 ausgewertet.
Zu Beginn der Ermittlung einer Orientierung des Fahrzeuges 4 ist die Hauptluftleitung 6 gefüllt. Die Lokomotive 1 erteilt dem Fahrzeug 4 insbesondere über Funk einen Befehl zum Ermitteln seiner Orientierung. Anschließend senkt die Lokomotive 1 den Druck in der Hauptluftleitung 6 ab. Dadurch strömt die Luft in der Hauptluftleitung 6 in Richtung der Lokomotive 1. Mit dem Signal des Strömungssensors 6 bzw. 7 bestimmt das Fahrzeug 4 nun in einer Auswerteeinheit 9 die Strömungsrichtung in der Hauptluftleitung 6 und damit wiederum die relative Orientierung des Fahrzeuges 4 zur Lokomotive 1.

1: Lokomotive
2: Wagen
3: Wagen
4: Fahrzeug
5: Wagen
6: Hauptluftleitung
7: Sensor
8: optionaler Sensor
9: Auswerteeinheit
10: Druckspeicher
11: Steuerventil

Claims

Vorrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums in mit Druckluft oder hydraulisch betriebenen Bremsleitungen von Schienenfahrzeugen ohne Beeinträchtigung der sicherheitsrelevanten Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bremsleitung (6) ein Strömungssensor (7), bestehend aus einem Schwingungssender und einem Schwingungsempfänger, angebracht ist, der Schwingungssender Schallwellen eines bestimmten Frequenzspektrums in die Bremsleitung (6) einkoppelt und der Strömungssensor (7) die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt, indem – der Schwingungsempfänger durch das strömende Medium reflektierte Schallwellen empfängt und eine Überlagerung des Frequenzspektrums von eingekoppelten zu reflektierten Schallwellen, deren Frequenzen aufgrund des Doppler-Effektes verschoben sind, bestimmt und/oder – der Schwingungsempfänger durch das strömende Medium hindurchgeschallte Schallwellen empfängt und strömungsgeschwindigkeitsabhängige Laufzeitunterschiede zwischen eingekoppelten und hindurchgeschallten Schallwellen bestimmt, und der Strömungssensor (7) durch die Vorgabe einer definierten Sequenz zur Veränderung des Druckes in der Bremsleitung eine von der Sequenz abhängige Strömungsrichtung in der Bremsleitung (6) ermittelt und anhand derer die Strömungsrichtung und eine Orientierung des Schienenfahrzeuges ermittelt.
Vorrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit in Bremsleitungen von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungssensor (7) aus einem Ultraschallsender und -empfänger besteht.
Vorrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit in Bremsleitungen von Schienenfahrzeugen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fahrzeugen mit Vorrichtungen zum Füllen und/oder Leeren der Bremsleitung (6) auf einer Seite der Stellen, an der gefüllt und/oder entleert wird, ein Sensor (7) angebracht ist.
Vorrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit in Bremsleitungen von Schienenfahrzeugen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fahrzeugen mit Vorrichtungen zum Füllen und/oder Leeren der Bremsleitung (6) auf jeder Seite der Stellen, an der gefüllt und/oder entleert wird, jeweils ein Sensor (7, 8) angebracht ist.
Vorrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit in Bremsleitungen von Schienenfahrzeugen nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (7 oder 8) das Füllen und/oder Leeren der Bremsleitung (6) beobachtet.