DE102008061411A1

DE102008061411A1 - Verfahren zur Vermeidung von Zugtrennungen durch fahrzeuginterne Überwachung der Hauptluftleitung und der Achsenzahl

Info

Publication number: DE102008061411A1
Application number: DE102008061411A
Authority: DE
Inventors: Franz Krittian
Original assignee: Krittian Franz Dr-Ing
Current assignee: Krittian Franz Dr-Ing
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Europäische Bahnen führen derzeit das funkbasierte Zugsicherungssystem ETCS ein, ohne dabei die Gleisfreimeldung über Achszähler ablösen und so dessen wirtschaftlicher Endstufe Level 3 realisieren zu können, weil für den Güterverkehr auf den Fahrzeugen keine Lösung für eine zuverlässige Sicherung der Zugintegrität, d. h. die rechtzeitige Erkennung eines Zug-Abrisses, verfügbar ist. Die in der Erfindung beschriebenen Verfahren stellen nun zur Lösung dieses Problems sicher, dass die Hauptluftleitung der automatischen Bremse von der Lok bis zum Zu, dass unbemerkt in einem Teil des Wagenparks die Bremsen während der Fahrt anlegen und dass ein Zugabriss verspätet entdeckt wird. Methodisch wird dazu die Abhängigkeit des Druckabfalls im Hauptluftbehälter von dem über die Hauptluftleitung eingespeisten Volumen und damit von den erfassten Achsen eines Zuges ausgewertet und das Ergebnis mit einem Sollwert des betroffenen Zuges abgeglichen. Zur Verfügung steht je ein Rechner auf der Lok und an der Bahnanlage sowie Datenaustausch zwischen beiden über Funk.

Description

Aus wirtschaftlichen Gründen wünschen die europäischen Bahnen, das funkgestützte Zugsicherungssystem ETCS zur Endstufe Level 3 weiter zu entwickeln und die Gleisfreimeldung über Achszähler abzulösen. Allerdings ist für Level 3 eine fahrzeugseitige Überwachung der Zugvollständigkeit erforderlich, für die es noch keine hinreichend sichere Lösung gibt. Mit dem Ziel einer solchen Lösung prüft die Erfindung die Durchgängigkeit der Hauptluftleitung (HLL) der Druckluftbremse von der Lok bis zum Zugschluss und die Achsenzahl des Fahrzeugkonvois und vergleicht die hierzu erfassten Daten mit den Sollwerten des geplanten Zuges. Damit erkennt sie nicht nur die Vollständigkeit des Zuges bzw. fehlende Wagen sondern präventiv auch einen möglichen Zugabriss, wenn diesen eine unterbrochene HLL verursacht. Das Verfahren geht davon aus, dass jeder Zugbildung eine DV-hinterlegte Planung zu Grunde liegt.
Folgende Fehler können dazu führen, dass die Bremsen in einem Teil des Zuges anlegen und als Folge davon der Zug abreißt:

a) Die HLL ist, in der Regel durch einen geschlossenen Absperrhahn, unterbrochen und damit kürzer als der Zug. Diese Unterbrechung wird dadurch erkannt, dass beim „Lösen” nach Bremsungen aus dem Hauptluftbehälter (HLB) der Lok weniger Luft nachgespeist wird, als sich nach Zugbildungsplan rechnerisch aus den Volumina der HLL und der angeschlossenen Hilfsluftbehälter ergibt.
b) Die Achsenzahl liegt über der des Zugbildungsplans. Da in diesem Fall anzunehmen ist, dass Wagen nicht an der HLL bzw. an der Bremse angeschlossen sind, ist vor der Abfahrt auch die Richtigkeit der Achszahl zu verifizieren.

Die für eine Analyse erforderliche Angabe der Achszahl und des Volumens der HLL sowie der angeschlossenen Hilfsluftbehälter der Einzelfahrzeuge, deren richtige Erfassung durch Abgleich mit der Aufnahme des Zugfertigstellers gewährleistet wird, ist bauartbezogen in einer Datenbank bereit zu stellen. Ein örtlicher Rechner ermittelt aus den Daten (neben der Länge) die Achszahl sowie das HLL bezogene Volumen der Bremsanlagen des Zugparks und übergibt beide über Datenfunk einem Rechner auf der Lok, dem Fahrzeugrechner.
Ohne das HLL bezogene Volumen zu messen, wertet der Fahrzeugrechner nach Patentanspruch 1 ein definiertes Intervall des Druckanstiegs (p₁, p₂) der HLL und den mit diesem Volumen als Parameter korrelierenden Druckabfall (p_B1, p_B2) im speisenden Hauptluftbehälter (HLB) aus. Der untere Eckwert p₁ wird so festgelegt, dass im gesamten Zug die Bremsen stabil gelöst haben. Der obere Eckwert p₂ entspricht dem Nenndruck p_N der HLL oder liegt ggf. geringfügig darunter, so dass ein relativ großes Messintervall verfügbar wird. Nach UIC Norm beträgt p_N = 5 bar (Überdruck) und beginnt das Lösen bei 4,6 bar. Bei p₁ = 4,80 bis 4,85 bar könnten auch in langen Zügen alle Bremsen gelöst sein.
Probleme ergeben sich aber daraus, dass bei Wagenparks mit vielen Achsen das Volumen des HLB nur etwa 6 bis 7% des HLL-bezogenen Volumens beträgt. Denn selbst bei einer Erhöhung des Drucks im HLB am unteren Eckpunkt p₁ auf den Nennwert 10 bar durch spezifische Maßnahmen wird bei einem erwünschten Abstand p₂-p₁ = 0,15 bar der Einschaltdruck des Kompressors 8,5 bar unterschritten. Es gibt hier als Lösung zwei Alternativen:

c) Entsprechend Merkmal 1.4 wird bei Erreichen von p₁ die Verbindung von HLB und HLL unterbrochen und der Druck im HLB über Nenndruck 10 bar hinaus soweit erhöht, dass der Kompressor während der Messung nicht mehr anläuft. Nachteilig sind dabei die Unterbrechung des Füllvorgangs und das höhere Druckniveau.
d) Außerhalb der Messpunkte p₁, p₂ speist der Kompressor nach, sobald sein Einschaltdruck unterschritten ist. Sofern eine hinreichend genaue Messung möglich ist, bietet dieses Verfahren die günstigere Lösung.

Erwünscht wären für beide Lösungen ein höherer zulässiger Druck und/oder ein größeres Volumen des HLB.
Die Durchgängigkeit der HLL bis zum Zugschluss nach a) wird dadurch nachgewiesen, dass der Druckabfall im HLB ggf. unter Berücksichtigung des nachspeisenden Kompressors einen vorgegeben Sollwert nicht unterschreitet, da ein gegenüber diesem geringerer Druckabfall ein verkleinertes Volumen und somit eine verkürzte eingespeiste HLL anzeigt.
Patentanspruch 2 enthält das Verfahren zur Sollwert-Vorgabe durch Rechnung, Anspruch 3 das Verfahren für die Sollwert-Vorgabe durch eine Eich-Messung. Die aufgeführten Formeln ergeben sich aus der Zustandsgleichung idealer Gase, berücksichtigen die Nachspeisung des Kompressors und behalten ihre Gültigkeit auch, wenn diese entfällt. In jedem Fall erfolgt eine Messung erst, wenn alle Luftströmungen abgeklungen sind.
Von den durch den Kompressor neben dem konstanten Hubvolumen eingeführten Parametern können Druck und Temperatur am Saugrohr sowie die „n” Umdrehungen innerhalb des Messintervalls mit der Standard-Genauigkeit des Verfahrens gemessen werden. Der Liefergrad λ sowie die Luftverluste der HLL werden, wie in Merkmal 2.5 und 2.6 beschrieben, durch eine periodische Eich-Messung, z. B. im Abfahrtsbahnhof, definiert. Unterschiedliche Temperaturen im HLB zu Beginn und am Ende des Messintervalls sind berücksichtigt, um, falls erforderlich, die Erwärmung der Luft durch die Kompression oder ein eventuelles Abkühlen während dem Druckabfall abzubilden. In der HLL muss während der Messung räumlich und zeitlich konstante Temperatur gegeben sein.
Besonders bei langen Zügen ist denkbar, dass die Messung nach Patentanspruch 1 ohne erkennbare Ursache den rechnerischen Sollwert nicht mit hinreichender Genauigkeit erreicht. In solchen, wohl weitgehend auf Rangierbahnhöfe beschränkten Fällen ersetzt ihn die Eich-Messung durch einen empirischen Sollwert, der über die Entlüftung der HLL am Zugschluss gewonnen wird. In Merkmal 3.4 können unterschiedliche Primärgrößen bei der Eichung und der Betriebsmessung berücksichtigt werden. Um bei der Eichung ein Öffnen an der Zugspitze, z. B. aus Bequemlichkeit, auszuschließen, wird auf der Lok auch die Strömungsrichtung erfasst und die Messung nur ausgewertet, wenn die Luft zum gekuppelten Ende fließt und die Bedienung vom dazu entgegen gesetzten Führerpult aus erfolgt.
Es ist zu erwarten, dass der Sollwert auch bei langen Zügen rechnerisch vorgegeben werden kann, wenn betrieblich sicher gestellt wird, dass die nicht trennbare Fahrzeugeinheit am Ende eines Zuges 4 Achsen oder mehr besitzt.

Claims

Verfahren zur Abbildung des gesamten Volumens V der Hauptluftleitung und der Reserveluftbehälter auf den Fahrzeugen durch Messung des Druckabfalls im speisenden Hauptluftbehälter der Lok mit Volumen V_B beim Füllen in Abhängigkeit vom Druckanstieg der Hauptluftleitung, mit folgenden Merkmalen: 1.1 nach Bremsung und erneutem Lösen der Bremsen werden auf der Lok ein vorher definierter Druckanstieg in der Hauptluftleitung (p₁, p₂) und der korrelierende Druckabfall im Hauptluftbehälter (p_B1, p_B2) sowie zeitgleich die Temperaturen im Hauptluftbehälter, am gekuppelten Ende der Hauptluftleitung und ggf. am Saugrohr des Kompressors gemessen. Die Zeit t₁₂ des Druckanstiegs wird festgehalten. 1.2 Der untere Eckpunkt p₁ des Messbereichs wird so gewählt, dass an ihm bei allen maßgebenden Wagenparks sämtliche Bremsen stabil gelöst sind, der obere Eckpunkt p₂ entspricht dem Nenndruck p_N der Hauptluftleitung oder liegt geringfügig darunter. Der Messbereich (p₁, p₂) berücksichtigt die Empfindlichkeit der Messzellen. 1.3 Die Drücke werden in statischem Zustand gemessen, d. h. bei kurzzeitiger Trennung von Hauptluftbehälter und Hauptluftleitung, bei abgeschaltetem Kompressor und nach dem Abklingen ausgleichender Luftströmungen. 1.4 Um zur höheren Genauigkeit ein Anlaufen des Kompressors während der Messung bei großem Volumen V zu vermeiden, wird optional vor dem Erreichen von p₁ die Hauptluftleitung vom Hauptluftbehälter getrennt und der Kompressor eingeschaltet, bis die Höhe des Drucks p_B1 am Anfang der Messung ein solches Anlaufen während der Messung ausschließt. 1.5 Ein während der Fahrt im Hauptluftbehälter gemessener Enddruck p_B2, der über dem mittels Rechnung oder Eichung nach Patentanspruch 2. bzw. 3. ermittelten Sollwert liegt, wird als Unterbrechung der Hauptluftleitung gewertet, 1.6 Ab einer festzulegenden Achsenzahl wird vor der Messung, überwacht vom örtlichen Rechner, eine Durchgangsprüfung nach Merkmal 3.1 und 3.2 durchgeführt.
Verfahren zur Ermittlung eines rechnerischen Sollwerts für den mit dem Druckanstieg in der Hauptluftleitung verbundene Druckabfall im Hauptluftbehälter mit folgenden Merkmalen: 2.1 Für den aus Druckanstieg (p₁, p₂) und Luftverlusten zusammengesetzten effektiven Druckabfall Δp in der Hauptluftleitung werden im Rechner der Lok die Sollwerte des korrelierenden Druckabfalls (p_B1, p_B2) und des Enddrucks p_B2 im Hauptluftbehälter berechnet zu:
2.2 V und T sind Volumen und (absolute) Temperatur von Hauptluftleitung und Reservebehältern, wobei T am gekuppelten Ende der Lok gemessen und über den Zug gleich bleibend unterstellt wird und V sich aus den in einer nach Fahrzeugbauarten gegliederten Datenbank von einem örtlichen Rechner bereit gestellten Teilvolumina der Bremsanlagen auf den Fahrzeugen zusammen setzt. 2.3 V_B ist das Volumen des Hauptluftbehälters; T_B1, T_B2 sind dessen ggf. unterschiedlichen Temperaturen zu Beginn und am Ende der Messung. 2.4 der Kompressor – mit den Parametern: p_A Außendruck und T_A Temperatur am Saugrohr, V_C gesamter Hubraum, λ Liefergrad – schaltet nach Durchlaufen des unteren Eckwerts p₁ ein, macht n Umdrehungen und schaltet vor Erreichen des oberen Eckwerts p₂ ab. n = 0 ergibt den rechnerischen Sollwert des Druckabfalls im Hauptluftbehälter (p_B1, p_B2) bei ausgeschaltetem Kompressor. 2.5 Der Liefergrad λ wird vorab durch Einspeisung des Kompressors in den Hauptluftbehälter bei getrennter Hauptluftleitung und statischen Verhältnissen während der Messung von p_B1, p_B2 über einen größeren Druckanstieg Δp_B empirisch ermittelt nach der Gleichung:
2.6 Messung des Druckabfalls p_δ in der abgeschlossenen Hauptluftleitung bei Nenndruck p_N (absoluter Wert) außerhalb von Bremsungen während der Zeit t_M, um unter Erfassung der Luftverluste als effektives Δp vorzugeben:
Verfahren zur Ermittlung eines Sollwerts für den Enddruck p_B2 im Hauptluftbehälter auf Grund einer Eich-Messung beim Füllen der Hauptluftleitung nach einer Durchgangsprüfung vor der Abfahrt als Alternative insbesondere bei der Akkumulation von Ungenauigkeiten in langen Zügen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 3.1 Entsprechend per Funk vom Rechner der Lok übertragener Anweisung wird die Hauptluftleitung am Zugschluss von Hand geöffnet und entlüftet, bis die Bremsen der Lok anliegen 3.2 Die Messzellen an den beiden Enden der Lok erfassen neben Druck und Temperatur über eine Blende auch die Richtung der Strömung, um dabei eine Entlüftung auf der Lok auszuschließen, die Steuerung vom Führerpult in Fahrtrichtung sicher zu stellen und einen Zugabriss stets schnell zu erkennen, 3.3 Der Druckanstieg der Hauptluftleitung beim Lösen nach der Durchgangsprüfung wird wie in der Messung nach Patentanspruch 1 ausgewertet. 3.4 Die Ergebnisse der Eichung, bezeichnet mit Index „o”, also p_B0, T_B0, P_A0, n₀, T₀, .T_A0, werden nach den folgenden Gleichungen auf die Sollwerte Δp_B und p_B2 während der Fahrt umgerechnet:
Verfahren zum Nachweis der Übereinstimmung der realisierten Achsenzahl mit der dem Druckabfall im Hauptluftbehälter zu Grunde liegenden Achsenzahl des Zuges, gekennzeichnet durch folgende Teilmerkmale: 4.1 Der örtliche Rechner übergibt die über Achszähler im Saldo ermittelte Achsenzahl vor Freigabe der Ausfahrt dem Fahrzeugrechner, wenn sie dem geplanten Zugpark entspricht. 4.2 Der Fahrzeugrechner gleicht diese Zahl mit dem aus der Messung nach Patentanspruch 1. und den Daten der Fahrzeuge resultierenden Wert ab und erklärt seinerseits den Zug als abfahrbereit. 4.3 Bei Ausfahrt aus ausgewählten Bahnhöfen und an festgelegten Stellen im Netz wird die Achsenzahl erneut überprüft, um ggf. den Zug anzuhalten oder andere Maßnahmen zu treffen.