DE102009050720B4

DE102009050720B4 - Steuervorrichtung für eine Kompressoreinrichtung

Info

Publication number: DE102009050720B4
Application number: DE200910050720
Authority: DE
Inventors: Markus Luchterhand
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: DE102009050720A1

Abstract

Steuervorrichtung (2) für eine Kompressoreinrichtung (8) eines Schienenfahrzeugs, wobei die Steuervorrichtung (2) mit der Kompressoreinrichtung (8) verbindbar ist, – wobei ein erstes Erfassungsmittel (4) zum Erfassen zur Verfügung stehender rückgewonnener Bremsenergie vorgesehen ist, – wobei ein Steuermittel (6) zum Aktivieren der Kompressoreinrichtung (8) in Abhängigkeit von der vom ersten Erfassungsmittel (4) erfassten Bremsenergie vorgesehen ist, – wobei ein zweites Erfassungsmittel (12) zum Erfassen des Druckes in einem Druckluftleitungssystem (18) des Schienenfahrzeugs vorgesehen ist und – wobei ein erstes Vergleichsmittel (14.1) zum Vergleichen des erfassten Druckes in dem Druckluftleitungssystem (18) mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert vorgesehen ist, wobei der erste Grenzwert den erlaubten Minimaldruck in dem Druckluftleitungssystem (18) vorgibt, der die von den installierten Verbrauchern gestellten Anforderungen an den Luftdruck beim Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs erfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass – ein drittes Erfassungsmittel (16) zum Erfassen eines Stillstands des Schienenfahrzeugs und/oder zum Erfassen eines Türfreigabesignals vorgesehen...

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Kompressoreinrichtung eines Schienenfahrzeugs, wobei die Steuervorrichtung mit der Kompressoreinrichtung verbindbar ist, wobei ein erstes Erfassungsmittel zum Erfassen zur Verfügung stehender rückgewonnener Bremsenergie vorgesehen ist, wobei ein Steuermittel zum Aktivieren der Kompressoreinrichtung in Abhängigkeit von der vom ersten Erfassungsmittel erfassten Bremsenergie vorgesehen ist, wobei ein zweites Erfassungsmittel zum Erfassen des Druckes in einem Druckluftleitungssystem des Schienenfahrzeugs vorgesehen ist und wobei ein erstes Vergleichsmittel zum Vergleichen des erfassten Druckes in dem Druckluftleitungssystem mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert vorgesehen ist, wobei der erste Grenzwert den erlaubten Minimaldruck in dem Druckluftleitungssystem vorgibt, der die von den installierten Verbrauchern gestellten Anforderungen an den Luftdruck beim Betrieb des Schienenfahrzeugs erfüllt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Druckluftversorgungseinrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung und ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Druckluftversorgungseinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Kompressoreinrichtung eines Schienenfahrzeugs, wobei zur Verfügung stehende rückgewonnene Bremsenergie erfasst wird wobei die Kompressoreinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Bremsenergie aktiviert wird, und wobei ein erfasster Druck in dem Druckluftleitungssystem mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert verglichen wird, wobei der erste Grenzwert den erlaubten Minimaldruck in dem Druckluftleitungssystem vorgibt, der die von den installierten Verbrauchern gestellten Anforderungen an den Luftdruck beim Betrieb des Schienenfahrzeugs erfüllt. Eine gattungsbildende Steuerungsvorrichtung und ein gattungsbildendes Verfahren sind aus der DE 679 15 438 T2 bekannt.
In modernen Schienenfahrzeugen ist es möglich, die beim Bremsen entstehende Energie aus den Fahrmotoren zurückzugewinnen.
Daneben weisen Schienenfahrzeuge eine Druckluftversorgungseinrichtung zur Versorgung von Verbrauchern, wie beispielsweise Luftfedern des Bremssystems, pneumatisch betriebene Stromabnehmer und dergleichen, mit Druckluft auf. Derartige Verbraucher lassen sich dann über den bereitgestellten Luftdruck aktuieren. Die Druckluftversorgungseinrichtung kann eine Kompressoreinrichtung und ein Druckluftleitungssystem aufweisen.
Der erforderliche Luftdruck in dem Druckluftleitungssystem wird durch die mit dem Druckluftleitungssystem verbundene Kompressoreinrichtung mit mindestens einem Kompressor generiert und insbesondere über eine Hauptbehälterleitung den entsprechenden Verbrauchern zugeführt. Wesentliche Kriterien in der Kompressorsteuerung zur Druckluftversorgung in Schienenfahrzeugen stellen dabei die Anschaltdauer der Kompressoreinrichtung und die Höhe des Luftdrucks in dem Druckluftleitungssystem bzw. der Hauptbehälterleitung dar.
Aus dem Stand der Technik ist eine Steuervorrichtung für einen Kompressor bekannt, bei der der Druck in der Hauptbehälterleitung überwacht wird. Bei Unterschreiten eines unteren Grenzwerts wird der Kompressor aktiviert, so dass der Druck in dem Druckluftleitungssystem bzw. der Hauptbehälterleitung wieder auf den vorgegebenen Maximaldruckwert erhöht wird.
1 zeigt einen beispielhaften Verlauf des Drucks in dem Druckluftleitungssystem gemäß dem Stand der Technik. Während auf der y-Achse der Druck in dem Druckluftleitungssystem in bar angegeben ist, ist auf der x-Achse die Zeit aufgetragen. Zu erkennen ist, dass bei einem unteren Grenzwert von 8,5 bar die Kompressoreinrichtung aktiviert wird und der Druck auf den Maximalwert von 10 bar erhöht wird. Dann wird die Kompressoreinrichtung deaktiviert. Bei Erreichen des unteren Grenzwerts beginnt der Vorgang von neuem.
Problematisch bei der Steuervorrichtung des Standes der Technik sind der erhöhte Energieverbrauch und die entsprechend hohen Energiekosten. So verbraucht die Kompressoreinrichtung eine erhebliche Menge an Energie, die beispielsweise über Oberlandleitungen zur Verfügung gestellt wird.
Bei dem eingangs genannten Stand der Technik kommt hinzu, dass ein Kompressor eingeschaltet wird, wenn beim Stillstand des Fahrzeugs, also im Leerlauf, ein bestimmter Druck unterschritten wird, was beim Stillstand des Fahrzeugs zu einer ungewünschten Lärmbelästigung führt.
Aus der DE 603 07 984 T2 ist ein Lastkraftwagen bekannt, bei dem eine Steuervorrichtung während des Stillstands des Kraftfahrzeugs einen höheren Druck als während der Fahrt einstellt.
Die US 2007/0277900 A1 offenbart eine Druckluftversorgungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug, die bei überschüssiger Motorleistung, beispielsweise im Leerlauf, in dem Druckluftsystem einen höheren Druck erzeugt als in dem Fall, dass keine überschüssige Motorleistung zur Verfügung steht.
Die JP 2002-130891 A betrifft einen Lastkraftwagen mit einer Kühleinrichtung, die so gesteuert wird, dass ein Betrieb der Kühleinrichtung, also ein Betrieb der Kompressoreinrichtung, unterbrochen wird, wenn die Tür der Kühleinrichtung geöffnet wird.
Schließlich betrifft auch die DE 10 2008 019 683 A1 ein Schienenfahrzeug mit einer Druckluftversorgungseinrichtung, die eine Kompressoreinrichtung und eine Steuervorrichtung aufweist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerung zur Verfügung zu stellen, welche eine ungewünschte Lärmbelästigung durch das zusätzliche Einschalten der Kompressoreinrichtung bei Stillstand des Schienenfahrzeugs zumindest reduziert.
Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Kompressoreinrichtung mit einem oder mehreren Kompressoren kann mit der Steuereinrichtung bevorzugt elektrisch verbunden werden. Die Steuervorrichtung umfasst zum einen ein Erfassungsmittel zum Erfassen von zur Verfügung stehender Bremsenergie des Schienenfahrzeugs, also Energie, die bei einem Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs aus den Fahrmotoren rückgewonnen wird. Beispielsweise weist das Erfassungsmittel hierfür geeignete Sensoren auf oder ist mit entsprechenden Sensoren unmittelbar oder mittelbar gekoppelt.
Das Steuermittel, welches mit dem Erfassungsmittel verbunden sein kann, kann insbesondere die vom Erfassungsmittel übertragene Information auswerten und die Kompressoreinrichtung steuern, insbesondere Aktivieren und Deaktivieren. Beispielsweise können als Steuermittel geeignete Prozessoren eingesetzt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird der Energieverbrauch eines Schienenfahrzeugs reduziert, wenn die zur Verfügung stehende Bremsenergie erfasst wird und ein Steuermittel vorgesehen ist zum Aktivieren der Kompressoreinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Bremsenergie. So ist es insbesondere vorteilhaft, dass bei Erfassung von in einem Speicher gespeicherter Bremsenergie in Folge eines Bremsvorgangs die Bremsenergie zur Versorgung der Kompressoreinrichtung verwendet wird. Dabei erfolgt eine Aktivierung der Kompressoreinrichtung nicht erst bei Erreichen eines unteren Grenzwerts, sondern die Kompressoreinrichtung kann aktiviert werden, sobald Bremsenergie zur Verfügung steht. Hierdurch kann insbesondere eine energieneutrale Versorgung der Kompressoreinrichtung erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird gemäß einer Ausgestaltung weiter vorgeschlagen, dass das Steuermittel so konfiguriert ist, dass es die Kompressoreinrichtung aktiviert, sobald das erste Erfassungsmittel eine vorgebbare Größe an zur Verfügung stehender Bremsenergie erfasst. Die Größe kann beispielsweise so gewählt werden, dass das Steuermittel so konfiguriert ist, dass es unmittelbar bei einer Detektion von zur Verfügung stehender rückgewonnener Bremsenergie die Kompressoreinrichtung aktiviert oder dass es die Kompressoreinrichtung erst bei Detektion einer vorgebbaren Mindestmenge an zur Verfügung stehender Bremsenergie aktiviert.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein zweites Erfassungsmittel zum Erfassen des Druckes in dem Druckluftleitungssystem des Schienenfahrzeugs vorgesehen. Es kann ein geeigneter Drucksensor zur Erfassung des Drucks in dem Luftdrucksystem, insbesondere in der Hauptbehälterleitung eingesetzt werden. Bevorzugt werden mehrere Sensoren an unterschiedlichen Positionen angebracht, um Messfehler, beispielsweise in Folge von Druckschwankungen, zu vermeiden. Der erfasste Druck wird zusätzlich zur Steuerung der Kompressoreinrichtung berücksichtigt.
Um den erfassten Druck für die Steuerung der Kompressoreinrichtung zu berücksichtigen, ist ein erstes Vergleichsmittel zum Vergleichen des erfassten Druckes in dem Druckluftleitungssystem mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert vorgesehen, wobei der erste Grenzwert den erlaubten Minimaldruck in dem Druckluftleitungssystem vorgibt. Als Vergleichsmittel kann ein zusätzliches Bauelement eingesetzt werden. Ebenso kann das Vergleichsmittel in dem Steuermittel, wie einem Prozessor, integriert sein. Der vorgebbare Minimaldruck wird so gewählt, dass auch bei diesem Minimaldruck die von den installierten Verbrauchern gestellten Anforderungen an den Luftdruck erfüllt werden.
Zur Gewährleistung eines fehlerfreien Betriebs, wird gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung vorgeschlagen, das Steuermittel so zu konfigurieren, dass es bei Detektion eines Unterschreitens des ersten Grenzwertes die Kompressoreinrichtung aktivieren kann. Für den Fall, dass keine Bremsenergie zur Verfügung steht und der Druck auf eine zumindest für den Fahrbetrieb kritische Grenze fällt, kann die Kompressoreinrichtung durch das Steuermittel aktiviert werden, so dass der Druck in dem Druckluftleitungssystem wieder auf den Maximalwert erhöht werden kann.
Darüber hinaus kann ein zweites Vergleichsmittel zum Vergleichen des erfassten Druckes in dem Druckluftleitungssystem mit einem vorgebbaren zweiten Grenzwert vorgesehen sein, wobei der zweite Grenzwert größer als der erste Grenzwert ist oder der zweite Grenzwert gleich dem ersten Grenzwert ist. Grundsätzliches ist es auch möglich, nur ein Vergleichsmittel zum Vergleichen des Druckes mit dem ersten und dem zweiten Grenzwert zu verwenden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Steuermittel so konfiguriert sein, dass es bei Detektion eines Unterschreitens des zweiten Grenzwertes und bei Erfassung von zur Verfügung stehender Bremsenergie die Kompressoreinrichtung aktiviert. Mit anderen Worten kann eine zweite Druckschwelle vorgegeben werden, um eine bestimmte Anschaltdauer der Kompressoreinrichtung bis zur Auffüllung des Drucks in dem Druckluftleitungssystem auf den Maximalwert zu gewährleisten. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Kompressoreinrichtung nicht nur wenige Sekunden läuft. Insbesondere kann der Verschleiß der Kompressoreinrichtung verringert werden.
Um eine ungewünschte Lärmbelästigung in Bahnhofsnähe zu vermeiden, ist ein drittes Erfassungsmittel zum Erfassen eines Stillstands des Schienenfahrzeugs und/oder zum Erfassen eines Türfreigabesignals vorgesehen. Für eine einfache Erfassung eines Stillstands kann als Sensor beispielsweise ein Geschwindigkeitsmesser eingesetzt werden, der in dem dritten Erfassungsmittel integriert oder mit diesem gekoppelt sein kann. Diese Informationen könne bei der Steuerung der Kompressoreinrichtung Berücksichtigung finden.
Ferner ist ein drittes Vergleichsmittel zum Vergleichen des erfassten Druckes in dem Druckluftleitungssystem mit einem vorgebbaren dritten Grenzwert vorgesehen, wobei der dritte Grenzwert kleiner als der erste Grenzwert ist. Auch in diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn alle drei zuvor genannten Vergleichsoperationen von nur einem Vergleichsmittel durchgeführt werden.
Um eine Aktivierung der Kompressoreinheit in Bahnhofsnähe möglichst zu verhindern und gleichzeitig eine ausreichende Betriebssicherheit bei Stillstand des Schienenfahrzeugs zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Steuermittel so zu konfigurieren, dass es bei Detektion eines Stillstands des Schienenfahrzeugs und/oder eines Türfreigabesignals bis zur Detektion eines Unterschreitens des dritten Grenzwerts eine Aktivierung der Kompressoreinrichtung blockiert. So ist erkannt worden, dass die von den Verbrauchern gestellten Anforderungen bei Stillstand des Schienenfahrzeugs geringer sind als im Fahrbetrieb, so dass ein unterer dritter Grenzwert vorgegeben werden kann, der kleiner als der erste untere Grenzwert ist. Zur Gewährleitung der Betriebssicherheit bei Stillstand des Schienenfahrzeugs ist eine Aktivierung der Kompressoreinrichtung erst ab Erreichen des dritten Grenzwertes erforderlich.
Gemäß einer zweiten Lehre wird die Aufgabe durch eine Druckluftversorgungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit einer Kompressoreinrichtung und einer wie zuvor beschriebenen Steuervorrichtung gelöst.
Gemäß einer dritten Lehre wird die Aufgabe durch ein Schienenfahrzeug mit einer wie zuvor beschriebenen Druckluftversorgungseinrichtung gelöst. Beispielsweise kann die Druckluftversorgungseinrichtung bei Straßenbahnen, Nah- und Regionalzügen, Hochgeschwindigkeitszügen und dergleichen eingesetzt werden.
Gemäß einer vierten Lehre wird die Aufgabe bei einem Verfahren durch die Merkmale von Patentanspruch 11 gelöst. Die Kompressoreinrichtung kann beispielweise bei einem Vorhandensein von Bremsenergie aktiviert werden, um den Druck in dem Druckluftleitungssystem, insbesondere in der Hauptbehälterleitung, vorzugsweise bis auf einen Maximalwert zu erhöhen. Durch die Nutzung von recycelter Energie kann der Energieverbrauch des Schienenfahrzeugs gesenkt werden.
Die Erfindung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass der Energieverbrauch im Schienenfahrzeug gesenkt werden kann. Vorzugsweise kann eine energieneutrale Versorgung der Kompressoreinrichtung erreicht werden. Hierdurch ist es möglich, eine kleinere Energieversorgung im Schienenfahrzeug einzusetzen.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Steuervorrichtung, die erfindungsgemäße Druckluftversorgungseinrichtung, das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Druckverlauf in dem Druckluftleitungssystem gemäß dem Stand der Technik,
2 eine vereinfachte Darstellung eines erstens Ausführungsbeispiels einer Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 eine vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und
4 einen Druckverlauf in dem Druckluftleitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 2 mit einem ersten Erfassungsmittel 4 und einem Steuermittel 6.
Das Erfassungsmittel 4 zur Erfassung der zur Verfügung stehenden Bremsenergie kann geeignete Sensoren, wie einen Geschwindigkeitsmesser, umfassen oder mit geeigneten Sensoren zumindest verbunden sein. Beispielsweise ist es möglich, dass das Erfassungsmittel 4 mit dem zentralen Schienenfahrzeugsteuerungssystem gekoppelt ist.
Die Steuervorrichtung 2, insbesondere das Steuermittel 6, wie ein geeigneter Prozessor oder dergleichen, kann über die Verbindung 10 mit einer Kompressoreinrichtung 8 kommunizieren. Die Kompressoreinrichtung 8 kann einen oder mehrere Kompressoren umfassen. Ferner ist die Kompressoreinrichtung 8 mit dem Energieversorgungssystem des Schienenfahrzeugs elektrisch verbunden (nicht dargestellt). Insbesondere kann die Kompressoreinrichtung 8 mit einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung (nicht dargestellt) unmittelbar mit Energie versorgt werden. Darüber hinaus ist die Kompressoreinrichtung 8 mit einem Druckluftleitungssystem des Schienenfahrzeugs verbunden.
In 3 ist eine vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Steuervorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Bezugszeichen der bekannten Bauteile werden übernommen.
Neben den bereits zuvor beschriebenen Komponenten 4, 6, 8 und 10 umfasst die Steuervorrichtung 2 ein zweites Erfassungsmittel 12, Vergleichsmittel 14.1, 14.2 und 14.3 sowie ein drittes Erfassungsmittel 16. Ferner ist in der 3 das Druckluftleitungssystem 18 in Form einer Hauptbehälterleitung 18 angedeutet.
Das zweite Erfassungsmittel 12 dient zur Erfassung des Drucks im Druckluftleitungssystem 18, insbesondere in der Hauptbehälterleitung 18. Hierzu kann das zweite Erfassungsmittel 12 einen oder bevorzugt mehrere Drucksensoren umfassen, die insbesondere an unterschiedlichen Positionen den Druck in der Hauptbehälterleitung 18 erfassen können.
Die erfassten Druckwerte werden an die abgebildeten Vergleichsmittel 14.1, 14.2 und 14.3 in geeigneter Form weitergeleitet. Es versteht sich, dass auch jedes Vergleichsmittel 14.1, 14.2 und 14.3 mit einem separaten Drucksensor verbunden sein kann oder nur ein Vergleichsmittel zum Vergleichen mit unterschiedlichen Schwellwerten vorgesehen sein kann.
Wie bereits beschrieben worden ist, ist jedes der drei Vergleichsmittel 14.1, 14.2 und 14.3 dazu eingerichtet, den erfassten Druckwert in der Hauptbehälterleitung 18 mit einem vorgebbaren Grenzwert zu vergleichen. Das Ergebnis wird dann an das Steuermittel 6 übertragen. Auch ist es möglich, dass die Vergleichsmittel 14.1, 14.2 und 14.3 und das Steuermittel 6 durch eine einzelne Signalverarbeitungseinrichtung, wie einen Mikroprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP) oder dergleichen, gebildet werden.
Darüber hinaus ist das Steuermittel 6 mit einem dritten Erfassungsmittel 16 verbunden. Dieses Erfassungsmittel 16 dient der Detektion eines Stillstands des Schienenfahrzeugs und/oder der Detektion eines Türfreigabesignals. Auch diese erfassten Daten werden dem Steuermittel 6 zur Weiterverarbeitung übergeben.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der abgebildeten Druckluftversorgungseinrichtung 20 mit Hilfe der 2 und 3 erläutert.
Zunächst wird bevorzugt kontinuierlich oder periodisch die zur Verfügung stehende Bremsenergie des Schienenfahrzeugs durch das Erfassungsmittel 4 überwacht. Bei Vorhandensein von rückgewonnener Bremsenergie kann die Kompressoreinrichtung 8 durch das Steuermittel 6 unmittelbar aktiviert werden, um den Druck im Druckluftleitungssystem 18 zu erhöhen.
Bevorzugt kann die Aktivierung der Kompressoreinrichtung 8 zusätzlich noch von weiteren Kriterien abhängen. So kann eine Aktivierung beispielweise erst bei Vorhandensein einer vorgebbaren Mindestbremsenergie erfolgen. Darüber hinaus kann auch der tatsächlich im Druckluftleitungssystem 18 vorherrschende Druck Berücksichtigung finden.
Hierfür kann der Druck im Druckluftleitungssystem 18 bevorzugt kontinuierlich oder periodisch durch das zweite Erfassungsmittel 12 detektiert werden. Insbesondere können die beiden Erfassungsmittel 4 und 12 parallel arbeiten.
Der erfasste Druckwert kann dem zweiten Vergleichsmittel 14.2 zugeführt werden, welches dazu eingerichtet ist, den erfassten Druckwert mit einem zweiten vorgebbaren Grenzwert zu vergleichen. Dieser Grenzwert wird so gewählt, dass die Kompressoreinrichtung 8 zumindest für eine bestimmte Mindestdauer eingeschaltet wird, um den Druck in dem Druckluftleitungssystem 18 auf den gewünschten Maximalwert zu erhöhen. Hierdurch können insbesondere Verschleißerscheinungen durch kurze Anschaltdauern der Kompressoreinrichtung 8 zumindest verringert werden. Demnach hängt der zweite Grenzwert unter anderem von dem Maximaldruck im Druckluftleitungssystem 18 und von der Leistungsfähigkeit der Kompressoreinrichtung 8 ab. Bei einem Maximaldruck von 10 bar kann der zweite Grenzwert beispielsweise auf 9,25 bar festgelegt werden.
Das Steuermittel 6 aktiviert die Kompressoreinrichtung 8 erst dann, wenn Bremsenergie zur Verfügung steht und der Druck im Druckluftleitungssystem 18 geringer als 9,25 bar oder gleich 9,25 bar ist.
Um eine ausreichende Betriebssicherheit der mit Luftdruck betriebenen Verbraucher, wie beispielsweise den druckluftbetriebenen Bremsen, während der Fahrt des Schienenfahrzeugs zu gewährleisten, kann zusätzlich ein Sicherheitsmechanismus installiert sein. Es kann ein erster Druckgrenzwert festgelegt werden, der geringer als der zweite Grenzwert ist. Dieser erste Grenzwert gibt eine untere Schranke an, ab der ein Betrieb der Verbraucher während der Fahrt aufgrund eines nicht ausreichenden Luftdrucks in dem Druckluftleitungssystem 18 nicht hinreichend sichergestellt werden kann. Der erste Grenzwert hängt von Anforderung der Verbraucher ab. Bei einem Maximaldruck von 10 bar kann der erste Grenzwert beispielsweise auf 8,5 bar festgelegt werden.
Stellt das erste Vergleichsmittel 14.1 ein Unterschreiten des ersten Grenzwerts fest, wird dies dem Steuermittel 6 mitgeteilt. Dieses aktiviert die Kompressoreinrichtung 8 unabhängig davon, ob Bremsenergie zur Verfügung steht. Eine hohe Betriebssicherheit kann gewährleistet werden.
Ferner ist bei dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ein drittes Erfassungsmittel 16 vorgesehen. Mit diesem Erfassungsmittel 16 lassen sich ein Stillstand des Schienenfahrzeugs und/oder ein Türfreigabesignal detektieren. Wird eine dieser Konstellation detektiert, wird ein entsprechendes Signal an das Steuermittel 6 übertragen. Daraufhin wird eine Aktivierung der Kompressoreinrichtung 8 auch bei einem Unterschreiten des ersten Grenzwerts blockiert.
Um eine ausreichende Betriebssicherheit auch bei Stillstand des Schienenfahrzeugs zu gewährleisten, ist ein dritter Grenzwert vorgebbar, welcher kleiner als der erste Grenzwert oder gleich dem ersten Grenzwert ist. Im Stillstand des Schienenfahrzeugs sind die Anforderungen an den erforderlichen Druck im Druckluftleitungssystem 18 geringer als im Fahrzustand. Beispielsweise kann bei einem Maximaldruck von 10 bar und einem ersten Grenzwert von 8,5 bar der dritte Grenzwert 7,5 bar betragen. Im Stillstand wird dann erst bei Unterschreiten des dritten Grenzwerts die Kompressoreinrichtung 8 durch das Steuermittel 6 aktiviert. Durch diese Maßnahme lassen sich, insbesondere ein unnötiges Aktivieren der Kompressoreinrichtung 8 und eine entsprechende Lärmbelästigung in Bahnhofsnähe verhindern.
In 4 ist ein beispielhafter Druckverlauf in dem Druckluftleitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung abgebildet. Wie auch schon in 1 ist auf der y-Achse wiederum der Druck angegeben, während die x-Achse die Zeitachse wiedergibt. Für einen besseren Vergleich mit dem Stand der Technik in 1 wurden beispielhaft als erster Grenzwert 8,5 bar und als Maximalwert 10 bar angenommen. Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung andere Werte vorgegeben werden können.
In 4 ist zu erkennen, dass die Aktivierung der Kompressoreinrichtung 8 und damit eine Steigerung des Drucks in der Hauptbehälterleitung bei unterschiedlichen Druckwerten in der Hauptbehälterleitung erfolgt. Während des Fahrbetriebs erfolgt eine Aktivierung der Kompressoreinrichtung 8 aus Sicherheitsgründen spätestens ab dem Erreichen eines unteren Grenzwerts.
Nachfolgend wird an einem exemplarischen Schienenfahrzeug das Einsparpotential der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Druckluftversorgungseinrichtung 20 berechnet.
Ausgangspunkt ist ein Schienenfahrzeug mit einem Gewicht von m = 172 t, welches von einer Geschwindigkeit v_s = 160 km/h auf eine Geschwindigkeit von v_e = 0 km/h durch eine Bremsbeschleunigung von a = –0,9 m/s² abgebremst wird.
Aus der Formel
errechnet sich eine Bremszeitdauer t_B = 49,4 s.
Die kinetische Energie des Schienenfahrzeugs beträgt E_kin = 1 / 2 mv² = 47,09 kWh. (2) Grundsätzlich steht also eine Bremsenergie von ca. 47 kWh für ca. 49 s zur Verfügung.
Der Druckluftverbrauch, der sich durch die verschiedenen Verbraucher und einer nicht zu vermeidenden Leckage ergibt, kann mit V_v = 143 l/min angenommen werden.
Wenn von einem Maximalwert im Druckluftleitungssystem von 10 bar und einem ersten Grenzwert von 8,5 bar ausgegangen wird, kann für ein beispielhaftes Druckluftleitungssystem angenommen werden, dass ein Luftvolumen von V_a = 1440 l entweicht, bis der Druck im Druckluftleitungssystem von 10 bar auf 8,5 bar sinkt. Die dazu erforderlich Zeit ist
Wenn ferner von einer Kompressoreinrichtung, die ein Luftvolumen von V_K = 720 l/min abgeben kann, und einer Anschaltzeit von t_K = 0,8 min ausgegangen wird, ist es erforderlich, die Kompressoreinrichtung alle vier Minuten zu aktivieren, also innerhalb von einer Stunde fünfzehn Mal, um den Druckluftverbrauch auszugleichen.
Eine herkömmliche Kompressoreinrichtung hat beispielsweise eine Leistung P_K = 7,56 kW. Bei einer zuvor bestimmten Bremszeit von t_B = 49,4 s errechnet sich die Energie zu E_K = P_Kt₃ = 370 KJ. (4)
Bildet man das Verhältnis zwischen Energie E_K und zur Verfügung stehender Energie E_kin stellt man fest, dass 0,2% der zur Verfügung stehenden Energie E_kin ausreicht, um die Kompressoreinrichtung mit Energie zu versorgen. Folglich ist die zur Verfügung stehende Bremsenergie mehr als ausreichend, um eine energieneutrale Versorgung der Kompressoreinrichtung sicherzustellen, so dass der Energieverbrauch deutlich gesenkt werden kann. Bei einer Aktivierung der Kompressoreinrichtung von fünfzehn Mal in der Stunde ergibt sich ein Einsparungspotential von ca. 1,5 kWh.

Claims

Steuervorrichtung (2) für eine Kompressoreinrichtung (8) eines Schienenfahrzeugs, wobei die Steuervorrichtung (2) mit der Kompressoreinrichtung (8) verbindbar ist, – wobei ein erstes Erfassungsmittel (4) zum Erfassen zur Verfügung stehender rückgewonnener Bremsenergie vorgesehen ist, – wobei ein Steuermittel (6) zum Aktivieren der Kompressoreinrichtung (8) in Abhängigkeit von der vom ersten Erfassungsmittel (4) erfassten Bremsenergie vorgesehen ist, – wobei ein zweites Erfassungsmittel (12) zum Erfassen des Druckes in einem Druckluftleitungssystem (18) des Schienenfahrzeugs vorgesehen ist und – wobei ein erstes Vergleichsmittel (14.1) zum Vergleichen des erfassten Druckes in dem Druckluftleitungssystem (18) mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert vorgesehen ist, wobei der erste Grenzwert den erlaubten Minimaldruck in dem Druckluftleitungssystem (18) vorgibt, der die von den installierten Verbrauchern gestellten Anforderungen an den Luftdruck beim Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs erfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass – ein drittes Erfassungsmittel (16) zum Erfassen eines Stillstands des Schienenfahrzeugs und/oder zum Erfassen eines Türfreigabesignals vorgesehen ist, – ein drittes Vergleichsmittel (14.3) zum Vergleichen des erfassten Druckes in dem Druckluftleitungssystem (18) mit einem vorgebbaren dritten Grenzwert vorgesehen ist, wobei der dritte Grenzwert kleiner als der erste Grenzwert ist und den erlaubten Minimaldruck in dem Druckluftleistungssystem (18) vorgibt, der die von den Verbrauchern gestellten Anforderungen bei Stillstand des Schienenfahrzeugs erfüllt, und – das Steuermittel (6) so konfiguriert ist, dass es bei Detektion eines Stillstands des Schienenfahrzeugs und/oder bei Erfassung eines Türfreigabesignals bis zur Detektion eines Unterschreitens des dritten Grenzwerts eine Aktivierung der Kompressoreinrichtung (8) blockiert.
Steuervorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (6) so konfiguriert ist, dass es die Kompressoreinrichtung (8) aktiviert, sobald das erste Erfassungsmittel (4) eine vorgebbare Größe an zur Verfügung stehender Bremsenergie erfasst.
Steuervorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (6) so konfiguriert ist, dass bei Erfassung von in einem Speicher gespeicherter Bremsenergie die Kompressoreinrichtung (8) aktiviert wird.
Steuervorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressoreinrichtung (8) mit dem Energieversorgungssystem des Schienenfahrzeugs elektrisch verbindbar ist, wobei die Kompressoreinrichtung (8) mit einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung verbindbar ist.
Steuervorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (6) so konfiguriert ist, dass es bei Detektion eines Unterschreitens des ersten Grenzwertes die Kompressoreinrichtung (8) aktiviert.
Steuervorrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Vergleichsmittel (14.2) zum Vergleichen des erfassten Druckes in dem Druckluftleitungssystem (18) mit einem vorgebbaren zweiten Grenzwert vorgesehen ist, wobei der zweite Grenzwert größer als der erste Grenzwert ist.
Steuervorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (6) so konfiguriert ist, dass es bei Detektion eines Unterschreitens des zweiten Grenzwertes und bei Erfassung von zur Verfügung stehender Bremsenergie die Kompressoreinrichtung (8) aktiviert.
Druckluftversorgungseinrichtung (20) für ein Schienenfahrzeug – mit einer Kompressoreinrichtung (8) und – mit einer Steuervorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche.
Schienenfahrzeug mit einer Druckluftversorgungseinrichtung (20) nach Anspruch 8.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug Fahrmotoren aufweist, wobei das erste Erfassungsmittel (4) so konfiguriert ist, dass bei einem Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs aus den Fahrmotoren rückgewonnene Energie erfasst wird.
Verfahren zum Steuern einer Kompressoreinrichtung (8) eines Schienenfahrzeugs, – wobei zur Verfügung stehende rückgewonnene Bremsenergie erfasst wird – wobei die Kompressoreinrichtung (8) in Abhängigkeit von der erfassten Bremsenergie aktiviert wird, und – wobei ein erfasster Druck in dem Druckluftleitungssystem (18) mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert verglichen wird, wobei der erste Grenzwert den erlaubten Minimaldruck in dem Druckluftleitungssystem (18) vorgibt, der die von den installierten Verbrauchern gestellten Anforderungen an den Luftdruck beim Fahrbetrieb des Schienenfahrzeugs erfüllt, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Stillstand des Schienenfahrzeugs und/oder ein Türfreigabesignal erfasst wird, – dass der erfasste Druck in dem Druckluftleitungssystem (18) mit einem vorgebbaren dritten Grenzwert verglichen wird, wobei der dritte Grenzwert kleiner als der erste Grenzwert ist, und den erlaubten Minimaldruck in dem Druckluftleistungssystem (18) vorgibt, der die von den Verbrauchern gestellten Anforderungen bei Stillstand des Schienenfahrzeugs erfüllt, und – dass bei Detektion eines Stillstands des Schienenfahrzeugs und/oder bei Erfassung eines Türfreigabesignals bis zur Detektion eines Unterschreitens des dritten Grenzwerts eine Aktivierung der Kompressoreinrichtung (8) blockiert wird.