DE102011113069A1

DE102011113069A1 - Kraftschlussbestimmung bei einem Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102011113069A1
Application number: DE102011113069A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Mayer; Thomas Rasel
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2031-09-10
Also published as: WO2013034698A2; WO2013034698A3; DE102011113069B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung (20) für ein Schienenfahrzeug, welche mit einer Sensoreinrichtung (22) verbunden oder verbindbar ist, wobei Sensoreinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, Schienenzustandsdaten zu ermitteln, die einen Zustand einer Schiene (12) repräsentieren. Die Steuereinrichtung (20) ist dazu ausgebildet, basierend auf von der Sensoreinrichtung (22) ermittelten Schienenzustandsdaten einen Kraftschlusswert zu bestimmen, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene (12) und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene (12) vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kraftschlussbestimmungseinrichtung (20) mit einer derartigen Steuereinrichtung (20), ein entsprechendes Schienenfahrzeug sowie Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Schienenfahrzeug, eine Kraftschlussbestimmungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug sowie Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes für ein Schienenfahrzeug.
Beim Bremsen und Beschleunigen von Schienenfahrzeugen wird Kraft von den Rädern auf die Schiene übertragen, dabei ist die über einen Rad-Schiene-Kontakt übertragbare Kraft allerdings durch einen Kraftschluss zwischen Rad und Schiene begrenzt. Wird mehr Kraft auf ein Rad ausgeübt, als über den Rad-Schiene-Kontakt aufgenommen werden kann, kann das Rad ins Schleudern oder Gleiten geraten. Im Extremfall kann das Rad sogar blockieren. Um dies zu verhindern, verfügen Schienenfahrzeuge in der Regel über Gleitschutzeinrichtungen, die es vermögen, eine auf ein Rad ausgeübte Bremskraft derart anzupassen, dass die Bremskraft über die Schiene aufgenommen werden kann. Gleichzeitig werden bei der Auslegung von Schienenfahrzeugen und ihren Bremsanlagen Annahmen für unter bestimmten Bedingungen herrschende Kraftschlüsse getroffen, etwa bei bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeiten. Es wäre vorteilhaft, einen aktuellen Kraftschlusswert zu kennen, um darauf basierend eine bessere Ansteuerung eines Schienenfahrzeugs in Beschleunigungssituationen oder Bremssituationen zu ermöglichen.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Bestimmung eines Kraftschlusswertes für ein Schienenfahrzeug zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann eine Steuereinrichtung eine elektronische Steuereinrichtung sein. Die Steuereinrichtung kann eine oder mehrere separate Komponenten wie etwa Steuergeräte aufweisen, die zur Datenübertragung untereinander verbunden sind. Eine Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, Daten zu empfangen, die eine bestimmte Größe und/oder einen bestimmten Zustand repräsentieren. Es ist vorstellbar, dass derartige Daten einen bestimmten Zustand oder eine bestimmte Größe direkt angeben. Es kann auch vorgesehen sein, dass basierend auf derartigen einen Zustand und/oder eine Größe repräsentierenden oder angebenden Daten der jeweilige Zustand oder die jeweilige Größe bestimmbar ist. Ein entsprechendes Bestimmen oder Ermitteln der Größe oder des Zustands kann etwa durch Bearbeitungen oder Berechnungen basierend auf den zugehörigen Daten durchgeführt werden. Derartige Berechnungen oder Bearbeitungen können durch eine Steuereinrichtung durchgeführt werden und können beispielsweise Datenformatsänderungen, Transformationen und/oder physikalische Berechnungen umfassen. Eine Steuereinrichtung kann entsprechend zum Bestimmen einer Größe oder eines Zustands, insbesondere eines Schienenzustandes, basierend auf entsprechenden Daten ausgebildet sein. Ein Schienenfahrzeug kann einen oder mehrere Wagon mit oder ohne eigenen Antrieb und/oder ein Zugfahrzeug in beliebiger Kombination bezeichnen. Insbesondere kann ein Schienenfahrzeug Triebwagen aufweisen. Ein Schienenfahrzeug oder ein Wagen des Schienenfahrzeugs kann Drehgestelle aufweisen, an denen Radachsen des Fahrzeugs angeordnet sind. Die Drehgestelle können an einem Wagenaufbau befestigt sein. Eine Radachse kann Räder starr miteinander verbinden oder ein Rad einzeln aufhängen. Ein Schienenfahrzeug kann eine Bremsanlage aufweisen, die eine oder mehrere Bremsvorrichtungen umfassen kann. Eine Bremsvorrichtung kann beispielsweise eine pneumatische oder hydraulische Bremsvorrichtung sein, die ein Betätigungselement wie einen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder aufweisen kann. Ein solches Betätigungselement kann dazu ausgebildet sein, einen Bremsdruck in eine Betätigungskraft für eine Reibbremseinrichtung umzusetzen. Es ist auch vorstellbar, dass die Bremsvorrichtung eine elektrisch betätigbare Betätigungseinrichtung aufweist, die einen elektrischen Strom in eine Betätigungskraft für eine Reibbremseinrichtung umzusetzen vermag. Eine Bremsvorrichtung kann eine Magnetschienenbremseinrichtung sein, deren Haftkraft als Betätigungskraft angesehen werden kann. Eine Reibbremseinrichtung kann beispielsweise eine Klotzbremse, eine Schienenbremse oder eine Reibkomponente einer Magnetschienenbremseinrichtung sein. Es kann eine Bremssteuereinrichtung zum Ansteuern der Bremsvorrichtungen der Bremsanlage vorgesehen sein. Die Bremssteuereinrichtung kann mehrere Komponenten aufweisen. Derartige Komponenten können beispielsweise separate Steuereinrichtungen wie Bremsrechner und/oder Traktionsrechner und/oder Gleitschutzrechner und/oder Rollüberwachungsrechner sein. Die Bremssteuereinrichtung kann jeweils ein oder mehrere gleichartige Komponenten aufweisen, die auf unterschiedlichen Wagen des Schienenfahrzeugs vorgesehen sein können. Die Bremsanlage und/oder das Schienenfahrzeug kann eine Bremssensoreinrichtung aufweisen, die Bremsdaten zu erfassen vermag. Bremsdaten können dabei insbesondere einen Bremsdruck und/oder einen elektrischen Strom repräsentieren, mit dem ein Betätigungselement einer Reibbremseinrichtung betätigt oder versorgt wird. Bremsdaten können Daten umfassen, die auf ein Rad oder eine Reibbremseinrichtung ausgeübte Bremskräfte und/oder Bremsmomente repräsentieren. Es ist vorstellbar, dass Bremsdaten eine Auslösung einer Gleitschutzeinrichtung und/oder eine Beendigung einer Auslösung einer Gleitschutzeinrichtung angeben. Allgemein kann eine Sensoreinrichtung zum Übermitteln von Daten mit einer Steuereinrichtung verbunden oder verbindbar sein. Beispielsweise kann eine Bremssensoreinrichtung zum Übermitteln von Bremsdaten mit einer oder mehreren Steuereinrichtungen verbunden oder verbindbar sein, etwa mit einer Bremssteuereinrichtung. Das Übermitteln von Daten kann direkt oder indirekt, beispielsweise über eine oder mehrere weitere Steuereinrichtungen erfolgen. Eine Steuereinrichtung kann zum Empfangen an sie übermittelter Daten ausgebildet sein. Eine Sensoreinrichtung kann allgemein einen oder mehrere Sensoren aufweisen. Sensoren einer Sensoreinrichtung können dazu ausgebildet sein, Messwerte oder Daten bezüglich unterschiedlicher Größen zu ermitteln. Beispielsweise kann eine Sensoreinrichtung Sensoren zum Bestimmen von Temperaturen an unterschiedlichen Orten und/oder einen Sensor zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweisen. Allgemein kann über einen Fahrzeug-Schiene-Kontakt eine maximale Kraft aufgenommen, etwa zur Beschleunigung oder Bremsung eines Fahrzeugs. Dieses Kraftmaximum kann über einen Kraftschlussbeiwert bezeichneten Parameter parametrisiert sein, der unter anderem von Haft- und Rollreibungseffekten und für ein Rad von einem gegebenen Schlupf zwischen Rad und Schiene abhängt. Ein Kraftschluss μ_S zwischen einer mit der Schiene in Kontakt stehenden Komponente eines Schienenfahrzeugs kann definiert werden als
wobei F_BR der von einer Bremse oder einer Antriebseinrichtung auf eine mit der Schiene in Kontakt stehende Komponente des Fahrzeugs ausgeübte Kraft entspricht, beispielsweise der durch einen Bremsklotz oder eine Bremszange auf ein Rad ausgeübten Kraft, und F_A der Radaufstandskraft, also der Kraft, mit welcher das die entsprechende Komponente auf der Schiene aufliegt. m_a gibt die auf die entsprechende Komponente wirksame Masse an, g die Erdbeschleunigung, μ_K den Gleitreibungsbeiwert an der Bremse oder Antriebseinrichtung, beispielsweise zwischen Bremszange und Bremsscheibe oder Bremsklotz und Radlauffläche, und F_K die auf die Bremse oder Antriebseinrichtung ausgeübte Kraft, die sich beispielsweise durch Umsetzung eines Bremsdrucks in eine Betätigungskraft durch einen Bremszylinder ergibt. Die Beziehung (1) gilt, wenn der Wirkradius der Bremse dem Radradius entspricht, beispielsweise für Klotzbremsen. Bei Scheibenbremsen ist gegebenenfalls noch das Verhältnis zwischen dem Reibradius der Scheibe zum Raddurchmesser zu berücksichtigen. Eine mit der Schiene in Kontakt stehende Komponente kann insbesondere ein Rad sein. Während einer Bremsung kann auch eine Reibkomponente einer Magnetschienenbremseinrichtung als eine in Kontakt mit der Schiene stehende Komponente des Schienenfahrzeugs angesehen werden.
Weiter gilt F = m_Ag. Es ist vorstellbar, dass beispielsweise bei starrer oder formschlüssiger Kraftübertragung auf ein Rad durch eine Antriebseinrichtung μ_K einen Maximalwert von 1 erreicht. Bei einer Beschleunigung oder Bremsung des Fahrzeugs gegenüber der Schiene wird eine wirksame Kraft von F_S = μ_SF_A aufgebracht, wobei μ_S den als Kraftschlussbeiwert bezeichneten Maximalwert μ_S,max nicht überschreiten kann. Die maximale Kraftübertragung wird somit durch den Kraftschlussbeiwert μ_S,max bestimmt. Der Kraftschlussbeiwert hängt allgemein von einer Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Bei hohen Geschwindigkeiten ist der Kraftschlussbeiwert in der Regel niedriger als bei niedrigen Geschwindigkeiten. Zwischen einem Rad und der Schiene hängt der Kraftschlussbeiwert auch von weiteren Parametern wie einem Radschlupf und einer Last auf dem Rad ab. Darüber hinaus hängt der Kraftschlussbeiwert insbesondere von der Reibung zwischen einer mit der Schiene in Kontakt stehenden Komponente des Fahrzeugs, wie etwa einem Rad, und der Schiene und somit von den Reibeigenschaften von Rad und Schiene ab. Da die Reibeigenschaften eines Rades während einer Fahrt als im Wesentlichen konstant angenommen werden können, wird eine zeitliche Änderung des Kraftschlussbeiwertes für ein bewegtes Fahrzeug im Wesentlichen vom Fahrtzustand und dem Schienenzustand bestimmt. Der Fahrtzustand ist über geeignete Sensoren wie Raddrehzahlsensoren und/oder Lastsensoren und/oder Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren bestimmbar. Hinsichtlich des Schienenzustands können insbesondere Schienenmaterial und/oder Form der mit einem Rad in Kontakt stehenden Schienenoberfläche und/oder ein Belag auf der Schienenoberfläche erhebliche Auswirkungen auf die Reibeigenschaften der Schiene haben. Als Belag auf der Schienenoberfläche können beispielsweise Rostablagerungen oder andere Ablagerungen oder Schichten angesehen werden, die sich auf der Schienenoberfläche gebildet haben. Insbesondere können derartige Schichten Flüssigkeiten wie Wasser und/oder Öl aufweisen und/oder festes Material wie Sand, Staub oder andere Partikel umfassen. Es kann sich beispielsweise Eis und/oder Schnee und/oder Laub auf der Schiene ablagern und eine Zwischenschicht oder einen Belag bilden. Eine Kenntnis des Schienenzustands, insbesondere der Reibeigenschaften der Schiene, kann somit neben der Kenntnis von Eigenschaften des Fahrzeugs und einem Fahrtzustand zur Bestimmung eines aktuellen Kraftschlussbeiwertes dienen. Als Fahrtzustandsdaten können insbesondere Daten angesehen werden, die einen Radschlupf und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Raddrehzahl und/oder eine Last auf eine für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente betreffen oder repräsentieren. Als Fahrzeugdaten können Daten angesehen werden, welche im Wesentlichen unveränderliche und/oder von einem Fahrtzustand unabhängige Eigenschaften des Fahrzeugs repräsentieren. Insbesondere können Daten bezüglich einer Fahrzeugmasse und/oder einer Fahrzeugmassenverteilung und/oder einer Fahrzeuggeometrie und insbesondere entsprechende Daten bezüglich eines oder mehrere Räder als Fahrzeugdaten angesehen werden. Fahrzeugdaten können auch Reibeigenschaften von Rädern umfassen. Fahrzeugdaten können von Fahrtzustandsparametern abhängig sein. Beispielsweise können Reibeigenschaften von Rädern von einer Drehzahl, einer Temperatur des Rades und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sein. Umgebungsdaten können Daten bezeichnen, welche von dem Fahrzeug unabhängige Umstände beschreiben, etwa eine Außentemperatur, einen Niederschlag, Luftfeuchtigkeit, usw.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Schienenfahrzeug, welche mit einer Sensoreinrichtung verbunden oder verbindbar ist. Die Sensoreinrichtung ist dazu ausgebildet, Schienenzustandsdaten zu ermitteln, die einen Zustand einer Schiene repräsentieren. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, basierend auf von der Sensoreinrichtung ermittelten Schienenzustandsdaten einen Kraftschlusswert zu bestimmen, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert. Somit kann erfindungsgemäß ein Kraftschlusswert bestimmt werden. Basierend auf dem Kraftschlusswert kann eine Beschleunigung oder Bremsung des Schienenfahrzeugs angesteuert werden, bei der ein vorliegender Kraftschluss besonders effizient ausgenutzt werden kann. Somit können Beschleunigungswege oder Bremswege des Schienenfahrzeugs verkürzt werden. Aus den Schienenzustandsdaten kann also auf ein potentielles Reibverhalten der Schiene bei einer Bremsung oder Beschleunigung geschlossen werden. Der Kraftschlusswert kann einen zu erwartenden Kraftschluss repräsentieren. Insbesondere kann eine Vorhersage eines zu erwartenden Kraftschlusswertes bereitgestellt werden, der bei einer Bremsung oder Beschleunigung wirksam würde. Daraus können auch erreichbare Bremswege oder Beschleunigungswege errechnet werden. Der Kraftschlusswert kann ein Kraftschlussbeiwert sein, insbesondere mit Bezug auf die für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente. Eine für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente des Schienenfahrzeugs kann insbesondere ein Rad oder eine während einer Bremsung mit der Schiene in Kontakt zu bringende Reibkomponente einer Magnetschienenbremse sein. Der Kontakt kann ein Reibkontakt sein. Die Sensoreinrichtung kann dazu ausgebildet sein, Schienenzustandsdaten kontinuierlich zu ermitteln. Die Schienenzustandsdaten können unabhängig von einer Bremsung ermittelbar sein. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet sein, Schienenzustandsdaten unabhängig davon zu ermitteln, ob eine Bremsung durchgeführt wird, also auch während einer ungebremsten Fahrt des Schienenfahrzeugs. Die Sensoreinrichtung kann ferner zum Ermitteln von Schienenzustandsdaten während einer Bremsung geeignet sein. Allgemein kann die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet sein, während jeglicher Fahrtzustände des Fahrzeugs Schienenzustandsdaten zu ermitteln. Somit kann die Sensoreinrichtung während jedes Fahrtzustands, ob beschleunigt, gebremst oder bei gleichbleibender Geschwindigkeit, entsprechende Daten zu ermitteln vermögen. Schienenzustandsdaten können insbesondere Reibeigenschaften der Schiene und/oder einen Belag auf einer Schieneoberfläche betreffen oder repräsentieren. Es ist vorstellbar, dass aus Schienenzustandsdaten Reibeigenschaften ermittelbar sind. Beispielsweise können Schienenzustandsdaten eine Schienentemperatur, Art und/oder Dicke eines Belags oder einer Schicht auf der Schiene und/oder optische Eigenschaften der Schiene repräsentieren. Es ist vorstellbar, dass Schienenzustandsdaten eine Form der Schienenoberfläche und/oder eine Rauhigkeit und/oder eine Welligkeit und/oder einen Abnutzungsgrad und/oder einen Rostbelag und/oder einen Oxidationszustand der Schiene oder Schienenoberfläche oder Ähnliches repräsentieren oder angeben. Schienenzustandsdaten können auch eine Interaktion der Schiene mit einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentieren, aus denen ein Schienenzustand und/oder ein Kraftschlusswert bestimmbar sein kann. Beispielsweise kann aus einem Verhalten oder Zustand eines Rades auf den Zustand der Schiene geschlossen werden. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung mit einer Bremssteuereinrichtung und/oder Antriebssteuereinrichtung zur Datenübertragung verbunden oder verbindbar ist. Die Steuereinrichtung kann auch eine Bremssteuereinrichtung oder eine Antriebseinrichtung sein oder als Teil einer solchen ausgebildet sein. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung als von anderen Steuereinrichtungen separate Steuereinrichtung ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung kann als Teil einer Kraftschlussbestimmungseinrichtung angesehen werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung und/oder Sensoreinrichtung für ein normales Schienenfahrzeug zum Personen- oder Gütertransport verwendbar ist. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, kontinuierlich einen Kraftschlusswert basierend auf Schienenzustandsdaten zu bestimmen. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, unabhängig von einer Bremsung und/oder unabhängig von einem Fahrtzustand einen Kraftschlusswert zu bestimmen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, bei einem Anfahren eines Schienenfahrzeugs, wenn der Zug noch steht, einen Kraftschlusswert zu ermitteln. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, einen zu erwartenden Kraftschlusswert für einen Schienenabschnitt zu bestimmen. Somit kann beispielsweise eine Bremsung oder Beschleunigung mit Kenntnis des zu erwartenden Kraftschlusswertes durchgeführt werden. Der Schienenabschnitt kann sich in Fahrtrichtung vor einem betreffenden Rad befinden. Dabei kann das Rad insbesondere ein in Fahrtrichtung vorderstes Rad des Schienenfahrzeugs sein. Entsprechend kann die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet sein, Schienenzustandsdaten zu ermitteln, welche einen Schienenabschnitt in Fahrtrichtung vor einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente betreffen. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung es vermag, in einer Speichereinrichtung abgelegte Kennfelder und/oder Datenbanken auszulesen. Die Speichereinrichtung kann als Teil der Steuereinrichtung ausgebildet sein. In einer solchen Datenbank oder einem solchem Kennfeld können Daten gespeichert sein, welche einen Zusammenhang zwischen ermittelten Schienenzustandsdaten und dem Kraftschlusswert beschreiben. Derartige gespeicherte Daten können insbesondere Fahrzeugdaten sein, welche beispielsweise Radeigenschaften beschreiben können. Die gespeicherten Daten können auf Experimenten, theoretischen Modellen und/oder Simulationen beruhen. Es kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung auf entsprechende Art auf entsprechende gespeicherte Daten zuzugreifen vermag. Die gespeicherten Daten für die Sensoreinrichtung können in einer separaten Speichereinrichtung oder in der gleichen Speichereinrichtung gespeichert sein wie die Daten für die Steuereinrichtung. Die gespeicherten Daten für die Sensoreinrichtung können Daten umfassen, die jeweils eine Ermittlung von Schienenzustandsdaten basierend auf Messwerten eines Sensors ermöglichen. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Kraftschlusswert basierend auf weiteren Daten zu bestimmen. Die weiteren Daten können beispielsweise Fahrtzustandsdaten und/oder Fahrzeugdaten und/oder Umgebungsdaten sein. Fahrtzustandsdaten und/oder Fahrzeugdaten können insbesondere die mindestens eine für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente betreffen. Die weiteren Daten können allgemein von geeigneten Steuereinrichtungen des Schienenfahrzeugs und/oder Sensoreinrichtungen bereitgestellt sein und/oder übermittelt werden. Die Steuereinrichtung kann zum Empfang entsprechender Daten ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung mit Sensoren zur Bestimmung einer Außentemperatur und/oder einem Niederschlag und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder mindestens einer Raddrehzahl und/oder einem Radschlupf und/oder einer Radlast und/oder einer Radsatzlast und/oder einer Bremskraft und/oder einem Bremsmoment und/oder einer Antriebskraft und/oder einem Antriebsmoment und/oder einem Bremsdruck verbunden oder verbindbar ist und/oder zum Empfangen von Daten ausgebildet ist, welche von derartigen Sensoren ermittelt wurden und/oder auf von derartigen Sensoren ermittelten Daten basieren. Daten von Sensoren bezüglich einer Antriebskraft, einem Antriebsmoment, einer Bremskraft oder einem Bremsmoment können sich dabei jeweils auf ein Rad oder eine Radachse beziehen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, welcher es vermag, eine Querbeschleunigung mindestens eines Rades und/oder eine Querbeschleunigung eines Radsatzes zu bestimmen. Der Sensor kann ein Beschleunigungssensor sein. Ein derartiger Beschleunigungssensor kann beispielsweise an einem Drehgestell, an dem der betreffende Radsatz angeordnet ist, oder an einem Radsatz direkt befestigt sein kann. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, basierend auf von dem Beschleunigungssensor ermittelten Daten auf einen Schienenzustand zu schließen. Denn die Reibeigenschaften der Schiene können sich auch direkt auf die Querbeschleunigung der Räder auswirken. Es ist vorstellbar, dass eine Rechenelektronik oder Software der Sensoreinrichtung als Teil der Steuereinrichtung ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung kann zum Empfang von Bremsdaten ausgebildet sein, welche von einer Bremssensoreinrichtung während einer Bremsung ermittelt werden können. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung es vermag, basierend auf während einer Bremsung empfangenen Bremsdaten eine Überprüfung, Plausibilisierung, Kalibrierung und/oder Eichung von Schienenzustandsdaten und/oder bestimmten Kraftschlusswerten durchzuführen. Denn während einer Bremsung zeigt sich besonders deutlich, ob der zugrunde gelegte Kraftschlussbeiwert korrekt war. Dabei können insbesondere Daten, welche eine Auslösung einer Gleitschutzeinrichtung der Bremsanlage betreffen, einen Hinweis auf eine fehlerhafte Bestimmung des Kraftschlusswertes geben. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung auf analoge Art zum Empfang von Beschleunigungsdaten ausgebildet sein und es vermögen, basierend auf Beschleunigungsdaten eine Überprüfung, Plausibilisierung, Kalibrierung und/oder Eichung von Schienenzustandsdaten und/oder bestimmten Kraftschlusswerten durchzuführen.
Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen optischen Sensor zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweisen. Vermittels eines derartigen optischen Sensors kann auf einfache Art ein Schienenzustand ermittelt oder überwacht werden. Der optische Sensor kann eine passive Komponente zur Aufnahme von optischen Daten aufweisen. Allgemein kann ein optischer Sensor zur Messung in einem sichtbaren Frequenzbereich und/oder einem dem sichtbaren Frequenzbereich nahen Bereich ausgebildet sein, etwa im Infraroten und/oder Ultravioletten. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise eine Elektronik zur Bildbearbeitung aufweisen, um aus einer optischen Beobachtung der Schiene Rückschlüsse auf einen Schienenzustand zu ziehen, etwa auf einen Belag auf der Schiene oder eine Zwischenschicht. Es ist vorstellbar, dass der optische Sensor ferner eine aktive Komponente zum gezielten oder gesteuerten Aussenden eines optischen Signals aufweist. Die aktive Komponente kann ein Laser oder ein anderer Lichtgeber sein. Der optische Sensor und/oder die Steuereinrichtung können dazu ausgebildet sein, basierend auf Daten des optischen Sensors Schienenzustandsdaten zu ermitteln. Dazu kann beispielsweise ein Vergleich ermittelter Daten mit in einer Speichereinrichtung abgelegten Daten vorgesehen sein. Die abgelegten Daten können beispielsweise auf theoretischen Modellen oder Experimenten beruhen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen akustischen Sensor aufweist. Auch der akustische Sensor kann eine passive Komponente zur Erfassung von Schallsignalen sowie gegebenenfalls eine aktive Komponente wie einen Schallgeber aufweisen. Eine passive akustische Komponente kann insbesondere zum Empfang von Signalen ausgebildet sein, die von der Schiene reflektierte Signale der aktiven akustischen Komponente sind. Ein von einer aktiven Komponente erzeugtes akustisches Signal kann ein Signal mit bekannten Eigenschaften sein, insbesondere mit bekanntem Spektrum und bekannter Intensität. Ein von der aktiven Komponente erzeugtes Signal kann insbesondere ein Infraschall- und/oder Ultraschallsignal sein. Optische und/oder akustische Sensoren können in Fahrtrichtung vor einem Rad angeordnet sein, vor dem ein zu erwartender Kraftschlusswert bestimmt werden soll, und/oder derart ausgerichtet sein, dass sie einen Schienenabschnitt zu überwachen vermögen, der vor dem Rad liegt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Leitfähigkeitssensor aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad und der Schiene zu bestimmen. Die elektrische Leitfähigkeit kann sich auch nur auf die Schiene beziehen. Aus der Leitfähigkeit können insbesondere Rückschlüsse auf das Material und einen Oberflächenbelag der Schiene gezogen werden, insbesondere einen Rostzustand der Schienenoberfläche. Daraus lässt sich auf einen zu erwartenden Kraftschlusswert schließen. Der Leitfähigkeitssensor kann insbesondere an einem Rad oder an einer Radlauffläche vorgesehen sein. Es ist vorstellbar, dass der Leitfähigkeitssensor einen Spannungsgeber und/oder einen Stromgeber aufweist.
Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, welcher es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen. Ein derartiger Sensor kann beispielsweise ein oben beschriebener optischer Sensor sein. Der Glanzgrad kann aus Reflektionen von der Schienenoberfläche ermittelbar sein. Insbesondere kann aus einem Glanzgrad auf das Vorhandensein und Eigenschaften einer Zwischenschicht und/oder einer Rostablagerung oder Oxidation der Schienenoberfläche geschlossen werden. Es ist vorstellbar, dass ein optischer Sensor neben dem Glanzgrad noch weitere optische Eigenschaften der Schiene überwacht, um daraus Schienenzustandsdaten zu ermitteln.
Bei einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Temperatursensor aufweist, welcher es vermag, eine Schienentemperatur zu ermitteln. Der Temperatursensor kann insbesondere zum Ermitteln der Temperatur an und/oder unmittelbar vor und/oder unmittelbar hinter einem Aufstandspunkt mindestens eines Rad auf der Schiene ausgebildet sein. Der Temperatursensor kann somit zum Ermitteln der Schienentemperatur in einer Umgebung um den Aufstandspunkt ausgebildet sein. Die Temperatur an und/oder vor und/oder hinter dem Aufstandspunkt oder in dessen Umgebung kann von den Reibungseigenschaften der Schiene abhängen. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung es vermag, basierend auf Radschlupfdaten und/oder Raddrehzahldaten bezüglich des mindestens einen Rades und/oder Fahrtgeschwindigkeitsdaten sowie gegebenenfalls Fahrzeugdaten bezüglich des Rades aus einer Temperatur am Aufstandspunkt Rückschlüsse auf die Reibungseigenschaften der Schiene und somit auf den Schienenzustand zu ziehen und den Kraftschlusswert zu bestimmen. Entsprechend kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, aus derartigen Daten einen Kraftschlusswert zu bestimmen. Der Temperatursensor kann insbesondere ein optischer Sensor, etwa ein Infrarot-Sensor sein. Durch den Einsatz eines optischen Sensors kann eine Temperaturbestimmung ohne physischen Kontakt des Sensors mit der Schiene erfolgen. Der Temperatursensor kann vorgesehen sein, einen Aufstandspunkt und/oder eine Umgebung eines Aufstandspunktes eines Rades zu überwachen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor zur Ermittlung einer Temperatur an einem bestimmten Punkt einer Radlauffläche und/oder an einem bestimmten Punkt eines Radumlaufs und/oder an einem Schienenabschnitt ausgebildet ist, auf welchem kein Rad aufliegt.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Steuereinrichtung für ein Schienenfahrzeug vorgesehen sein, welche dazu ausgebildet ist, ein oder mehrere Räder bei einer Bremsung gezielt zu überbremsen, um einen Kraftschlusswert zu bestimmen. Die Steuereinrichtung kann dabei dazu ausgebildet sein, eine Bremsanlage für eine entsprechende Bremsung anzusteuern oder bei einer Bremssteuereinrichtung eine entsprechende Bremsung anzufordern. Somit kann eine von der Steuereinrichtung separate Bremssteuereinrichtung zur Ansteuerung der Bremsanlage vorgesehen sein, während eine andere Steuereinrichtung den Kraftschlusswert zu bestimmen vermag. Es ist allerdings auch vorstellbar, dass eine Steuereinrichtung sowohl zum Ansteuern der Bremsanlage als auch zum Bestimmen des Kraftschlusswertes ausgebildet ist. Der Kraftschlusswert kann eine für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente des Schienenfahrzeugs betreffen. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den Kraftschlusswert basierend auf Bremsdaten und/oder Fahrtzustandsdaten zu ermitteln. Die Bremsdaten betreffen dabei vorzugsweise mindestens ein überbremstes Rad. Es ist allerdings vorstellbar, dass aus den Bremsdaten für ein überbremstes Rad elf Kraftschlusswert für eine andere für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente bestimmt wird, wie beispielsweise ein anderes Rad und/oder eine Magnetschienenbremseinrichtung. Denn aus den Bremsdaten lässt sich auf einen Schienenzustand schließen, der eine Bestimmung eines Kraftschlusswertes auch für andere Komponenten ermöglicht. Der Kraftschlusswert kann ein Kraftschlussbeiwert sein. Die Steuereinrichtung kann ein oder mehrere der hierin beschriebene Merkmale aufweisen, insbesondere der bisher beschriebenen Merkmale. Insbesondere kann die Steuereinrichtung zum Empfang von Fahrzeugdaten und/oder Umgebungsdaten und/oder Fahrtzustandsdaten ausgebildet sein. Die Sensoreinrichtung kann eine hierin beschriebene Sensoreinrichtung sein. Die Steuereinrichtung kann eine hierin beschriebene Steuereinrichtung sein. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen optischen Sensor zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweisen. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Leitfähigkeitssensor aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, der es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Temperatursensor aufweisen, welcher es vermag, eine Temperatur an einem Aufstandspunkt zwischen mindestens einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung eine Bremssteuereinrichtung ist oder mit einer Bremssteuereinrichtung zur Ansteuerung oder Anforderung einer Überbremsung verbunden oder verbindbar ist. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, bei der Bremsung zwischen Überbremsungszuständen und Zuständen ohne Überbremsung zu wechseln. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nach Erreichen eines Überbremsungszustands eine Betätigungskraft für eine Reibbremseinrichtung und/oder ein Bremsdruck verringert oder weggenommen wird, um den Überbremsungszustand zu beenden. Es ist vorstellbar, dass eine Überbremsung durch Erreichen eines vorbestimmten Radschlupfes definiert ist, dem beispielsweise ein blockiertes oder gleitendes Rad entspricht. Die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Bremsung basierend auf einem Radschlupf anzusteuern. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Prüfbremsung durchzuführen, um den Kraftschlusswert zu ermitteln. Bei einer Prüfbremsung können Bremskräfte unabhängig von einer Bremsanforderung durch einen Zugführer ausgeübt werden, um den Kraftschlusswert zu ermitteln. Dabei können zur Prüfbremsung verhältnismäßig geringe Bremskräfte ausgeübt werden, die sich nur wenig auf den Fahrbetrieb auswirken. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei einer Prüfbremsung nur einzelne Räder oder Radachsen oder nur wenige Räder oder Radachsen des Schienenfahrzeugs gleichzeitig für einen Prüfbremsvorgang angesteuert werden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Kraftschlussbestimmungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit einer hierin beschriebenen Steuereinrichtung und einer hierin beschriebenen Sensoreinrichtung. Die Steuereinrichtung kann mit der Sensoreinrichtung zur Datenübertragung verbunden sein. Die Kraftschlussbestimmungseinrichtung kann Teil einer Bremsanlage sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Schienenfahrzeug mit einer hierin beschriebenen Kraftschlussbestimmungseinrichtung und/oder einer hierin beschriebenen Steuereinrichtung.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes für ein Schienenfahrzeug mit den Schritten des Ermittelns, durch eine Sensoreinrichtung, von Schienenzustandsdaten, die einen Zustand einer Schiene repräsentieren, und des Bestimmens, durch eine Steuereinrichtung, eines Kraftschlusswertes, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert, basierend auf den Schienenzustandsdaten. Die Sensoreinrichtung kann eine hierin beschriebene Sensoreinrichtung sein. Die Steuereinrichtung kann eine hierin beschriebene Steuereinrichtung sein. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung und die Sensoreinrichtung Teile einer hierin beschriebenen Kraftschlussbestimmungseinrichtung sind. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen optischen Sensor zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweisen. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Leitfähigkeitssensor aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, der es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Temperatursensor aufweisen, welcher es vermag, eine Temperatur an einem Aufstandspunkt zwischen mindestens einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs vorgesehen sein. Das Verfahren umfasst die Schritte des Ansteuerns einer Bremsanlage des Schienenfahrzeugs zum Durchführen einer Bremsung, wobei bei der Bremsung mindestens ein Rad überbremst wird, des Ermittelns, durch eine Bremssensoreinrichtung, von Bremsdaten bezüglich des überbremsten Rades und des Bestimmens, durch eine Steuereinrichtung, eines Kraftschlusswertes basierend auf den Bremsdaten, wobei der Kraftschlusswert einen Kraftschluss zwischen der Schiene und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert. Das Ansteuern der Bremsanlage und das Bestimmen des Kraftschlusswertes können durch unterschiedliche Steuereinrichtungen oder durch die gleiche Steuereinrichtung erfolgen. Es ist vorstellbar, dass das Verfahren auch die oben aufgeführten Schritte zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes umfasst. Die beiden Verfahren können parallel zueinander durchgeführt werden. Die Steuereinrichtung kann entsprechend zum parallelen Durchführen der Verfahren ausgebildet sein. Der Kraftschlusswert kann durch die Steuereinrichtung basierend auf Bremsdaten und/oder Fahrtzustandsdaten ermittelt werden. Die Bremsdaten betreffen dabei vorzugsweise mindestens ein überbremstes Rad. Es ist allerdings vorstellbar, dass aus den Bremsdaten für ein überbremstes Rad ein Kraftschlusswert für eine andere für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehene Komponente bestimmt wird, wie beispielsweise für ein anderes Rad und/oder eine Magnetschienenbremseinrichtung. Denn aus den Bremsdaten lässt sich auf einen Schienenzustand schließen, der eine Bestimmung eines Kraftschlusswertes auch für andere Komponenten ermöglicht. Der Kraftschlusswert kann ein Kraftschlussbeiwert sein. Die Steuereinrichtung kann ein oder mehrere der hierin beschriebene Merkmale aufweisen, insbesondere der bisher beschriebenen Merkmale. Insbesondere kann die Steuereinrichtung zum Empfang von Fahrzeugdaten und/oder Umgebungsdaten und/oder Fahrtzustandsdaten ausgebildet sein. Die Sensoreinrichtung kann eine hierin beschriebene Sensoreinrichtung sein. Die Steuereinrichtung kann eine hierin beschriebene Steuereinrichtung sein. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen optischen Sensor zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweisen. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Leitfähigkeitssensor aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Sensor aufweisen, der es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Temperatursensor aufweisen, welcher es vermag, eine Temperatur an einem Aufstandspunkt zwischen mindestens einem Rad des Schienenfahrzeugs und der Schiene zu bestimmen. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung eine Bremssteuereinrichtung ist oder mit einer Bremssteuereinrichtung zur Ansteuerung oder Anforderung einer Überbremsung verbunden oder verbindbar ist. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, bei der Bremsung zwischen Überbremsungszuständen und Zuständen ohne Überbremsung zu wechseln. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nach Erreichen eines Überbremsungszustands eine Betätigungskraft für eine Reibbremseinrichtung und/oder ein Bremsdruck verringert oder weggenommen wird, um den Überbremsungszustand zu beenden. Es ist vorstellbar, dass eine Überbremsung durch Erreichen eines vorbestimmten Radschlupfes definiert ist, dem beispielsweise ein blockiertes oder gleitendes Rad entspricht. Die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Bremsung basierend auf einem Radschlupf anzusteuern. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eine Prüfbremsung durchführt oder ansteuert, um den Kraftschlusswert zu ermitteln. Bei einer Prüfbremsung können geringe Bremskräfte unabhängig von einer Bremsanforderung durch einen Zugführer ausgeübt werden, um den Kraftschlusswert zu ermitteln. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei einer Prüfbremsung nur einzelne Räder oder Radachsen oder nur wenige Räder oder Radachsen des Schienenfahrzeugs gleichzeitig für einen Prüfbremsvorgang angesteuert werden.
Allgemein kann jede der hierin beschriebenen Steuereinrichtungen zum Empfang von Bremsdaten verbunden oder verbindbar sein, insbesondere von Bremsdruckdaten, welche einen auf eine pneumatische oder hydraulische Bremseinrichtung ausgeübten Bremsdruck betreffen. Es ist auch vorstellbar, dass die Steuereinrichtung zum Empfang von Bremskraft- oder Bremsmomentdaten ausgebildet ist, welche eine auf ein Rad oder über eine Magnetschienenbremseinrichtung ausgeübte Bremskraft und/oder ein entsprechendes Bremsmoment betreffen können. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, während einer Bremsung einen Kraftschlusswert basierend auf Bremsdaten zu bestimmen. Die Bremsung kann dabei Insbesondere ein gezieltes Überbremsen einzelner Räder wie oben beschrieben umfassen. Dies ermöglicht eine unabhängige Bestimmung des Kraftschlusses, insbesondere des Kraftschlussbeiwertes. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die unabhängig bestimmten Kraftschlussbeiwerte zu vergleichen, um eine Überprüfung und/oder Plausibilisierung der bestimmten Werte und/oder eine Kalibrierung oder Eichung vorzunehmen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, während einer Bremsung basierend auf Bremsdaten bestimmte Kraftschlussbeiwerte zur Eichung von basierend auf Schienenzustandsdaten bestimmten Kraftschlussbeiwerten zu verwenden. Die Sensoreinrichtung kann einen oder mehrere der hierin beschriebenen Arten von Sensoren aufweisen. Allgemein ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, basierend auf Schienenzustandsdaten verschiedener Arten von Sensoren einen Kraftschlusswert zu bestimmen. Somit kann eine breitere, umfassendere Ermittlung des Schienenzustands erfolgen und/oder es können redundante Schienenzustandsdaten verwendet werden, um eine Fehlerkontrolle zu ermöglichen.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Kraftschlussbestimmungseinrichtung eines Schienenfahrzeugs.
In 1 ist eine schematische Darstellung einer Kraftschlussbestimmungseinrichtung 10 für ein Schienenfahrzeug gezeigt. Das Schienenfahrzeug ist schematisch als ein auf einer Schiene 12 angeordnetes Rad 14 dargestellt, welches an einem Drehgestell 16 angeordnet ist. Der Pfeil nach links unter der Schiene zeigt die Fahrtrichtung des Fahrzeugs an. Der Kraftschluss zwischen Rad und Schiene hängt sowohl von den Eigenschaften des Rades als auch von der Schiene ab. Es kann allerdings davon ausgegangen werden, dass zumindest während einer Fahrt die Eigenschaften des Rades im Wesentlichen konstant bleiben, während sich Schieneneigenschaften schneller ändern, etwa indem das Fahrzeug über einen wenig befahrenen Bereicht mit angerosteten Schienenoberflächen oder in einen Bereich mit von einer Flüssigkeitsschicht überzogenen Schienen fährt. Somit ist für den zeitlichen Verlauf des Kraftschlusses und insbesondere des Kraftschlussbeiwertes eine Veränderung des Schienenzustands besonders relevant. Auch der Fahrtzustand eines Fahrzeugs spielt dabei eine Rolle, kann aber ohne Weiteres als bekannt vorausgesetzt werden, da das Schienenfahrzeug über entsprechende Sensoren zur Erfassung des Fahrtzustands verfügt. Zur Bestimmung des Kraftschlusswertes und des Schienenzustands umfasst die Kraftschlussbestimmungseinrichtung 10 eine Steuereinrichtung 20 sowie eine Sensoreinrichtung 22, die zur Datenübertragung mit der Steuereinrichtung 20 verbunden ist. In 1 sind Verbindungen zur Datenübertragung gestrichelt dargestellt. Derartige Verbindungen können kabelgebundene Verbindungen und/oder Funkverbindungen sein. Die Sensoreinrichtung 22 weist einen optischen Sensor 24 auf, welcher auf einen Schienenabschnitt in Fahrtrichtung vor dem Rad 14 gerichtet ist, um diesen Schienenabschnitt zu überwachen. Dies ermöglicht es, einen zu erwartenden Schienenzustand für nachfolgende Räder zu ermitteln. Es kann dabei insbesondere zweckmäßig sein, wenn der optische Sensor 24 in Fahrtrichtung vor einem vordersten Rad des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Die optische Sensor 24 weist eine aktive Komponente 25 auf, welche ein Lichtsignal auf die Schiene 12 abzustrahlen vermag. Die optischen Eigenschaften des ausgestrahlten Signals wie beispielsweise Spektrum und Intensität können als bekannt vorausgesetzt werden. Ferner umfasst der optische Sensor 24 eine passive Komponente zum Empfangen von Signalen, welche von der Schiene reflektiert werden. Die passive Komponente 26 kann insbesondere CCD-Elemente aufweisen. Es ist auch vorstellbar, dass statt einer aktiven Komponente nur eine passive Komponente vorgesehen ist, welche beispielsweise Bildmaterial zu liefern imstande ist. Das Bildmaterial kann beispielsweise durch die Steuereinrichtung 22 oder eine der optischen Sensoreinrichtung 24 zugeordnete Steuerelektronik einem Bildbearbeitungsprozess unterzogen werden, um Schienenzustandsdaten zu erhalten. Der optische Sensor 24 ermittelt im Fahrbetrieb, insbesondere während einer Fahrt unabhängig von einer Bremsung, Schienenzustandsdaten und übermittelt diese an die Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 empfängt diese Daten. Ferner umfasst die Sensoreinrichtung 22 einen Temperatursensor 28 und einen Leitfähigkeitssensor 30. Der Temperatursensor 28 ist am Drehgestell 16 des Fahrzeugs angebracht und zur Beobachtung des Aufstandspunktes zwischen Rad und Schiene ausgebildet. Der Erfassungsbereich oder der Abstrahlungsbereich einer optischen Einrichtung ist in 1 jeweils durch Strich-Punkt-Linien schematisch angedeutet. Der Temperatursensor 28 kann insbesondere ein Infrarotsensor sein, welcher es vermag, an und/oder unmittelbar vor und/oder unmittelbar hinter einem Aufstandspunkt erzeugte Wärmestrahlung zu erfassen. Der Temperatursensor 28 und/oder die Steuereinrichtung 20 können dazu ausgebildet sein, eine Temperatur aus von dem Temperatursensor ermittelten Daten zu bestimmten. Ferner kann der Temperatursensor 28 und/oder die Steuereinrichtung 22 aus den Temperaturdaten Schienenzustandsdaten oder einen Kraftschlusswert ermitteln. Die Schienenzustandsdaten können von dem Temperatursensor 28 an die Steuereinrichtung 22 übertragen werden. Der Leitfähigkeitssensor 30 ist am Rad 14 angeordnet und vermag es, eine Leitfähigkeit zwischen Rad 14 und Schiene 12 zu bestimmen. Die Bestimmung der Leitfähigkeit kann insbesondere dann erfolgen, wenn ein dem Leitfähigkeitssensor 30 zugeordneter Bereich der Radlauffläche die Schiene berührt. Der Leitfähigkeitssensor 30 kann beispielsweise einen Stromgeber oder Spannungsgeber aufweisen, welcher es vermag, einen Prüfstrom zu erzeugen und/oder eine Prüfspannung anzulegen, um eine Leitfähigkeit zu ermitteln, die beispielsweise durch einen Widerstandswert repräsentiert sein kann. Der Leitfähigkeitssensor 30 ist ebenfalls zur Übertragung von Daten mit der Steuereinrichtung 22 verbunden. Darüber hinaus ist ein Beschleunigungssensor 32 vorgesehen, welcher es vermag, eine Querbeschleunigung am Radsatz des Rades 14 zu ermitteln und entsprechende Schienenzustandsdaten an die Steuereinrichtung 20 zu übertragen. Es versteht sich, dass der optische Sensor 24 und der Temperatursensor nicht pur auf dem Drehgestell 16 angeordnet sein könne, sondern an geeigneter anderer Stelle eines Wagen des Schienenfahrzeugs angebracht sein können. Die Steuereinrichtung 20 empfängt Schienenzustandsdaten von den Sensoren 24, 28, 30 und 32 der Sensoreinrichtung 22 und bestimmt daraus einen Kraftschlusswert. Der Kraftschlusswert kann insbesondere einen Kraftschlussbeiwert repräsentieren, der für ein nachfolgendes Rad oder eine Magnetschienenbremseinrichtung gültig wäre. Die Steuereinrichtung 20 berücksichtigt beim Bestimmen des Kraftschlusswertes entsprechende Fahrzeugdaten, welche beispielsweise Materialeigenschaft, Durchmesser oder ähnliche Eigenschaften eines oder mehrerer Räder betreffen. Außerdem berücksichtigt die Steuereinrichtung 20 Umgebungsdaten. Ferner ist die Steuereinrichtung 20 dazu ausgebildet, Fahrtzustandsdaten zu empfangen, beispielsweise Raddrehzahldaten und/oder Fahrzeugsgeschwindigkeitsdaten. Diese Daten berücksichtigt die Steuereinrichtung 20 ebenfalls beim Bestimmen des Kraftschlusswertes. Es ist vorstellbar, dass die Sensoreinrichtung 22 andere oder weitere Sensoren umfasst, beispielsweise einen akustischen Sensor, der über einen Schallgeber verfügen kann. Die Steuereinrichtung 20 kann zum Empfangen von Bremsdaten einer Bremsanlage des Schienenfahrzeugs ausgebildet sein und insbesondere entsprechende Daten wie beispielsweise Bremsdruckdaten, Bremskraftdaten und/oder Verzögerungsdaten beim Bestimmen eines Kraftschlusswertes berücksichtigen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 22 während einer Bremsung basierend auf Bremsdaten einen Kraftschlusswert ermittelt und mit einem basierend auf Schienenzustandsdaten von der Sensoreinrichtung 22 bestimmten Kraftschlusswert vergleicht. Die Bremsungen können dabei insbesondere Prüfbremsungen sein, die durch die Steuereinrichtung 20 angesteuert oder angefordert sein können. Durch den Vergleich kann eine Kalibrierung der jeweiligen Arten der Kraftschlussbestimmung erfolgen. Zum Empfang von Umgebungsdaten, Fahrtzustandsdaten und Bremsdaten und zum Übermitteln von Schienenzustandsdaten, Kraftschlusswerten, Befehlen und/oder Anforderungen kann die Steuereinrichtung 20 mit weiteren Einrichtungen 34 des Schienenfahrzeugs verbunden sein, wie beispielsweise einer Bremssteuereinrichtung und/oder entsprechenden Sensoreinrichtungen oder Sensoren.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Kraftschlussbestimmungseinrichtung
12: Schiene
14: Rad
16: Drehgestell
20: Steuereinrichtung
22: Sensoreinrichtung
24: Optischer Sensor
25: Aktive Komponente
26: Passive Komponente
28: Temperatursensor
30: Leitfähigkeitssensor
32: Beschleunigungssensor
34: Weitere Einrichtungen

Claims

Steuereinrichtung (20) für ein Schienenfahrzeug, welche mit einer Sensoreinrichtung (22) verbunden oder verbindbar ist, wobei die Sensoreinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, Schienenzustandsdaten zu ermitteln, die einen Zustand einer Schiene (12) repräsentieren, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, basierend auf von der Sensoreinrichtung (22) ermittelten Schienenzustandsdaten einen Kraftschlusswert zu bestimmen, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene (12) und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (22) mindestens einen optischen Sensor (24, 25, 26) zur Überwachung einer Schienenoberfläche aufweist.
Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (22) mindestens einen Leitfähigkeitssensor (28) aufweist, welcher es vermag, eine elektrische Leitfähigkeit insbesondere zwischen einem Rad (14) des Schienenfahrzeugs und der Schiene (12) zu bestimmen.
Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (22) mindestens einen Sensor (26) aufweist, welcher es vermag, einen Glanzgrad der Schiene zu bestimmen.
Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (22) mindestens einen Temperatursensor (28) aufweist, welcher es vermag, eine Schienentemperatur zu ermitteln.
Steuereinrichtung (20) für ein Schienenfahrzeug, insbesondere eine Steuereinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, ein oder mehrere Räder (14) des Schienenfahrzeugs bei einer Bremsung gezielt zu überbremsen, um einen Kraftschlusswert zu bestimmen.
Kraftschlussbestimmungseinrichtung (10) für ein Schienenfahrzeug mit einer Steuereinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und mindestens einer Sensoreinrichtung (22).
Schienenfahrzeug mit einer Kraftschlussbestimmungseinrichtung (10) nach Anspruch 7 und/oder einer Steuereinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes für ein Schienenfahrzeug, mit den Schritten: – Ermitteln, durch eine Sensoreinrichtung (22), von Schienenzustandsdaten, die einen Zustand einer Schiene (12) repräsentieren; – Bestimmen, durch eine Steuereinrichtung (20), eines Kraftschlusswertes, der einen Kraftschluss zwischen der Schiene (12) und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene (12) vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert, basierend auf den Schienenzustandsdaten.
Verfahren zum Bestimmen eines Kraftschlusswertes zwischen einer Schiene (12) und einem Rad (14) eines Schienenfahrzeugs, mit den Schritten: – Ansteuern einer Bremsanlage des Schienenfahrzeugs zum Durchführen einer Bremsung, wobei bei der Bremsung mindestens ein Rad (14) gezielt überbremst wird; – Ermitteln, durch eine Bremssensoreinrichtung, von Bremsdaten bezüglich des überbremsten Rades (14); – Bestimmen, durch eine Steuereinrichtung (20), eines Kraftschlusswertes basierend auf den Bremsdaten, wobei der Kraftschlusswert einen Kraftschluss zwischen der Schiene (12) und mindestens einer für einen Kontakt mit der Schiene (12) vorgesehenen Komponente des Schienenfahrzeugs repräsentiert.