DE102015108682A1

DE102015108682A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung der Luftversorgung eines Schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015108682A1
Application number: DE102015108682.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Aurich
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckluftsystem (1) für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Luftversorgungsanlage (2) zur Bereitstellung von Druckluft an ein Versorgungsnetz (3), ein Versorgungsnetz (3) zur Verteilung der Druckluft an Druckluftverbraucher, sowie ein zwischen Luftversorgungsanlage (2) und Versorgungsnetz (3) angeordnetes Rückschlagventil (4) mit Rückschlagkörper (6), um in dessen Grundstellung das Rückströmen von Druckluft aus dem Versorgungsnetz (3) in die Luftversorgungsanlage (2) zu verhindern, und um in dessen Öffnungsstellung einen Luftstrom von der Luftversorgungsanlage (2) in das Versorgungsnetz (3) zu ermöglichen, wobei am Rückschlagventil (4) ein Überwachungselement (5) zur Erkennung und elektronischen Erfassung der Stellung des Rückschlagkörpers (6) angeordnet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein zugehöriges Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckluftsystem für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Luftversorgungsanlage zur Bereitstellung von Druckluft an ein Versorgungsnetz, ein Versorgungsnetz zur Verteilung der Druckluft an Druckluftverbraucher, sowie ein zwischen Luftversorgungsanlage und Versorgungsnetz angeordnetes Rückschlagventil, um in dessen Grundstellung das Rückströmen von Druckluft aus dem Versorgungsnetz in die Luftversorgungsanlage zu verhindern, und um in einer Öffnungsstellung einen Druckluftstrom von der Luftversorgungsanlage in das Versorgungsnetz zu ermöglichen. Außerdem betrifft die Erfindung ein zugehöriges Verfahren.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf alle Arten von Druckluftsystemen bei Fahrzeugen, insbesondere aber bei Schienenfahrzeugen. Dabei wird Druckluft in der Luftversorgungsanlage erzeugt und in das Versorgungsnetz eingespeist. Das Rückschlagventil soll insbesondere die Rückströmung von Druckluft aus dem Versorgungsnetz in die Luftversorgungsanlage verhindern, nachdem die Druckluftförderung nach Erreichen eines Maximaldrucks ausgeschaltet wird.
Die eingespeiste Druckluft wird unter anderem zum Betrieb sicherheitskritischer Systeme, beispielsweise zur Befüllung von Federspeicherzylindern von Feststellbremsen, verwendet. Daher sind Sicherheitsvorkehrungen notwendig, die das Luftdrucksystem auf Fehler, insbesondere auf Leckagen, untersuchen beziehungsweise dahingehend überwachen.
Aus der DE 10 2012 013 521 A1 geht ein Verfahren zur Detektion von Leckagen in einer Bremsdruckleitung hervor, bei welcher durch einen Drucksensor der Luftdruck in einer Bremsdruckleitung gemessen wird. Ein solcher Drucksensor und die zugehörige Elektronik zu dessen Auswertung sind aber in der Konstruktion und der Wartung umständlich und daher nachteilhaft.
Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik gehen ebenfalls Verfahren hervor, bei denen die Förderung von Druckluft dadurch überprüft wird, dass die Drehzahl des Motors, an den der drucklufterzeugende Kompressor gekoppelt ist, überwacht wird. Bei diesen Verfahren bleiben allerdings Leckagen oder beispielsweise Defekte bei der Kupplung des Kompressors an den Motor unbemerkt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Druckluftsystem zu schaffen, welches die Druckluftversorgung ohne Verwendung eines Luftdrucksensors zuverlässig überwacht.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Druckluftsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein das die Erfindung betreffendes Verfahren wird in Anspruch 8 beschrieben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Überwachungselement zur Erkennung und Erfassung der Stellung des Rückschlagkörpers im Rückschlagventil vorhanden ist.
Durch diese Überwachung der Schaltstellung des Rückschlagventils, also beispielsweise durch direkte oder indirekte Messung der Position eines Rückschlagkörpers oder eines anderen geeigneten beweglichen Bauteils innerhalb des Rückschlagventils kann auf einfache Weise festgestellt werden, ob ein Druckluftstrom durch das Rückschlagventil prinzipiell vorhanden ist, oder nicht. In letzterem Fall würde sich das Rückschlagventil in dessen Grundstellung befinden.
Der Vorteil der Erfindung ist unter anderem darin zu sehen, dass durch das Überwachungselement eine einfache Überwachung der Druckluftförderung ermöglicht wird, während auf zusätzliche komplexe oder invasiv in das Druckluftsystem eingreifende Sensorik verzichtet wird. Die Vorrichtung ist außerdem konstruktiv sehr einfach zu verwirklichen, da das für die Erfindung notwendige Rückschlagventil, welches bei der Erfindung gleichzeitig Teil des Messinstruments für die Luftströmung ist, üblicherweise bereits vorhanden ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Überwachungselement zur berührungslosen Überwachung der Schaltstellung ausgebildet ist. In Frage kommen beispielsweise auf Magnetismus beruhende induktive Wegsensoren, aber beispielsweise auch optisch, elektrisch, akustisch oder anders berührungslos wirkende Sensoren.
Der Vorteil dabei ist eine besonders einfache Konstruktion, bei welcher das Überwachungselement je nach Funktionsweise gegebenenfalls nur in der Nähe oder auf dem Rückschlagventil anliegend angebracht werden muss und somit unter anderem leicht eingebaut und ausgetauscht werden kann.
Eine andere, bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Rückschlagventil in mindestens einer Schaltstellung oder zwischen zwei Schaltstellungen mechanisch auf das Überwachungselement einwirkt.
Mit dem Zustand zwischen zwei Schaltstellungen ist dabei auch jede gegebenenfalls instabile Schaltstellung zwischen gegebenenfalls stabilen Schaltstellungen gemeint. Beispielsweise kann das Überwachungselement einen Hebel oder einen Stempel beinhalten, der durch ein bewegliches Element des Rückschlagventils, wie beispielsweise durch einen darin enthaltenen Rückschlagkörper, ausgelenkt wird. Ein elektromechanisches Element wie beispielsweise ein Schalter oder ein Potentiometer kann dessen Auslenkung dann in ein elektrisches Signal umwandeln.
Der Vorteil dieser Ausführungsform ist in der technisch simplen Funktionsweise mit wenigen möglichen Fehlerquellen zu sehen. Auch fertigungstechnisch ist eine solche Überwachungseinheit einfach zu realisieren, die ohne aufwendige elektronische Sensorik zur unmittelbaren Messung der Stellung des Rückschlagkörpers auskommt.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungselement zur Erkennung und Unterscheidung mehr als einer Öffnungsstellung des Rückschlagventils ausgebildet ist.
Ein Vorteil einer solchen Maßnahme besteht darin, dass eine Aussage über die Stärke des Druckluftstroms ermöglicht wird. Beispielsweise durch entsprechende Kalibrierung liefert das Überwachungselement dann nicht nur binär die Information, ob ein Druckluftstrom möglich ist, sondern auch einen Indikator für die Stärke des entsprechenden Flusses.
Eine weitere bevorzugte Verbesserung der Erfindung sieht vor, dass das Überwachungselement über eine elektrische Schnittstelle zur Kommunikation mit einer elektronischen Steuereinheit verfügt.
Dabei kann es sich beispielsweise um eine nur diesem Überwachungselement zugeordnete Steuereinheit handeln, oder um eine bereits an anderer Stelle des Druckluftsystems vorhandene Steuereinheit. Die elektrische Schnittstelle kann sowohl kabelgebunden als auch kabellos ausgeführt sein. Der Vorteil einer solchen Schnittstelle kann unter anderem darin gesehen werden, dass beispielsweise Meldungen über Fehlfunktionen an weitere Datenverarbeitungssysteme oder über Anzeigeelemente an technisches Personal weitergeleitet werden können.
Bevorzugt sind die Schnittstelle und die Steuereinheit dabei baulich in das Überwachungselement integriert. Der Vorteil dabei ist ein kompakter Aufbau. Die Steuereinheit kann dann beispielsweise kabellos mit einem übergeordneten Steuersystem kommunizieren.
Ein die Erfindung betreffendes Verfahren sieht vor, dass durch das Überwachungselement die Schaltstellung des Rückschlagventils gemessen wird, und die gemessene Schaltstellung elektronisch an die Steuereinheit kommuniziert wird, mit den oben beschriebenen Vorteilen.
Eine Verbesserung dieses Verfahrens sieht vor, dass zusätzlich durch die Steuereinheit die gemessene Schaltstellung mit einer Soll-Schaltstellung verglichen wird. Eine solche Soll-Schaltstellung kann durch die Steuereinheit in Abhängigkeit des Betriebsmodus der Luftversorgungsanlage vorgegeben werden. Wird keine Druckluft gefördert, so ist die Soll-Schaltstellung die Grundstellung des Rückschlagventils, anderenfalls eine jede andere als die Grundstellung.
Weiter wird das Verfahren dadurch verbessert, dass bei einer Abweichung von gemessener Schaltstellung und Soll-Schaltstellung ein elektronisches Alarmsignal ausgesendet wird. Dies ist insbesondere auch dann der Fall, wenn die Soll-Schaltstellung eine jede andere als die Grundstellung ist, und sich das Rückschlagventil gleichzeitig in der Grundstellung befindet. In diesem Fall ist von einem Fehler in der Luftversorgungsanlage auszugehen, beispielsweise ein Fehler bei der Kupplung des Motors an den Kompressor oder ein Leck zwischen Kompressor und Rückschlagventil.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt.
Es zeigen
1 das Schema eines Schienenfahrzeugs mit erfindungsgemäßem Druckluftsystem, und
2 das Schema eines erfindungsgemäßen Druckluftsystems mit mechanisch wirkendem Überwachungselement.
Gemäß 1 umfasst ein Druckluftsystem 1 eines Schienenfahrzeugs 9 eine Luftversorgungsanlage 2 zur Bereitstellung von Druckluft für ein Versorgungsnetz 3. An dieses Versorgungsnetzes 3 angeschlossen ist ein Druckluftbremssystem 10 und eine pneumatisch betätigbare Tür 11.
Zwischen der Luftversorgungsanlage 2 und dem Versorgungsnetz 3 ist ein Rückschlagventil 4 angeordnet, welches verhindert, dass Druckluft von dem Versorgungsnetz 3 in die Luftversorgungsanlage 2 strömt.
Angrenzend an das Rückschlagventil 4 ist ein Überwachungselement 5, welches die Position des Rückschlagkörpers 6 des Rückschlagventils 4 überwacht, angebracht. Die Überwachung geschieht dabei über einen Hall-Sensor 12, der das hier nicht dargestellte Magnetfeld eines Permanentmagnets 13 misst. Dieses Magnetfeld wird je nach Position des Rückschlagkörpers 6 unterschiedlich beeinflusst und dient daher als Indikator für die Schaltstellung des Rückschlagventils 4.
Über eine Schnittstelle 7 kommuniziert das Überwachungselement 5 mit einer Steuereinheit 8. Im Betrieb wird durch das Überwachungselement 5 die Schaltstellung des Rückschlagventils 4 gemessen und über die Schnittstelle 7 an die Steuereinheit 8 kommuniziert. Durch die Steuereinheit 8 wird dann die gemessene Schaltstellung mit einer Soll-Schaltstellung verglichen.
Weicht die gemessene Schaltstellung von der Sollschaltstellung ab, befindet sich also beispielsweise der Rückschlagkörper 6 des Schaltventils 4 in der Grundstellung, obwohl die Soll-Schaltstellung eine andere als die Grundstellung ist, wenn also ein gewünschter Luftfluss nicht stattfindet, wird technisches Personal über eine hier nicht dargestellte Anzeigetafel über einen Fehler zwischen Luftversorgungsanlage 2 und Rückschlagventil 4 aufmerksam gemacht.
Gemäß 2 umfasst ein Druckluftsystem 1 eines hier nicht weiter dargestellten Schienenfahrzeugs 9 eine Luftversorgungsanlage 2 zur Bereitstellung von Druckluft für ein Versorgungsnetz 3. Zwischen der Luftversorgungsanlage 2 und dem Versorgungsnetz 3 ist ein Rückschlagventil 4 angeordnet, welches verhindert, dass Druckluft von dem Versorgungsnetz 3 in die Luftversorgungsanlage 2 strömt.
Angrenzend an das Rückschlagventil 4 ist ein Überwachungselement 5, welches die Position des Rückschlagkörpers 6 des Rückschlagventils 4 überwacht, angebracht. Die Überwachung geschieht dabei über einen Stempel 14, der durch eine Dichtung 15 in das Innere des Rückschlagventils 4 hineinragt. Ein Druckknopf 16 registriert die Auslenkung des Stempels 14.
Im Betrieb wird der Stempel 14 durch den Rückschlagkörper 6 in Richtung des Überwachungselements 5 gedrückt, wenn das Rückschlagventil 4 sich in einer anderen als der Grundstellung befindet. Diese mechanische Einwirkung des Rückschlagventils 4 auf das Überwachungselement 5 wird durch den Druckknopf 16 registriert. Dadurch wird durch das Überwachungselement 5 die Schaltstellung des Rückschlagventils 4 gemessen und über die Schnittstelle 7 an die Steuereinheit 8 kommuniziert. Durch die Steuereinheit 8 wird dann die gemessene Schaltstellung mit einer Soll-Schaltstellung verglichen. Wird dabei eine Öffnungsstellung gemessen, obwohl die Soll-Schaltstellung die Grundstellung ist, wenn also ein unerwünschter Luftfluss stattfinden kann, wird ein elektronisches Alarmsignal ausgesendet.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise möglich, dass das Rückschlagventil nicht, wie in den Figuren dargestellt, vorbelastet ist.
Außerdem ist denkbar, die genaue Position des Rückschlagkörpers, also die Weite der Auslenkung aus der Grundstellung, als Maß für eine Quantifizierung des Luftstroms zu verwenden. Somit könnte nicht nur festgestellt werden, ob ein Luftstrom überhaupt stattfindet, sondern auch, ob dieser beispielsweise ansteigt oder absinkt.
Ebenso ist denkbar, dass der Hall-Sensor gegenüberliegend zu dem Permanentmagneten angeordnet ist, so dass sich der Rückschlagkörper in der Grundstellung genau dazwischen befindet, um die Messgenauigkeit zu erhöhen. Auch ist die Verwendung eines magnetisierten Rückschlagkörpers denkbar.
Auch eine berührungsfreie Überwachung durch Schallwellen oder elektromagnetische Strahlung oder elektrischen Strom ist denkbar.
Bezugszeichenliste

1: Druckluftsystem
2: Luftversorgungsanlage
3: Versorgungsnetz
4: Rückschlagventil
5: Überwachungselement
6: Rückschlagkörper
7: Schnittstelle
8: Steuereinheit
9: Schienenfahrzeug
10: Druckluftbremssystem
11: Tür
12: Hall-Sensor
13: Permanentmagnet
14: Stempel
15: Dichtung
16: Druckknopf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012013521 A1 [0004]

Claims

Druckluftsystem (1) für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Luftversorgungsanlage (2) zur Bereitstellung von Druckluft an ein Versorgungsnetz (3), ein Versorgungsnetz (3) zur Verteilung der Druckluft an Druckluftverbraucher, sowie ein zwischen Luftversorgungsanlage (2) und Versorgungsnetz (3) angeordnetes Rückschlagventil (4) mit Rückschlagkörper (6), um in dessen Grundstellung das Rückströmen von Druckluft aus dem Versorgungsnetz (3) in die Luftversorgungsanlage (2) zu verhindern, und um in dessen Öffnungsstellung einen Luftstrom von der Luftversorgungsanlage (2) in das Versorgungsnetz (3) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass am Rückschlagventil (4) ein Überwachungselement (5) zur Erkennung und elektronischen Erfassung der Stellung des Rückschlagkörpers (6) angeordnet ist.
Druckluftsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungselement (5) zur berührungslosen Erkennung der Stellung des Rückschlagkörpers (6) ausgebildet ist.
Druckluftsystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungselement (5) als ein induktiver oder kapazitiver Wegsensor ausgebildet ist.
Druckluftsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlagkörper (6) in einer Endstellung oder zwischen zwei Endstellungen auf das Überwachungselement (5) mechanisch einwirkt.
Druckluftsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungselement (5) als ein mechanischer Schalter ausgebildet ist.
Druckluftsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungselement (5) über eine elektrische Schnittstelle (7) zur Kommunikation mit einer elektronischen Steuereinheit (8) verfügt.
Druckluftsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) baulich in das Überwachungselement (5) integriert ist.
Verfahren zum Betrieb einer Luftversorgungsanlage (2) eines Druckluftsystems (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, dass durch das Überwachungselement (5) die Schaltstellung des Rückschlagkörpers (6) eines Rückschlagventils (4) erkannt und elektronisch als Ist-Schaltstellung erfasst wird, und die Ist-Schaltstellung an die Steuereinheit (8) für einen Sollwertvergleich kommuniziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, welches zusätzlich den Schritt aufweist, dass bei Abweichung von Ist-Schaltstellung und Soll-Schaltstellung durch die Steuereinheit (8) ein elektronisches Alarmsignal ausgesendet wird.