DE102015110229B4

DE102015110229B4 - Schienenfahrzeugbremssystem und Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugbremssystems

Info

Publication number: DE102015110229B4
Application number: DE102015110229.3A
Authority: DE
Inventors: Marc-Gregory Elstorpff; Christian Mosbach; Torsten Grunwald
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: US10899326B2; EP3619081A1; US20180170329A1; DE102015110229A1; WO2016207419A1; CN107810130A

Abstract

Schienenfahrzeugbremssystem, aufweisend
- mindestens eine einem Rad (2) oder einem Radsatz zugeordnete Scheibenbremse (3),
- wobei die Scheibenbremse (3) wenigstens eine Bremsscheibe (4), wenigstens einen mit der Bremsscheibe (4) zusammenwirkenden Bremsbelag, wenigstens eine bei einem Bremsvorgang eine Zuspannkraft auf den wenigstens einen Bremsbelag ausübende Zuspanneinrichtung (5),
- sowie eine Steuereinrichtung (6) zur Steuerung der Zuspanneinrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass
- die Steuereinrichtung (6) mit einer Bestimmungseinheit (10) zur Bestimmung eines aktuellen Raddurchmessers (d) des Rades (2) oder des Radsatzes gekoppelt ist,
- wobei die Steuereinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass bei einer Ansteuerung einer vorbestimmten Zuspannkraft bei einem Bremsvorgang ein von der Bestimmungseinheit (10) ermittelter Wert des aktuellen Raddurchmessers (d) berücksichtigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schienenfahrzeugbremssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugbremssystems.
Gattungsgemäße Schienenfahrzeugbremssysteme, wie beispielsweise aus der DE 102 45 207 C1 bekannt, sind üblicherweise mit pneumatischen Bremssystemen ausgestattet, die Scheibenbremsen aufweisen.
Die Bremswirkung eines solchen Bremssystems ist dabei abhängig von der Schnittstelle zwischen den Schienenfahrzeugrädern und der Bahnschiene, auf denen die Schienenfahrzeugräder aufstehen und zum zweiten von der Schnittstelle zwischen den beim Bremsvorgang gegen die Bremsscheibe gedrückten Reibbelägen und der Reibfläche der Bremsscheibe.
Bei der Auslegung eines solchen Schienenfahrzeugbremssystems ist neben anderen Parametern auch der Raddurchmesser der auf den Bahnschienen aufstehenden Räder zu berücksichtigen. Dazu werden Bremsbewertungsfahrten durchgeführt, mit denen zum einen die Einhaltung eines erforderlichen Bremsweges sowie die maximale Kraftschlussausnutzung zwischen einem Rad und der Bahnschiene zu beachten ist, die bei einer Bremsung, auch bei komplett verschlissenen Rädern und somit höchster Bremskraft am Radaufstandspunkt nicht überschritten werden darf.
Aus der DE 42 25 683 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur selbsttätigen Radschlupfregelung mit drehmomentgeregeltem Antrieb bekannt, bei dem bzw. bei der der Raddurchmesser der auf den Bahnschienen aufstehenden Räder in die Berechnung der maximalen Kraftschlussausnutzung eingeht.
Diese Bremsbewertungsfahrten bzw. Berechnungen werden dabei üblicherweise mit unverschlissenen Rädern ermittelt. Die Ergebnisse der Bremsbewertungsfahrt werden anschließend auf verschlissene oder halbverschlissene Räder umgerechnet.
Zur Auslegung der Bremskraft beziehungsweise des Bremsmomentes des Schienenfahrzeugbremssystems betreffend die Schnittstelle zwischen Reibfläche der Bremsscheibe und der Bremsbeläge wird von einem mittleren Reibwert zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe ausgegangen, wobei während einer Bremsung das Bremsmoment variiert, hauptsächlich bedingt durch Schwankungen des Reibwertes zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe.
Bei der Schnittstelle zwischen den Rädern und der Bahnschiene ist eine optimale Auslegung der Bremse hinsichtlich optimaler Leistungsfähigkeit, sprich eines minimalen Bremsweges, oder eines Verschleißes aufgrund variabler Randbedingungen, insbesondere eines variierenden Bremsmomentes sowie eines sich über die Lebensdauer der Räder allmählich verringernden Raddurchmessers schwierig, da stets ein Kompromiss innerhalb der Bandbreite des Einflusses aus dem Raddurchmesser gewählt werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Schienenfahrzeugbremssystems bereitzustellen. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines solchen Schienenfahrzeugbremssystems bereitzustellen.
Die erste Aufgabe wird durch ein Schienenfahrzeugbremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die weitere Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugbremssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeugbremssystem weist mindestens eine einem Rad oder einem Radsatz zugeordnete Scheibenbremse auf. Die Scheibenbremse weist wenigstens eine Bremsscheibe, wenigstens einen mit der Bremsscheibe zusammenwirkenden Bremsbelag, wenigstens eine bei einem Bremsvorgang eine Zuspannkraft auf den wenigstens einen Bremsbelag ausübende Zuspanneinrichtung sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Zuspanneinrichtung auf.
Die Steuereinrichtung ist erfindungsgemäß mit einer Bestimmungseinheit zur Bestimmung eines aktuellen Raddurchmessers des Rades oder des Radsatzes gekoppelt. Dabei ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass bei einer Ansteuerung einer vorbestimmten Zuspannkraft bei einem Bremsvorgang ein von der Bestimmungseinheit ermittelter Wert des aktuellen Raddurchmessers berücksichtigt ist.
Mithilfe einer solchen Bestimmungseinheit ist es ermöglicht, die auf die Bremsbeläge ausgeübte Zuspannkraft auf die aktuellen Raddurchmesser der Räder des Schienenfahrzeugs anzupassen und so die Leistungsfähigkeit des Schienenfahrzeugbremssystems über die gesamte Lebensdauer der Räder des Schienenfahrzeugs zu optimieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugbremssystems wird in einem ersten Verfahrensschritt die Bestimmungseinheit aktiviert. In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein aktueller Raddurchmesser des Rades oder des Radsatzes durch die Bestimmungseinheit bestimmt.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird der aktuelle Raddurchmesser des Rades oder des Radsatzes an die Steuereinrichtung übermittelt. Die Zuspanneinrichtung des Schienenfahrzeugbremssystems wird in einem vierten Verfahrensschritt durch die Steuereinrichtung unter Berücksichtigung des aktuellen Raddurchmessers des Rades oder des Radsatzes angesteuert.
Dadurch ist eine Ansteuerung der Zuspanneinheit und damit der von dieser ausgeübten Bremskraft abgestimmt auf den Raddurchmesser des Rades des Schienenfahrzeugs ermöglicht, wodurch die Leistungsfähigkeit des Schienenfahrzeugbremssystems über die gesamte Lebensdauer der Räder des Schienenfahrzeugs optimiert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer Ausführungsvariante des Schienenfahrzeugbremssystems weist die Bestimmungseinheit wenigstens eine Sensoreinrichtung auf. Die Sensoreinrichtung weist dabei bevorzugt eine den Raddurchmesser messenden Sensor und/oder einen die aktuelle Raddrehzahl messenden Sensor auf.
Bei der Sensoreinrichtung mit einem den Raddurchmesser messenden Sensor kann der von dem Sensor gemäß dem Raddurchmesser direkt über die Sensoreinrichtung an die Bestimmungseinheit und von dort an die Steuereinrichtung weitergeleitet werden, in der der aktuelle Raddurchmesser in die Berechnung der notwendigen Zuspannkraft einfließt.
Weist die Bestimmungseinheit eine Sensoreinrichtung mit einem die aktuelle Raddrehzahl messenden Sensor auf, ist dadurch ermöglicht, über die Raddrehzahl und die Geschwindigkeit des Rades relativ zur Bahnschiene auf den aktuellen Raddurchmesser des Rades rückzuschließen. Dies erfolgt bevorzugt in einer Auswertungseinheit der Bestimmungseinheit.
Denkbar ist aber auch, eine solche Auswertungseinheit in die Steuereinrichtung zu integrieren.
Die Bestimmungseinheit ist nach einer Ausführungsvariante als integraler, eigenständiger Bestandteil der Steuereinrichtung ausgebildet. Denkbar ist auch, die Bestimmungseinheit als separate Funktionseinheit auszubilden.
Bei der Ausbildung der Bestimmungseinheit als integraler eigenständiger Bestandteil der Steuereinheit ist ein besonders kompakter Aufbau des Schienenfahrzeugbremssystems gewährleistet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante eines Schienenfahrzeugbremssystems und
2 eine schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Schienenfahrzeugbremssystems nach 1.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Zuspanneinrichtung, der Bremsscheibe, der Bestimmungseinheit, der Räder, des Raddurchmessers, der Steuereinrichtung und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In 1 ist eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugbremssystems in einer schematischen Ansicht dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 1 ist dabei ein Schienenfahrzeug bezeichnet, mit mehreren auf jeweiligen Achsen 7 angeordneten Rädern 2. Zur vereinfachten Darstellung besteht das hier dargestellte Schienenfahrzeug 1 aus lediglich einem Waggon oder Triebwagen. Selbstverständlich kann ein solches Schienenfahrzeug auch aus mehreren miteinander gekoppelten Waggons bestehen, wobei auch die Komponenten des Schienenfahrzeugbremssystems über eine Schienenfahrzeugsteuereinheit 11 miteinander gekoppelt sind. Ein Ausgang 12 der Schienenfahrzeugsteuereinheit 11 deutet Verbindungen zu Steuereinheiten weiterer Waggons der Zugkonfiguration an.
Auf den Achsen 7 des Schienenfahrzeugs 1 sind desweiteren Bremsscheiben 4 jeweiliger Scheibenbremsen 3 befestigt. Jede Scheibenbremse 3 weist dabei neben der Bremsscheibe 4 wenigstens einen mit der Bremsscheibe 4 zusammenwirkenden (nicht gezeigten) Bremsbelag auf sowie wenigstens eine bei einem Bremsvorgang eine Zuspannkraft auf den wenigstens einen Bremsbelag ausübende Zuspanneinrichtigung 5.
Die beiden Zuspanneinrichtungen 5 werden dabei über eine Steuereinrichtung 6 gesteuert. Die Scheibenbremse 3 weist desweiteren als Bestandteil der Zuspanneinrichtungen 5 mindestens einen Bremszylinder 8 und eine Bremszange 9 auf, wobei die (nicht gezeigten) Bremsbeläge mit Reibflächen beiderseits der Bremsscheibe 4 angeordnet sind. Alternativ kann eine Zuspanneinrichtung 5 auch mehr als eine Bremszange 9 enthalten, die durch einen Bremskrafterzeuger 8 angesteuert werden.
Sonstige Bestandteile der Scheibenbremsen sind in 1 nicht dargestellt, da deren Funktionen sowie die Funktion einer solchen Scheibenbremse an sich bekannt ist und hier nicht weiter erläutert werden soll.
Die Steuereinheiten 6 sind desweiteren mit jeweiligen Bestimmungseinheiten 10 zur Bestimmung eines aktuellen Raddurchmessers d des jeweiligen Rades 2 gekoppelt.
Die Bestimmungseinheit 10 weist dabei nach einer bevorzugten Ausführungsvariante wenigstens eine Sensoreinrichtung 13. Diese Sensoreinrichtung 13 ist dabei in einer bevorzugten Ausführungsvariante mit einem den Raddurchmesser d messenden Sensor 15 bestückt. Der Sensor 15 ist dabei beispielsweise als optischer, mechanischer oder als akustischer Sensor ausgebildet.
Mit einem solchen den Raddurchmesser messenden Sensor 15 ist die Bestimmung eines aktuellen Raddurchmessers d ermöglicht, der bei Aktivierung den aktuellen Raddurchmesser d des Rades an die Steuereinrichtung 6 weitergibt, in der der aktuelle Raddurchmesser d in die Berechnung der durch die Zuspanneinrichtung auszuübenden Zuspannkraft einfließt.
In einer alternativen Ausführungsvariante weist die Bestimmungseinheit 10 eine Auswertungseinheit 14 auf. Dadurch kann bei Ausbildung der Sensoreinrichtung mit einem die aktuelle Raddrehzahl messenden Sensor 16 aus der gemessenen Raddrehzahl und einer über die Steuereinheit 11 an die Steuereinrichtung 6 weitergeleiteten aktuellen Geschwindigkeit des Rades 2 relativ zu einer Bahnschiene, auf der das Rad 2 aufsteht, erfolgen. In der Auswertungseinheit 14 wird aus diesen beiden Werten der Raddurchmesser d des Rades 2 berechnet.
Die Bestimmungseinheit 10 ist vorzugsweise als integraler, eigenständiger Bestandteil der Steuereinrichtung 6 ausgebildet. Denkbar ist auch, die Bestimmungseinheit 10 als separate Funktionseinheit auszubilden, die über eine Kabelverbindung oder auch kabellos mit der Steuereinrichtung 6 verbunden ist.
Ein Verfahren zum Betreiben eines oben beschriebenen Schienenfahrzeugbremssystems wird im Folgenden anhand der 2 näher erläutert.
In einem Verfahrensschritt S1 wird die Bestimmungseinheit 10 aktiviert. Diese Aktivierung kann automatisch oder auch manuell, beispielsweise über ein Bediensystem im Cockpit eines Führerstandes des Schienenfahrzeugs 1 erfolgen. Die Aktivierung der Bestimmungseinheit 10 erfolgt dabei nach einer Ausführungsvariante in vorbestimmten regelmäßigen Abständen. Die Abstände können dabei zeitlich gewählt sein, beispielsweise stündlich oder täglich, oder auch als Streckenintervalle gewählt sein, beispielsweise in Intervallen von je 1000 km. Denkbar ist auch eine Aktivierung der Bestimmungseinheit 10 nach jedem oder jedem x-ten Bremsvorgang oder dem mit einem neuen Raddurchmesser einhergehenden Abdrehen der Räder.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird der aktuelle Raddurchmesser d des Rades 2 beziehungsweise eines Radsatzes durch die Bestimmungseinheit 10 bestimmt. Dies erfolgt wie weiter oben bereits beschrieben vorzugsweise durch direktes Messen des Raddurchmessers d des Rades 2 über die mit einem den Raddurchmesser d messenden Sensor 15 bestückten Sensoreinrichtung 13.
Alternativ erfolgt das Bestimmen des aktuellen Raddurchmessers d durch Messen der Raddrehzahl des Rades 2 und anschließendes Berechnen des Raddurchmessers d aus der gemessenen Raddrehzahl und der Geschwindigkeit des Rades relativ zur Bahnschiene, auf der das Rad 2 aufsteht.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird der wie oben beschriebene bestimmte aktuelle Raddurchmesser d des Rades 2 an die Steuereinrichtung 6 übermittelt.
Daraufhin kann in einem weiteren Verfahrensschritt S4 bei der Ansteuerung eines Bremsvorgangs ein ansteuern der Zuspanneinrichtung 5 des Schienenfahrzeugbremssystems durch die Steuereinrichtung 6 unter Berücksichtigung des aktuellen Raddurchmessers d des Rades 2 durchgeführt werden.
Das Ansteuern der Zuspanneinrichtung 5 in Verfahrensschritt S4 wird vorzugsweise derart geregelt, dass eine an einem Radaufstandspunkt des Rades 2 auf der Bahnschiene wirkende Bremskraft einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet, um insbesondere eine Blockierung des Rades auf der Bahnschiene zu verhindern.
Bezugszeichenliste

1: Schienenfahrzeug
2: Rad
3: Scheibenbremse
4: Bremsscheibe
5: Zuspanneinrichtung
6: Steuereinrichtung
7: Achse
8: Bremszylinder
9: Bremszange
10: Bestimmungseinheit
11: Schienenfahrzeugsteuereinheit
12: Anschluss
13: Sensoreinrichtung
14: Auswertungseinheit
15: Sensor
16: Sensor
d: Raddurchmesser

Claims

Schienenfahrzeugbremssystem, aufweisend - mindestens eine einem Rad (2) oder einem Radsatz zugeordnete Scheibenbremse (3), - wobei die Scheibenbremse (3) wenigstens eine Bremsscheibe (4), wenigstens einen mit der Bremsscheibe (4) zusammenwirkenden Bremsbelag, wenigstens eine bei einem Bremsvorgang eine Zuspannkraft auf den wenigstens einen Bremsbelag ausübende Zuspanneinrichtung (5), - sowie eine Steuereinrichtung (6) zur Steuerung der Zuspanneinrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinrichtung (6) mit einer Bestimmungseinheit (10) zur Bestimmung eines aktuellen Raddurchmessers (d) des Rades (2) oder des Radsatzes gekoppelt ist, - wobei die Steuereinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass bei einer Ansteuerung einer vorbestimmten Zuspannkraft bei einem Bremsvorgang ein von der Bestimmungseinheit (10) ermittelter Wert des aktuellen Raddurchmessers (d) berücksichtigt ist.
Schienenfahrzeugbremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (10) wenigstens eine Sensoreinrichtung (13) aufweist.
Schienenfahrzeugbremssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (10) eine Auswertungseinheit (14) aufweist.
Schienenfahrzeugbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (13) einen den Raddurchmesser (d) messenden Sensor (15) aufweist.
Schienenfahrzeugbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen die aktuelle Raddrehzahl messenden Sensor (16) aufweist.
Schienenfahrzeugbremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (10) als ein integraler, eigenständiger Bestandteil der Steuereinrichtung (6) oder als separate Funktionseinheit ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugbremssystems nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte (S1) Aktivieren der Bestimmungseinheit (10); (S2) Bestimmen eines aktuellen Raddurchmessers (d) des Rades (2) oder des Radsatzes; (S3) Übermitteln des aktuellen Raddurchmessers (d) des Rades (2) oder des Radsatzes an die Steuereinrichtung (6); (S4) Ansteuern der Zuspanneinrichtung (5) des Schienenfahrzeugbremssystems durch die Steuereinrichtung (6) unter Berücksichtigung des aktuellen Raddurchmessers (d) des Rades (2) oder des Radsatzes.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren im Verfahrensschritt (S1) automatisch oder/und manuell erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt (S2) der aktuelle Raddurchmesser (d) des Rades (2) oder des Radsatzes durch Messen des Raddurchmessers (d) des Rades (2) oder des Radsatzes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt (S2) der aktuelle Raddurchmesser (d) des Rades (2) oder des Radsatzes durch Messen der Raddrehzahl des Rades (2) oder des Radsatzes und anschließendes Berechnen des Raddurchmessers (d) aus der gemessene Raddrehzahl und der Geschwindigkeit des Rades relativ zu einer Bahnschiene, auf der das Rad (2) aufsteht, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt (S4) das Ansteuern der Zuspanneinrichtung (5) derart geregelt wird, dass eine an einem Radaufstandspunkt des Rades (2) auf der Bahnschiene wirkende Bremskraft einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet.