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Die Erfindung betrifft ein fluidisches Drucksystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mit einer steuernden Anordnung, welche an einem Ausgang, der über einen fluidischen Leitungsabschnitt mit einem Eingang eines Aktors eines Verbrauchers verbunden ist, einen Betätigungsdruck zur Betätigung des Aktors aussteuert, wobei an einen Abzweig von dem Leitungsabschnitt ein Drucksicherungsmittel angeschlossen ist.
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Ein gattungsgemäßes fluidisches Drucksystem ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 103 54 248 B4 bekannt. Bei diesem bekannten Drucksystem ist das Drucksicherungsmittel als ein lastabhängiges Druckbegrenzungsventil ausgebildet, welches einen an einem Versorgungsanschluss der steuernden Anordnung anstehenden Versorgungsdruck in Abhängigkeit eines Lastdruckes begrenzt.
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Ausgehend von dem bekannten fluidischen Drucksystem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den angeschlossenen Verbraucher noch besser vor einer Überlastung als Folge zu hohen Betätigungsdruckes und der damit verbundenen Gefahr seiner Beschädigung, welche auch zu einem gefährlichen Zustand führen kann, zu schützen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem fluidischen Drucksystem gemäß Patentanspruch 1, bei dem das Drucksicherungsmittel derart ausgebildet ist, dass es ein Überschreiten eines festgelegten Maximalwertes des Betätigungsdruckes verhindert.
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„Festgelegt“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass der Maximalwert des Betätigungsdruckes vor der Inbetriebnahme des fluidischen Drucksystems durch die konstruktive Gestaltung des Drucksicherungsmittels und/oder durch eine am Drucksicherungsmittel vorgenommene Einstellung fest vorgegeben wird.
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Der Leitungsabschnitt kann dabei beispielsweise von einem Rohr und/oder einem Schlauch und/oder einem in eine Tafel eingearbeiteten Strömungskanal gebildet sein.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Drucksicherungsmittel das Überschreiten des festgelegten Maximalwertes des Betätigungsdruckes unmittelbar verhindert, insbesondere indem es einen Auslass ins Freie bildet, wenn der Betätigungsdruck den festgelegten Maximalwert erreicht, so dass über den Auslass ins Freie aus dem Leitungsabschnitt und aus dem daran angeschlossenen Aktor des Verbrauchers sehr schnell Fluid, vorzugsweise in Form von Druckluft, abgelassen wird.
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„Unmittelbar“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die Begrenzung des Betätigungsdruckes nicht mittelbar über die steuernde Anordnung erfolgt.
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Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn das Drucksicherungsmittel als ein nicht reversibel arbeitendes Drucksicherungsglied oder als eine Kombination aus einem nicht reversibel arbeitenden Drucksicherungsglied und einem reversibel arbeitenden Drucksicherungsglied, welches dem nicht reversibel arbeitenden Drucksicherungsglied nachgeschaltet ist, ausgebildet ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksystems ist das Drucksicherungsmittel als eine Berstscheibe ausgebildet, welche beim Erreichen des festgelegten Maximalwertes des Betätigungsdruckes irreversibel geschädigt wird und zu einem schnellen, sicheren und dauerhaften Schutz des Verbrauchers führt.
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Alternativ hierzu kann das Drucksicherungsmittel als eine Kombination aus einer Berstscheibe und einem Sicherheitsventil, welches der Berstscheibe nachgeschaltet ist, ausgebildet sein.
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Sicherheitsventile unterliegen standardmäßig einem Wartungs- und Instandhaltungsprozess, Berstscheiben jedoch nicht. Die Ausführungsform, bei der als Drucksicherungsmittel nur eine Berstscheibe zum Einsatz kommt, erfordert daher im Unterschied zu der genannten alternativen Ausführungsform, bei der als Drucksicherungsmittel eine Kombination aus einer Berstscheibe und einem Sicherheitsventil zum Einsatz kommt, keinen Wartungs- und Instandhaltungsaufwand. Dieser Vorteil besteht auch gegenüber einer an sich möglichen weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksystems, bei der als Drucksicherungsmittel nur ein Sicherheitsventil zum Einsatz kommt, bei der also das Drucksicherungsmittel als ein Sicherheitsventil ausgebildet ist.
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Das an dem Abzweig angeschlossene Drucksicherungsmittel kann unterhalb eines Wagenkastens des Fahrzeugs angeordnet sein, insbesondere dann, wenn als Drucksicherungsmittel eine Berstscheibe zum Einsatz kommt, welche im Unterschied zu Sicherheitsventilen sehr robust gegen raue Umwelteinflüsse ist.
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Der Aktor ist beispielsweise ein Bremszylinder einer Bremseinheit des Fahrzeugs, wobei der Betätigungsdruck ein in den Bremszylinder eingesteuerter Bremszylinderdruck ist.
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Vorzugsweise umfasst die steuernde Anordnung eine Ventileinrichtung, welche einen Ausgangsdruck in Abhängigkeit zumindest eines Vorsteuerdruckes aussteuert. Dabei kann die Ventileinrichtung einen Druckumsetzer, insbesondere einen lastgeregelten Druckumsetzer, oder einen Druckübersetzer, insbesondere einen lastgeregelten Druckumsetzer, bilden, welcher Teil eines Bremssystems des Fahrzeugs ist. Vorzugsweise ist der Ventileinrichtung eine Gleitschutzventileinrichtung nachgeordnet, welche in Abhängigkeit von Ansteuersignalen den von der Ventileinrichtung ausgesteuerten Ausgangsdruck oder einen zum Gleitschutz abgesenkten Ausgangsdruck als den Betätigungsdruck ausgibt
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Außerdem wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die steuernde Anordnung zumindest eine vorsteuernde Einrichtung aufweist, welche einen Vorsteuerdruck aussteuert.
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Die vorsteuernde Einrichtung kann als eine elektro-fluidische Steuerventileinrichtung, insbesondere als eine elektropneumatische Steuerventileinrichtung, ausgebildet sein, welche den Vorsteuerdruck in Abhängigkeit zumindest eines elektrischen Ansteuersignals aussteuert. Vorzugsweise ist die elektro-fluidische Steuerventileinrichtung Teil einer direkt wirkenden Bremse eines Bremssystems des Fahrzeugs.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine vorsteuernde Einrichtung als eine fluidische Steuerventileinrichtung, insbesondere als eine pneumatische Steuerventileinrichtung, ausgebildet sein, welche den Vorsteuerdruck in Abhängigkeit zumindest eines Ansteuerdruckes aussteuert. Vorzugsweise ist die fluidische Steuerventileinrichtung Teil einer indirekt wirkenden Bremse eines Bremssystems des Fahrzeugs.
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Das erfindungsgemäße fluidische Drucksystem kommt vorzugsweise bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Schienenfahrzeug, zum Einsatz.
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Gelöst wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Betrieb eines fluidisches Drucksystems eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, gemäß Anspruch 16. Bei diesem Verfahren wird von einer steuernden Anordnung, welche an einem Ausgang, der über einen fluidischen Leitungsabschnitt mit einem Eingang eines Aktors eines Verbrauchers verbunden ist, ein Betätigungsdruck zur Betätigung des Aktors aussteuert. Dabei wird ein Abzweig von dem Leitungsabschnitt mit einem daran angeschlossenen Drucksicherungsmittel bereitgestellt, wobei das Drucksicherungsmittel ein Überschreiten eines festgelegten Maximalwertes des Betätigungsdruckes verhindert.
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Das Drucksicherungsmittel wird vorzugsweise als eine Berstscheibe oder als eine Kombination aus einer Berstscheibe und einem Sicherheitsventil, welches der Berstscheibe nachgeschaltet ist, an dem Leitungsabschnitt bereitgestellt und bei einer Funktionsprobe des Drucksystems wird der Zustand der Berstscheibe überprüft.
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Wenn über den Leitungsabschnitt einem Bremszylinder als Aktor ein Bremsdruck als Betätigungsdruck bereitgestellt wird, dann ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass bei einem Prüflauf einer Bremsprobe der Zustand der Berstscheibe überprüft wird. Als Prüflauf kann ein Gleitschutzprüflauf durchgeführt werden, bei dem der Zustand einer Gleitschutzventileinrichtung, welche den Bremsdruck an einem Ausgangsanschluss ausgesteuert, und der Zustand der Berstscheibe überprüft werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierzu zeigen die
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1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen fluidischen Drucksystems, die
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2 die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen fluidischen Drucksystems im Detail und die
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3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen fluidischen Drucksystems im Detail.
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In der 1 sind von dem erfindungsgemäßes Fahrzeug F in Form eines Schienenfahrzeugs insbesondere ein Wagenkasten 1, ein Drehgestell 2, eine Einheit 3, ein erfindungsgemäßes fluidisches Drucksystem FD in Form eines pneumatischen Drucksystems und ein Verbraucher BE in Form einer Bremseinheit gezeigt. In der Einheit 3 sind eine Bremsgeräteeinheit 4, eine elektronische Steuereinrichtung 5 und ein Vorratsbehälter R angeordnet. Die Bremsgeräteeinheit 4 bildet eine pneumatische Leitungsmatrix L des Drucksystems FD und weist Anschlüsse für die Komponenten einer steuernden Anordnung A sowie für zumindest ein Druckerfassungsmittel 6 und für ein Drucksicherungsmittel 7 auf. Von dem Fahrzeug F sind in der 1 außerdem eine Einrichtung 8 zur fahrzeugweiten Bremssteuerung und ein Bussystem 9 gezeigt. Das Bussystem 9 dient insbesondere zur Übertragung von Bremssteuersignalen (Bremsanforderungen), von denen hier lediglich eines gezeigt und mit BS bezeichnet ist.
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Bei der gezeigten Bremseinheit BE handelt es sich beispielhaft um eine Scheibenbremseinheit, bei welcher ein Bremszylinder 10, der einen Aktor der Bremseinheit BE bildet, eine mit Bremsbelägen 11 versehene Bremszange 12 betätigt und bei welcher die Bremsbeläge 11 beim Bremsen gegen eine Bremsscheibe 13 gedrückt werden, welche drehfest auf einer am Drehgestell 2 gelagerten Radachse 14 angeordnet ist. Als Bremseinheit könnte aber auch eine Klotzbremseinheit vorgesehen sein, bei welcher ein Bremszylinder ein mit einem Bremsklotz versehenes Bremsgestänge betätigt und bei welcher der Bremsklotz beim Bremsen gegen die Lauffläche eines Rades gedrückt wird.
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Gemäß 2 umfasst das Drucksystem FD eine Hauptluftleitung HLL (kurz HL), eine Hauptbehälterluftleitung HBL (kurz HB), die Leitungsmatrix L mit pneumatischen Leitungsabschnitten L1 bis L14, elektrische Leitungen E1 bis E5, eine den Druck dHLL in der Hauptluftleitung HLL regelnde Führerbremsventileinrichtung 15, den an die Hauptbehälterluftleitung HBL über eine Filtereinrichtung 16 und ein Rückschlagventil 17 angeschlossenen Vorratsbehälter R, die steuernde Anordnung A, das Druckerfassungsmittel 6, das Drucksicherungsmittel 7 und eine Luftfedereinheit 18.
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Die elektronische Steuereinrichtung 5 weist einen Busanschluss 5a, vier elektrische Steuerausgänge 5b, 5c, 5d, 5e und zumindest einen elektrischen Eingang 5f zum Erfassen des Sensorsignals S des Druckerfassungsmittels 6 auf, wobei die elektronische Steuereinrichtung 5 über ihren Busanschluss 5a das Bremssteuersignal BS empfängt, welches die Einrichtung 8 über ihren Busanschluss 8a ausgibt.
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Die steuernde Anordnung A umfasst eine erste vorsteuernde Einheit 21, welche einen ersten Vorsteuerdruck cv1 aussteuert und eine zweite vorsteuernde Einheit 22 welche einen zweiten Vorsteuerdruck cv2 aussteuert.
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Die erste vorsteuernde Einheit 21 ist eine elektro-fluidische Steuerventileinrichtung in Form einer elektro-pneumatischen Steuerventileinrichtung, welche den ersten Vorsteuerdruck cv1 in Abhängigkeit elektrischer Ansteuersignale AS1, AS2 aussteuert und welche Teil einer direkt wirkenden Bremse B1 eines Bremssystems B des Fahrzeugs F ist. Die elektropneumatische Steuerventileinrichtung 21 weist in der dargestellten Weise ein Belüftungsventil 23, ein Entlüftungsventil 24, einen pneumatischen Versorgungsanschluss 21a, einen pneumatischen Ausgangsanschluss 21b zwei elektrische Steueranschlüsse 21c, 21d und eine Entlüftung 21e ins Freie (in die Atmosphäre) auf.
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Die zweite vorsteuernde Einheit 22 ist eine fluidische Steuerventileinrichtung in Form einer pneumatischen Steuerventileinrichtung, welche den zweiten Vorsteuerdruck cv2 in Abhängigkeit des Druckes dHLL in der Hauptluftleitung HLL aussteuert und welche Teil einer indirekt wirkenden Bremse B2 des Bremssystems B des Fahrzeugs 1 ist. Der Druck dHLL in der Hauptluftleitung HLL bildet also einen Ansteuerdruck für die pneumatische Steuerventileinrichtung 22. Die pneumatische Steuerventileinrichtung 22 weist einen pneumatischen Versorgungsanschluss 22a, einen pneumatischen Ausgangsanschluss 22b und einen pneumatischen Steueranschluss 22c auf.
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Die steuernde Anordnung A umfasst weiterhin eine Ventileinrichtung 26 in Form eines Relaisventils und eine Gleitschutzventileinrichtung 27.
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Die Ventileinrichtung 26 (das Relaisventil) ist als ein lastgeregelter Druckumsetzer oder ein lastgeregelten Druckübersetzer ausgebildet. Die Ventileinrichtung 26 (das Relaisventil) weist einen pneumatischen Versorgungsanschluss 26a, einen pneumatischen Ausgangsanschluss 26b und drei pneumatische Steuereingänge 26c, 26d, 26e auf.
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Die elektrisch angesteuerte Gleitschutzventileinrichtung 27 weist einen pneumatischen Eingangsanschluss 27a, einen pneumatischen Ausgangsanschluss 27b, zwei elektrische Steueranschlüsse 27c, 27d und eine Entlüftung 27e ins Freie (in die Atmosphäre) auf.
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Die elektrischen Steueranschlüsse 21c, 21d der elektropneumatische Steuerventileinrichtung 21 sind über die elektrischen Steuerleitungen L1, L2 mit den Ausgangsanschlüssen 5b, 5c der elektronischen Steuereinrichtung 5 verbunden, welche das Bremssteuersignal BS der Einrichtung 8 in die Ansteuersignale AS1, AS2 umsetzt.
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Der pneumatische Steueranschluss 22c der pneumatischen Steuerventileinrichtung 22 ist über den pneumatischen Leitungsabschnitt L2 an die Hauptluftleitung HLL angeschlossen.
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Der Leitungsabschnitt L8 verbindet den Ausgangsanschluss 21b der pneumatischen Steuerventileinrichtung 22 mit den Steueranschluss 26d der Ventileinrichtung 26.
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Der Leitungsabschnitt L9 verbindet den Ausgangsanschluss 22b der elektro-pneumatische Steuerventileinrichtung 21 mit den Steueranschluss 26c der Ventileinrichtung 26.
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Und der Leitungsabschnitt L10 verbindet den Ausgangsanschluss 18a der Luftfedereinheit 18 mit den Steueranschluss 26e der Ventileinrichtung 26.
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Der Ausgangsanschluss 26b des Relaisventils 26 ist über den Leitungsabschnitt L11 mit dem Eingangsanschluss 27a der Gleitschutzventileinrichtung 27 verbunden.
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Die Steueranschlüsse 27c, 27d sind über die elektrischen Leitungen E3, E4 mit den Steuerausgänge 5d, 5e der elektronische Steuereinrichtung 5 verbunden, so dass von der elektronischen Steuereinrichtung 5 ausgesteuerte Ansteuersignale AS3, AS4 zum Gleitschutz an den Steueranschlüsse 27c, 27d anstehen. In Abhängigkeit der Ansteuersignale AS3, AS4 setzt die Gleitschutzventileinrichtung 27 den Ausgangsdruck C* in den Betätigungsdruck C (Bremszylinderdruck) um.
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Der Ausgangsanschluss 27b der Gleitschutzventileinrichtung 27 ist über den Leitungsabschnitt L12 mit einem Eingangsanschluss 10a des Bremszylinders 10 verbunden.
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Somit bildet der Ausgangsanschluss 27b der Gleitschutzventileinrichtung 27 einen pneumatischen Ausgang der steuernden Anordnung A und der Eingangsanschluss 10a bildet einen Eingang des Aktors (des Bremszylinders) 10 des Verbrauchers (der Bremseinheit) BE.
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Die steuernde Anordnung A steuert demnach an dem Ausgang 27b, welcher über den Leitungsabschnitt L12 mit dem Eingang 10a des Verbrauchers verbunden ist, den Betätigungsdruck C aus.
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An dem Leitungsabschnitt L13, der einen Abzweig von dem Leitungsabschnittes L12 bildet, ist das Druckerfassungsmittel 6 angeschlossen und an dem Leitungsabschnitt L14, der einen weiteren Abzweig von dem Leitungsabschnittes L12 bildet, ist des Drucksicherungsmittel 7 angeschlossen. Das Druckerfassungsmittel erfasst permanent den Betätigungsdruck C (den Bremsdruck) im laufenden Betrieb und meldet diesen der elektronischen Steuereinrichtung 5. Während einer Bremsprobe wird mittels des Druckerfassungsmittels bzw. mittels des von ihm ausgegebenen Sensorsignals S das Funktionieren der Gleitschutzventileinrichtung 27 geprüft.
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Bei der in den 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksystems ist das Drucksicherungsmittel 7 als ein nicht reversibel arbeitendes Drucksicherungsglied in Form einer Berstscheibe ausgebildet.
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Die Berstscheibe 7 verhindert unmittelbar ein Überschreiten eines festgelegten Maximalwertes Cmax des Betätigungsdruckes C, indem eine Einmal-Membran 7a der Berstscheibe beim Ansprechdruck der Berstscheibe, der dem festgelegten Maximalwertes Cmax entspricht, zerberstet und dadurch einen Auslass 7b ins Freie (in die Atmosphäre) bildet.
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Sollte also im Betrieb beispielsweise durch einen Defekt in einer der vorsteuernden Einheiten 21, 22 oder im Relaisventil 26, der ausgesteuerte Bremszylinderdruck C bis auf den Maximalwert Cmax ansteigen, so wird die Einmal-Membran 7a der Berstscheibe irreversibel geschädigt und führt durch Entlüften in die Atmosphäre zu einem dauerhaften Schutz des angeschlossenen Verbrauchers BE. Nach einem Ansprechen (Bersten) muss die Berstscheibe getauscht werden. Da die Berstscheibe jedoch lediglich bei Fehlfunktionen anspricht, ist der Aufwand für einen derartigen Tausch gerechtfertigt. Die Berstscheibe ist mit Vorteil im gesamten Zeitraum ihres Einsatzes im Wesentlichen wartungs- und instandhaltungsfrei und vereinfacht auch die manuelle oder automatische Inspektion (Prüfung) des Drucksystems FD. Durch den Einsatz des Drucksicherungsmittels 7, insbesondere in Form der Berstscheibe, können irreparable Schäden an Komponenten der Bremseinheit, insbesondere an der Bremszange, den Bremsbelägen und der Bremsscheibe, die einen kosten- und zeitintensive Tausch dieser Komponenten erforderlich machen würden, vermieden werden. Die eingesetzte Berstscheibe kann aus einem Set verfügbarer Berstscheiben, welche sich hinsichtlich des Wertes ihres jeweiligen Ansprechdruckes voneinander unterscheiden, frei gewählt werden. Beispielsweise kommt eine Berstscheibe zum Einsatz, durch deren konstruktive Gestaltung der Betätigungsdruck C auf einen Wert festgelegt ist, der zwischen 1 bis 6 Bar liegt.
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Die in der 3 gezeigte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksystems unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich hinsichtlich des Drucksicherungsmittels.
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Bei der in 3 gezeigten zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksystems ist das Drucksicherungsmittel 28 als eine Kombination aus einem nicht reversibel arbeitenden Drucksicherungsglied 29 in Form einer Berstscheibe und einem reversibel arbeitenden Drucksicherungsglied 30 in Form eines Sicherheitsventils, welches dem nicht reversibel arbeitenden Drucksicherungsglied 29 nachgeschaltet ist, ausgebildet. Der Druck bei dem das Sicherheitsventil anspricht entspricht vorzugsweise dem Ansprechdruck Cmax der Berstscheibe 29 oder liegt darunter. Sollte also im Betrieb der Betätigungsdruck C bis auf den Maximalwert Cmax ansteigen, so zerberstet die Einmal-Membran 29a der Berstscheibe 29, so dass nun auch das nachgeschaltete Sicherheitsventil 30 anspricht und einen Auslass ins Freie bildet, so dass der Betäigungsdruck C sehr schnell abgesenkt wird.
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Im Unterschied zu der Berstscheibe 29 geht das Sicherheitsventil 30 nach einem Entlüften in seine Grundstellung zurück, ohne getauscht werden zu müssen.
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Bei einer Funktionsprobe des Drucksystems FD wird in hier nicht weiter dargestellter Weise der Zustand der Berstscheibe 7 bzw. 29 überprüft. Insbesondere können bei einem Gleitschutzprüflauf einer Bremsprobe der Zustand der Gleitschutzventileinrichtung 27 und der Zustand der Berstscheibe 7 bzw. 29 überprüft werden. Dabei kann die Berstscheibe 7 bzw. 29 insbesondere mit Standarddrücken – also ohne den Betätigungsdruck bis zum Maximalwert Cmax anheben zu müssen – hinsichtlich ihrer Funktion bzw. hinsichtlich der daraus resultierenden Reaktion des Drucksystems FD getestet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen des fluidischen Drucksystems beschränkt. Insbesondere kann ein anderer Verbraucher, beispielsweise eine Wagentürausrüstung oder eine Toilettenausrüstung, an einem Eingang seines Aktors mit einem Betätigungsdruck beaufschlagt werden, der an einem Ausgang einer entsprechend anders gestalteten steuernden Anordnung ausgesteuert wird. Wesentlich ist auch dann, dass das Drucksicherungsmittel, insbesondere in Form einer Berstscheibe, an einem Abzweig von einem fluidischen Leitungsabschnitt, welcher den Ausgang der steuernden Anordnung mit dem Eingang des Aktors des Verbrauchers verbindet, angeschlossen ist und ein Überschreiten eines festgelegten Maximalwertes des Betätigungsdruckes verhindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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