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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funktionsprüfung von Gleitschutzanlagen an Schienenfahrzeugen, wobei das Schienenfahrzeug Radsätze aufweist, an denen jeweils ein Gleitschutzventil sowie ein Impulsgeber und ein Polrad angeordnet sind, die mit einer Gleitschutz-Elektronik und einem Gleitschutzrechner verbunden sind.
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Gleitschutzsysteme bei Schienenfahrzeugen ähneln Antiblockiersystemen bei Kraftfahrzeugen.
Während des Abbremsens eines Schienenfahrzeugs kann es aufgrund sich ändernder Kraftschlussbedingungen in der Kontaktfläche zwischen Rad und Schiene zu einem plötzlichen Achsstillstand kommen, durch den bei verlängertem Bremsweg eine Flachstelle im Radreifen entstehen kann.
Eine wesentliche Aufgabe von Gleitschutzsystemen ist das Verhindern eines Achsstillstandes während der Bremsung durch geeignetes automatisches Entlüften des pneumatischen Bremszylinders.
Durch das so eingeleitete Bremsmoment verzögert der Radsatz wodurch in den Radaufstandsflächen ein Schlupf zwischen Rad und Schiene entsteht. Die das Schienenfahrzeug verzögernde Reibkraft ist das Produkt aus der vom Schlupf abhängigen Kraftschlussbeanspruchung und der Radaufstandskraft. Bei schlupffreier Fahrt ist keine Kraftschlussbeaufschlagung vorhanden.
Mit zunehmenden Schlupf steigt die Kraftschlussbeanspruchung steil an und fällt nach Erreichen eines Maximalwertes langsam ab. Der Maximalwert hängt dabei von verschiedenen Einflussfaktoren ab, unter anderem von den Witterungsbedingungen und vom Zustand der Schiene. Bei glatter oder mit Herbstlaub bedeckter Schiene ist er besonders gering.
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Neben dem Verhindern eines Achsstillstandes sollen moderne Gleitschutzsysteme eine Hochausnutzung das Rad-Schiene-Kontakts (und damit einen kurzen Bremsweg) bei verschiedenen Kraftschlussbedingungen erreichen. Außerdem soll dabei der Druckluftverbrauch so gering wie möglich sein.
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Als Messgrößen für moderne Gleitschutzsysteme auf pneumatischer Basis stehen die Achsgeschwindigkeit (gemessen mittels Polrad und Impulsgeber) sowie der Bremszylinderdruck zur Verfügung.
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Die Gleitschutzanlage bildet mit der Bremse und dem Radsatz einen Regelkreis. Der Impulsgeber erfasst berührungslos die Raddrehzahl und gibt ein der Drehzahl proportionales Frequenzsignal an das Steuergerät ab.
Das Steuergerät wertet die Frequenzen aller Impulsgeber aus und erzeugt Schaltsignale für das Gleitschutzventil zur Steuerung des Bremszylinderdruckes. Der Gradient für das Absenken und Anheben des Bremszylinderdruckes kann durch „Pulsen“ verringert werden.
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Die Regelung passt den Bremszylinderdruck so an den momentanen Haftwert zwischen Rad und Schiene an, dass das Rad im optimalen Schlupf gehalten wird und maximal mögliche Bremskräfte übertragen werden können.
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Bekannt ist ein Aktuator für ein Bremssystem eines Schienenfahrzeugs, der eine Verzögerungskraftregelung bereitstellt (
EP 2 688 779 B1 ).
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Aus der
EP 0 005 568 B1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Gleitschutzes an einem Schienenfahrzeug bekannt, bei dem an den Fahrzeug-Achsen Geschwindigkeitsgeber angeordnet sind.
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Die
DE 10 2008 045 712 A1 beschreibt eine elektropneumatische Bremseinrichtung eines Schienenfahrzeugs, umfassend einen elektronischen Gleitschutzrechner zur Erhaltung des Haftwertes zwischen Rad und Schiene durch Ansteuerung hieran angeschlossener und je einem Bremszylinder zugeordneter Gleitschutzventile, wobei der Gleitschutzrechner einen elektrischen Eingang zur Vorgabe eines Bremssollwerts aufweist und dass den Gleitschutzventilen je ein Drucksensor zur Erfassung des anliegenden Bremsdrucks nachgeschaltet ist, dessen Messwerte ebenfalls dem Gleitschutzrechner eingangsseitig zugehen, um den Gleitschutzrechner zusätzlich zur Regelung des Bremsdruckes der Betriebsbremse einzusetzen.
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Aus der
DE 102 11 173 A1 ist eine Einrichtung für Schienenfahrzeuge bekannt, die mit einer Gleitschutz-Elektronik versehen ist, an die zumindest ein einem Rad zugeordneter Impulsgeber angeschlossen ist, dem ein mit einem Achsstummel rotierendes, gezahntes Polrad gegenüberliegt.
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Die
DE 10 2012 202 120 A1 betrifft ein Gleitschutzsystem einer Bremseinrichtung mit einem Gleitschutzgerät und einer Gleitschutzsteuereinrichtung, bei dem zumindest ein Eingang der Gleitschutzsteuereinrichtung mit zumindest einem Ausgang des Gleitschutzgerätes verbunden und mit zumindest einem Gleitschutzsignal des Gleitschutzgerätes beaufschlagt wird.
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Die
US 43 65 333 A beschreibt einen Testsignalgenerator zum Erzeugen von Signalen, die die Signale simulieren, die von den Achsen eines Eisenbahnwagens erzeugt werden, um ein Testen eines Eisenbahnwaggonbremscontrollers zu ermöglichen. Mittels dieser Schaltung werden automatisch Differenz-Geschwindigkeiten erzeugt. Eine belastbare Einstellung von RadsatzGeschwindigkeiten (auch per Fernbedienung) ist nicht möglich. Eine Prüfung bzw. Überwachung der Wirkung der elektrischen/pneumatischen Kopplung kann nicht durchgeführt werden. Fehler im System können nicht erkannt werden.
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Die
DE 26 46 061 A1 beschreibt ein Verfahren zur Prüfung der Funktion einer Antiblockier-Regelanlage, die Schaltkreise zur Erzeugung von Verzögerungs- und/oder Schlupf- und/oder Beschleunigungssignalen zur Steuerung von Bremsdruck-Regelventilen aufweist, wobei zur Erzeugung der Prüfsignale die Frequenz der einlaufenden Sensorsignale für einen Zeitintervall bestimmter kurzer Dauer um einen bestimmten Betrag erniedrigt und anschließend wieder auf den Ausgangswert geschaltet wird und das Auftreten der mit Hilfe der Prüfungssignale erzeugten Verzögerungs- und/oder Schlupf- und/oder Beschleunigungssignals sowie der entsprechenden Ventilansteuerungssignale abgetastet wird und bei Ausfall eines oder mehrerer Signale ein Fehlersignal erzeugt wird. Hierbei werden die betreffenden Sensoren während der Fahrt geprüft und die Prüfung bei einem einsetzenden Regelvorgang abgebrochen, was bei Eisenbahnfahrzeugen nicht zulässig ist.
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Die
EP 0 005 568 A2 beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung des Gleitschutzes an einem Fahrzeug, wobei jedem Geschwindigkeits-Geber zwei Geschwindigkeits-Detektoren zugeordnet sind, von denen der eine auf eine größere und der andere auf eine kleinere Geschwindigkeit anspricht. Sobald nur der zweite Detektor anspricht, wird ein Fehler angezeigt.
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Allen bekannten Gleitschutzeinrichtungen ist gemeinsam, dass
- • nicht wirksam gegen Fehler detektiert werden können,
- • keine gleichlaufenden Geschwindigkeitssignale erzeugt werden können, die normgerechte Radsatzgeschwindigkeiten bilden,
- • keine Absenkung der Radsatzgeschwindigkeiten jedes Radsatzes mit einstellbarer Verzögerung zur Auslösung des Gleitschutzes vorhanden ist,
- • keine Referenzgeschwindigkeit im Gleitschutzrechner generiert wird, da hierfür 4 Radsatzgeschwindigkeiten erforderlich sind,
- • die Sicherheitsabschaltung der Gleitschutzventile nicht dynamisch geprüft werden kann,
- • ein visueller Vergleich der Reaktionszeiten an der Bremsmechanik der einzelnen Radsätze, nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Prüfen von Gleitschutzeinrichtungen an Schienenfahrzeugen zu entwickeln, die es ermöglicht, die Signale eines fahrenden Fahrzeugs im Stand so zu simulieren, dass verdeckte Fehler sicher erkannt werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zwischen der Gleitschutz-Elektronik und den Gleitschutz-Ventilen mit galvanischer Trennung ein gegen Verpolen geschützter Prüfgenerator angeordnet ist, wobei der Prüfgenerator zumindest zwei einstellbare Konstantstromquellen aufweist, sodass die im Gleitschutzrechner eingeprägten Ströme von 7 mA und 14 mA konstant bleiben.
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Dabei muss das zu generierende Radsatzsignal exakt den normierten Polradgebern entsprechen.
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Die Stromversorgung des Prüfgenerators erfolgt mittels 12 Volt DC bei ca. 100 mA. Es kommen Frequenzgeneratoren für die Simulation der Radsatzgeschwindigkeiten zum Einsatz, wobei diese zwischen 40 Hz und 1000 Hz regelbar sein sollen.
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Die Einstellung der Radsatzgeschwindigkeiten kann einzeln oder insgesamt mit allen Frequenzgeneratoren erfolgen. Das Absenken der Radsatzgeschwindigkeiten der verschiedenen Radsätze eines Schienenfahrzeugs erfolgt mittels Taster auf eine einstellbare Verzögerung von 0 - 4 m/s2 und ist auch mittels Funkfernsteuerung durchführbar.
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Die galvanisch getrennten Stromausgänge 7 mA/14 mA bleiben bis zu einem Eingangswiderstand von 20 Ohm konstant und sind durch Dioden gegen verpolen geschützt.
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Die Gleitschutzregelung ist auf einem gesteuerten Oszilloskop visualisierbar.
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Vorteile der Erfindung
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- • alle Funktionen der Gleitschutzelektronik lassen sich auf einem Oszilloskop visualisieren und insgesamt simulieren,
- • es ist erstmals möglich, eine Fehlersuche am gesamten Gleitschutzüberwachungssystem durchzuführen,
- • es ist möglich, die korrekte Verkabelung und Zuordnung der Radsätze zu prüfen,
- • die Bremsmechanik kann auf Schwergang überprüft werden,
- • die Sicherheitszeit, zum Schutz gegen unzulässiges Entbremsen, kann wirksam überwacht werden,
- • die Funktionsfähigkeit und der korrekte Einbau der Düsen am Gleitschutzauslassventil können erstmals überprüft werden,
- • die galvanische Trennung der Stromausgänge konnte realisiert werden
- • damit ist eine Zerstörung der Gleitschutzelektronik durch unzulässige Erdschleifen ausgeschlossen,
- • durch optionale Mikroprozessorsteuerung können Zulassungsuntersuchungen ohne Versuchsfahrt durchgeführt werden (Unerschöpfbarkeit der Vorratsluftbehälter durch Gleitschutzauslösungen),
- • das gesamte System kann im Rahmen der Fortbildung für Werkstattpersonale vorgeführt werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
- - 1 - Schaltplan 1 des Prüfgenerators
- - 2 - Schaltplan 2 des Prüfgenerators
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1 zeigt den ersten Teil eines Schaltplanes des Prüfgenerators, wobei der Schalter 1 zum einen über den Vorwiderstand 2 mit der Betriebsleuchtdiode 3 verbunden ist und zum anderen über den für die Gesamtgeschwindigkeit zuständigen Regler 4 mit der für die externe Fernsteuerung zuständigen Anschlussbuchse 21 und den Reglern 5, 6, 7 und 8 für die Radsatzgeschwindigkeiten der Radsätze 1, 2, 3 und 4 gekoppelt ist.
Die Regler 5, 6, 7 und 8 sind mit den jeweiligen Spannungsteilerwiderständen 9, 10, 11 und 12 verbunden, denen die jeweiligen Regler 13, 14, 15, 16 zur Einstellung der Verzögerungen an Radsatz 1, 2, 3, und 4 nachgeordnet sind. Die Regler 13, 14, 15, und 16 sind wiederum mit den Tastschaltern 17, 18, 19, 20 verbunden, die zum Absenken der Radsatzdrehzahl am Radsatz 1, 2, 3, und 4 zuständig sind.
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Zwischen den Spannungsteilerwiderständen 9, 10, 11 und 12 und den Reglern 13, 14, 15 und 16 erfolgt die Anbindung der IC-spannungsgesteuerten Oszillatoren 26, 27, 28 und 29. Die Oszillatoren 26, 27, 28 und 29 weisen jeweils einen frequenzbestimmenden Kondensator 22, 23, 24 und 25 sowie jeweils einen am Steuereingang jedes Oszillators angeordneten Pufferkondensator 30, 31, 32, und 33 als auch die jeweils einen Widerstand 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 und 41zur Frequenzbegrenzung auf. Zusätzlich weisen die Oszillatoren 26, 27, 28 und 29 jeweils einen Widerstand 42, 43, 44, und 45 am Frequenzausgang und jeweils einen Kondensator 46, 47, 48 und 49 gegen Transienten für jeden Radsatz auf. Darüber hinaus weisen die Oszillatoren 28 und 29 noch jeweils einen weiteren Kondensator 50 und 52 gegen Transienten auf.
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2 zeigt den zweiten Teil des Schaltplanes des Gleitschutzgenerators, wobei an den IC-D Flip Flop 59 und 60 zur Anpassung der Frequenz für die Radsätze 1 und 2 sowie 3 und 4 die Frequenzeingänge 53, 54, 55 und 56 und die beiden Kondensatoren 57 und 58 gegen Transienten angeordnet sind.
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Die IC-D Flip Flop 59 und 60 sind mit den Verpolschutz-Dioden 61, 62, 63 und 64 aus den Spannungseingängen 97, 98, 99 und 100 vom Gleitschutzrechner für Radsatz 1, 2, 3 und 4 verbunden, denen nachfolgend die IC-Konstantstromquellen 65, 66, 67 und 68 für Radsatz 1, 2, 3 und 4 angeordnet sind.
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Die Konstantstromquellen 65, 66, 67 und 68 weisen jeweils einen Einstellregler 85, 86, 87 und 88 für Konstantstrom 14 mA sowie jeweils einen Einstellregler 89, 90, 91 und 92 für Konstantstrom 7 mA für die jeweiligen Radsätze 1, 2, 3 und 4 auf, die mit den Optokopplern 81, 82, 83 und 84 für die galvanische Trennung der Radsätze 1, 2, 3 und 4 verantwortlich sind, verbunden sind.
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Die Optokoppler 81, 82, 83 und 84 weisen zudem jeweils einen Vorwiderstand 77, 78, 79 und 80 und jeweils einen Stromausgang 93, 94, 95 und 96 zum Gleitschutzrechner für den jeweiligen Radsatz 1, 2, 3 und 4 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schalter EIN/Aus
- 2
- Vorwiderstand Betriebsleuchtdiode
- 3
- Betriebsleuchtdiode
- 4
- Regler für die Gesamtgeschwindigkeit
- 5
- Regler für die Radsatzgeschwindigkeit Radsatz 1
- 6
- Regler für die Radsatzgeschwindigkeit Radsatz 2
- 7
- Regler für die Radsatzgeschwindigkeit Radsatz 3
- 8
- Regler für die Radsatzgeschwindigkeit Radsatz 4
- 9
- Spannungsteilerwiderstand Radsatz 1
- 10
- Spannungsteilerwiderstand Radsatz 2
- 11
- Spannungsteilerwiderstand Radsatz 3
- 12
- Spannungsteilerwiderstand Radsatz 4
- 13
- Regler zur Einstellung der Verzögerung Radsatz 1
- 14
- Regler zur Einstellung der Verzögerung Radsatz 2
- 15
- Regler zur Einstellung der Verzögerung Radsatz 3
- 16
- Regler zur Einstellung der Verzögerung Radsatz 4
- 17
- Tastschalter zum Absenken der Radsatzdrehzahl Radsatz 1
- 18
- Tastschalter zum Absenken der Radsatzdrehzahl Radsatz 2
- 19
- Tastschalter zum Absenken der Radsatzdrehzahl Radsatz 3
- 20
- Tastschalter zum Absenken der Radsatzdrehzahl Radsatz 4
- 21
- Anschlußbuchse für externe Fernsteuerung
- 22
- Frequenzbestimmender Kondensator des Oszillator Radsatz 1
- 23
- Frequenzbestimmender Kondensator des Oszillator Radsatz 2
- 24
- Frequenzbestimmender Kondensator des Oszillator Radsatz 3
- 25
- Frequenzbestimmender Kondensator des Oszillator Radsatz 4
- 26
- IC Spannungsgesteuerter Oszillator Radsatz 1
- 27
- IC Spannungsgesteuerter Oszillator Radsatz 2
- 28
- IC Spannungsgesteuerter Oszillator Radsatz 3
- 29
- IC Spannungsgesteuerter Oszillator Radsatz 4
- 30
- Pufferkondensator am Steuereingang des Oszillator Radsatz 1
- 31
- Pufferkondensator am Steuereingang des Oszillator Radsatz 2
- 32
- Pufferkondensator am Steuereingang des Oszillator Radsatz 3
- 33
- Pufferkondensator am Steuereingang des Oszillator Radsatz 4
- 34
- Widerstand Frequenzbegrenzung Radsatz 1
- 35
- Widerstand Frequenzbegrenzung Radsatz 2
- 36
- Widerstand Frequenzbegrenzung Radsatz 3
- 37
- Widerstand Frequenzbegrenzung Radsatz 4
- 38
- Widerstand Frequenzbegrenzung Radsatz 1
- 39
- Widerstand Frequenzbegrenzung Radsatz 2
- 40
- Widerstand Frequenzbegrenzung Radsatz 3
- 41
- Widerstand Frequenzbegrenzung Radsatz 4
- 42
- Widerstand Frequenzausgang Radsatz 1
- 43
- Widerstand Frequenzausgang Radsatz 2
- 44
- Widerstand Frequenzausgang Radsatz 3
- 45
- Widerstand Frequenzausgang Radsatz 4
- 46
- Kondensator gegen Transienten
- 47
- Kondensator gegen Transienten
- 48
- Kondensator gegen Transienten
- 49
- Kondensator gegen Transienten
- 50
- Kondensator gegen Transienten
- 51
- Kondensator gegen Transienten
- 52
- Kondensator gegen Transienten
- 53
- Frequenzeingang Radsatz 1
- 54
- Frequenzeingang Radsatz 2
- 55
- Frequenzeingang Radsatz 3
- 56
- Frequenzeingang Radsatz 4
- 57
- Kondensator gegen Transienten
- 58
- Kondensator gegen Transienten
- 59
- IC-D Flip Flop zur Anpassung der Frequenz Radsatz 1 und 2
- 60
- IC-D Flip Flop zur Anpassung der Frequenz Radsatz 3 und 4
- 61
- Diode Verpolschutz Eingang vom Gleitschutzrechner Radsatz 1
- 62
- Diode Verpolschutz Eingang vom Gleitschutzrechner Radsatz 2
- 63
- Diode Verpolschutz Eingang vom Gleitschutzrechner Radsatz 3
- 64
- Diode Verpolschutz Eingang vom Gleitschutzrechner Radsatz 4
- 65
- IC Konstantstromquelle Radsatz 1
- 66
- IC Konstantstromquelle Radsatz 2
- 67
- IC Konstantstromquelle Radsatz 3
- 68
- IC Konstantstromquelle Radsatz 4
- 69
- Vorwiderstand Treibertransistor Radsatz 1
- 70
- Vorwiderstand Treibertransistor Radsatz 2
- 71
- Vorwiderstand Treibertransistor Radsatz 3
- 72
- Vorwiderstand Treibertransistor Radsatz 4
- 73
- Treibertransistor Optokoppler Radsatz 1
- 74
- Treibertransistor Optokoppler Radsatz 2
- 75
- Treibertransistor Optokoppler Radsatz 3
- 76
- Treibertransistor Optokoppler Radsatz 4
- 77
- Vorwiderstand Optokoppler Radsatz 1
- 78
- Vorwiderstand Optokoppler Radsatz 2
- 79
- Vorwiderstand Optokoppler Radsatz 3
- 80
- Vorwiderstand Optokoppler Radsatz 4
- 81
- Optokoppler galvanische Trennung Radsatz 1
- 82
- Optokoppler galvanische Trennung Radsatz 2
- 83
- Optokoppler galvanische Trennung Radsatz 3
- 84
- Optokoppler galvanische Trennung Radsatz 4
- 85
- Einstellregler Konstantstrom 14 mA Radsatz 1
- 86
- Einstellregler Konstantstrom 14 mA Radsatz 2
- 87
- Einstellregler Konstantstrom 14 mA Radsatz 3
- 88
- Einstellregler Konstantstrom 14 mA Radsatz 4
- 89
- Einstellregler Konstantstrom 7 mA Radsatz 1
- 90
- Einstellregler Konstantstrom 7 mA Radsatz 2
- 91
- Einstellregler Konstantstrom 7 mA Radsatz 3
- 92
- Einstellregler Konstantstrom 7 mA Radsatz 4
- 93
- Stromausgang zum Gleitschutzrechner Radsatz 1
- 94
- Stromausgang zum Gleitschutzrechner Radsatz 2
- 95
- Stromausgang zum Gleitschutzrechner Radsatz 3
- 96
- Stromausgang zum Gleitschutzrechner Radsatz 4
- 97
- Spannungseingang vom Gleitschutzrechner Radsatz 1
- 98
- Spannungseingang vom Gleitschutzrechner Radsatz 2
- 99
- Spannungseingang vom Gleitschutzrechner Radsatz 3
- 100
- Spannungseingang vom Gleitschutzrechner Radsatz 4
