DE102018200893A1

DE102018200893A1 - Bestimmen des aktuellen Kraftschlusses zwischen Rad und Schiene

Info

Publication number: DE102018200893A1
Application number: DE102018200893.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Tomberger
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: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-07-25

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses zwischen mindestens einem Rad (18) eines Schienenfahrzeugs (10) und einer Fahrfläche (12) einer Schiene auf der das mindestens eine Rad (18) rollt offenbart, aufweisend folgende Schritte:
- Kontaktieren mindestens einer Magnetschienenbremse (20) mit der Fahrfläche (12) der Schiene,
- Ermitteln mindestens einer Anpresskraft (40) zwischen der mindestens einen Magnetschienenbremse (20) auf die Fahrfläche (12),
- Ermitteln mindestens einer Tangentialkraft (42) zwischen mindestens einer Magnetschienenbremse (20) und der Fahrfläche (12),
- Ermitteln des verfügbaren Kraftschlusses zwischen Rad (18) und Fahrfläche (12) durch eine Verarbeitung der mindestens einen Anpresskraft (40) und der mindestens einen Tangentialkraft (42). Zudem werden eine Magnetschienenbremse (20), ein Computerprogrammprodukt und ein Schienenfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Magnetschienenbremse (20) zur Durchführung des Verfahrens offenbart.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des aktuellen Kraftschlusses zwischen mindestens einem Rad eines Schienenfahrzeugs und einer Fahrfläche einer Schiene auf der das Rad rollt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Magnetschienenbremse welche dazu ausgebildet ist, ein solches Verfahren durchzuführen sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung dieses Verfahrens und ein Schienenfahrzeug aufweisend mindestens eine erfindungsgemäße Magnetschienenbremse.
Die Sicherheit und Effizienz des Betriebs von Schienenfahrzeugen ist maßgeblich von der übertragbaren Kraft (Kraftschluss) zwischen Rad und Schiene für Antriebs- und Bremsvorgänge abhängig. In heutigen Systemen kann ein unzureichender, also zu geringer, Kraftschluss zwischen Rad und Schiene erst dann erkannt werden, wenn Antriebs- oder Bremskräfte die übertragbaren Kräfte zwischen Rad und Schiene überschreiten. In der Folge führt die überschüssige Brems- oder Antriebskraft dazu, dass einzelne Räder oder Radsätze beim Bremsen anfangen zu blockieren und beim Antreiben anfangen zu schleudern. Es können also erhöhte Relativbewegungen im Kontakt zwischen Rad und Schiene auftreten. Da daraus signifikante Schädigungen von Rad und Schiene entstehen können, wird dies mit fahrzeugeigenen Gleit- und Schleuderschutzsystemen, welche in die Antriebs- und Bremssteuerung eingreifen, verhindert. Der Eingriff dieser Systeme erfolgt jedoch zu einem Zeitpunkt, an dem die angeforderten Kräfte bereits nicht mehr übertragen werden können. Zudem besteht die Gefahr, dass durch den Eingriff von Gleit- und Schleuderschutzsystemen die übertragbaren Kräfte weiter reduziert werden, was sich entsprechend negativ, z. B. durch Verlängerung von Bremswegen des Schienenfahrzeugs, auswirkt. Dies hat letztendlich negative Auswirkungen auf den Betrieb des Schienenfahrzeugs bzgl. Sicherheit, Ökonomie und Effizienz.
Der Erfindung liegt daher, ausgehend von dieser Problemstellung, die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, um den aktuell verfügbaren Kraftschluss während der Fahrt des Schienenfahrzeugs zu ermitteln. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine entsprechende Vorrichtung und ein Schienenfahrzeug mit dieser Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung dieses Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Schienenfahrzeuge weisen oftmals Magnetschienenbremsen auf, die üblicherweise aus hufeisenförmigen Magnetkernen, welche von Spulen umschlossen sind, bestehen. Bei Bestromung der Spulen entsteht ein magnetischer Fluss, welcher sich über den Schienenkopf schließt. Dadurch wird die Magnetschienenbremse, beispielsweise mit einem dazu mittels Schleifschuhen ausgebildeten Abschnitt, auf die Schiene gepresst und die dadurch entstehende tangentiale Reibkraft wirkt als Bremskraft auf das Schienenfahrzeug. Es wird zwischen starren Magneten und zueinander beweglich angeordneten Gliedermagneten sowie zwischen Tiefaufhängungen, in welchen die Magnetschienenbremse nur durch Federn knapp über der Schienenoberkante gehalten wird und Hochaufhängungen, in welchen die Magnetschienenbremse pneumatisch über Betätigungszylinder abgesenkt wird, unterschieden
Zur Ermittlung eines verfügbaren Kraftschlusses bietet sich die Magnetschienenbremse an, da sie eine Vorrichtung darstellt, welche in der Regel mit einstellbarer Anpresskraft an die Fahrfläche der Schiene gepresst werden kann, wobei durch Analyse der im Reibkontakt auftretenden Kräfte eine Aussage bzgl. des verfügbaren Kraftschlusses getroffen werden kann.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses zwischen mindestens einem Rad eines Schienenfahrzeugs und einer Fahrfläche einer Schiene, auf der das mindestens eine Rad rollt, vorgesehen, wobei mindestens eine Magnetschienenbremse des Schienenfahrzeugs mit der Fahrfläche der Schiene in Kontakt gebracht wird, mindestens eine Anpresskraft zwischen der mindestens einen Magnetschienenbremse auf die Fahrfläche ermittelt wird, mindestens eine Tangentialkraft zwischen der mindestens einen Magnetschienenbremse und der Fahrfläche der Schiene ermittelt wird, und die Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses durch eine Verarbeitung der mindestens einen Anpresskraft und der mindestens einen Tangentialkraft erfolgt.
Vorzugsweise weist ein solches Schienenfahrzeug mehrere Magnetschienenbremsen auf, um das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Mehr als eine Magnetschienenbremse ermöglicht eine Mittelung mehrerer ermittelter Werte des verfügbaren Kraftschlusses, wodurch eine Plausibilisierung einzelner Kraftschlusswerte ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist das Verfahren derart ausgebildet, dass aus einer Verarbeitung von mindestens einer ermittelten Anpresskraft der Magnetschienenbremse und einer dadurch entstehenden Tangentialkraft, insbesondere einer Reib- bzw. Bremskraft, ein verfügbarer Kraftschluss mindestens eines Rades des Schienenfahrzeugs ermittelt werden kann. Dabei kann die Verarbeitung durch Schwellwertbetrachtung, vorzugsweise durch Kennfelder und besonders bevorzugt durch Rechenmodelle erfolgen.
Vorzugsweise wird die Anpresskraft nicht nur ermittelt, sondern zudem auf einen Sollwert eingestellt. Das Einstellen der Anpresskraft beinhaltet dann ein Ermitteln dieser Kraft und ein Korrigieren auf einen Sollwert. Dies hat den Vorteil, dass die weitere Bestimmung des verfügbaren Kraftschlusses mit einer Anpresskraft erfolgt, bei der das weitere Systemverhalten der Magnetschienenbremse bekannt ist. Das Systemverhalten bei dieser Anpresskraft kann beispielsweise in der Vorentwicklung genau bestimmt werden, so dass beispielsweise mechanische Verformungen bekannt sind, welche für weitere Verarbeitungsschritte zur Verfügung gestellt werden können. Die Magnetschienenbremse arbeitet dann vorzugsweise in einem Arbeitspunkt, welcher durch den Sollwert charakterisiert ist.
Darüber hinaus ist es auch denkbar mehrere Sollwerte zur Einstellung der Anpresskraft zur Verfügung zu haben. Diese können beispielsweise geschwindigkeitsabhängig oder von anderen Betriebsparametern abhängig gestaltet sein, so dass stets eine geeignete Anpresskraft eingestellt wird.
Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der mindestens einen Anpresskraft und/oder der mindestens einen Tangentialkraft durch Sensoren und/oder Rechenmodelle.
Besonders bevorzugt kann eine Anpresskraft der Magnetschienenbremse durch Ermittlung des elektrischen Stroms, welcher zur Ausbildung eines Magnetfeldes der Magnetschienenbremse durch die Spulen der Elektromagneten fließt, ermittelt werden. Weiterhin kann eine zusätzliche Kraft vorzugsweise in den Lagerpunkten der Betätigungszylinder, oder anderen geeigneten Stellen, durch Kraftsensoren, insbesondere Kraftmessdosen, oder andere geeignete Sensoren, ermittelt werden oder bevorzugt durch Ermittlung des Drucks in den Betätigungszylindern der Magnetschienenbremse bestimmt werden.
Vorzugsweise kann eine Tangentialkraft, insbesondere eine Reib- oder Bremskraft, der Magnetschienenbremse durch Ermittlung der Kraft vorzugsweise in den Lagerpunkten der Magnetschienenbremse, insbesondere durch Kraftmessdosen oder andere geeignete Sensoren, erfolgen.
Vorzugsweise werden die so ermittelten Werte zur endgültigen Ermittlung von Anpress- und/oder Tangentialkraft durch Rechenmodelle, z.B. durch Berücksichtigung der geometrischen und physikalischen Gegebenheiten der Magnetschienenbremse, weiterverarbeitet.
Ferner erfolgt vorzugsweise das Ermitteln des verfügbaren Kraftschlusses zwischen Rad und Fahrfläche durch Bestimmung eines Reibungskoeffizienten zwischen Magnetschienenbremse und Fahrfläche und Ableitung eines verfügbaren Kraftschlusses zwischen Rad und Fahrfläche aus dem bestimmten Reibungskoeffizienten.
Somit kann vorteilhafterweise das Reibverhalten der Magnetschienenbremse auf der Fahrfläche in Form des Reibungskoeffizienten ermittelt werden, wobei daraus anschließend das Reibverhalten der Paarung Rad-Fahrfläche abgeleitet werden kann. Die mindestens eine Anpresskraft ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Fahrfläche der Schiene ausgerichtet.
In anderen vorteilhaften Ausführungsformen ist die Anpresskraft, bzw. die ermittelte Anpresskraft nicht senkrecht zur Fahrfläche der Schiene ausgerichtet, wobei dies vorzugsweise in die weitere Verarbeitung mit einbezogen wird, wobei besonders bevorzugt daraus eine Ermittlung einer Anpresskraft mit senkrechter Ausrichtung zur Fahrfläche der Schiene erfolgt.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Tangentialkraft im Wesentlichen parallel zu der Fahrfläche der Schiene und/oder parallel zu einer Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs ausgerichtet.
In anderen Ausführungsformen ist die Tangentialkraft, bzw. die ermittelte Tangentialkraft nicht parallel zur Fahrfläche der Schiene und/oder parallel zu einer Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs ausgerichtet, wobei dies vorzugsweise in die weitere Verarbeitung mit einbezogen wird, wobei besonders bevorzugt daraus eine Ermittlung einer Tangentialkraft mit paralleler Ausrichtung zur Fahrfläche der Schiene und/oder der Fahrtrichtung des Fahrzeugs erfolgt.
Vorzugsweise erfolgt eine Vorbereitung zur weiteren Verarbeitung von Anpress- und/oder Tangentialkraft durch Filterung und/oder Mittelung und/oder Plausibilisierung.
Vorzugsweise werden für die Filterung die ermittelten Kräfte durch mathematische Filtermethoden verarbeitet, wobei vorzugsweise unerwünschtes Rauschen oder unerwünschte Schwingungsanregungen aus den ermittelten Werten beseitigt werden.
Vorzugsweise werden mehrere Kräfte mehrerer Magnetschienenbremsen mathematisch gemittelt, wodurch eine mittlere Anpresskraft und eine mittlere Tangentialkraft erhalten werden.
Vorzugsweise werden einzelne ermittelte Anpress- und/oder Tangentialkräfte plausibilisiert und somit auf mögliche Fehler in der Ermittlung dieser Kräfte untersucht.
Die Plausibilisierung kann dabei vorzugsweise durch Vergleich mit anderen Kräften anderer Magnetschienenbremsen erfolgen, oder besonders bevorzugt durch Vergleich mit vorgegebenen Kraftwerten beispielsweise aus einem Kennfeld.
Vorzugsweise erfolgt die Verarbeitung der mindestens einen Anpresskraft und der mindestens einen Tangentialkraft zu einem verfügbaren Kraftschluss unter Berücksichtigung geometrischer und physikalischer Randbedingungen zwischen der mindestens einen Magnetschienenbremse und/oder dem mindestens einen Rad und/oder der Fahrfläche und/oder der Umwelt.
Da die Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses zwischen der Lauffläche des Rades und der Fahrfläche der Schiene indirekt durch die Ermittlung des Kraftschlusses, insbesondere des Reibwertes, zwischen mindestens einer Magnetschienenbremse und der Fahrfläche der Schiene erfolgt, wird vorzugsweise die Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses zwischen Rad und Schiene durch Berücksichtigung geometrischer und physikalischer Randbedingungen zwischen Schiene, Rad und Magnetschienenbremse durchgeführt.
Vorzugsweise wird dabei der Abstand der mindestens einen Magnetschienenbremse zu den Rädern berücksichtigt, wobei dabei der Abstand in Fahrtrichtung oder auch der Abstand in vertikaler Richtung oder beide berücksichtigt werden.
Vorzugsweise wird das Gewicht des Schienenfahrzeugs berücksichtigt und besonders bevorzugt die daraus resultierende Last auf einzelne Drehgestelle, insbesondere einzelne Räder, welche einen Einfluss auf die übertragbare Kraft zwischen Rad und Schiene hat.
Vorzugsweise wird die Temperatur vorzugsweise der Umgebung und besonders bevorzugt der einzelnen Komponenten, also vorzugsweise der Magneten der Magnetschienenbremse, der Fahrfläche der Schiene sowie der Räder, berücksichtigt. Die Temperatur hat dabei einen Einfluss auf den verfügbaren Kraftschluss.
Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Temperatur durch Sensoren, insbesondere durch bereits am Fahrzeug verbaute Sensoren oder zusätzlich dafür vorgesehene Sensoren. Besonders bevorzugt sind diese Sensoren zur berührungslosen Ermittlung der Temperaturen ausgeführt. So kann auch die Temperatur der Fahrfläche der Schiene ohne Kontakt mit dieser, vorzugsweise durch einen Infrarotsensor, ermittelt werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird aufgrund einer ermittelten Umgebungstemperatur die Temperatur der einzelnen Komponenten bestimmt. Dazu dienen vorzugsweise Kennfelder oder Schwellwerte oder besonders bevorzugt Rechenmodelle, worüber die Temperaturen der einzelnen Komponenten ermittelt werden können.
Vorzugsweise wird die Fahrgeschwindigkeit bei der Ermittlung der Temperatur der einzelnen Komponenten mit berücksichtigt. Dabei wird vorzugsweise in Rechenmodellen oder Kennfeldern die kühlende Wirkung des mit der Fahrgeschwindigkeit verbundenen Fahrtwindes berücksichtigt, wodurch die einzelnen Komponenten in ihrer Temperatur beeinflusst werden.
Vorzugsweise erfolgt die Verarbeitung der mindestens einen Anpresskraft und der mindestens einen Tangentialkraft zu einem verfügbaren Kraftschluss unter Berücksichtigung materialspezifischer Randbedingungen zwischen der mindestens einen Magnetschienenbremse und/oder dem mindestens einen Rad und/oder der Fahrfläche der Schiene.
Bei dem Kontakt Rad zu Fahrfläche der Schiene handelt es sich in der Regel um einen Kontakt zwischen zwei Komponenten aus Stahl. Der Kontakt zwischen den Magneten oder Schleifschuhen der Magnetschienenbremse und der Fahrfläche der Schiene ist in der Regel anderer Natur, wodurch das Reibverhalten, welches naturgemäß im Kontakt zwischen den Magneten der Magnetschienenbremse und der Fahrfläche der Schiene anders ist als im Kontakt zwischen dem Rad und der Fahrfläche der Schiene, vorzugsweise bei der weiteren Verarbeitung mit berücksichtigt werden muss.
Diese Berücksichtigung kann vorzugsweise durch Kennfelder und besonders bevorzugt durch Rechenmodelle erfolgen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit durch Untersuchungen im Vorfeld einen Skalierungsfaktor zu bestimmen, wodurch der ermittelte Reibungskoeffizient zwischen Magnetschienenbremse und Schiene zu dem aktuell verfügbaren Kraftschluss zwischen Rad und Fahrfläche der Schiene skaliert werden kann.
Vorzugsweise wird der Reibungskoeffizient zwischen Magnetschienenbremse und Schiene sowie der Kraftschluss zwischen Rad und Schiene als Quotient aus der mindestens einen Tangentialkraft und der mindesten einen Anpresskraft wie folgt berechnet:

Tangentialkraft / Anpresskraft

Vorzugsweise werden bei der Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses zwischen Rad und Schiene eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung des Schienenfahrzeugs und/oder deren Beeinflussung einer Achslastverteilung des Schienenfahrzeugs verarbeitet.
Vorzugsweise wird durch auftretende Beschleunigungen oder Verzögerungen die Beeinflussung der Achslast und/oder der Last einzelner Räder ermittelt und dieser Einfluss bei der Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses mit berücksichtigt. Vorzugsweise erfolgt diese Ermittlung der Achs- und/oder Radlasten mit Hilfe von Rechenmodellen und besonders bevorzugt mit Hilfe von Sensoren, insbesondere Kraftsensoren oder beispielsweise Drucksensoren in einem pneumatischen Fahrwerk des Schienenfahrzeugs.
Vorzugsweise wird die mindestens eine Magnetschienenbremse bei der Ausführung des Verfahrens derart eingesetzt, dass sich keine wesentliche Verzögerung des Schienenfahrzeugs einstellt. Eine Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses ist somit während der Fahrt möglich, wobei die Magnetschienenbremse den Fahrbetrieb und insbesondere den Komfort von Personen im Schienenfahrzeug nicht durch spürbare Verzögerungen negativ beeinflusst. Dadurch wird eine Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses auch ohne den Einsatz der Magnetschienenbremse zur Fahrzeugverzögerung ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Magnetschienenbremse zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens vorgesehen, wobei diese Magnetschienenbremse vorzugsweise dazu ausgebildet ist, in oder an einem Schienenfahrzeug angebracht zu werden. Ferner weist sie mindestens eine Sensorik auf, die dazu ausgebildet ist, Informationen zu ermitteln, die geeignet sind, um mindestens eine Anpresskraft und/oder mindestens eine Tangentialkraft zwischen den Magneten, oder Schleifschuhen, der mindestens einen Magnetschienenbremse und einer Fahrfläche der Schiene zu ermitteln.
Die Sensorik hat dabei vorzugweise Zugriff auf den elektrischen Strom, welcher zum Aufbau des Magnetfeldes der Magnetschienenbremse genutzt wird und dazu die Spulen der Elektromagnete der Magnetschienenbremse durchfließt.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensorik dazu ausgebildet, die Kräfte vorzugsweise in den Lagerpunkten der Betätigungszylinder zu ermitteln.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensorik dazu ausgebildet, beispielsweise pneumatischen Druck in den Betätigungszylindern zu ermitteln, um daraus auf eine Anpresskraft schließen zu können.
Vorzugsweise weist die Magnetschienenbremse mindestens eine Steuervorrichtung zur Ermittlung des Reibungskoeffizienten zwischen Magnetschienenbremse und Schiene und/oder zur Abarbeitung der Verfahrensschritte auf.
Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Magnetschienenbremse so anzusteuern, dass eine Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens insbesondere durch Anlegen der Magneten oder der Schleifschuhe an die Fahrfläche der Schiene ohne wesentliche Verzögerung auf das Schienenfahrzeug ermöglicht wird. Dazu ist die Steuervorrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet einen elektrischen Strom zur Erzeugung des Magnetfeldes möglichst genau, definiert und/oder gering fließen zu lassen.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Sensorik der Magnetschienenbremse um eine zur Durchführung dieses Verfahrens ausgebildete Sensorik und/oder um eine bereits im oder am Schienenfahrzeug vorhandene Sensorik.
So kann vorteilhafterweise das Verfahren durch bereits im Schienenfahrzeug vorhandene Sensoren durchgeführt werden, wodurch Kosten und Rüstaufwand reduziert werden.
Vorzugsweise können aber auch neue, für das Verfahren ausgebildete Sensoren verbaut werden, um vorteilhafterweise eine genaue Bestimmung der benötigten Werte zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Sensorik mit der Magnetschienenbremse über mindestens eine Datenverbindung, und/oder eine mechanische Verbindung, und/oder eine pneumatische Verbindung, und/oder eine elektrische Verbindung in Kontakt, um entsprechende Informationen zur Ermittlung der Anpress- und Tangentialkräfte zu sammeln.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Steuervorrichtung mit der Magnetschienenbremse und/oder der Sensorik über mindestens eine Datenverbindung, und/oder eine mechanische Verbindung, und/oder eine pneumatische Verbindung, und/oder eine elektrische Verbindung in Kontakt, um entsprechende Informationen von der Sensorik zu erhalten und um die Magnetschienenbremse anzusteuern.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Magnetschienenbremse ausgebildet.
Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Magnetschienenbremse zu ihrer primären Verwendung, dem Bremsen des Schienenfahrzeugs, anzusteuern, und sie in einem weiteren Anwendungsfall so anzusteuern, dass eine Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, insbesondere durch Anlegen der Magneten an die Fahrfläche der Schiene, ohne wesentliche Verzögerung auf das Schienenfahrzeug ermöglicht wird.
Der Anwendungsfall „Bremsen“ und der Anwendungsfall „Ermitteln des Kraftschlusses“ können vorzugsweise auch gleichzeitig durch eine Magnetschienenbremse durchgeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichertem Programmcode vorgesehen, der, wenn er auf einer Verarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise einer Steuervorrichtung, ausgeführt wird, diese dazu veranlasst, das zuvor beschriebene Verfahren abzuarbeiten und es ermöglicht, diese somit vorzugsweise zur Durchführung dieses Verfahrens auszubilden. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, auch vorhandene Steuervorrichtungen in die Lage zu versetzen, das hier beschriebene Verfahren durchzuführen, wodurch auf einen Austausch der Steuervorrichtung verzichtet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Schienenfahrzeug vorgesehen, aufweisend mindestens eine zuvor beschriebene Magnetschienenbremse, um das Schienenfahrzeug zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens zu befähigen.
Die Reihenfolge der Abarbeitung des zuvor beschriebenen Verfahrens ist nicht durch die Aufzählungsreihenfolge der einzelnen Schritte und Merkmale festgelegt. Vielmehr sind weitere Ausführungsformen denkbar, in denen die mindestens eine Tangentialkraft vor der mindestens einen Anpresskraft oder zeitgleich mit dieser ermittelt wird.
Auch ist denkbar, den verfügbaren Kraftschluss vorzugsweise zu Beginn des Verfahrens aus gespeicherten Anpress- und Tangentialkraftwerten zu ermitteln und diesen vorzugsweise durch wiederholtes Abarbeiten des Verfahrens anschließend zu aktualisieren.
Ein vorzugsweise wiederholtes Abarbeiten des Verfahrens ermöglicht es zudem, mögliche nicht plausible Kraftschlusswerte durch Vergleich mit Kraftschlusswerten aus weiteren Durchläufen des Verfahrens zu erkennen und vorzugsweise zu verwerfen.
Im Folgenden erfolgt die Beschreibung der Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Im Einzelnen zeigt:

1 eine Gesamtansicht eines Drehgestells inkl. Magnetschienenbremse, das an einem Schienenfahrzeug befestigt ist,
2 das selbe Drehgestell aus 1, allerdings mit abgesenkter Magnetschienenbremse.

1 zeigt eine Gesamtansicht eines Drehgestells 16, welches mit einer Magnetschienenbremse 20 in Hochaufhängung versehen und an einem angedeuteten Schienenfahrzeug 10 befestigt ist. An dem Drehgestell 16 sind die Räder 18 des Schienenfahrzeugs 10 drehbar befestigt. Die Räder 18 rollen dabei auf der Fahrfläche der Schiene 12 ab und ermöglichen dem Schienenfahrzeug 10 sich in Fahrtrichtung 14 fortzubewegen. In dieser Darstellung ist lediglich ein Schienenfahrzeug 10 angedeutet. In und gegen die Fahrtrichtung 14 können sich weitere Drehgestelle 16, welche mit dem Schienenfahrzeug 10 verbunden sind, anschließen. Zudem können weitere Schienenfahrzeuge an das Schienenfahrzeug 10 gekuppelt sein.
Eine derartige Konfiguration entspricht dem heutigen Stand der Technik und kann bei Schienenfahrzeugen in verschiedenen Ausprägungsformen vorgefunden werden. Die dargestellte Konfiguration des Drehgestells 16, der Räder 18 und der Magnetschienenbremse 20 bildet dabei lediglich ein Ausführungsbeispiel aus dem vorhandenen Stand der Technik. Weitere Drehgestelle 16 mit verschiedenen Radkonfigurationen sind denkbar. Die dargestellte Konfiguration wurde gewählt, um die Funktionsweise der Erfindung zu erläutern, sie ist jedoch nicht dazu vorgesehen, die Erfindung auf die gewählte Konfiguration zu beschränken.
Die Magnetschienenbremse 20 weist typischerweise pneumatische, an dem Drehgestell 16 befestigte Betätigungszylinder 22 auf, welche ihrerseits mit einem Magnetträger 24 verbunden sind. Der Magnetträger 24 ist dabei mit Magneten 26, insbesondere Elektromagneten, bestückt. Auf weitere Elemente, welche typischerweise zum Aufbau einer Magnetschienenbremse 20 gehören, wie beispielsweise die Stromversorgung der Elektromagnete, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Die Funktion der dargestellten Magnetschienenbremse 20 in Hochaufhängung stellt sich wie folgt dar. Bei Aktivierung wird der Magnetträger 24 mittels der Betätigungszylinder 22 in Richtung der Fahrfläche der Schiene 12 abgesenkt, sodass die Magneten 26 mit der Fahrfläche der Schiene 12 in Kontakt treten, bzw. sich dieser bis auf einen Minimalabstand annähern. Zur Erzeugung einer Bremskraft, welche das Schienenfahrzeug 10 entgegen der Fahrtrichtung 14 abbremst, wird nun durch die Elektromagneten 26 im Magnetträger 24, welche von einer Spule umwickelt sind, ein Magnetfeld erzeugt. Zu diesem Zweck wird die Spule mit einem elektrischen Strom gespeist. Durch das entstehende Magnetfeld werden die Magneten 26 gegen die Fahrfläche 12 der Schiene gepresst.
2 zeigt diese Situation. Dabei werden die Magnete 26 in Fahrtrichtung 14 über die Fahrfläche 12 der Schiene gezogen, wobei eine Bremswirkung auf das Schienenfahrzeug 10 durch eine Reibkraft als Tangentialkraft 42 als Folge einer Anpresskraft 40 der Magnetschienenbremse 20, insbesondere der Magnete 26, auf die Fahrfläche 12 der Schiene entsteht.
Zudem sind in dieser Darstellung gestrichelt eine Sensorik 30 und eine Steuervorrichtung 32 angedeutet, welche sich jedoch nicht zwingenderweise im Drehgestell 16 befinden müssen.
Die Sensorik 30 ist dazu ausgebildet, zum einen die Anpresskraft 40, und zum anderen die Tangentialkraft 42 der Magneten 26 auf die Fahrfläche 12 der Schiene zu ermitteln.
Die Steuervorrichtung 32 ist zur Steuerung der Magnetschienenbremse 20 und der Sensorik 30 ausgebildet, um zum einen den bestimmungsgemäßen Betrieb der Magnetschienenbremse 20 zur Erzeugung einer Bremskraft durchzuführen und um zum anderen das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die gezeigte Ausführungsform zwei Betätigungszylinder 22 aufweist. Es ist hier lediglich die Zusammenwirkung einer Magnetschienenbremse 20 mit einer Schiene 12 gezeigt. Üblicherweise findet sich die selbe Anordnung auch auf der gegenüberliegenden Seite des Schienenfahrzeugs 10, also in dieser Ansicht hinter der Zeichenebene, wieder. Ferner hat die gezeigte Konfiguration jedoch keine beschränkende Wirkung auf den Gegenstand der Erfindung. Vielmehr sind weitere Ausführungsformen mit lediglich einem Betätigungszylinder, oder mehr als zwei Betätigungszylindern denkbar. Auch andere Bauformen von Magnetschienenbremsen sind, wie oben erläutert, zur Durchführung des Verfahrens geeignet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Vielmehr sind weitere Ausführungsformen denkbar, die aus einer Kombination der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhalten werden können, oder welche durch naheliegende Ausgestaltung dieser Ausführungsformen gebildet werden können.
Bezugszeichenliste

10: Schienenfahrzeug
12: Schiene (Fahrfläche)
14: Fahrtrichtung
16: Drehgestell
18: Rad
20: Magnetschienenbremse
22: Betätigungszylinder
24: Magnetträger
26: Magnete (Elektromagnete)
30: Sensorik
32: Steuervorrichtung
40: Anpresskraft
42: Tangentialkraft (Reibkraft)

Claims

Verfahren zur Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses zwischen mindestens einem Rad (18) eines Schienenfahrzeugs (10) und einer Fahrfläche (12) einer Schiene auf der das mindestens eine Rad (18) rollt, aufweisend folgende Schritte: - Kontaktieren mindestens einer Magnetschienenbremse (20) mit der Fahrfläche (12) der Schiene, - Ermitteln mindestens einer Anpresskraft (40) zwischen der mindestens einen Magnetschienenbremse (20) auf die Fahrfläche (12), - Ermitteln mindestens einer Tangentialkraft (42) zwischen mindestens einer Magnetschienenbremse (20) und der Fahrfläche (12), - Ermitteln des verfügbaren Kraftschlusses zwischen Rad (18) und Fahrfläche (12) durch eine Verarbeitung der mindestens einen Anpresskraft (40) und der mindestens einen Tangentialkraft (42).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ermitteln der mindestens einen Anpresskraft (40) und/oder der mindestens einen Tangentialkraft (42) mittels - Sensoren, und/oder - Rechenmodellen erfolgt, und/oder das Ermitteln des verfügbaren Kraftschlusses zwischen Rad (18) und Fahrfläche (12) durch Bestimmung eines Reibungskoeffizienten zwischen Magnetschienenbremse und Fahrfläche und Ableitung eines verfügbaren Kraftschlusses zwischen Rad (18) und Fahrfläche (12) aus dem bestimmten Reibungskoeffizienten erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Anpresskraft (40) im Wesentlichen senkrecht zu der Fahrfläche (12) ausgerichtet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Tangentialkraft (42) im Wesentlichen parallel zu der Fahrfläche (12), und/oder parallel zu einer Fahrtrichtung (14) des Schienenfahrzeugs (10) ausgerichtet ist.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die mindestens eine Anpresskraft (40) und/oder die mindestens eine Tangentialkraft (42) zur Verarbeitung mittels - Filterung und/oder - Mittelung und/oder - Plausibilisierung vorbereitet werden.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Verarbeitung der mindestens einen Anpresskraft (40) und der mindestens einen Tangentialkraft (42) zu einem verfügbaren Kraftschluss unter Berücksichtigung geometrischer und physikalischer Randbedingungen zwischen der mindestens einen Magnetschienenbremse (20) und/oder dem mindestens einen Rad (18) und/oder der Fahrfläche (12) und/oder einer Umwelt erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Verarbeitung der mindestens einen Anpresskraft (40) und der mindestens einen Tangentialkraft (42) zu einem verfügbaren Kraftschluss unter Berücksichtigung materialspezifischer Randbedingungen zwischen der mindestens einen Magnetschienenbremse (20) und/oder dem mindestens einen Rad (18) und/oder der Fahrfläche (12) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der verfügbare Kraftschluss als Quotient aus der mindestens einen Tangentialkraft (42) und der mindestens einen Anpresskraft (40) berechnet wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei bei der Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Schienenfahrzeugs (10) und/oder deren Beeinflussung einer Achslastverteilung des Schienenfahrzeugs (10) verarbeitet werden.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die mindestens eine Magnetschienenbremse (20) derart eingesetzt wird, dass sich keine wesentliche Verzögerung des Schienenfahrzeugs (10) einstellt.
Magnetschienenbremse (20) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dazu ausgebildet, in oder an einem Schienenfahrzeug (10) angebracht zu werden, aufweisend mindestens eine Sensorik (30), die dazu ausgebildet ist, Informationen zu ermitteln, die geeignet sind, um mindestens eine Anpresskraft (40) und/oder mindestens eine Tangentialkraft (42) zwischen einem Magnet (26) der mindestens einen Magnetschienenbremse (20) und einer Fahrfläche (12) zu ermitteln.
Magnetschienenbremse (20) gemäß Anspruch 11, aufweisend mindestens eine Steuervorrichtung (32) zur Ermittlung des verfügbaren Kraftschlusses und/oder zur Abarbeitung der Verfahrensschritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Magnetschienenbremse (20) gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die mindestens eine Sensorik (30) mindestens - eine Datenverbindung, und/oder - eine mechanische Verbindung, und/oder - eine pneumatische Verbindung, und/oder - eine elektrische Verbindung mit der Magnetschienenbremse (20) aufweist.
Magnetschienenbremse (20) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die mindestens eine Steuervorrichtung (32) mindestens - eine Datenverbindung, und/oder - eine mechanische Verbindung, und/oder - eine hydraulische Verbindung, und/oder - eine pneumatische Verbindung, und/oder - eine elektrische Verbindung mit der Magnetschienenbremse (20) und/oder der mindestens einen Sensorik (30) aufweist.
Magnetschienenbremse (20) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die mindestens eine Steuervorrichtung (32) zur Steuerung der Magnetschienenbremse (20) ausgebildet ist.
Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichertem Programmcode, der, wenn er auf einer Verarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, diese dazu veranlasst das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 abzuarbeiten.
Schienenfahrzeug (10), aufweisend mindestens eine Magnetschienenbremse (20) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15.