DE102019002402B4 - Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen Download PDF

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Abstract

Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen, wobei es ein Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen mit Stromrichtern und Asynchronmotoren darstellt, welches mit mindestens einer Drehmomenterfassungseinheit (101, 206), welche direkt am Antrieb das jeweilige Drehmoment des jeweiligen Antriebsmotors über den Verdreh- bzw. Feder-Weg misst und mit mindestens einer Fahrtrichtungserkennungseinheit (102, 208) pro Fahrzeug und mit mindestens einer Steuereinheit (103) pro Fahrzeug ermittelt, ob im Falle einer Notbremsung durch mindestens einen Antriebsmotor eine beschleunigende, der Bremskraft entgegengesetzte Zugkraft aufgebracht wird, sodass die Steuereinheit/en (103) dieses Sicherheitssystems, mit einer oder mehreren direkten Traktionsabschaltungseinheit/en (104) und/oder einer Kommunikation an den/die Stromrichter, die von diesem Fehler betroffenen oder alle Antriebsmotoren, während der Notbremsung, außer Betrieb nimmt/nehmen, damit einzig bremsende Kräfte während der Notbremsung wirken.

Description

  • Thema, Umfeld
  • Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen.
  • Bremssysteme lassen sich nach der Geschwindigkeitsreduktion wie folgt einteilen. Es gibt die Feststellbremsung zur Sicherung von stehenden Fahrzeugen. Es gibt die Beharrungsbremsung zum Einhalten einer konstanten Geschwindigkeit bei der Talfahrt. Es gibt die Verzögerungsbremsung zur Geschwindigkeitsreduktion. Zur Verzögerungsbremsung gehören die Betriebsbremsung und die verschiedenen Notbremsungen (Schnellbremsung durch den Lokführer, Zwangsbremsung durch Überwachungssysteme und die Notbremsbetätigung durch den Fahrgast). Das hier beschriebene System verbessert die verschiedenen Notbremsungen.
  • Stand der Technik
  • Schienenfahrzeuge, welche der technischen Spezifikation für die Interoperabilität (TSI) entsprechen, müssen die folgende Anforderung erfüllen: „Das Auslösen einer Schnellbremsung, aus welchem Grund auch immer, muss zur automatischen Abschaltung der Traktionsenergie führen, ohne dass die Möglichkeit zum Wiedereinschalten der Traktionsenergie besteht, solange die Schnellbremsung wirkt“. Andere Regelwerke, wie beispielsweise die schweizerischen Ausführungsbestimmungen zur Eisenbahnverordnung (AB-EBV) haben seitdem sie in den letzten Jahren der TSI angenähert wurden, vergleichbare Anforderungen: „Schnellbremsung mit selbsttätiger Traktionsabschaltung“.
  • Diese Anforderung begründet sich daraus, dass technisch eindeutig beim Bremsen sichergestellt werden muss, dass eine Bremskraft aufgebracht wird und nicht durch Traktionskomponenten, welche einen Regelungsfehler haben können, versehentlich eine bremswegverlängernde Zugkraft erzeugt wird. Daher wird lediglich mechanisch und ,sofern vorhanden mit Schienenbremsen gebremst. Auf die Bremskraft der Traktionskomponenten wird verzichtet, da derzeitige Bremsüberwachungssysteme nicht mit ausreichender Sicherheit sicherstellen können, ob wirklich eine Bremsung durch die Motoren ausgeführt wird. Denn grundsätzlich ist es technisch nicht ausgeschlossen, dass ein Schienenfahrzeug mit Stromrichtern und Asynchronmotoren durch eine Fehlfunktion versehentlich Zugkraft anstatt Bremskraft erzeugt, sodass dies prophylaktisch durch eine Traktionsabschaltung verhindert wird.
  • Kritik am Stand der Technik
  • Bis jetzt gibt es noch keine nachvollziehbare zulassungsgeeignete Notbremsüberwachungseinheit zur Absicherung dieses Anwendungsfalls für Schienenfahrzeuge mit Stromrichtern und Asynchronmotoren. Durch diesen Sachverhalt verlängern sich die Bremswege bei Notbremsungen bei Anwendung dieser Vorschrift deutlich, da die Antriebsmotoren nicht zum Bremsen beitragen.
  • Würde es ein System geben, welches zulassungstauglich eine Fehlfunktion verhindern kann, würden sich, durch die zusätzliche Bremskraft der Antriebsmotoren, die Bremswege reduzieren, sodass Unfälle mit höherer Wahrscheinlichkeit vermieden werden könnten oder auch nur die Folgen von Unfällen reduziert werden könnten.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher für Schienenfahrzeuge ein Sicherheitssystem zur Überwachung und zum Eingreifen zu realisieren, welches durch eine nachvollziehbare Fahrtrichtungsüberwachungseinheit und eine nachvollziehbare Drehmomentüberwachungseinheit kontrolliert, dass bei einer Notbremsung einzig ein bremsendes Drehmoment auf die Räder aufgebracht wird und im Falle einer Fehlfunktion der Antriebseinheit eingreift, sodass stets die maximal mögliche Bremskraft aufgebracht werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
  • Patentbeschreibung
  • Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen, wobei es ein Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen mit Stromrichtern und Asynchronmotoren darstellt, welches mit mindestens einer Drehmomenterfassungseinheit, welche direkt am Antrieb das jeweilige Drehmoment des jeweiligen Antriebsmotors über den Verdreh- bzw. Feder-Weg misst und mit mindestens einer Fahrtrichtungserkennungseinheit pro Fahrzeug und mit mindestens einer Steuereinheit pro Fahrzeug ermittelt, ob im Falle einer Notbremsung durch mindestens einen Antriebsmotor eine beschleunigende, der Bremskraft entgegengesetzte Zugkraft aufgebracht wird, sodass die Steuereinheit/en dieses Sicherheitssystems, mit einer oder mehreren direkten Traktionsabschaltungseinheit/en und/oder einer Kommunikation an den/die Stromrichter, die von diesem Fehler betroffenen oder alle Antriebsmotoren, während der Notbremsung, außer Betrieb nimmt/nehmen, damit einzig bremsende Kräfte während der Notbremsung wirken..
  • Dieses Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen wird angewandt um eindeutig zu gewährleisten, dass im Falle einer Notbremsung nur eine Bremskraft, also eine der Fahrrichtung entgegengesetzte Kraft, aufgebracht wird. Hierfür besteht diese Notbremsüberwachungseinheit aus vier Komponenten:
    • 1) Mindestens einer Drehmomenterfassungseinheit für die jeweilige Antriebseinheit,
    • 2) mindestens eine Fahrtrichtungserkennungseinheit,
    • 3) mindestens eine Steuereinheit und
    • 4) optional aus mindestens einer direkten Traktionsabschaltungseinheit.
  • Die Drehmomenterfassungseinheit dieses Systems dient dazu, anhand der Torsion im Antriebsstrang und/oder der Verdrehung eines drehrichtungsabgefederten Antriebes zu messen, ob und in welche Richtung ein Drehmoment durch die Antriebsmotoren aufgebracht wird.
  • Bei drehrichtungsabgefederten Antrieben, wie bspw. einem Hohlwellen-Antrieb, wird die Drehmomenterfassungseinheit durch den deutlich messbaren Weg, bevorzugt über das elektrische Feld eines hierfür speziell entworfenen Drehkondensators gemessen, da sich die Wegmessung mit dem elektrischen Feld als robust, zuverlässig und zulassungstauglich erwiesen hat. Diese kapazitive Messkomponente befindet sich geschützt in einem massiven Gehäuse und ist direkt beim Hohlwellen-Antrieb eingebaut.
  • Dabei ist diese Komponente so aufgebaut, dass sie eine Achse A und eine Achse B hat. Beide Achsen haben den gleichen Mittelpunkt und können sich gegeneinander verdrehen. Auf der Achse A befindet sich mindestens eine Metallplatte (Elektrode) und auf einer Achse B mindestens zwei Metallplatten (Elektroden). Die Metallplatten (Elektroden) auf der Achse B sind versetzt zur Metallplatte (Elektrode) auf der Achse A aufgebaut, sodass sich eine Metallplatte (Elektrode) in Drehrichtung rechts davon und eine Metallplatte (Elektrode) in Drehrichtung links davon befindet um anhand einer Kapazitätsänderung eine Verdrehung im Antriebsstrang und somit ein wirkendes Moment im Antriebsstrang zu messen. Bei dieser Drehrichtungsmessung wird wie folgt vorgegangen: wird die Achse A gegenüber Achse B, durch ein anliegendes Drehmoment in eine Richtung verdreht, ergibt sich zwischen der Metallplatte (Elektrode) auf der Achse A, zu einer der beiden gegenüberliegenden Metallplatten (Elektroden) der Achse B, durch den Drehwinkel, eine Fläche und eine messbare Kapazität (je nach Drehrichtung zur rechten oder zur linken Metallplatte bzw. Elektrode). Diese messbare Kapazität ist von der Verdrehung und somit vom Drehmoment im Antriebsstrang abhängig und ermöglicht eine exakte Aussage über die Richtung des wirkenden Drehmoments.
  • Montiert ist das Gehäuse mit der Achse A bevorzugt an der gefederten Seite des Antriebes und somit an der äußeren Hohlwelle des Hohlwellen-Antriebes, um die unabgefederte Masse klein zu halten. Die Achse B wird hinsichtlich ihrer Positionierung an der gleichen Welle wie Achse A befestigt. Lediglich die Verdrehung der Elektrode der Achse B wird durch einen Mitnehmer erreicht. Dieser Mitnehmer befindet sich hier auf der inneren Welle des Hohlwellen-Antriebs und somit auf der anderen Seite der Federung des Antriebes.
  • Alternativ lässt sich die Befestigung auch anders herum realisieren, sodass das Gehäuse und der Achse A auf der unabgefederten Seite des Antriebs befestigt ist - und die Verdrehung, durch einen Mitnehmer an der äußeren Hohlwelle realisiert wird.
  • Zusätzlich als diversitäre Redundanz oder alternativ kann die Drehmomenterfassungseinheit mit mindestens einem Magneten und mindestens einem Magnetfeldsensor realisiert werden. Diese Drehmomenterfassungseinheit ist ähnlich der hier beschriebenen Messeinheit aufgebaut, dessen Messprinzip auf der Kapazitätsmessung basiert. Lediglich werden hier die Metallplatten (Elektroden) durch Magnete und Magnetfeldsensoren ausgetauscht. Dabei lässt sich in der Grundstellung kein signifikantes Magnetfeld messen, da auch hier, analog zur kapazitiven Messeinheit, gegenüber kein erfassbares Objekt ist. Wenn sich die Achse A zur Achse B um einen Winkel verdreht, befindet sich einem Magnetfeldsensor ein Magnet gegenüber, sodass sich ein Magnetfeld messen und somit ein Drehmoment erfassen lässt.
  • Zusätzlich als diversitäre Redundanz oder alternativ kann die Drehmomenterfassungseinheit als Schalter realisiert werden, welcher in Abhängigkeit des Weges Schaltstellungen hat. Diese Drehmomenterfassungseinheit ist ähnlich der hier beschriebenen Messeinheit aufgebaut, dessen Messprinzip auf der Kapazitätsmessung basiert. Lediglich werden hier die Metallplatten (Elektroden) durch Kontaktelemente ausgetauscht. Wenn sich die Achse A zur Achse B um einen Winkel verdreht, schließen sich entsprechend des Winkels die Kontakte, sodass sich ein Drehmoment erfassen lässt. Dabei ist dieser Schalter hinsichtlich des Weges und der Schaltsignale so ausgeführt, dass er mindestens drei Schaltstellungen kennt: kein Drehmoment, Drehmoment in Richtung 1 und Drehmoment entgegen Richtung 1.
  • Zusätzlich als diversitäre Redundanz oder alternativ kann die Drehmomenterfassungseinheit mittels Dehnmessstreifen auf den Wellen realisiert werden.
  • Grundsätzlich lässt sich diese Drehmomenterfassungseinheit bei den meisten Fahrzeugen mit Hohlwellen-Antrieb integrieren. Diese Vielseitigkeit wird deutlich, da sie schon damals für Fahrzeuge mit Westinghouse-Federantrieb, dem Secheron-Federantrieb, den verschiedenen Federtopfantrieben sowie den meisten Kardan-Antrieben, sowie weiteren Bauformen geeignet gewesen wäre. Zukünftig wird sie unter anderem bei Antrieben mit einer Hohlwelle und Keilpaketkupplung einen Bedarf finden. Für die verschiedenen Antriebskonstruktionen sind primär die konstruktiven Abmessungen der Drehmomenterfassungseinheit anzupassen.
  • Für Tatzlager-Antriebe müssen die verschiedenen Bauformen der Drehmomenterfassungseinheit dahingehend angepasst werden, dass die messende Drehmomenterfassungseinheit nicht als Radialbauteil ausgeführt wird, sondern als lineares Bauteil, welches parallel zur Feder der Drehmomentstütze angebracht ist.
  • Zusätzlich ist die hier beschriebene Drehmomenterfassungseinheit auch für einzelne weitere Antriebe geeignet. So weisen beispielsweise die elektrischen Lokomotiven der Krokodilbauart Gummikupplungen im Antriebsstrang auf, welche die Messung signifikanter drehmomentproportionaler Wege bzw. Verdreh-Winkel ermöglichen. Diese drehmomentproportionalen Wege bzw. Winkel stellen die Ausgangsgrundlage für die verschiedenen Drehmomenterfassungseinheiten dieses Systems dar.
  • Die zweite eingesetzte Komponente dieser Erfindung ist die Fahrtrichtungserkennungseinheit. Hierbei wird auf standardisierte Technik zurückgegriffen. So wird die Fahrtrichtung, analog zur Zugsicherung entweder mit 90 °C versetzten Impulsgebern erfasst und/oder mit einem Radar erfasst und/oder als vorhandenes Signal eingelesen.
  • Die dritte eingesetzte Komponente dieser Erfindung ist die Steuereinheit. Diese hat mindestens diese drei Informationseingänge:
    • 1) Die Information, dass momentan eine Notbremsung stattfindet oder nicht.
    • 2) Die Information des jeweils momentan aufgebrachten Drehmoments jedes einzelnen Antriebes, jeweils gemessen von der Drehmomenterfassungseinheit.
    • 3) Die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges gemessen von der Fahrtrichtungserkennungseinheit und/oder als Eingangssignal.
  • Zusätzlich verfügt die Steuereinheit zur Kommunikation nach außen über mindestens eine Datenschnittstelle und/oder über mindestens eine analoge Ausgangsleitung. Damit sendet sie Daten zur Fahrzeugleittechnik, zum Stromrichter und/oder zur Traktionsabschaltungseinheit.
  • Diese hier beschriebene Steuerung handelt erst, wenn eine Notbremsung stattfindet. So prüft die Steuerung, wie das Drehmoment jedes einzelnen Antriebs hinsichtlich der Drehmomentrichtung zur Fahrtrichtung steht und stellt fest, ob eine verzögernde bzw. bremsende Zugkraft durch die Antriebe aufgebracht wird oder ob keine Zugkraft aufgebracht wird oder ob eine beschleunigende Zugkraft aufgebracht wird. Je nach Präzision der Drehmomenterfassungseinheit ermittelt die Steuerung auch quantitativ die Kräfte.
  • Sofern eine beschleunigende Zugkraft aufgebracht wird, greift diese Steuerungseinheit ein und kommuniziert an den Stromrichter und/oder an die Traktionsabschaltungseinheit, sodass die Traktionskraft der Antriebsmotoren abgeschaltet werden soll. Abhängig vom Zulassungsprozess wird diese Steuereinheit entweder als analoge Schaltung oder digitale Steuerung implementiert.
  • Die vierte eingesetzte Komponente dieser Erfindung ist die Traktionsabschaltungseinheit. Sie wird optional eingesetzt um die Traktionskraft der Antriebsmotoren durch eine Abtrennung der Stromzufuhr abzuschalten, wenn dies durch den Stromrichter nicht realisiert werden kann.
  • Durch das Zusammenspiel dieser drei bzw. vier Komponenten ist es eindeutig möglich, festzustellen ob durch eine Fehlfunktion der Antriebssteuerung beim Bremsen versehentlich eine beschleunigende Antriebskraft aufgebracht wird. Dabei wird mit (aus Sicht eines Zulassungsprozess) nachvollziehbaren Messmethoden ermittelt, ob und in welche Richtung durch die Antriebsmotoren eine Kraft aufgebracht wird. Korreliert mit der Fahrtrichtung lässt sich anhand von (aus Sicht eines Zulassungsprozess) nachvollziehbaren Vergleichsmethoden feststellen, ob diese Antriebskraft der Antriebsmotoren beschleunigend oder verzögernd bzw. bremsend wirkt, sodass letztendlich direkt an den/die Stromrichter und/oder an die Traktionsabschaltungseinheit/en ein Signal zur Abschaltung der Antriebsmotoren gesendet wird.
  • Mit dieser Erfindung ist es daher effektiv möglich, die Bremswege bei einer Notbremsung zu reduzieren und damit die Sicherheit des Bahnsystems zu verbessern.
  • Eine vereinfachte Darstellung der Einbausituation des Sicherheitssystems zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen mit Stromrichtern und Asynchronmotoren wird hierzu in Zeichnung 1 beschrieben. An jedem angetriebenen Rad befindet sich mindestens eine der Drehmomenterfassungseinheiten (101). Weiter verfügt das Schienenfahrzeug über eine Fahrtrichtungserkennungseinheit (102). Diese wird bevorzugt mit zwei 90 Grad versetzten Impulsgebern realisiert, kann aber auch durch ein Boden-Radar ersetzt werden. Zur Steuerung des Gesamtsystems befindet sich bevorzugt im Fahrzeug die Steuereinheit (103). Diese schaltet, wenn sie einen Fehler detektiert hat, mit der Traktionsabschaltungseinheit (104) die Antriebsmotoren ab (ein Fehler entspricht einer beschleunigenden Zugkraftrichtung obwohl eine Notbremsung erfolgt).
  • Die Zeichnung 2 stellt eine mögliche Einbausituation in einem Radsatz dar. Bestehende Bestandsteile sind die Achse (201), die Räder (202), die Hohlwelle (203), das Zahnrad (204) sowie das Achslager (205). Bevorzugt wird am Zahnrad und somit auf der gefederten Seite die Drehmomenterfassungseinheit (206), montiert. Zur Messung einer Verdrehung befindet sich an der Achse (201) ein Mitnehmer (207) welcher in der Drehmomenterfassungseinheit die Metallplatten/Elektroden verschiebt, sodass anhand der Kapazitätsmessung eine Verdrehung gemessen werden kann. Am Ende der Achse beim Achslager befindet sich ein Impulsgeber (208) (wie er schon zur Geschwindigkeitsmessung oder von Zugsicherungssystemen bekannt ist) zur Drehrichtungserfassung.
  • Die Zeichnung 3 stellt eine Ausschnittsdarstellung, einer möglichen Konstruktion, der Drehmomenterfassungseinheit, für eine kapazitive Messung dar. Dabei sind die Metallplatten/Elektroden (301), (302) und (303) zu sehen. Wenn durch eine Verdrehung die Elektrode (301) bspw. nach links verdreht wird, lässt sich eine Kapazität zwischen der Elektrode (301) und (302) messen, sodass anhand des Weges und der Steifigkeit des Systems das wirkende Drehmoment und dessen Richtung messbar ist. Bei einer Verdrehung nach rechts lässt sich eine Kapazität zwischen der Elektrode (301) und (303) messen und ein im Antrieb wirkendes Drehmoment in die Gegenrichtung ableiten. Eine weitere mögliche Konstruktion wäre ein Vertauschen der Elektroden, sodass die Elektrode (302) und (303) auf der inneren Achse ist und die Elektrode (301) auf der äußeren. Dieses Modul hat, wie hier gezeichnet, mindestens diese drei Metallplatten/Elektroden. Das Bauteil kann aber diese Anordnung mehrfach haben um durch eine höhere Kapazität die Messgenauigkeit zu erhöhen.
  • Die Zeichnung 4 stellt eine Ausschnittsdarstellung, einer möglichen Konstruktion, der Drehmomenterfassungseinheit, für eine magnetische Messung dar. Dabei sind die Magnete/Magnetsensoren (401), (402) und (403) zu sehen. Wenn durch eine Verdrehung der Magnetfeldsensor (401) bspw. nach links verdreht wird, lässt sich das Magnetfeld des Magneten (402) messen, sodass die Richtung des wirkenden Drehmomentes erfasst werden kann. Bei einer Verdrehung nach rechts lässt sich das Magnetfeld des Magneten (403) messen und somit ein Drehmoment in die Gegenrichtung ableiten. Dieses Modul hat, wie hier gezeichnet, zwei Magnete und einen Magnetfeldsensor. Das Bauteil kann aber auch mehr Magnete und Magnetfeldsensoren haben und/oder mehrfach vorkommen.
  • Die Zeichnung 5 stellt eine Ausschnittsdarstellung einer möglichen Konstruktion der Drehmomenterfassungseinheit für eine Erfassung anhand von Schaltkontakten dar. Dabei sind die Schaltkontakte (501), (502) und (503) zu sehen. Wenn durch eine Verdrehung der Schaltkontakt (501) bspw. nach links verdreht wird, schließt sich der Stromkreis zu Schaltkontakt (502), sodass die Richtung des wirkenden Drehmomentes erfasst werden kann. Bei einer Verdrehung nach rechts schließt sich der Stromkreis zu Schaltkontakt (503), sodass sich ein Drehmoment in die Gegenrichtung ableiten lässt. Dieses Modul hat, wie hier gezeichnet, drei Schaltkontakte. Das Bauteil kann aber auch mehr Schaltkontakte haben und dadurch feiner das Drehmoment messen und/oder mehrfach vorkommen.
  • Bezugszeichenliste
    • 101 :
    Drehmomenterfassungseinheit (befindet sich zwischen den Radsätzen)
    102 :
    Fahrtrichtungserkennungseinheit (befindet sich am Achslager, wenn es ein Impulsgeber ist)
    103 :
    Steuereinheit
    104 :
    Traktionsabschaltungseinheit
  • Bezugszeichenliste
    • 201 :
    Achse (bestehend)
    202 :
    Rad (bestehend)
    203 :
    Hohlwelle (bestehend)
    204 :
    Zahnrad (bestehend)
    205 :
    Achslager (bestand)
    206 :
    Drehmomenterfassungseinheit
    207 :
    Mitnehmer Drehmomenterfassungseinheit
    208 :
    Drehrichtungsmessung (in diesem Beispiel durch einen Impulsgeber)
  • Bezugszeichenliste
    • 301 :
    Metallplatte/Elektrode auf Achse A
    302 :
    Metallplatte/Elektrode auf Achse B
    303 :
    Metallplatte/Elektrode auf Achse B
  • Bezugszeichenliste
    • 401 :
    Magnetfeldsensor auf Achse A
    402 :
    Magnet auf Achse B
    403 :
    Magnet auf Achse B
  • Bezugszeichenliste
    • 501 :
    Schaltkontakt auf Achse A
    502 :
    Schaltkontakt auf Achse B
    503 :
    Schaltkontakt auf Achse B
  • Beschreibung Zeichnung 1: Vereinfachte Darstellung einer möglichen Einbausituation in einem Schienenfahrzeug
  • Beschreibung Zeichnung 2: Ansicht einer möglichen Einbausituation der Drehmomenterfassungseinheit in einem Hohlwellen-Antrieb und des Mitnehmers für die Drehmomenterfassungseinheit
  • Beschreibung Zeichnung 3: Ausschnittsdarstellung einer Skizze der kapazitiven Drehmomenterfassungseinheit
  • Beschreibung Zeichnung 4: Ausschnittsdarstellung einer Skizze der magnetischen Drehmomenterfassungseinheit
  • Beschreibung Zeichnung 5: Ausschnittsdarstellung der Drehmomenterfassungseinheit mit Schaltkontakten

Claims (10)

  1. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen, wobei es ein Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen mit Stromrichtern und Asynchronmotoren darstellt, welches mit mindestens einer Drehmomenterfassungseinheit (101, 206), welche direkt am Antrieb das jeweilige Drehmoment des jeweiligen Antriebsmotors über den Verdreh- bzw. Feder-Weg misst und mit mindestens einer Fahrtrichtungserkennungseinheit (102, 208) pro Fahrzeug und mit mindestens einer Steuereinheit (103) pro Fahrzeug ermittelt, ob im Falle einer Notbremsung durch mindestens einen Antriebsmotor eine beschleunigende, der Bremskraft entgegengesetzte Zugkraft aufgebracht wird, sodass die Steuereinheit/en (103) dieses Sicherheitssystems, mit einer oder mehreren direkten Traktionsabschaltungseinheit/en (104) und/oder einer Kommunikation an den/die Stromrichter, die von diesem Fehler betroffenen oder alle Antriebsmotoren, während der Notbremsung, außer Betrieb nimmt/nehmen, damit einzig bremsende Kräfte während der Notbremsung wirken.
  2. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1, wobei die Drehmomenterfassungseinheit (101, 206) im Hohlwellen-Antrieb integriert ist und anhand der Verdrehung des drehrichtungsabgefederten Antriebes über den Verdreh-Weg das vorhandene Drehmoment erfasst, wobei der Verdreh-Weg, welcher durch das Drehmoment erzeugt wird,entweder kapazitiv über mindestens ein kapazitives Messelement, bestehend aus mindestens drei Elektroden und/oder über mindestens ein Magnetfeldmesselement, bestehend aus mindestens einem Magnet und mindestens zwei Magnetfeldsensoren oder über mindestens ein Magnetfeldmesselement, bestehend aus mindestens zwei Magneten und mindestens einem Magnetfeldsensor und/oder über mindestens einen mechanischen Schalter, welcher den Weg diskret abtastet und/oder über mindestens einen Dehnmessstreifen, welcher sich auf einem kraftübertragenden Bauteil befindet, gemessen wird.
  3. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 2, wobei die Ausführung mit einer kapazitiven Drehmomenterfassungseinheit (101, 206) so aufgebaut ist, dass sie eine Achse A und eine Achse B mit dem gleichen Drehpunkt hat und auf der Achse A mindestens eine Metallplatte (Elektrode) (301), sowie auf der Achse B mindestens zwei Metallplatten (Elektrode) (302) sowie (Elektrode) (303) positioniert sind, wobei jede Metallplatte auf der Achse A mittig zweier Metallplatten (302, 303) auf der Achse B positioniert, montiert ist und diese parallele Metallplattenanordnung oder Elektroden mehrfach verbaut werden kann und durch die Verdrehung der Achse A zur Achse B eine Kapazitätsänderung, sowie Drehrichtung der parallelen Platten messbar ist, und die Verdrehung hinsichtlich der Einbausituation so realisiert wird, dass eine Achse auf der radial gefederten Seite des Hohlwellen-Antriebs montiert ist jedoch die andere Achse nur durch einen Mitnehmer von der ungefederten Seite des Hohlwellen-Antriebs bewegt wird.
  4. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 2, wobei die Ausführung mit einer Drehmomenterfassungseinheit (101, 206) als Schalter so aufgebaut ist, dass der Schalter anhand des Verdreh-Weges den Ausschlag abtastet, sodass mindestens die Stufen Drehmoment in Richtung 1 und kein Drehmoment und Drehmoment entgegen Richtung 1 erfasst werden.
  5. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 2 und 3, wobei die Ausführung mit einer magnetischen Drehmomenterfassungseinheit (101, 206) so aufgebaut ist, dass sie eine Achse A und eine Achse B mit dem gleichen Drehpunkt hat und auf der Achse A mindestens ein Magnetfeldsensor (401), sowie auf der Achse B mindestens zwei Magnete (402, 403) positioniert sind, wobei der Magnetfeldsensor (401) auf der Achse A mittig zweier auf der Achse B befindlicher Magnete (402, 403) positioniert ist, und diese parallele Anordnung mehrfach verbaut werden kann und durch die Verdrehung der Achse A zur Achse B eine Magnetfeldänderung, sowie Drehrichtung messbar ist, und die Verdrehung hinsichtlich der Einbausituation so realisiert wird, dass eine Achse auf der radial gefederten Seite des Hohlwellen-Antriebs montiert ist, jedoch die andere Achse nur durch einen Mitnehmer von der ungefederten Seite des Hohlwellen-Antriebs bewegt wird.
  6. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1 bis 5, wobei im Falle eines Tatzlager-Antriebs, das Drehmoment parallel zur Drehmomentstütze gemessen wird, sodass die Drehmomenterfassungseinheit (101, 206) nicht als radiales angeordnetes Bauteil, sondern als linear angeordnetes Bauteil ausgeführt wird.
  7. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1, wobei die Fahrtrichtung entweder durch mindestens einen Impulsgeber ermittelt wird und/oder durch mindestens ein Boden-Radar ermittelt wird und/oder als Signal in die Steuerung eingelesen werden kann.
  8. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1 bis 7, wobei die Steuereinheit/en die Informationen der Drehmomenterfassungseinheiten (101, 206) und die Informationen der Fahrtrichtungserkennungseinheit/en (102) und/oder eingelesene Informationen zur Fahrtrichtung und die Information Status Notbremse aktiv und optionale weitere Signale einließt, sodass die Steuereinheit (103) nach der Auswertung die direkte Traktionsabschaltungseinheit/en (104) und/oder dem/den Stromrichter/n die Anweisungen geben kann, Antriebsmotoren abzuschalten.
  9. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1 bis 8, wobei es optional mindestens eine Traktionsabschaltungseinheit (104) geben kann, wenn die Abschaltfunktion der/des Stromrichter/s nicht hinreichend ist, sodass die Traktionsabschaltungseinheit/en die Stromzufuhr der Antriebsmotoren und/oder die Stromzufuhr der Stromrichter unterbricht und somit die Antriebseinheiten außer Betrieb nimmt.
  10. Sicherheitssystem zur Notbremsüberwachung für die Antriebseinheiten von Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1 bis 9, wobei sie während der Notbremsung aktiv wird und die Information, dass eine Notbremsung stattfindet vom Fahrzeug kommuniziert bekommt und dass hinsichtlich der Konstruktion die einzelnen Komponenten und/oder Varianten mehrfach als diversitäre Redundanz verbaut werden können oder auch parallel unabhängig arbeiten können, damit die Zuverlässigkeit, sowie Sicherheit dieses Systems vorhanden ist.
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