DE102021210433A1

DE102021210433A1 - Überwachung der Funktionstüchtigkeit elektrischer Bremswiderstände in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021210433A1
Application number: DE102021210433.9A
Authority: DE
Inventors: Frank Budzinski; Lennart Kilian; Jürgen Quindt
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2021-09-20
Filing date: 2021-09-20
Publication date: 2023-03-23
Also published as: WO2023041318A1; EP4380812A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit zumindest einer elektrische Bremswiderstände aufweisenden Bremswiderstandsbaugruppe, die im Falle eines Bremsbetriebs des Fahrzeugs elektrische Bremsenergie aufnehmen und in Abwärme wandeln können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Bremswiderstände in eine erste und eine zweite Untergruppe aufgeteilt sind, die erste und die zweite Untergruppe elektrisch parallel geschaltet sind, und eine Auswerteinrichtung vorhanden ist, die eine Funktionstüchtigkeit der Bremswiderstände unter Heranziehung einer Messgröße, die einen Differenzstrom zwischen einem durch die erste Untergruppe fließenden ersten Untergruppenstrom und einem durch die zweite Untergruppe fließenden zweiten Untergruppenstrom angibt, überwacht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit zumindest einer elektrische Bremswiderstände aufweisenden Bremswiderstandsbaugruppe, wobei die Bremswiderstände bei einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs bzw. des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs elektrische Bremsenergie aufnehmen und in Abwärme wandeln können.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 203 689 A1 ist ein Schienenfahrzeug bekannt, bei dem eine Bremswiderstandsbaugruppe im Bereich der Fahrzeugaußenhaut schwenkbar gelagert ist und von einer eingeschwenkten Stellung in eine ausgeschwenkte Stellung und umgekehrt durch Schwenken bringbar ist. Durch das Ausschwenken der Bremswiderstandsbaugruppe lässt sich erreichen, dass ein Luftstrom zur Kühlung bzw. Entwärmung der Bremswiderstandsbaugruppe durch eine Öffnung in der Fahrzeugaußenhaut ins Fahrzeuginnere geleitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der eingangs angegebenen Art mit einer Möglichkeit einer Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Bremswiderstände anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug sowie ein Verfahren mit den jeweiligen Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Jeweilige Ausgestaltungen sind in abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bremswiderstände in eine erste und eine zweite Untergruppe aufgeteilt sind, die erste und die zweite Untergruppe elektrisch parallel geschaltet sind, und eine Auswerteinrichtung vorhanden ist, die eine Funktionstüchtigkeit der Bremswiderstände unter Heranziehung einer Messgröße, die einen Differenzstrom zwischen einem durch die erste Untergruppe fließenden ersten Untergruppenstrom und einem durch die zweite Untergruppe fließenden zweiten Untergruppenstrom angibt, überwacht.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist darin zu sehen, dass es durch die Aufteilung der Bremswiderstände in zwei Untergruppen möglich wird, einen Ausfall einzelner Bremswiderstände allein auf der Basis des Differenzstromes bzw. der den Differenzstrom angebenden Messgröße zu bestimmen. Der erfinderische Gedanke besteht darin, dass jeder Ausfall eines Bremswiderstands das Stromverhältnis zwischen den beiden Untergruppen verschiebt und sich diese Verschiebung im Differenzstrom niederschlägt. Eine Überwachung des Differenzstroms lässt somit sehr einfach einen Ausfall von Bremswiderständen erkennen.
Besonders einfach lässt sich der Differenzstrom mit einem Summenstromwandler erfassen. Demgemäß wird es als vorteilhaft angesehen, wenn ein Summenstromwandler vorhanden ist, durch den der erste und der zweite Untergruppenstrom mit zueinander inverser Stromflussrichtung geleitet werden, und der Summenstromwandler die den Differenzstrom zwischen den beiden Untergruppenströmen angebende Messgröße erzeugt und an die Auswerteinrichtung ausgibt.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass ein Widerstandswert der ersten Untergruppe und ein Widerstandswert der zweiten Untergruppe gleich groß sind.
Die Bremswiderstände sind in der jeweiligen Untergruppe vorzugsweise parallel geschaltet.
Gleiche Widerstandswerte der beiden Untergruppen lassen sich besonders einfach und damit vorteilhaft erreichen, wenn die Widerstandswerte aller Bremswiderstände gleich bzw. nahezu gleich groß sind und beide Untergruppen eine gleiche Anzahl parallel geschalteter Bremswiderstände aufweisen.
Die Auswerteinrichtung erzeugt vorzugsweise ein Abweichungssignal, wenn die Messgröße einen Differenzstrom anzeigt, der betragsmäßig einen vorgegebenen Basisschwellenwert überschreitet. Die letztgenannte Variante geht von der Überlegung aus, dass bei Fehlerfreiheit der Differenzstrom Null oder zumindest näherungsweise Null betragen müsste, sodass ein nennenswerter Differenzstrom ein Indiz für einen Fehler darstellt.
Um jederzeit Kenntnis darüber zu haben, wie viele Bremswiderstände bereits ausgefallen sind, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Auswerteinrichtung den Differenzstrom hinsichtlich seines zeitlichen Verlaufs überwacht und bei Auftreten von Differenzstromsprüngen jeweils die Sprungrichtung der Differenzstromsprünge erfasst.
Vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteinrichtung einen ersten Zählerstand und einen zweiten Zählerstand erzeugt, wobei der erste Zählerstand die Anzahl der Sprünge in einer der zwei möglichen Änderungsrichtungen und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände in einer der zwei Untergruppen angibt, und der zweite Zählerstand die Anzahl der Sprünge in der anderen der zwei möglichen Änderungsrichtungen und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände in der anderen Untergruppe angibt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Widerstandswert der ersten Untergruppe um einen vorgegebenen Zusatzwiderstandswert kleiner als der Widerstandswert der zweiten Untergruppe ist, wobei der Zusatzwiderstandswert insbesondere größer als der Widerstandswert jedes einzelnen Bremswiderstands der ersten Untergruppe ist.
Die erste Untergruppe weist vorzugsweise ergänzend einen zu deren Bremswiderständen parallel geschalteten Zusatzwiderstand mit dem Zusatzwiderstandswert auf.
Der Zusatzwiderstandswert des Zusatzwiderstands liegt dabei beispielsweise zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,5-fachen des größten der Widerstandswerte der Bremswiderstände der ersten Untergruppe.
Bei der zweiten Ausführungsvariante wird es außerdem als vorteilhaft angesehen, wenn die erste und die zweite Untergruppe dieselbe Anzahl parallel geschalteter Bremswiderstände mit gleich großen Widerstandswerten aufweisen, wobei die erste Untergruppe ergänzend den Zusatzwiderstand (Rz) aufweist.
Bei der zweiten Ausführungsvariante kann alternativ in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Untergruppe jeweils dieselbe Anzahl parallel geschalteter Bremswiderstände aufweisen, wobei die Widerstandswerte der Bremswiderstände beider Untergruppen mit Ausnahme eines Widerstandes in einer der Untergruppen gleich groß sind. Der Widerstandswert desjenigen Widerstands, der den Ausnahme-Widerstand bildet, ist dabei vorzugsweise doppelt so groß wie der Widerstandswert aller anderen Widerstände.
Die Auswerteinrichtung erzeugt vorzugsweise ein Ausfallsignal, wenn in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs die Messgröße einen Differenzstrom von Null anzeigt. Aufgrund der unterschiedlichen Widerstandswerte der beiden Untergruppen muss während eines Stromflusses, also beispielsweise während des Bremsbetriebs, durch den Zusatzwiderstandswert stets ein Differenzstrom hervorgerufen werden. Ist dies nicht der Fall, liegt eine Störung beispielsweise aufgrund eines Kabelabrisses vor, die von dem Ausfallsignal angezeigt wird.
Die Auswerteinrichtung erzeugt vorzugsweise ein Abweichungssignal, wenn in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs die Messgröße einen Differenzstrom anzeigt, der betragsmäßig von einem vorgegebenen Solldifferenzstromwert abweicht oder von diesem über ein vorgegebenes Maß hinaus abweicht.
Der Solldifferenzstromwert entspricht dabei vorzugsweise dem Stromfluss, der bei Ausfallfreiheit beider Untergruppen beim Bremsbetrieb durch den Zusatzwiderstandswert hervorgerufen werden müsste bzw. durch den Zusatzwiderstandswert fließen müsste.
Auch bei der zweiten Ausführungsvariante wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Auswerteinrichtung den Differenzstrom hinsichtlich seines zeitlichen Verlaufs überwacht und bei Auftreten von Differenzstromsprüngen jeweils die Sprungrichtung der Differenzstromsprünge erfasst.
Dabei erzeugt die Auswerteinrichtung einen ersten Zählerstand und einen zweiten Zählerstand, wobei der erste Zählerstand die Anzahl der Sprünge in einer der zwei möglichen Änderungsrichtungen und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände in einer der zwei Untergruppen angibt und der zweite Zählerstand die Anzahl der Sprünge in der anderen der zwei möglichen Änderungsrichtungen und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände in der anderen Untergruppe angibt.
Die Bremswiderstände sind vorzugsweise passiv gekühlte Bremswiderstände, welche insbesondere als Rohrheizwiderstände ausgestaltet sein können.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Überwachen elektrischer Bremswiderstände eines Fahrzeugs, die bei einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs elektrische Bremsenergie aufnehmen und in Abwärme wandeln können.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Funktionstüchtigkeit der Bremswiderstände, die in eine erste und eine zweite Untergruppe aufgeteilt sind, wobei die erste und die zweite Untergruppe elektrisch parallel geschaltet sind, unter Heranziehung einer Messgröße, die einen Differenzstrom zwischen einem durch eine erste Untergruppe fließenden ersten Untergruppenstrom und einem durch eine zweite Untergruppe fließenden zweiten Untergruppenstrom angibt, überwacht wird.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren in einem Schienenfahrzeug, insbesondere einem Schienenfahrzeug für den Hochgeschwindigkeitsbereich, angewendet werden.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und dessen vorteilhafte Ausgestaltungen verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen beispielhaft

1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeug von der Seite,
2 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeug von der Seite,
3 ein Ausführungsbeispiel für eine Bremswiderstandsbaugruppe für die Schienenfahrzeuge gemäß den 1 und 2,
4 einen möglichen zeitlichen Verlauf von Differenzstromsprüngen im Falle von Ausfällen von Bremswiderständen der Bremswiderstandsbaugruppe gemäß 3,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Bremswiderstandsbaugruppe für die Schienenfahrzeuge gemäß den 1 und 2, und
6 einen möglichen zeitlichen Verlauf von Differenzstromsprüngen im Falle von Ausfällen von Bremswiderständen der Bremswiderstandsbaugruppe gemäß 5.

In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung von der Seite ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug 10. Das Schienenfahrzeug 10, beispielsweise ein für eine maximale Geschwindigkeit von 250 km/h ausgelegtes Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeug, ist mit einer oder mehreren Bremseinrichtungen 20 ausgestattet, die jeweils eine oder mehrere Gruppen von Bremswiderständen aufweisen. In der 1 ist eine solche Gruppe an Bremswiderständen angedeutet. Diese Gruppe wird nachfolgend auch Bremswiderstandsbaugruppe 30 genannt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bildet die Bremswiderstandsbaugruppe 30 selbst einen Abschnitt A der Fahrzeughülle 11, der dauerhaft geschlossen und außen glatt ist und bei Fahrt des Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeugs 10 vom Fahrtwind F aerodynamisch verwirbelungsfrei umströmt wird. Der dauerhaft geschlossene Abschnitt A der Fahrzeughülle 11 ist vorzugsweise frei von Hilfsbetrieben, d.h. er weist keine mechanisch beweglichen Teile zur Beeinflussung des den Abschnitt A bzw. die Fahrzeughülle 11 passierenden Luftstroms bzw. Fahrtwinds F auf.
Wird das Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeug 10 bei einer Fahrt entlang der Pfeilrichtung P, also bei einer Fahrt von rechts nach links in 1, mittels der Bremseinrichtung 20 gebremst, so wird von einem nicht weiter gezeigten elektrodynamischen Generator 21 der elektrodynamischen Bremseinrichtung 20 ein Bremsstrom I in die Bremswiderstandsbaugruppe 30 eingespeist. Der Bremsstrom I führt zu einem Erwärmen der Bremswiderstandsbaugruppe 30. Die Wärme wird vorzugsweise überwiegend, insbesondere zu über 90 %, über Konvektion an den die Fahrzeughülle 11 und damit den Abschnitt A umströmenden Fahrtwind F bzw. an die Umgebungsluft abgegeben. Mit anderen Worten erfolgt die Wärmeabgabe also maßgeblich durch Konvektion, und weniger bzw. nur vernachlässigbar über die Abgabe von Wärmestrahlung.
Bei der Ausführungsvariante gemäß 1 bildet die Bremswiderstandsbaugruppe 30 selbst unmittelbar den vom Fahrtwind F außen umströmten Abschnitt A der Fahrzeughülle 11. Alternativ kann die Bremswiderstandsbaugruppe 30 auch in unmittelbarer Nähe zu einem vom Fahrtwind F außen umströmten Abschnitt A der Fahrzeughülle 11 angeordnet sein. Eine solche Ausführungsvariante zeigt beispielhaft die 2. Trotz des gewissen Abstands d zwischen der Bremswiderstandsbaugruppe 30 und der Fahrzeughülle 11 kann die Wärme dennoch in Richtung der Fahrzeughülle 11 abfließen und dort durch Konvektion an die Umgebungsluft bzw. den Fahrtwind F abgegeben werden.
Auch ist es möglich, dass die Bremswiderstände der Bremswiderstandsbaugruppe 30 von Luft durchströmt werden, um eine Wärmeabfuhr zu verbessern. Beispielsweise kann, wie in der eingangs aufgeführten Offenlegungsschrift DE 10 2015 203 689 A1 offenbart ist, durch das Ausschwenken der Bremswiderstandsbaugruppe erreicht werden, dass ein Luftstrom zur Kühlung bzw. Entwärmung der Bremswiderstandsbaugruppe durch eine Öffnung in der Fahrzeugaußenhaut ins Fahrzeuginnere geleitet wird.
Bei den Bremswiderständen der Bremswiderstandsbaugruppe 30 handelt es sich vorzugsweise um passiv gekühlte Rohrheizelemente.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Bremswiderstandsbaugruppe 30, die bei den Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeugen 10 gemäß 1 oder 2 eingesetzt werden kann, näher im Detail.
Die Bremswiderstandsbaugruppe 30 gemäß 3 umfasst eine erste Untergruppe UG1 und eine zweite Untergruppe UG2, die jeweils ein oder mehr Bremswiderstände aufweisen. Die erste Untergruppe UG1 umfasst bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Bremswiderstände R1 bis Ri (i ist eine natürliche Zahl) und die zweite Untergruppe UG2 die Bremswiderstände Ri+1 bis Rn (n ist eine natürliche Zahl mit n > i).
Die Bremswiderstände R1-Rn sind in ihrer jeweiligen Untergruppe UG1 bzw. UG2 parallel geschaltet. Die zwei Untergruppen UG1 und UG2 sind ebenfalls relativ zueinander zwischen die Anschlüsse A1 und A2 der Bremswiderstandsbaugruppe 30 parallel geschaltet.
Ein durch die erste Untergruppe UG1 fließender erster Untergruppenstrom Ig1 und ein durch die zweite Untergruppe UG2 fließender zweiter Untergruppenstrom Ig2 werden mit zueinander inverser Stromflussrichtung durch einen Summenstromwandler 40 geleitet, der einen den Differenzstrom Id=Igl-Ig2 zwischen den beiden Untergruppenströmen Ig1 und Ig2 angebende Messgröße M erzeugt und diese an eine nachgeordnete Auswerteinrichtung 50 ausgibt.
Die Auswerteinrichtung 50 überwacht die Funktionstüchtigkeit der Bremswiderstände R1-Rn unter Heranziehung der Messgröße M.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Widerstandswert Rg1 der ersten Untergruppe UG1 und der Widerstandswert Rg2 der zweiten Untergruppe UG2 und damit auch die entsprechende Leitwerte gleich groß sind, also gilt: $\sum_{p = 1}^{i} 1 / R_{p} = \sum_{p = i + 1}^{n} 1 / R_{p}$
Die Gleichheit der Widerstandswerte Rg1 und Rg2 beider Untergruppen UG1 und UG2 kann in einfacher Weise und mit minimaler Anzahl unterschiedlicher Bauteile erreicht werden, wenn alle Bremswiderstände R1-Rn beider Untergruppen UG1 und UG2 (unter Berücksichtigung üblicher Bauteiletoleranzen bzw. zumindest nominal) gleich groß sind und die Untergruppen UG1 und UG2 jeweils dieselbe Anzahl an Bremswiderstände R1-Rn aufweisen, also gilt: $i = n/2,$
wobei n eine gerade Zahl ist.
Geht man weiterhin beispielhaft davon aus, dass bei Inbetriebnahme der Bremswiderstandsbaugruppe 30 zum Zeitpunkt t=0 diese fehlerfrei arbeitet und alle Bremswiderstände R1-Rn von einem Teilstrom durchflossen werden, so ist der Differenzstrom Id gleich Null, weil beide Untergruppenströme Ig1 und Ig2 gleich groß sind: $Id (t = 0) = Ig1 (t = 0) - Ig2 (t = 0) = 0$
Falls nun in einer der Untergruppen UG1 und UG2 einer der Bremswiderstände R1-Rn ausfällt und von keinem Strom mehr durchflossen wird, so wird sich dies auf den Differenzstrom Id auswirken.
Die 4 zeigt beispielhaft den Verlauf des Differenzstroms Id über der Zeit t während des Bremsbetriebs und für den Fall, dass zunächst in der zweiten Untergruppe UG2 nacheinander zwei der Bremswiderstände Ri+1 bis Rn ausfallen und anschließend in der ersten Untergruppe UG1 nacheinander drei der Bremswiderstände R1-Ri ausfallen.
Es lässt sich erkennen, dass aufgrund des Ausfalls zweier der Bremswiderstände Ri+1 bis Rn in der zweiten Untergruppe UG2 der Differenzstrom Id zunächst in positiver Richtung ansteigen wird, weil anteilig mehr Strom durch die erste Untergruppe UG1 fließen wird als durch die zweite. Es treten zwei zeitlich versetzte Differenzstromsprünge S auf, deren Sprungrichtung anzeigt, dass der Fehler in der zweiten Untergruppe UG2 aufgetreten ist.
Die Auswerteinrichtung 50 erfasst diese Differenzstromsprünge S und erzeugt einen ersten Zählerstand Z1 und einen zweiten Zählerstand Z2.
Der erste Zählerstand Z1 gibt die Anzahl der Differenzstromsprünge S in der positiven Änderungsrichtung und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände in der zweiten Untergruppe UG2 an.
Der zweite Zählerstand Z2 gibt die Anzahl der Differenzstromsprünge S in der negativen Änderungsrichtung und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände in der ersten Untergruppe UG1 an.
Bis zum Zeitpunkt t1 (siehe 4) sind beide Zählerstände Z1 und Z2 gleich groß und betragen Null.
Zum Zeitpunkt t1 fällt einer der Bremswiderstände Ri+1 bis Rn in der zweiten Untergruppe UG2 aus, wodurch ein Differenzstromsprung S in der positiven Änderungsrichtung hervorgerufen und der erste Zählerstand Z1 von Null auf Eins gesetzt wird. Der Differenzstrom Id ist nun größer als Null und beträgt beispielsweise Id0.
Zum Zeitpunkt t2 fällt ein weiterer der Bremswiderstände Ri+1 bis Rn in der zweiten Untergruppe UG2 aus, wodurch wieder ein Differenzstromsprung S in der positiven Änderungsrichtung hervorgerufen und der erste Zählerstand Z1 von Eins auf Zwei erhöht wird. Der Differenzstrom Id hat sich nun verdoppelt und beträgt beispielsweise 2*Id0.
Zum Zeitpunkt t3 fällt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ein erster der Bremswiderstände R1-Ri in der ersten Untergruppe UG1 aus, wodurch ein Differenzstromsprung S in der negativen Änderungsrichtung hervorgerufen und der zweite Zählerstand Z2 von Null auf Eins gesetzt wird. Der Differenzstrom Id verringert sich dabei betragsmäßig, weil der Differenzstromsprung S in der negativen Änderungsrichtung einen der vorherigen Differenzstromsprünge S in der positiven Änderungsrichtung kompensiert. Der Differenzstrom Id beträgt nun wieder Id0.
Zum Zeitpunkt t4 fällt ein zweiter der Bremswiderstände R1-Ri in der ersten Untergruppe UG1 aus, wodurch ein weiterer Differenzstromsprung S in der negativen Änderungsrichtung hervorgerufen und der zweite Zählerstand Z2 von Eins auf Zwei gesetzt wird. Der Differenzstrom Id verringert sich dabei wieder betragsmäßig, weil der Differenzstromsprung S in der negativen Änderungsrichtung einen der vorherigen Differenzstromsprünge S in der positiven Änderungsrichtung kompensiert.
Der Differenzstrom Id beträgt nun wieder Null. Zu diesem Zeitpunkt t4 lässt der Differenzstrom Id also keinen Fehler mehr erkennen, da er dem Differenzstrom Id(t=0) im fehlerfreien Ausgangszustand entspricht.
Zum Zeitpunkt t5 fällt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ein dritter der Bremswiderstände R1-Ri in der ersten Untergruppe UG1 aus, wodurch ein weiterer Differenzstromsprung S in der negativen Änderungsrichtung hervorgerufen und der zweite Zählerstand Z2 von Zwei auf Drei gesetzt wird. Der Differenzstrom Id verringert sich dabei wieder und beträgt nun -Id0.
Zusammengefasst überwacht die Auswerteinrichtung 50 den Differenzstrom Id bzw. die korrespondierende Messgröße M hinsichtlich seines zeitlichen Verlaufs und zählt Ausfallereignisse mit, sodass stets die Information vorliegt, wie viele der Bremswiderstände R1-Rn in jeder der beiden Untergruppen UG1 und UG2 zwischenzeitlich ausgefallen sind.
Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Bremswiderstandsbaugruppe 30, die bei den Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeugen 10 gemäß 1 oder 2 eingesetzt werden kann, näher im Detail.
Die Bremswiderstandsbaugruppe 30 gemäß 5 umfasst eine erste und eine zweite Untergruppe UG1 und UG2, die jeweils ein oder mehr Bremswiderstände aufweisen. Die erste Untergruppe UG1 umfasst die Bremswiderstände R1-Ri und die zweite Untergruppe UG2 die Bremswiderstände Ri+1 bis Rn (mit n > i). Die Bremswiderstände R1-Rn sind in ihrer Untergruppe UG1 und UG2 jeweils parallel geschaltet und die zwei Untergruppen UG1 und UG2 sind ebenfalls relativ zueinander parallel geschaltet.
Bezüglich des Summenstromwandlers 40 und der Auswerteinrichtung 50 gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit 3 entsprechend.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Widerstandswert Rg1 der ersten Untergruppe UG1 kleiner als der Widerstandswert Rg2 der zweiten Untergruppe UG2 ist und auch die entsprechenden Leitwerte ungleich groß sind, also gilt: $Rg1 \neq Rg2$
Die Ungleichheit der Widerstandswerte Rg1 und Rg2 beider Untergruppen UG1 und UG2 kann in einfacher Weise und mit minimaler Anzahl unterschiedlicher Bauteile erreicht werden, wenn alle Bremswiderstände R1-Rn beider Untergruppen UG1 und UG2 (unter Berücksichtigung üblicher Bauteiletoleranzen bzw. zumindest nominal) gleich groß sind und bei der ersten Untergruppe UG1 ein Zusatzwiderstand Rz parallel geschaltet wird.
Geht man davon aus, dass bei Inbetriebnahme der Bremswiderstandsbaugruppe 30 diese insgesamt fehlerfrei arbeitet und alle Bremswiderstände R1-Rn von einem Teilstrom durchflossen werden, so ist der Differenzstrom Id - im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 - wegen des Zusatzwiderstands Rz von vornherein ungleich Null. Dies zeigt beispielhaft die 5 mit einem Differenzstrom Id=I0/2 im fehlerfreien Ausgangszustand.
Der Differenzstrom Id im fehlerfreien Ausgangszustand ermöglich eine weitere Fehlerüberwachung der gesamten Bremswiderstandsbaugruppe 30. Würde ein Stromfluss durch die Bremswiderstandsbaugruppe 30 komplett unterbrochen werden, also die gesamte Bremswiderstandsbaugruppe 30 ausfallen, so wird der Differenzstrom Id auf Null fallen. In diesem Falle erzeugt die Auswerteinrichtung 50 ein Ausfallsignal AFS, das diesen Gesamtausfall anzeigt.
Fällt nun in einer der Untergruppen UG1 und UG2 einer der Bremswiderstände R1-Rn aus und wird von keinem Strom mehr durchflossen, so wird sich dies wieder auf den Differenzstrom Id auswirken, wie dies oben im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert wurde. Geht man von dem im Zusammenhang mit den 3 und 4 beispielhaft erläuterten Ausfallszenario mit zunächst zwei Ausfällen in der zweiten Untergruppe UG2 und drei nachfolgenden Ausfällen in der ersten Untergruppe UG1 aus, so ergibt sich ein Verlauf an Differenzstromsprüngen und Zählerständen Z1 und Z2, wie er beispielhaft in der 6 während eines Bremsbetriebs gezeigt ist.
Bezugszeichenliste

10: Schienenfahrzeug
11: Fahrzeughülle
20: Bremseinrichtung
21: Generator
30: Bremswiderstandsbaugruppe
40: Summenstromwandler
50: Auswerteinrichtung
A: Abschnitt
A1: Anschluss
A2: Anschluss
AFS: Ausfallsignal
d: Abstand
F: Fahrtwind
i: natürliche Zahl
I: Bremsstrom
Id: Differenzstrom
Ig1: Untergruppenstrom
Ig2: Untergruppenstrom
M: Messgröße
n: natürliche Zahl
P: Pfeilrichtung
R: Bremswiderstand
Rg1: Widerstandswert
Rg2: Widerstandswert
Rz: Zusatzwiderstand
S: Differenzstromsprünge
t: Zeit
t1-t5: Zeitpunkt
UG1: Untergruppe
UG2: Untergruppe
X: Fahrzeuglängsrichtung
Z1: Zählerstand
Z2: Zählerstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015203689 A1 [0002, 0035]

Claims

Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (10), mit zumindest einer elektrische Bremswiderstände (R1-Rn) aufweisenden Bremswiderstandsbaugruppe (30), die bei einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs elektrische Bremsenergie aufnehmen und in Abwärme wandeln können, dadurch gekennzeichnet, dass - die Bremswiderstände (R1-Rn) in eine erste und eine zweite Untergruppe (UG1, UG2) aufgeteilt sind, - die erste und die zweite Untergruppe (UG1, UG2) elektrisch parallel geschaltet sind, und - eine Auswerteinrichtung (50) vorhanden ist, die eine Funktionstüchtigkeit der Bremswiderstände (R1-Rn) unter Heranziehung einer Messgröße (M), die einen Differenzstrom (Id) zwischen einem durch die erste Untergruppe (UG1) fließenden ersten Untergruppenstrom (Ig1) und einem durch die zweite Untergruppe (UG2) fließenden zweiten Untergruppenstrom (Ig2) angibt, überwacht.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Summenstromwandler (40) vorhanden ist, durch den der erste und der zweite Untergruppenstrom (Ig1, Ig2) mit zueinander inverser Stromflussrichtung geleitet werden, und - der Summenstromwandler (40) die den Differenzstrom (Id) zwischen den beiden Untergruppenströmen (Ig1, Ig2) angebende Messgröße (M) erzeugt und an die Auswerteinrichtung (50) ausgibt.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstandswert der ersten Untergruppe (UG1) und ein Widerstandswert der zweiten Untergruppe (UG2) gleich groß sind.
Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Bremswiderstände (R1-Rn) in der jeweiligen Untergruppe (UG1, UG2) parallel geschaltet sind, und - Widerstandswerte der Bremswiderstände (R1-Rn) gleich groß sind.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (50) ein Abweichungssignal erzeugt, wenn die Messgröße (M) einen Differenzstrom (Id) anzeigt, der betragsmäßig einen vorgegebenen Basisschwellenwert überschreitet.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (50) den Differenzstrom (Id) hinsichtlich seines zeitlichen Verlaufs überwacht und bei Auftreten von Differenzstromsprüngen (S) jeweils die Sprungrichtung der Differenzstromsprünge (S) erfasst und einen ersten Zählerstand (Z1) und einen zweiten Zählerstand (Z2) erzeugt, wobei - der erste Zählerstand (Z1) die Anzahl der Sprünge in einer der zwei möglichen Änderungsrichtungen und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände (R1-Rn) in einer der zwei Untergruppen (UG1, UG2) angibt, und - der zweite Zählerstand (Z2) die Anzahl der Sprünge in der anderen der zwei möglichen Änderungsrichtungen und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände (R1-Rn) in der anderen Untergruppe (UG1, UG2) angibt.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandswert (RG1) der ersten Untergruppe (UG1) um einen Zusatzwiderstandswert kleiner als der Widerstandswert (Rg2) der zweiten Untergruppe (UG2) ist, wobei der Zusatzwiderstandswert insbesondere größer als der Widerstandswert jedes einzelnen Bremswiderstands (R1-Rn) der ersten Untergruppe (UG1) ist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Untergruppe (UG1) ergänzend einen zu deren Bremswiderständen (R1-Rn) parallel geschalteten Zusatzwiderstand (Rz) mit dem Zusatzwiderstandswert aufweist, wobei der Zusatzwiderstandswert des Zusatzwiderstands (Rz) insbesondere zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,5-fachen des größten der Widerstandswerte der Bremswiderstände (R1-Rn) der ersten Untergruppe (UG1) liegt.
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (UG1) und die zweite Untergruppe (UG2) dieselbe Anzahl parallel geschalteter Bremswiderstände (R1-Rn) mit gleich großen Widerstandswerten aufweisen, wobei die erste Untergruppe (UG1) ergänzend den Zusatzwiderstand (Rz) aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (UG1) und die zweite Untergruppe (UG2) dieselbe Anzahl parallel geschalteter Bremswiderstände (R1-Rn) aufweisen, wobei die Widerstandswerte der Bremswiderstände (R1-Rn) beider Untergruppen (UG1, UG2) mit Ausnahme eines Widerstandes in einer der Untergruppen (UG1, UG2) gleich groß sind.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (50) ein Ausfallsignal (AFS) erzeugt, wenn in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs die Messgröße (M) einen Differenzstrom (Id) von Null anzeigt.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass - die Auswerteinrichtung (50) ein Abweichungssignal erzeugt, wenn in einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs die Messgröße (M) einen Differenzstrom (Id) anzeigt, der betragsmäßig von einem vorgegebenen Solldifferenzstromwert abweicht oder von diesem über ein vorgegebenes Maß hinaus abweicht, - wobei der Solldifferenzstromwert dem Stromfluss entspricht, der bei Ausfallfreiheit beider Untergruppen (UG1, UG2) beim Bremsbetrieb durch den Zusatzwiderstandswert (Rz) hervorgerufen werden müsste bzw. durch den Zusatzwiderstand (Rz) fließen müsste.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (50) den Differenzstrom (Id) hinsichtlich seines zeitlichen Verlaufs überwacht und bei Auftreten von Differenzstromsprüngen (S) jeweils die Sprungrichtung der Differenzstromsprünge (S) erfasst und einen ersten Zählerstand (Z1) und einen zweiten Zählerstand (Z2) erzeugt, wobei - der erste Zählerstand (Z1) die Anzahl der Sprünge in einer der zwei möglichen Änderungsrichtungen und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände (R1-Rn) in einer der zwei Untergruppen (UG1, UG2) angibt, und - der zweite Zählerstand (Z2) die Anzahl der Sprünge in der anderen der zwei möglichen Änderungsrichtungen und damit die Anzahl der ausgefallenen Bremswiderstände (R1-Rn) in der anderen Untergruppe (UG1, UG2) angibt.
Verfahren zum Überwachen elektrischer Bremswiderstände (R1-Rn) eines Fahrzeugs, die bei einem Bremsbetrieb des Fahrzeugs elektrische Bremsenergie aufnehmen und in Abwärme wandeln können, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionstüchtigkeit der Bremswiderstände (R1-Rn), die in eine erste und eine zweite Untergruppe (UG1, UG2) aufgeteilt sind, wobei die erste und die zweite Untergruppe (UG1, UG2) elektrisch parallel geschaltet sind, unter Heranziehung einer Messgröße (M), die einen Differenzstrom (Id) zwischen einem durch eine erste Untergruppe (UG1) fließenden ersten Untergruppenstrom (Ig1) und einem durch eine zweite Untergruppe (UG2) fließenden zweiten Untergruppenstrom (Ig2) angibt, überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgestaltet ist.