DE102022109462A1

DE102022109462A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Magnetschienenbremse, Magnetschienenbremse und Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102022109462A1
Application number: DE102022109462.6A
Authority: DE
Inventors: Volker Jörgl; Daniel Tippelt; Michael Kassan; Alexandr Hruby; Reinhard Loebner; Ulrich Wermund; Jens Galander
Original assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse GmbH
Current assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse GmbH
Priority date: 2022-04-19
Filing date: 2022-04-19
Publication date: 2023-10-19
Also published as: WO2023202962A1

Abstract

Eine Vorrichtung (110) zum Betreiben einer Magnetschienenbremse (102) umfasst einen Tank zum Bevorraten von Hydraulikflüssigkeit, eine Druckspeichereinrichtung, eine Pumpeinrichtung, die ausgebildet ist, um Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank zu der Druckspeichereinrichtung zu fördern, um die Druckspeichereinrichtung mit Druck zu beaufschlagen, einen Bremsanschluss, der zum Bereitstellen eines Bremsdrucks an die weitere Bremseinrichtung (104) des Schienenfahrzeugs (100) mit der Druckspeichereinrichtung koppelbar ist, und einen Aufhängungsanschluss zu einer Hydraulikeinrichtung einer zweistufigen Aufhängung der Magnetschienenbremse (102), wobei der Aufhängungsanschluss zum Bereitstellen eines Betätigungsdrucks (112) an die Hydraulikeinrichtung schaltbar mit der Druckspeichereinrichtung koppelbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Magnetschienenbremse, auf eine Magnetschienenbremse und auf ein Schienenfahrzeug.
Magnetschienenbremsen eignen sich für unterschiedliche Typen von Schienenfahrzeugen. Sie werden beispielsweise als Ergänzung zu weiteren Bremseinrichtungen der Schienenfahrzeuge eingesetzt.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Magnetschienenbremse, eine verbesserte Magnetschienenbremse und ein verbessertes Schienenfahrzeug zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Magnetschienenbremse, eine Magnetschienenbremse und ein Schienenfahrzeug gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
Der beschriebene Ansatz eignet sich insbesondere für ein Schienenfahrzeug, das neben einer Magnetschienenbremse und eine weitere Bremseinrichtung umfasst.
Bei dem Schienenfahrzeug kann es sich um ein schienengebundenes Verkehrsmittel für den Transport von Gütern oder Personen handeln. Bei der weiteren Bremseinrichtung kann es sich um eine hydraulisch betätigbare Bremseinrichtung handeln, also eine Hydraulikbremse darstellen. Mit der weiteren Bremseinrichtung kann auf bekannte Weise beispielsweise ein Rad oder eine Achse des Schienenfahrzeugs gebremst werden. Beispielsweise kann die weitere Bremseinrichtung als eine Scheibenbremse oder Backenbremse ausgeformt sein. Die Magnetschienenbremse kann entsprechend bekannter Magnetschienenbremsen direkt auf eine Schiene wirken.
Die Magnetschienenbremse kann einen Bremsmagneten und eine zweistufige Aufhängung umfassen. Die zweistufige Aufhängung ermöglicht ein Verfahren des Bremsmagneten typischerweise in vertikaler Richtung, um den Bremsmagneten in unterschiedlichen Abständen zu einer Schiene Positionieren zu können. Die Magnetschienenbremse kann eine Federeinrichtung zum Bereitstellen einer Federkraft zum Entgegenwirken einer Gewichtskraft des Bremsmagneten umfassen. Ferner kann die Magnetschienenbremse eine Hydraulikeinrichtung zum Bewegen des Bremsmagneten unter Verwendung eines Betätigungsdrucks in eine einer Hochaufhängung entsprechenden Hochposition umfassen. Beispielsweise kann der Bremsmagnet unter Verwendung der Hydraulikeinrichtung von einer einer Tiefaufhängung entsprechenden Tiefposition in die Hochposition verfahren werden. In der Tiefposition kann sich der Bremsmagnet im betriebsbereiten Zustand der Magnetschienenbremse näher an der Schiene als in der Hochposition befinden. Die Federeinrichtung kann zumindest eine Feder umfassen, beispielsweise eine Spiralfeder. Die Hydraulikeinrichtung kann zumindest einen Hydraulikzylinder umfassen. Unter Verwendung der Federeinrichtung kann der Bremsmagnet nach einem Bremsvorgang von der Schiene abgehoben werden.
Die Magnetschienenbremse kann vorteilhafterweise unter Verwendung einer Vorrichtung betrieben werden, die sowohl den Betätigungsdruck zum Bewegen des Bremsmagneten als auch einen Bremsdrucks zum Betätigen der weiteren Bremseinrichtung bereitstellen kann.
Eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Magnetschienenbremse weist die folgenden Merkmale auf:

einen Tank zum Bevorraten von Hydraulikflüssigkeit oder eine Schnittstelle zu dem Tank;
eine Druckspeichereinrichtung oder eine Schnittstelle zu der Druckspeichereinrichtung;
eine Pumpeinrichtung, die ausgebildet ist, um Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank zu der Druckspeichereinrichtung zu fördern, um die Druckspeichereinrichtung mit Druck zu beaufschlagen;
einen Bremsanschluss, der zum Bereitstellen eines Bremsdrucks für die weitere Bremseinrichtung des Schienenfahrzeugs mit der Druckspeichereinrichtung gekoppelt oder koppelbar ist; und
einen Aufhängungsanschluss zu der Hydraulikeinrichtung der zweistufigen Aufhängung, wobei der Aufhängungsanschluss zum Bereitstellen des Betätigungsdrucks an die Hydraulikeinrichtung schaltbar mit der Druckspeichereinrichtung gekoppelt oder koppelbar ist.

Bei der Hydraulikflüssigkeit kann es sich um Hydrauliköl handeln. Die Druckspeichereinrichtung kann ausgebildet sein, um unter Druck gesetzte Hydraulikflüssigkeit zu speichern. Beispielsweise kann die Druckspeichereinrichtung dazu zumindest einen auf bekannte Weise ausgeformten Membranspeicher umfassen. Bei der Pumpeinrichtung kann es sich um eine bekannte Hydraulikpumpe handeln. Der Bremsanschluss kann beispielsweise unter Verwendung eines schaltbaren Ventils je nach Ventilstellung entweder fluidisch mit der Druckspeichereinrichtung verbunden oder von der Druckspeichereinrichtung abgetrennt sein. Entsprechend kann der Aufhängungsanschluss unter Verwendung eines schaltbaren Ventils je nach Ventilstellung entweder fluidisch mit der Druckspeichereinrichtung verbunden oder von der Druckspeichereinrichtung abgetrennt sein. Auf diese Weise kann der in der Druckspeichereinrichtung gespeicherte Druck sowohl zum Betätigen der weiteren Bremseinrichtung als auch zum Verfahren des Bremsmagneten der Magnetschienenbremse verwendet werden.
Die Vorrichtung kann eine schaltbare Ventileinrichtung umfassen, die ausgebildet sein kann, um in einer ersten Ventilstellung den Aufhängungsanschluss mit der Druckspeichereinrichtung zu verbinden und in einer zweiten Ventilstellung den Aufhängungsanschluss von der Druckspeichereinrichtung zu trennen. Somit kann eine gewünschte Position des Bremsmagneten einfach durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtung eingestellt werden.
Die Ventileinrichtung kann ausgebildet sein, um in der zweiten Ventilstellung den Aufhängungsanschluss mit einem Tankrücklauf des Tanks zu verbindenden. Auf diese Weise kann ein auf die Hydraulikeinrichtung wirkender Betätigungsdrucks abgebaut werden.
Die Vorrichtung kann einen Steueranschluss zum Empfangen eines Steuersignals zum Umschalten der Ventileinrichtung zwischen der ersten Ventilstellung und der zweiten Ventilstellung umfassen. Beispielsweise kann über den Steueranschluss ein elektrisches Steuersignal empfangen werden. Auf diese Weise kann die Vorrichtung beispielsweise an eine Bremssteuereinrichtung des Schienenfahrzeugs angebunden werden.
Die Druckspeichereinrichtung kann einen Bremsdruckspeicher und einen Aufhängungsspeicher umfassen. Somit kann die Pumpeinrichtung ausgebildet sein, um die Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank zu dem Bremsdruckspeicher und dem Aufhängungsspeicher zu fördern, um den Bremsdruckspeicher und den Aufhängungsspeicher mit dem Druck zu beaufschlagen. Entsprechend kann der Bremsanschluss mit dem Bremsdruckspeicher und der Aufhängungsanschluss schaltbar mit dem Aufhängungsspeicher koppelbar sein. Durch die Verwendung zweiter separater Druckspeicher kann die Betriebssicherheit erhöht werden.
Die Vorrichtung kann ein Rückschlagventil umfassen, das zwischen den Bremsdruckspeicher und den Aufhängungsspeicher geschaltet sein kann. Auf diese Weise kann ein Druckabfall von dem Aufhängungsspeicher in Richtung des Bremsdruckspeichers verhindert werden.
Die Vorrichtung kann ein Ablassventil umfassen, das zwischen den Aufhängungsspeicher und den Tank geschaltet ist. Das Ablassventil kann ein automatisiert oder manuell betätigbares Ventil darstellen. Das Ablassventil kann ein Abbauen von in dem Aufhängungsspeicher aufgebauten Druck ermöglichen, beispielsweise zur Durchführung von Wartungsarbeiten.
Ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Magnetschienenbremse für ein die Magnetschienenbremse und eine weitere Bremseinrichtung umfassendes Schienenfahrzeug umfasst die folgenden Schritte:

Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank zu einer Druckspeichereinrichtung, um die Druckspeichereinrichtung mit Druck zu beaufschlagen;
Ausgeben eines Bremsdrucks für die weitere Bremseinrichtung an einem mit der Druckspeichereinrichtung gekoppelten Bremsanschluss; und
Schaltbares Koppeln eines Aufhängungsanschluss zu der Hydraulikeinrichtung der Magnetschienenbremse mit der Druckspeichereinrichtung, um den Betätigungsdruck bereitzustellen.

Die Schritte des Verfahrens können vorteilhafterweise unter Verwendung von Einrichtungen der genannten Vorrichtung umgesetzt werden.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine Darstellung einer Magnetschienenbremse gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben einer Magnetschienenbremse gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Magnetschienenbremse gemäß einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Schienenfahrzeug 100 weist zumindest eine Magnetschienenbremse 102 und zumindest eine weitere Bremseinrichtung 104. Zum Abbremsen des Schienenfahrzeugs 100 kann die Magnetschienenbremse 102 und zusätzlich oder alternativ die weitere Bremseinrichtung 104 verwendet werden. Die Magnetschienenbremse 102 ist ausgebildet, um eine Bremskraft im Zusammenspiel mit einer Schiene 106 zu erzeugen, hier eine Schiene 106 einer Eisenbahntrasse. Die weitere Bremseinrichtung 104 ist beispielsweise ausgebildet, um eine auf ein Rad 108 des Schienenfahrzeugs 100 wirkende Bremskraft zu erzeugen.
Die Magnetschienenbremse 102 wird unter Verwendung einer Vorrichtung 110 betreiben. Die Vorrichtung 110 ist ausgebildet, um einen hydraulischen Betätigungsdruck 112 an eine Hydraulikeinrichtung der Magnetschienenbremse 102 bereitzustellen. Über die Hydraulikeinrichtung kann eine Position eines Bremsmagneten der Magnetschienenbremse 102 relativ zu der Schiene 106 eingestellt werden. Ferner ist die Vorrichtung 110 ausgebildet, um einen Bremsdruck 114 für die weitere Bremseinrichtung 104 bereitzustellen. Unter Verwendung des Bremsdrucks 114 kann die weitere Bremseinrichtung 104 beispielsweise aktiviert werden.
Optional wird ein Steuerstrom 116 zum Aktivieren einer Spule des Bremsmagneten bereitgestellt, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Unter Verwendung des Steuerstroms 116 kann die Magnetschienenbremse 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel aktiviert werden, beispielsweise um eine Notbremsanforderung eines Fahrers des Schienenfahrzeugs 100 umzusetzen. Durch das Magnetfeld kann ein Bremsmagnet der Magnetschienenbremse 102 zu der Schiene 106 gezogen werden. Wenn der Steuerstrom 116 nicht mehr bereitgestellt wird, kann der Bremsmagnet der Magnetschienenbremse 102 unter Verwendung einer Federeinrichtung von der Schiene 106 abgehoben werden.
Optional ist die Vorrichtung 110 mit einer Bremssteuereinrichtung 120 gekoppelt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Bremssteuereinrichtung 120 verwendet, um einen Betriebszustand der Magnetschienenbremse 102 sowie der weiteren Bremseinrichtung 104 zu steuern. Dabei können der Magnetschienenbremse 102 sowie der weiteren Bremseinrichtung 104 zugeordnete Funktionalitäten innerhalb der Bremssteuereinrichtung 120 getrennt realisiert sein oder beispielsweise in zwei separaten Bremssteuergeräten realisiert sein. Beispielsweise ist die Bremssteuereinrichtung 120 ausgebildet, um den Steuerstrom 116 zum Aktivieren der Magnetschienenbremse 102 bereitzustellen.
Beispielsweise ist die Bremssteuereinrichtung 120 ausgebildet, um eine Position des Bremsmagneten zu steuern. Dazu ist die Bremssteuereinrichtung 120 beispielsweise ausgebildet, um ein elektrisches Steuersignal 122 zum Steuern der Position des Bremsmagneten an die Vorrichtung 110 bereitzustellen. Die Vorrichtung 110 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um unter Verwendung des Steuersignals 122 eine zum Steuern einer Bereitstellung des Betätigungsdrucks 112 verwendete Ventileinrichtung anzusteuern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bremssteuereinrichtung 120 ausgebildet, um eine Aktivierung und Deaktivierung der weiteren Bremseinrichtung 104 zu steuern, beispielsweise um eine Bremsanforderung des Fahrers des Schienenfahrzeugs 100 umzusetzen. Dazu ist die Bremssteuereinrichtung 120 beispielsweise ausgebildet, um ein Bremssignal 124 zum Steuern der weiteren Bremseinrichtung 104 an die weitere Bremseinrichtung 104 bereitzustellen. Beispielsweise wird das Bremssignal 124 verwendet, um eine Ventileinrichtung zu steuern, mit der ein Anlegen oder Nichtanlegendes von der Vorrichtung 110 bereitgestellten Bremsdrucks 114 an eine Betriebsbremse der Betriebsbremseinrichtung 104 gesteuert werden kann.
Der beschriebene Ansatz eignet sich für ein neuartiges Aufhängungssystem für Schienenbremsen, womit sowohl eine Tiefaufhängung als auch eine Hochaufhängung realisiert werden kann.
Bei der Magnetschienenbremse 102 kann es sich um eine Schienenbremse handeln, wie sie weltweit typischerweise in Straßenbahnen/Trams, in Vollbahnen wie z.B. Regional oder Intercityzügen oder immer häufiger auch in sogenannten Train-Train Anwendungen als Notbremse eingesetzt wird. Die Magnetschienenbremse 102 bestehen gemäß einem Ausführungsbeispiel aus mindesten einem Magneten und einer Aufhängung als Schnittstelle zum Fahrzeug, hier dem Schienenfahrzeug 100.
Für Straßenbahnen eignen sich insbesondere Magnetschienenbremsen in mechanischer Tiefaufhängung (8 mm bis ca. 12 mm über der Schienenoberkante der Schiene 106. Diese Bremsen sind auf den Betrieb < 80 km/h auf typischen innerstädtischen Netzen ausgelegt und vom Aufbau sehr einfach.
Für Vollbahnfahrzeugen eignen sich hingegen ausschließlich Magnetschienenbremsen in Hochaufhängung (40 mm bis ca. 110 mm über Schienenoberkante). Diese Bremsen können bis 280 km/h eingesetzt werden.
Tram-Train-Züge fahren typischerweise einen großen Teil der Laufstrecke rein innerstädtisch als Straßenbahn, können aber auch längere Strecken auf Vollbahngleiskörpern bis zu ihren Endbahnhöfen im Umland fahren. Das stellt die Aufhängung aufgrund stark unterschiedlicher Anforderungen vor große Herausforderungen. Vorteilhafterweise ist die Magnetschienenbremse 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel für Tram-Trains geeignet und ist dazu so konstruiert, dass sie sowohl innerstädtisch als auch außerstädtisch normgerecht ausgeführt ist und ihre Funktion als Notbremse erfüllen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Schienenfahrzeug 100, also beispielsweise ein Tram-Train-Fahrzeug, als ein hydraulisch gebremstes Fahrzeug ausgeführt. Aus bauraumtechnischen Gründen und aufgrund der hohen Leistungsdichte wird immer häufiger die kompakte hydraulische Bremse gewählt, die beispielsweise von der weiteren Bremseinrichtung umfasst ist.
Somit kann durch die Magnetschienenbremse 102 als Schienenbremse in Tiefaufhängung sowie als Schienenbremse in Hochaufhängung verwendet werden. Dazu ist die Die Magnetschienenbremse 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine Schienenbremse in 2-stufiger hydraulischer/mechanischer Aufhängung realisiert.
Die Aufhängung für die Magnetschienenbremse 102 ist speziell, aber nicht ausschließlich den Einsatz in Tram-Train Fahrzeugen geeignet. Die Aufhängung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel so gebaut, dass die Aufhängung sowohl problemlos inner-städtisch als auch außerstädtisch anforderungskonform funktioniert. Typische Anforderungen (nicht vollständig) an die Magnetschienenbremse 102 gilt es zu berücksichtigen. Solche Anforderungen betreffen beispielsweise ein niedriges Gewicht, einen geringen Platzbedarf im Fahrwerk/Drehgestell, einen raschen Aufbau der Bremskraft durch sehr schnelles Absenken der Magnete zur Schiene 106, eine Kompatibilität mit den durch die Fahrzeugumgebung gegebenen Randbedingungen (vorhandene Medien zur Ansteuerung oder Krafterzeugung, elektromagnetische Verträglichkeit mit umliegenden Fahrzeugkomponenten), sowie eine Kompatibilität mit der umgebenden Schieneninfrastruktur (elektromagnetische Verträglichkeit mit vorhandenen Gleisfreimeldesystemen und Lichtraumprofilen).
Die Magnetschienenbremse 102 beschränkt das Einsatzgebiet des Schienenfahrzeugs 100 nicht auf speziell zugelassene Streckenabschnitte. Dabei ist eine hohe Kompatibilität mit der Schieneninfrastruktur sowie eine hohe Sicherheitsreserve gegen Inkompatibilität gegeben.
Aufgrund der hydraulischen Ausführung kann auf die Notwendigkeit von Druckluft im Drehgestell für die Be- und Entlüftung pneumatischer Zylinder verzichtet werden. Zudem ist kein Vorhandensein von Bauraum für die Anbindung von PneumatikZylindern notwendig. Da auf eine Druckluftversorgung verzichtet werden kann, kann das Gewicht der Aufhängung inklusive deren Ansteuerung gering gehalten werden und dennoch eine hohe Absenkgeschwindigkeit und damit kurze Ansprechzeiten erreicht werden. Somit ist die Magnetschienenbremse 102 auch akzeptabel für den innerstädtischen Betrieb mit sehr kurzen Notbremswegen.
Die Nutzung einer 2-stufigen hydraulisch/mechanischen Aufhängung auch bei Tram-Train-Fahrzeugen ermöglicht im Vergleich zu einer pneumatisch/hydraulischen Ausführung einen Verzicht auf Druckluft im Drehgestell für die Be- und Entlüftung pneumatischer Ringbälge bei einem ansonsten hydraulisch gebremsten Fahrzeug. Da keine pneumatischen Ringbälge erforderlich sind, kann der Bauraum und auch das Gewicht klein gehalten werden und dennoch eine hohe Absenkgeschwindigkeit und damit eine kurze Ansprechzeit erreicht werden, wodurch sich die Magnetschienenbremse 102 für den innerstädtischen Betrieb mit sehr kurzen Notbremswegen eignet.
Die Magnetschienenbremse 102 für das Schienenfahrzeug 100 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine kompakte, leichte und schnell ansprechende hydraulisch/mechanische Aufhängung auf, die sowohl die Anforderungen des innerstädtischen als auch des außerstädtischen Betriebs erfüllt.
2 zeigt eine Darstellung einer Magnetschienenbremse 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Magnetschienenbremse 102 ist an einem Rahmen 230 eines Fahrgestells eines Schienenfahrzeugs angeordnet, wie es beispielhaft in 1 gezeigt ist. Die Magnetschienenbremse 102 weist einen Bremsmagneten 232 auf, der unter Verwendung einer zweistufigen Aufhängung sowohl in einer Tiefposition als auch in einer Hochposition angeordnet werden kann. Die Tiefposition entspricht einer Tiefaufhängung und die Hochposition einer Hochaufhängung. Zwischen der Tiefposition und der Hochposition liegt ein Abstand d von einigen Millimetern oder einigen Zentimetern, beispielsweise von 6 bis 40 mm.
Die zweistufige Aufhängung umfasst zumindest eine Federeinrichtung 234 zum Bereitstellen einer Federkraft zum Entgegenwirken einer Gewichtskraft des Bremsmagneten 232. Beispielhaft umfasst die Federeinrichtung 234 zumindest eine sich an dem Rahmen 230 abstützende Spiralfeder. Die Federeinrichtung 234 ist direkt oder über eine geeignete Mechanik mit dem Bremsmagneten 232 gekoppelt, um den Bremsmagneten 232 von der Schiene 106 entgegen der Gewichtskraft des Bremsmagneten 232 beispielsweise zurück in die Tiefposition zu ziehen, wenn eine Spule des Bremsmagneten 232 nicht mehr bestromt wird. Ferner umfasst die zweistufige Aufhängung eine Hydraulikeinrichtung 236 zum Bewegen des Bremsmagneten 232 unter Verwendung eines hydraulischen Betätigungsdrucks in die Hochposition. Beispielsweise wird der Betätigungsdruck unter Verwendung einer Vorrichtung bereitgestellt, wie sie anhand von 1 beschrieben ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel formen die Federeinrichtung 234 und die Hydraulikeinrichtung 236 einen zweistufigen hydraulischen und mechanischen Aktuator aus.
Beispielhaft umfasst die Hydraulikeinrichtung 236 einen Hydraulikzylinder, der unter Verwendung des Betätigungsdrucks bewegt werden kann. Wenn die Federeinrichtung 234 als eine Spiralfeder ausgeformt ist, kann ein solcher Hydraulikzylinder platzsparend von der Spiralfeder umschlossen angeordnet sein. Beispielsweise ist ein Kolben des Hydraulikzylinders direkt oder über die geeignete Mechanik mit dem Bremsmagneten 232 gekoppelt, um den Bremsmagneten 232 von der Tiefposition in die Hochposition zu ziehen.
Der Bremsmagnet 232 ist beispielhaft als ein starrer Magnet ausgeführt ist. Optional umfasst die zweistufige Aufhängung zumindest ein Führungselement 238, das beispielhaft von dem Rahmen 230 ausgeformt wird. Das Führungselement 238 wird beispielsweise zum Führen einer Zieheinrichtung 240 in Form eines sogenannten Pullers verwendet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die zweistufige Aufhängung mit einem Achskasten 242 gekoppelt
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die zweistufige Aufhängung zwei Federeinrichtungen 234 und zwei Hydraulikeinrichtungen 236, um den Bremsmagneten 232 beidseitig mit einer Kraft beaufschlagen zu können. Optional sind die zwei Hydraulikeinrichtungen 236 parallel geschaltet und können somit über einen gemeinsamen Aufhängungsanschluss mit einem Betätigungsdruck versorgt werden.
Für die hydraulische Ansteuerung der Magnetschienenbremse 102 in 2-stufiger hydraulisch/mechanischer Aufhängung wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Hydrogerät dahingehend erweitert, dass neben der Funktion für die Ansteuerung hydraulischer Aktuatoren des Schienenfahrzeugs oder einer Bremseinrichtung des Schienenfahrzeugs die zusätzliche Funktion der Ansteuerung einer Magnetschienenbremsenaufhängung realisiert wird. Für eine selten benötigte Zusatzfunktion des Bremssystems, nämlich dem Absenken und Anheben der Magnetschienenbremse 102 als Notbremse, benötigt man damit keine separate Hydraulikölquelle. Die nachfolgende Prinzipdarstellung der 3 stellt die beiden Funktionen dar.
3 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben einer Magnetschienenbremse. Dabei kann es sich um eine Magnetschienenbremse handeln, wie si ein 2 gezeigt ist. Von der Magnetschienenbremse sind in 3 nur zwei Hydraulikeinrichtungen 236 gezeigt. Die Vorrichtung und die Magnetschienenbremse können beispielsweise für das anhand von 1 beschriebene Schienenfahrzeug eingesetzt werden.
Die Vorrichtung 110 umfasst einen Tank 350 zum Bevorraten von Hydraulikflüssigkeit, eine Druckspeichereinrichtung 352 sowie eine Pumpeinrichtung 354. Die Pumpeinrichtung 354 ist ausgebildet, um Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 350 zu der Druckspeichereinrichtung 352 zu fördern, um die Druckspeichereinrichtung 352 mit Druck zu beaufschlagen. Ferner umfasst die Vorrichtung 110 einen Bremsanschluss 356 und einen Aufhängungsanschluss 358. Über den Bremsanschluss 356, der auch als Anschluss Bremse bezeichnet wird, wird ein Bremsdruck zum Betätigen der weitere Bremseinrichtung des Schienenfahrzeugs ausgegeben, hier beispielsweise an einen passiven Krafterzeuger 360 der weiteren Bremseinrichtung. Zum Ausgeben des Bremsdrucks ist oder wird der Bremsanschluss 356 fluidisch mit der Druckspeichereinrichtung 352 verbunden. Optional liegt der Bremsdruck immer an dem Bremsanschluss 356 an, wenn die Druckspeichereinrichtung 352 mit Druck beaufschlagt ist. Alternativ ist beispielsweise ein schaltbares Ventil vorgesehen, um den Bremsanschluss 356 und die Druckspeichereinrichtung 352 zu verbinden oder zu trennen. Über den Aufhängungsanschluss 358, der auch als Anschluss MG-Aufhängung oder LMg bezeichnet wird, wird ein Betätigungsdruck zum Betätigen zumindest einer, hier der zwei Hydraulikeinrichtungen 236 ausgegeben. Die Ausgabe des Betätigungsdrucks erfolgt schaltbar. Somit sind die Druckspeichereinrichtung 352 und der Aufhängungsanschluss 358 entweder fluidisch verbunden, um den Betätigungsdruck über den Aufhängungsanschluss 358 ausgeben zu können, oder getrennt, um keinen Betätigungsdruck über den Aufhängungsanschluss 358 auszugeben. Unter Verwendung des Betätigungsdrucks können die Hydraulikeinrichtungen 236 so betätigt werden, dass eine Hochaufhängung der Magnetschienenbremse bewirkt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Druckspeichereinrichtung über eine schaltbare Ventileinrichtung 362 mit dem Aufhängungsanschluss 358 gekoppelt. Beispielhaft ist die Ventileinrichtung 362 als ein 3/2- Wegeventil ausgeführt. In einer ersten Ventilstellung ist die Ventileinrichtung 362 ausgebildet, um den Aufhängungsanschluss 358 mit der Druckspeichereinrichtung 352 zu verbinden. In einer zweiten Ventilstellung ist die Ventileinrichtung 362 ausgebildet, um den Aufhängungsanschluss 358 von der Druckspeichereinrichtung 352 zu trennen. Optional ist die Ventileinrichtung 362 ausgebildet ist, um den Aufhängungsanschluss 358 in der zweiten Ventilstellung mit einem Tankrücklauf des Tanks 350 zu verbindenden.
Optional umfasst die Vorrichtung 110 einen Steueranschluss 364 zum Empfangen eines Steuersignals zum Umschalten der Ventileinrichtung 362 zwischen der ersten Ventilstellung und der zweiten Ventilstellung. Das Steuersignal wird beispielsweise von einer Schaltlogik 365 bereitgestellt. Beispielsweise ist die Schaltlogik 365 teil einer Bremssteuereinrichtung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Druckspeichereinrichtung 352 einen Bremsdruckspeicher 366 und einen Aufhängungsspeicher 368. Der Bremsdruckspeicher 366 stellt ein Speichervolumen für eine Bremsfunktion und der Aufhängungsspeicher 368 ein Speichervolumen für die Aufhängung der Magnetschienenbremse bereit. Die Pumpeinrichtung 354 ist ausgebildet, um Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 350 sowohl zu dem Bremsdruckspeicher 366 als auch zu dem Aufhängungsspeicher 368 zu fördern, um den Bremsdruckspeicher 366 und den Aufhängungsspeicher 368 mit dem Druck zu beaufschlagen. Entsprechend ist der Bremsanschluss 356 gemäß einem Ausführungsbeispiel schaltbar oder nicht schaltbar mit dem Bremsdruckspeicher 366 gekoppelt und der Aufhängungsanschluss 358 schaltbar mit dem Aufhängungsspeicher 368 gekoppelt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 110 optional ein Rückschlagventil 370 auf, das zwischen dem Bremsdruckspeicher 366 und den Aufhängungsspeicher 368 geschaltet ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Förderausgang der Pumpeinrichtung 354 über eine Leitung mit dem Bremsdruckspeicher 366 und über eine weitere Leitung, in der das Rückschlagventil 370 angeordnet ist, mit dem Aufhängungsspeicher 368 verbunden. Auf diese Weise können der Bremsdruckspeicher 366 und der Aufhängungsspeicher 368 beispielsweise unter Verwendung einer einzigen Pumpe der Pumpeinrichtung 354 befüllt werden. Das Rückschlagventil 370 kann so geschaltet sein, dass ein Druckabfall von dem Aufhängungsspeicher 368 zu dem Bremsdruckspeicher 366 verhindert wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 110 optional ein Ablassventil 372 auf, hier beispielsweise in Form eines Handventils, das zwischen den Aufhängungsspeicher 368 und den Tank 350 geschaltet ist.
Beispielhaft sind die Pumpeinrichtung 354 und der Tank 350 Teil eines Hydrogeräts 374. Alternativ ist der Tank 350 anderweitig angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden das Hydrogerät 374, das Rückschlagventil 370, das Ablassventil 372 und die Ventileinrichtung 362 als Hydrogerät mit integrierter Brems- und Magnetschienenbrems-Aufhängungsfunktion 376 bezeichnet.
Optional weist die Vorrichtung 110 nur zumindest eine Schnittstelle zu der Druckspeichereinrichtung 352 auf, sodass die Druckspeichereinrichtung 352 selbst nicht von der Vorrichtung 110 umfasst ist. Ebenfalls kann der Tank 350 extern zu der Vorrichtung 110 angeordnet sein.
Die gezeigten Einheiten sind über geeignete Hydraulikleitungen verbunden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erzeugt eine gemeinsame Motor-Pumpen-Kombination in dem Hydrogerät 374 ein zu speichernde Ölvolumen in den je Funktionseinheit zur Verfügung stehenden Membranspeichern (Vorratsspeicher) der Druckspeichereinrichtung 352. Im Hydrogerät 374 befindet sich optional ein Druckgeber, welcher permanent das Druckniveau, beispielsweise im Bereich von 120 bar bis 155 bar, überwacht und bei Bedarf durch Aktivierung Pumpeinrichtung 354, beispielsweise in Form der Motor-Pumpen-Kombination, nachregelt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind zwei Membranspeicherkreise vorgesehen und funktional durch das Rückschlagventil 370 voneinander getrennt, sodass eine Beeinflussung der Systeme zueinander ausgeschlossen wird. Für Wartungszwecke bzw. Arbeiten am spannungs- und drucklosem Hydrauliksystem ist optional zusätzlich das Ablassventil 372, hier als Handventil ausgeführt, berücksichtigt, welches bei Betätigung die bevorratete Ölmenge in den Tank 350 des Hydrogerätes 374 abfließen lässt.
Die Hauptfunktion zur Steuerung der Höhenverstellung der Druckfederaufhängung wird gemäß einem Ausführungsbeispiel durch Nutzung der Ventileinrichtung 362, hier eines 3/2-Wege-Ventiles realisiert.
Für die Tram-Train-Fahrzeuge wird im Trambereich die Tiefaufhängung gefordert, sodass bei Aktivierung der Bremsmagnete mit Steuerstrom ein selbständiges Anziehen an die Schiene ermöglicht wird und so die Verzögerungskraft aufgebaut wird. Zu diesem Zweck wird die Ventileinrichtung 362 in Form des 3/2-Wege-Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel nicht mit Spannung versorgt, um die Verbindung zum Tank 350 respektive zur Atmosphäre sicherzustellen. Die Schwerkraft hält die Bremsmagnete zusammen mit der Funktion der Druckaufhängung in der Position von ca. 7mm über Schienenoberkante.
Für die Tram-Train wird im Trainbereich die Hochaufhängung gefordert. Durch Spannungsversorgung der Ventileinrichtung 362, hier am 3/2-Wege-Ventil, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Volumenstrom von dem Aufhängungsspeicher 368, der beispielhaft als Membranspeicher ausgeführt ist, zu den Hydraulikeinrichtungen 236, beispielsweise zu Druckfederstellzylindern, freigegeben und die Aufhängung wird in die Stellung von ca.40 mm über der Schienenoberkante während der Fahrt verbracht. Bei einer Bremsanforderung für die Magnetschienenbremse wird gemäß einem Ausführungsbeispiel mittels einer Steuerlogik die Ventileinrichtung 362, hier das 3/2-Wege-Ventil, spannungslos geschaltet, das eingesperrte Ölvolumen Richtung Tank 350 transportiert und der Bremsmagnet der Magnetschienenbremse senkt sich durch Schwerkraft Richtung 7mm über Schienenoberkante, sodass bei Aktivierung des Bremsmagnets oder der Bremsmagneten mit Steuerstrom ein selbständiges Anziehen an die Schiene ermöglicht wird und so Verzögerungskraft zum Verzögern des Schienenfahrzeugs aufgebaut wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Funktion der Hoch- bzw. Tiefaufhängung in einer Steuerlogik sowohl über eine Streckenerkennung automatisiert als auch manuell realisiert.
Die Realisierung erlaubt somit die Nutzung nur eines Druckmediums, beispielsweise Hydrauliköl, am Fahrzeug bei gleichzeitiger Nutzung der Magnet-Bremsaufhängungsfunktion mit verschiedenen Normenanforderungen.
Für eine Sicherheitsbremsfunktion zum Beispiel durch Auslösung eines für den Fahrer vorgesehenen Pilztasters oder automatisiert durch die Totmanneinrichtung, Zugbeeinflussungseinrichtung oder anderweitige übergeordnete Systeme wird gemäß einem Ausführungsbeispiel durch Deaktivierung der Ventileinrichtung 362, beispielsweise des 3/2-Wege-Ventils, die Nutzung der Magnetschienenbremse durch Schwerkraftabsenkung des Bremsmagneten auf 7mm über Schienenoberkante und der Ansteuerung der Magnetschienenbremse 102 über den separaten Steuerstrom realisiert.
Die Schaltlogik 365 für die Magnetschienenbremse 102 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel als separate Ansteuerung ausgeführt, um die Unabhängigkeit von der hydraulischen Bremsfunktion sicherzustellen. Diese Schaltlogik 365 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel zusätzlich so erweitert, dass z.B. Endlagenschalter, Drucksensoren oder Pufferschalter eingelesen werden können, die die korrekte Funktion überwachen bzw. bei einer möglichen Fehlfunktion eine Offenbarung an die übergeordnete Leittechnik meldet für abgestimmte nachgeschaltete Handlungen bzw. Fahrzeugreaktionen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein permanenter Druckverlust im System, welcher auf eine unzulässige Leckage hindeutet, durch eine optionale Überwachung der Laufzeit der Pumpeinrichtung, 354, beispielsweise der Motor-Pumpenkombination, in einer übergeordneten Bremselektronik überwacht und ebenfalls offenbart, sodass gemäß Fahrerhinweis entsprechende Maßnahmen, wie z.B. das Absperren des betroffenen Leitungssystems für eine Deaktivierung der Funktion realisiert werden kann.
Ein Vorteil in dieser beschriebenen Anwendung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel die Nutzung des für das Bremssystem genutzten Mediums Öl für die Bremse als auch für die Anwendung der Druckfederaufhängung mit dem gleichen am Fahrzeug befindlichen Medium Öl. Damit entfällt die Berücksichtigung eines zusätzlichen pneumatisch notwendigen Kreises. Zudem ist die begrenzte Einbausituation für hydraulische Anwendungen von Vorteil aufgrund kleiner notwendiger Einbauräume. Ein weiterer Vorteil ist die schnellere Reaktion hinsichtlich Druckabbau des kleineren Volumens für eine schnellere Absenkung der Druckfederstellzylinder in Richtung Schienenoberkante und eine daraus resultierenden schnelleren Ansprechzeit, bis die Bremskraft zur Verfügung steht.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Betreiben einer Magnetschienenbremse gemäß einem Ausführungsbeispiel. Beispielsweise können die Schritte des Verfahrens 400 unter Verwendung einer Vorrichtung umgesetzt werden, wie sie anhand von 3 beschrieben ist.
In einem Schritt 402 wird Hydraulikflüssigkeit zu einer Druckspeichereinrichtung gefördert, um die Druckspeichereinrichtung mit Druck zu beaufschlagen. In einem Schritt 404 wird an einem mit der Druckspeichereinrichtung gekoppelten Bremsanschluss ein Bremsdruck ausgegeben, mit dem die weitere Bremseinrichtung aktiviert werden kann. In einem Schritt 406 wird ein Aufhängungsanschluss zu der Hydraulikeinrichtung der Magnetschienenbremse mit der Druckspeichereinrichtung schaltbar gekoppelt, um entweder den Betätigungsdruck bereitzustellen oder nicht bereitzustellen. Optional wird in einem Schritt 408 ein Steuerstrom zum Aktiveren eines Elektromagneten der Magnetschienenbremse bereitgestellt. Die Schritte 404, 406, 408 können in beliebiger Reihenfolge und auch zeitlich parallel ausgeführt werden. Der Schritt 402 kann permanent oder bei Bedarf ausgeführt werden, beispielsweise immer dann, wenn der Druck der Druckspeichereinrichtung unter einen Schwellenwert abfällt.
BEZUGSZEICHENLISTE

100: Schienenfahrzeug
102: Magnetschienenbremse
104: weitere Bremseinrichtung
106: Schiene
108: Rad
110: Vorrichtung
112: Betätigungsdruck
114: Bremsdruck
116: Steuerstrom
120: Bremssteuereinrichtung
122: Steuersignal
124: Bremssignal
230: Rahmen
232: Bremsmagnete
234: Federeinrichtung
236: Hydraulikeinrichtung
238: Führungselement
240: Zieheinrichtung
242: Achskasten
350: Tank
352: Druckspeichereinrichtung
354: Pumpeinrichtung
356: Bremsanschluss
358: Aufhängungsanschluss
360: passiver Krafterzeuger
362: Ventileinrichtung
364: Steueranschluss
366: Bremsdruckspeicher
368: Aufhängungsspeicher
370: Rückschlagventil
372: Ablassventil
374: Hydrogerät
376: Hydrogerät mit integrierter Brems- und Magnetschienenbrems-Aufhängungsfunktion
400: Verfahren
402: Schritt des Förderns
404: Schritt des Ausgebens
406: Schritt des schaltbaren Koppelns
406: Schritt des Bereitstellens

Claims

Vorrichtung (110) zum Betreiben einer Magnetschienenbremse (102) für ein die Magnetschienenbremse (102) und eine weitere Bremseinrichtung (104) umfassendes Schienenfahrzeug (100), wobei die Magnetschienenbremse (102) einen Bremsmagneten (232) und eine zweistufige Aufhängung mit einer Federeinrichtung (234) zum Bereitstellen einer Federkraft zum Entgegenwirken einer Gewichtskraft des Bremsmagneten (232) und eine Hydraulikeinrichtung (236) zum Bewegen des Bremsmagneten (232) unter Verwendung eines Betätigungsdrucks (112) in eine einer Hochaufhängung entsprechenden Hochposition umfasst, und wobei die Vorrichtung (110) die folgenden Merkmale aufweist: einen Tank (350) zum Bevorraten von Hydraulikflüssigkeit oder eine Schnittstelle zu dem Tank (350); eine Druckspeichereinrichtung (352) oder eine Schnittstelle zu der Druckspeichereinrichtung (352); eine Pumpeinrichtung (354), die ausgebildet ist, um Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank (350) zu der Druckspeichereinrichtung (352) zu fördern, um die Druckspeichereinrichtung (352) mit Druck zu beaufschlagen; einen Bremsanschluss (356), der zum Bereitstellen eines Bremsdrucks für die weitere Bremseinrichtung (104) des Schienenfahrzeugs (100) mit der Druckspeichereinrichtung (352) gekoppelt oder koppelbar ist; und einen Aufhängungsanschluss (358) zu der Hydraulikeinrichtung (236) der zweistufigen Aufhängung, wobei der Aufhängungsanschluss (358) zum Bereitstellen des Betätigungsdrucks (112) an die Hydraulikeinrichtung (236) schaltbar mit der Druckspeichereinrichtung (352) gekoppelt oder koppelbar ist.
Vorrichtung (110) gemäß Anspruch 1, mit einer schaltbaren Ventileinrichtung (362), die ausgebildet ist, um in einer ersten Ventilstellung den Aufhängungsanschluss (358) mit der Druckspeichereinrichtung (352) zu verbinden und in einer zweiten Ventilstellung den Aufhängungsanschluss (358) von der Druckspeichereinrichtung (352) zu trennen.
Vorrichtung (110) gemäß Anspruch 2, bei der die Ventileinrichtung (362) ausgebildet ist, um in der zweiten Ventilstellung den Aufhängungsanschluss (358) mit einem Tankrücklauf des Tanks (350) zu verbindenden.
Vorrichtung (110) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, mit einem Steueranschluss (364) zum Empfangen eines Steuersignals (122) zum Umschalten der Ventileinrichtung (362) zwischen der ersten Ventilstellung und der zweiten Ventilstellung.
Vorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Druckspeichereinrichtung (352) einen Bremsdruckspeicher (366) und einen Aufhängungsspeicher (368) umfasst, wobei die Pumpeinrichtung (354) ausgebildet ist, um die Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank (350) zu dem Bremsdruckspeicher (366) und dem Aufhängungsspeicher (368) zu fördern, um den Bremsdruckspeicher (366) und den Aufhängungsspeicher (368) mit dem Druck zu beaufschlagen, wobei der Bremsanschluss (356) mit dem Bremsdruckspeicher (366) koppelbar ist, und wobei der Aufhängungsanschluss (358) schaltbar mit dem Aufhängungsspeicher (368) koppelbar ist.
Vorrichtung (110) gemäß Anspruch 5, mit einem Rückschlagventil (370), das zwischen den Bremsdruckspeicher (366) und den Aufhängungsspeicher (368) geschaltet ist.
Vorrichtung (110) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, mit einem Ablassventil (372), das zwischen den Aufhängungsspeicher (368) und den Tank (350) geschaltet ist.
Magnetschienenbremse (102) für ein die Magnetschienenbremse (102) und eine weitere Bremseinrichtung (104) umfassendes Schienenfahrzeug (100), wobei die Magnetschienenbremse (102) einen Bremsmagneten (232) und eine zweistufige Aufhängung mit einer Federeinrichtung (234) zum Bereitstellen einer Federkraft zum Entgegenwirken einer Gewichtskraft des Bremsmagneten (232) i und eine Hydraulikeinrichtung (236) zum Bewegen des Bremsmagneten (232) unter Verwendung eines Betätigungsdrucks (112) in eine einer Hochaufhängung entsprechenden Hochposition sowie eine Vorrichtung (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche zum Betreiben der Magnetschienenbremse (102) umfasst.
Schienenfahrzeug (100) mit einer Magnetschienenbremse (102) gemäß Anspruch 8 und der weiteren Bremseinrichtung (104).
Verfahren (400) zum Betreiben einer Magnetschienenbremse (102) für ein die Magnetschienenbremse (102) und eine weitere Bremseinrichtung (104) umfassendes Schienenfahrzeug (100), wobei die Magnetschienenbremse (102) einen Bremsmagneten (232) und eine zweistufige Aufhängung mit einer Federeinrichtung (234) zum Bereitstellen einer Federkraft zum Entgegenwirken einer Gewichtskraft des Bremsmagneten (232) und eine Hydraulikeinrichtung (236) zum Bewegen des Bremsmagneten (232) unter Verwendung eines Betätigungsdrucks (112) in eine einer Hochaufhängung entsprechenden Hochposition umfasst, und wobei das Verfahren (400) die folgenden Schritte umfasst: Fördern (402) von Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank (350) zu einer Druckspeichereinrichtung (352), um die Druckspeichereinrichtung (352) mit Druck zu beaufschlagen; Ausgeben (404) eines Bremsdrucks für die weitere Bremseinrichtung (104) an einem mit der Druckspeichereinrichtung (352) gekoppelten Bremsanschluss (356); und Schaltbares Koppeln (406) eines Aufhängungsanschluss (358) zu der Hydraulikeinrichtung (236) der Magnetschienenbremse (102) mit der Druckspeichereinrichtung (352), um den Betätigungsdruck (112) bereitzustellen.