DE102022123991A1

DE102022123991A1 - Anordnung einer Systemkomponente eines Schienenfahrzeugs mit intelligenter Steckverbindung (Smart Plug) und ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Anordnung

Info

Publication number: DE102022123991A1
Application number: DE102022123991.8A
Authority: DE
Inventors: Géza Katona; Dirk Knobloch; Gyorgy Vancsay
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2022-09-19
Filing date: 2022-09-19
Publication date: 2024-03-21
Also published as: WO2024061589A1

Abstract

Eine Anordnung (1) mindestens einer Systemkomponente (2; 20) eines Schienenfahrzeugs (21) mit mindestens einer Steckverbindung zwischen der Systemkomponente (2; 20) des Schienenfahrzeugs (21) und dem Schienenfahrzeug (21) ist so ausgeführt, dass die mindestens eine Steckverbindung als eine intelligente Steckverbindung (5) mit mindestens einer drahtlosen Übertragungsstrecke (8) ausgebildet ist. Ein Schienenfahrzeug (21) mit der Anordnung (1) wird bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Systemkomponente eines Schienenfahrzeugs mit intelligenter Steckverbindung (Smart Plug) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Anordnung.
Ein Beispiel einer Systemkomponente eines Schienenfahrzeugs ist eine Bremszange. Bremszangen finden eine breite Anwendung in Bremssystemen von Schienenfahrzeugen. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Krafterzeuger, der für die Bereitstellung der Betriebs- bzw. Federspeicherkraft sorgt, und einem Nachstellermodul, das den Verschleiß ausgleicht. Zu den weiteren Bestandteilen einer Bremszange gehört eine Konsole, welche die Befestigung der Bremseinheit im Drehgestell ermöglicht, sowie Zangenhebel für die Übertragung der Zuspannkraft auf die Bremsscheibe und Bremsbelaghalter mit Bremsbelägen.
Die Dokumente DE 10 2020 124 645 A1 , DE 195 14 463 C1 geben Beispiele von Funktionsweise und Aufbau von Bremszangen an.
Kabelstecker mit zugehörigen Buchsen sind als Steckverbindungen heute eine gängige Lösung für den Anschluss elektrischer Komponenten von (Schienen-) Fahrzeugsystemen.
Die Installation der Steckverbindungen bei der Erstmontage und Wartung ist jedoch ein zusätzlicher Montageschritt, falls eine Systemkomponente repariert und ausgetauscht werden muss. Die Kabelsteckverbindungen erfordern eine sorgfältige Handhabung.
Der Einbau eines zusätzlichen Sensors, Schalters oder dergleichen, kann zu einer Neukonstruktion und einem Umbau der elektrischen Anlage führen.
Übliche kabellose Lösungen können flexibel erweitert werden und würden eine standardisierte Systemlösung bieten, aber pneumatische Systemkomponenten in (Schienen-) Fahrzeugen haben normalerweise keinen separaten Stromanschluss, außer den Steckverbindungen für Sensoren und Schalter. Da eine Stromversorgung zu den (pneumatischen) Komponenten installiert werden muss, kann die übliche drahtlose Lösung durch Batterien oder Energiegewinnungsgeräte (Energy Harvesting) ergänzt werden, die jedoch wartungsintensiver sind und zusätzlichen Bauraum beanspruchen.
Unter dem Begriff „intelligente Steckverbindung“ ist auch ein „intelligenter Stecker“ zu verstehen, wobei die intelligente Steckverbindung sowohl den intelligenten Stecker als auch eine zugehörige intelligente Buchse bzw. eine passende intelligente Einrichtung als Gegenstück zu dem intelligenten Stecker umfasst.
Intelligente Stecker (Smart Plugs) bzw. Steckverbindungen dienen zur drahtlosen Übertragung von Daten und/oder elektrischer Energie. Es sind auch Kombinationen von drahtloser als auch drahtgebundener Übertragungen möglich, z.B. können Signalleitungen, Steuerleitungen und/oder Leistungsleitungen verbunden werden.
Ein Beispiel für drahtlose Datenübertragung bzw. Kommunikation bildet die NFC (Near Field Communication) Technik.
Eine drahtlose Übertragung von elektrischer Energie, beispielsweise zum Betreiben von Sensoren oder Laden von elektrischen Energiespeichern wird üblicherweise durch induktives Laden realisiert.
Beispiele für induktives Laden beschreibt das Dokument US 6 973 543 B1 . Zudem gibt die Adresse https://en.wikipedia.org/wiki/Inductive charging Grundlagen und Beispiele dazu an.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Anordnung einer Systemkomponente eines Schienenfahrzeugs mit intelligenter Steckverbindung bereitzustellen, wobei die oben genannten Nachteile behoben oder zumindest in bedeutender Weise nicht mehr auftreten.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Anordnung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Die weitere Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 20 gelöst.
Ein Erfindungsgedanke ist es, eine intelligente Steckverbindung (Smart Plug) zu verwenden.
Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst mindestens eine Systemkomponente eines Schienenfahrzeugs mit mindestens einer Steckverbindung zwischen der Systemkomponente des Schienenfahrzeugs und dem Schienenfahrzeug. Die mindestens eine Steckverbindung ist als eine intelligente Steckverbindung mit mindestens einer drahtlosen Übertragungsstrecke ausgebildet.
Ein besonderer Vorteil hierin besteht, dass ein physischer Aufbau eines Systems mit der Anordnung bedeutend einfacher gestaltet als im Stand der Technik.
Der physische Aufbau ist einfacher als im Stand der Technik. Die Anordnung kann durch Software-Updates schnell und einfach aufgerüstet werden (z. B. wenn eine neue Komponente hinzugefügt wird), die physische Struktur der Anordnung muss dazu nicht geändert werden.
Ein weiterer Vorteil ist dabei, dass intelligente Steckverbindungen Signale von einem oder mehreren Sensoren, Schaltern und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten ohne physische Veränderungen verarbeiten können.
Dabei ist weiterhin besonders vorteilhaft, dass die Anwendung intelligenter Steckverbindungen keine speziellen Kenntnisse des Bedienungspersonals erfordert.
Zudem können intelligente Steckverbindungen die elektrischen Systeme des (Schienen-)Fahrzeugs standardisieren, was eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Fahrzeugverfügbarkeit mit sich bringt.
Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug mit mindestens einer Systemkomponente, insbesondere weist mindestens eine oben beschriebene Anordnung auf.
In einer Ausführung umfasst die mindestens eine intelligente Steckverbindung eine erste Übertragungseinheit und eine zweite Übertragungseinheit mit der gemeinsamen, mindestens einen Übertragungsstrecke und eine Abschirmung. Auf diese Weise wird ein vorteilhaft einfacher Aufbau mit einem gleichzeitig geringen Raumbedarf ermöglicht.
Es ist vorteilhaft, wenn die mindestens eine drahtlose Übertragungsstrecke eine bidirektionale Übertragungsstrecke ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass nicht nur Übertragungen von Daten in eine Richtung, z.B. von einem Sensor zu einer Auswerteeinheit, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung möglich sind. Dies ist vorteilhaft, da sich so beispielsweise System-Upgrades der Sensoren, Schalter und/oder anderen Funktionseinheiten auf der Seite der Systemkomponente einfacher und schneller als im Stand der Technik ermöglichen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Pairing der Übertragungseinheiten durch die Lage der Enden der Übertragungseinheiten sichergestellt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer Ausführung ist die erste Übertragungseinheit der Systemkomponente zugeordnet und mit Sensoren, Schaltern und/oder anderen elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente mittels elektrisch leitender Verbindungen drahtgebunden über geeignete Kabel verbunden. So sind vorteilhaft Kombinationen von Vorteilen von drahtgebundenen und drahtlosen Lösungen möglich.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die erste Übertragungseinheit für einen Empfang von elektrischer Energie, welche die zweite Übertragungseinheit über die Übertragungsstrecke bereitstellt, für einen Empfang von Datensignalen der Sensoren und/oder der Schalter der Systemkomponente und für eine Aufbereitung und Übertragung der empfangenen Datensignale der Sensoren, der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente über die Übertragungsstrecke an die zweite Übertragungseinheit ausgebildet ist. Das ist vorteilhaft, da so auf diese Weise nicht nur Daten sondern auch elektrische Energie über eine gemeinsame Übertragungsstrecke übertragen werden können. Die auf der Seite der Systemkomponente angeordneten Sensoren und/oder Funktionseinheiten können so vorteilhaft mit elektrischer Energie versorgt werden, ohne dass eine zusätzliche Energieversorgung installiert werden muss.
In einer anderen Ausführung ist die erste Übertragungseinheit für einen Empfang von Datensignalen der Sensoren, der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente und für eine Übertragung von Datensignalen von der zweiten Übertragungseinheit in entgegengesetzter Übertragungsrichtung an die Sensoren, die Schalter und/oder andere elektrische/elektronische/elektromechanische Funktionseinheiten der Systemkomponente ausgebildet. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, nicht nur Daten von den Sensoren und/oder der Schalter der Systemkomponente zu erfassen sondern auch eine Einstellung, ein Update oder/und eine Veränderung der Sensoren und/oder der Schalter der Systemkomponente softwaremäßig über die bidirektionale Übertragungsstrecke durchzuführen.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die zweite Übertragungseinheit dem Schienenfahrzeug zugeordnet ist, für einen Empfang der von der ersten Übertragungseinheit über die Übertragungsstrecke gesendeten Datensignale der Sensoren, der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente und für eine Bereitstellung von elektrischer Energie über die Übertragungsstrecke an die erste Übertragungseinheit ausgebildet ist. Daraus ergibt sich der Vorteil eines kompakten Aufbaus mit einer geringen Anzahl von Bauteilen.
In einer noch weiteren Ausführung ist es vorgesehen, dass die zweite Übertragungseinheit mit einer Steuereinheit verbunden ist, welche von dem Schienenfahrzeug erhaltene elektrische Energie für die zweite Übertragungseinheit bereitstellt und zum Empfang und zur Aufbereitung der von der zweiten Übertragungseinheit bereitgestellten Datensignale der Sensoren, der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente ausgebildet ist. Dies ist vorteilhaft, da so auf kurzen Wegen die Datensignale verarbeitet werden können, wobei mögliche äußere Störungen gering bleiben.
In einer anderen Ausführung ist die zweite Übertragungseinheit zum Empfang und zur Übertragung von Datensignalen von der ersten Übertragungseinheit und an die erste Übertragungseinheit ausgebildet ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass die zweite Übertragungseinheit zwei Funktionen, nämlich das Empfangen und Senden von Datensignalen, in einem Gerät ermöglicht.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die Steuereinheit mit einer Steuervorrichtung des Schienenfahrzeugs für Datenkommunikation der von der zweiten Übertragungseinheit bereitgestellten Datensignale der Sensoren, der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente und Versorgung mit elektrischer Energie drahtgebunden verbunden ist. Dies ergibt einen vorteilhaft kompakten Aufbau.
In weiterer Ausführung weist die Steuervorrichtung eine Auswerteelektronik für empfangene Datensignale auf. Dies ergibt einen vorteilhaft kompakten Aufbau.
In einer weiteren Ausführung ist die Steuereinheit an der Steuervorrichtung des Schienenfahrzeugs für die Datenkommunikation über bidirektionale Verbindungen an Schnittstellen der Steuervorrichtung des Schienenfahrzeugs angeschlossen. Damit ist eine vorteilhaft einfache und schnelle Datenübertragung ermöglicht.
Wenn die Steuervorrichtung des Schienenfahrzeugs mit einem Bussystem des Schienenfahrzeugs verbunden ist, ergibt sich der Vorteil, die intelligente Steckverbindung der Anordnung auf diese Weise mit dem Bussystem zu verbinden.
In einer Ausführung sind die erste Übertragungseinheit und die zweite Übertragungseinheit für eine drahtlose Kommunikation, z.B. NFC (Near Field Communication), über die Übertragungsstrecke ausgebildet. Dieses sind vorteilhaft kostengünstige Funktionseinheiten mit hoher Qualität.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die erste Übertragungseinheit und die zweite Übertragungseinheit für eine drahtlose Übertragung von elektrischer Energie über die Übertragungsstrecke durch induktives Laden ausgebildet sind.
In einer weiteren Ausführung sind die erste Übertragungseinheit, die zweite Übertragungseinheit und die Übertragungsstrecke in der Abschirmung angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da der Eindringschutz robuster und viel unabhängiger von den Betriebsbedingungen ist. Weiterhin ist der Bereich der drahtlosen Verbindung gut geschützt vor elektromagnetischen Störungen, Steinschlägen usw. (die für den Bahnbetrieb charakteristisch sind).
In einer noch weiteren Anordnung ist die Abschirmung als ein Gehäuse ausgebildet, oder die Abschirmung ist in oder an einem solchen Gehäuse angebracht oder zusätzlich in dem Gehäuse oder um das Gehäuse herum angeordnet. Diese zusätzlichen Funktionen ergeben einen kompakten Aufbau.
Eine Ausführung sieht vor, dass die intelligente Steckverbindung an einer Schnittstelle zwischen dem Schienenfahrzeug oder zwischen einer mit dem Schienenfahrzeug verbundenen Konsole oder Halterung und der Systemkomponente angeordnet ist. Ein Vorteil dabei ist, dass der benötigte Bauraum unverändert bleibt und keine Vergrößerung benötigt.
In einer noch weiteren Ausführung bildet die mindestens eine intelligente Steckverbindung mit der mindestens einen drahtlosen Übertragungsstrecke eine Unterbrechung einer galvanische Verbindung zwischen den Sensoren, Schaltern und/oder anderen elektrischen/elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente des Schienenfahrzeugs über Anschlussleitungen der Sensoren, Schaltern und/oder anderen elektrischen/elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente und der Steuervorrichtung des Schienenfahrzeugs. Der sich daraus ergebende Vorteil besteht darin, dass ein möglicher Ausgleichstrom zwischen unterschiedlichen Potentialen der Systemkomponente der Schienenfahrzeugs und dem Schienenfahrzeug nicht durch Anschlussleitungen für Daten und Stromversorgung der Sensoren, der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente fließen und Schäden an diesen Bauteilen verursachen können. Ein weiterer Vorteil dabei ist es, dass aus diesem Grund geringere Anforderungen an die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Sensoren, der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente gestellt werden können.
Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind beispielsweise die folgenden.

• Eine mögliche galvanische Verbindung zwischen Drehgestell und Wagenkasten über Anschlussleitungen der Sensoren, Schaltern und/oder anderen elektrischen/elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente und der Steuervorrichtung (mit der Auswerteelektronik) ist durch die drahtlose Übertragungsstrecke unterbrochen.
• Geringere Anforderungen an die elektrische Durchschlagsfestigkeit von Sensoren, Schaltern und/oder anderen elektrischen/elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente.
• Es können daher auf relativ einfache Weise weitere (zur Zusammenwirkung mit intelligenten Steckverbindungen - Smart Plug - fähige) elektrische/elektronische/elektromechanische Komponenten u.dgl. der Systemkomponente, hier an der Bremszange, angebracht werden, ohne zusätzliche weitere elektrische Leitungen zwischen der Bremszange des Drehgestells und der Steuervorrichtung mit der Auswerteelektronik am/im Wagenkasten des Schienenfahrzeugs zu verlegen.
• Reduzierung eines Verkabelungsaufwandes.
• Plattformlösungen können in Folgeprojekten ohne Anpassung wiederverwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere sind einzelne Merkmale des nachfolgenden Ausführungsbeispiels nicht nur bei diesem, sondern auch bei anderen Ausführungsbeispielen einsetzbar. Es zeigen:

1 eine schematische Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung einer Systemkomponente eines Schienenfahrzeugs mit intelligenter Steckverbindung; und
2 ein schematisches Blockschaltbild mit der intelligenten Steckverbindung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung nach 1.

1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 einer Systemkomponente 20 eines Schienenfahrzeugs 21 mit intelligenter Steckverbindung (Smart Plug) 5. 2 stellt ein schematisches Blockschaltbild mit der intelligenten Steckverbindung 5 des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung 1 nach 1 dar.
Unter dem Begriff „intelligente Steckverbindung“ ist eine Steckverbindung zu verstehen, die sowohl einen intelligenten Stecker (Smart Plug) als auch die dazugehörige intelligente Buchse umfasst.
Als Beispiel für eine Systemkomponente 20 eines Schienenfahrzeugs 21 ist hier eine Bremszange 2 eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs 21 gezeigt. Die Bremszange 1 ist mittels einer Konsole 4 an dem Drehgestell befestigt.
Aufbau und Funktion beispielhafter Bremszangen 1 werden beispielsweise in den Dokumenten DE 10 2020 124 645 A1 , DE 195 14 463 C1 beschrieben, worauf hier verwiesen wird.
Die Bremszange 1 bildet eine Scheibenbremse für das Schienenfahrzeug 21 und weist Bremsbeläge 3 auf, die mit einer Bremsscheibe, z.B. Radbremsscheibe oder Wellenbremsscheibe (nicht gezeigt, aber leicht vorstellbar) zusammenwirken.
Die intelligente Steckverbindung 5 ist hier an der Schnittstelle zwischen dem Schienenfahrzeug 21 bzw. der mit dem Schienenfahrzeug 21 verbundenen Konsole 4 und der Bremszange 2 als Systemkomponente 20 angeordnet. Dazu bleibt der benötigte Bauraum vorteilhafterweise unverändert.
Eine beispielhafte intelligente Steckverbindung 5 ist in 2 in einem schematischen Blockschaltbild dargestellt.
Die intelligente Steckverbindung 5 umfasst eine erste Übertragungseinheit 6 und eine zweite Übertragungseinheit 7 mit einer gemeinsamen Übertragungsstrecke 8 und einer Abschirmung 9.
Die Übertragungseinheiten 6, 7 sind so angeordnet, dass ihre Übertragungsenden 6a, 7a in einem solchen Abstand zueinander liegen, in welchem die Übertragungsstrecke 8 vollständig wirksam ist. Die Übertragungsenden 6a, 7a können auch dicht aneinander liegen. Dies ist von den Eigenschaften (Reichweite) der Übertragungseinheiten 6, 7 abhängig.
Die Übertragungseinheiten 6, 7 und die Übertragungsstrecke 8 sind in der Abschirmung 9 angeordnet. Auf diese Weise sind die Übertragungseinheiten 6, 7 und der Bereich der Übertragungsstrecke 8 einerseits entsprechend der Richtlinien der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) vor externen elektromagnetischen Störungen geschützt, wobei eigene elektromagnetische Abstrahlungen ebenfalls verhindert werden. Andererseits bildet die Abschirmung 9 auch einen mechanischen Schutz gegen Eindringen von Fremdkörpern und Feuchtigkeit (IP-Schutzart) als auch gegen Steinschlag usw., was für Schienenfahrzeugbetrieb charakteristisch ist.
Da die Übertragungsstrecke 8 drahtlos ausgeführt ist, kann ein Eindringschutz (IP-Schutzart) robuster und unabhängiger von Betriebsbedingungen gestaltet werden.
Die Abschirmung 9 kann auch als ein Gehäuse ausgebildet sein, welches sowohl den oben genannten Schutz bietet als auch eine Aufnahme für die Übertragungseinheiten 6, 7 ist. Es ist auch denkbar, dass die Abschirmung 9 in oder an einem solchen Gehäuse angebracht oder zusätzlich in dem Gehäuse oder um das Gehäuse herum vorgesehen ist.
Die erste Übertragungseinheit 6 ist der Systemkomponente 20 zugeordnet. Sensoren 10, 11 sind mittels elektrisch leitender Verbindungen 12, 13, z.B. drahtgebunden über geeignete Kabel, an die erste Übertragungseinheit 6 angeschlossen. Die gezeigten zwei Sensoren 10, 11 stehen hier auch stellvertretend für eine Vielzahl von Sensoren und/oder Schaltern oder anderen elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten. Natürlich sind auch nur ein Sensor 10, 11 und/oder nur ein Schalter oder Kombinationen möglich.
Die erste Übertragungseinheit 6 versorgt die Sensoren 10, 11 mit elektrischer Energie und empfängt Datensignale der Sensoren 10, 11 und/oder der (nicht gezeigten, aber leicht vorstellbaren) Schalter. Die von den Sensoren 10, 11 und/oder Schaltern empfangenen Datensignale werden von der ersten Übertragungseinheit 6 aufbereitet und über die Übertragungsstrecke 8 an die zweite Übertragungseinheit 7 gesendet. Dies kann beispielsweise über eine standardisierte drahtlose Kommunikation, z.B. NFC (Near Field Communication) erfolgen. Natürlich sind auch andere Verfahren möglich.
Die Übertragungsstrecke 8 bildet eine bidirektionale Übertragungsstrecke 8 und ist somit in der Lage, auch Daten von der zweiten Übertragungseinheit 7 an die erste Übertragungseinheit 6 zu übertragen. Auf diesen Weise können die Sensoren 10, 11 und/oder die oben genannten Funktionseinheiten in ihren Eigenschaften z.B. verändert, angepasst oder mit einem Update versehen werden.
Gleichzeitig wird der ersten Übertragungseinheit 6 von der zweiten Übertragungseinheit 7 die erforderliche elektrische Energie (sowohl für die Funktion der ersten Übertragungseinheit 6 selbst als auch für die angeschlossenen Sensoren 10, 10 und/oder Schalter über die Übertragungsstrecke 8 mittels induktiver Übertragung bereitgestellt.
Die zweite Übertragungseinheit 7 ist mit einer Steuereinheit 14 verbunden. Die Steuereinheit 14 versorgt die zweite Übertragungseinheit 7 mit elektrischer Energie und weist eine Signalaufbereitung für Datenübertragung auf.
Die zweite Übertragungseinheit 7 empfängt die Daten der Sensoren 10, 11 über die Übertragungsstrecke 8 und bereitet sie auf/passt sie für eine Weiterleitung an eine Steuervorrichtung 19 des Schienenfahrzeugs 21 an. Dazu ist die zweite Übertragungseinheit 7 mit der Steuervorrichtung 19 für die Datenkommunikation über bidirektionale Verbindungen 15, 16 an Schnittstellen 17, 18 der Steuervorrichtung 19 angeschlossen. Diese Schnittstellen 17, 18 können beispielsweise übliche Schnittstellen (4-20mA; 0-10V o.dgl.) sein.
Außerdem ist die Steuereinheit 14 mit der Steuervorrichtung 19 für eine Stromversorgung verbunden (nicht gezeigt, aber leicht vorstellbar). Diese Stromversorgung dient einerseits zum Betrieb der Steuereinheit 14 und der zweiten Übertragungseinheit 7 und andererseits zur Versorgung der induktiven Energieübertragung zu der ersten Übertragungseinheit 6.
Die Steuervorrichtung 19 weist in diesem Beispiel außerdem eine Auswerteelektronik für die empfangenen Datensignale auf.
Die Steuervorrichtung 19 ist hier mit einem Bussystem BS des Schienenfahrzeugs 21 verbunden.
Die Steuervorrichtung 19 weist zudem Funktionseinheiten auf, welche Steuer- und Datensignale zur Steuerung und Datenversorgung der Übertragungseinheiten 6, 7 und der an die erste Übertragungseinheit 6 angeschlossenen Sensoren 10, 11 und/oder Schalter erzeugen und dorthin mittels der Übertragungsstrecke 8 drahtlos übertragen.
Die induktive Übertragung von elektrischer Energie zur Stromversorgung der ersten Übertragungseinheit 6 über die Übertragungsstrecke 8 kann auch gleichzeitig zur Übertragung von Daten/Datensignalen verwendet werden, indem z.B. die Daten/Datensignale der induktiven Energieübertragung aufmoduliert werden.
Eine Anwendung der intelligenten Steckverbindung 5 erfordert keine speziellen Kenntnisse des Bedienungspersonals.
Ein so genanntes Pairing der Geräte, d.h. der Sensoren 10, 11 und/oder Schalter und/oder Funktionseinheiten an/auf der Systemkomponente 20 mit der intelligenten Steckverbindung 5 wird durch die Lage der Enden der Übertragungseinheiten 6, 7 sichergestellt.
Die Anordnung 1 mit der intelligenten Steckverbindung 5 kann eine Information oder mehrere Informationen über die eine gemeinsame Übertragungsstrecke 8 verarbeiten. Der physische Aufbau ist einfacher als im Stand der Technik. Die Anordnung 1 kann durch Software-Updates schnell und einfach aufgerüstet werden (z. B. wenn eine neue Komponente hinzugefügt wird), die physische Struktur der Anordnung 1 muss dazu nicht geändert werden.
Wenn ein Sensor 10, 11 oder/und eine elektrische Komponente beispielsweise ein Schalter oder eine elektronische Funktionseinheit an der Systemkomponente 20, welche im dem beschriebenen Beispiel eine Bremszange 2 eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs 21 ist, d.h. an der Bremszange angebracht ist, so liegt dieser Sensor 10, 11 oder/und diese elektrische Komponente auf dem galvanischen Potential des Drehgestells.
Die Steuervorrichtung 19 mit der Auswerteelektronik ist im Wagenkasten des Schienenfahrzeugs 21 angebracht und liegt somit auf dem elektrischen Wagenkastenpotential. Falls es zu Potentialunterschieden zwischen dem Drehgestell (mit der Bremszange 2 als Systemkomponente 20) und dem Wagenkasten (mit der Auswerteelektronik der Steuervorrichtung 19) kommt, wird ein Ausgleichstrom zwischen den elektrischen Potentialen dieser beiden Bereiche flie-ßen. Dieser Ausgleichstrom wird dabei immer den Weg des geringsten elektrischen Widerstandes nehmen. Sensorleitungen und Sensoren können dadurch, wenn der Ausgleichstrom darüber fließen kann, zerstört werden, und es kann sogar zu Bränden kommen (z.B. wenn der Ausgleichstrom über einen elektrischen Schirm in der Anschlussleitung der Sensoren 10, 11 oder/und elektrischen Komponenten) fließt.
In der oben beschriebenen Anordnung 1 ist jedoch zwischen den Sensoren 10, 11 oder/und elektrischen Komponenten der Systemkomponente 20 und der Auswerteelektronik der Steuervorrichtung 19 des (Wagenkastens) des Schienenfahrzeugs 21 die intelligente Steckverbindung 5 mit der drahtlosen Übertragungsstrecke 8 angeordnet.
Auf diese Weise ergeben sich die folgenden Vorteile bei der Nutzung der intelligenten Steckverbindung (Smart Plug).

• Eine mögliche galvanische Verbindung zwischen Drehgestell und Wagenkasten über Anschlussleitungen der Sensoren 10, 11, Schaltern und/oder anderen elektrischen/elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente 20 und der Steuervorrichtung 19 (mit der Auswerteelektronik) ist durch die drahtlose Übertragungsstrecke 8 unterbrochen.
• Aus diesem Grund können geringere Anforderungen an die elektrische Durchschlagsfestigkeit des Sensors 10, 11 oder/und von elektrischen Komponenten der Systemkomponente 20 gestellt werden.
• Es können daher auf relativ einfache Weise weitere (zur Zusammenwirkung mit intelligenten Steckverbindungen - Smart Plug - fähige) elektrische/elektronische/elektromechanische Komponenten u.dgl. der Systemkomponente 20, hier an der Bremszange 2, angebracht werden, ohne zusätzliche weitere elektrische Leitungen zwischen der Bremszange 2 des Drehgestells und der Steuervorrichtung 19 mit der Auswerteelektronik am/im Wagenkasten des Schienenfahrzeugs 21 zu verlegen.
• Plattformlösungen können in Folgeprojekten ohne Anpassung wiederverwendet werden.

Daraus ergibt sich zudem der Vorteil einer Reduzierung eines Verkabelungsaufwandes.
Bei einem einzelnen Schienenfahrzeug 21 wie auch bei einem Zug von Schienenfahrzeugen 21 mit der beschriebenen Anordnung 1 sind sowohl das einzelne Schienenfahrzeug 21 als auch alle Schienenfahrzeuge 21 eines Zugs von Schienenfahrzeugen 21 mit den intelligenten Steckverbindungen 5 ausgerüstet. Es können aber auch Kombinationen von Anordnungen 1 mit intelligenten Steckverbindungen 5 als auch mit üblichen Steckverbindungen möglich sein, z.B. wenn der Zug von Schienenfahrzeugen 21 Fahrzeuge mit üblichen Steckverbindungen aufweist.
Die Erfindung ist durch das oben angegebene Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung
2: Bremszange
3: Bremsbelag
4: Konsole
5: Intelligente Steckverbindung
6, 7: Übertragungseinheit
8: Übertragungsstrecke
9: Abschirmung
10, 11: Sensor
12, 13: Verbindung
14: Steuereinheit
15, 16: Verbindung
17, 18: Schnittstelle
19: Steuervorrichtung
20: Systemkomponente
21: Schienenfahrzeug
BS: Bussystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020124645 A1 [0003, 0050]
DE 19514463 C1 [0003, 0050]
US 6973543 B1 [0012]

Claims

Anordnung (1) mindestens einer Systemkomponente (2; 20) eines Schienenfahrzeugs (21) mit mindestens einer Steckverbindung zwischen der Systemkomponente (2; 20) des Schienenfahrzeugs (21) und dem Schienenfahrzeug (21); dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steckverbindung als eine intelligente Steckverbindung (5) mit mindestens einer drahtlosen Übertragungsstrecke (8) ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine intelligente Steckverbindung (5) eine erste Übertragungseinheit (6) und eine zweite Übertragungseinheit (7) mit der gemeinsamen, mindestens einen Übertragungsstrecke (8) und eine Abschirmung (9) umfasst.
Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine drahtlose Übertragungsstrecke (8) eine bidirektionale Übertragungsstrecke (8) ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungseinheit (6) der Systemkomponente (20) zugeordnet ist und mit Sensoren (10, 11), Schaltern und/oder anderen elektrischen/elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente (20) mittels elektrisch leitender Verbindungen (12, 13) drahtgebunden über geeignete Kabel verbunden ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungseinheit (6) für einen Empfang von elektrischer Energie, welche die zweite Übertragungseinheit (7) über die Übertragungsstrecke (8) bereitstellt, für einen Empfang von Datensignalen der Sensoren (10, 11), der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente (20) und für eine Aufbereitung und Übertragung der empfangenen Datensignale der Sensoren (10, 11) und/oder der Schalter der Systemkomponente (20) über die Übertragungsstrecke (8) an die zweite Übertragungseinheit (7) ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungseinheit (6) für einen Empfang von Datensignalen der Sensoren (10, 11), der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente (20) und für eine Übertragung von Datensignalen von der zweiten Übertragungseinheit (7) in entgegengesetzter Übertragungsrichtung an die Sensoren (10, 11) und/oder der Schalter der Systemkomponente (20) ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übertragungseinheit (7) dem Schienenfahrzeug (21) zugeordnet ist, für einen Empfang der von der ersten Übertragungseinheit (6) über die Übertragungsstrecke (8) gesendeten Datensignale der Sensoren (10, 11), der Schalter und/oder anderen elektrischen/elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente (20) und für eine Bereitstellung von elektrischer Energie über die Übertragungsstrecke (8) an die erste Übertragungseinheit (6) ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übertragungseinheit (7) mit einer Steuereinheit (14) verbunden ist, welche von dem Schienenfahrzeug (21) erhaltene elektrische Energie für die zweite Übertragungseinheit (7) bereitstellt und zum Empfang und zur Aufbereitung der von der zweiten Übertragungseinheit (7) bereitgestellten Datensignale der Sensoren (10, 11), der Schalter und/oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente (20) ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übertragungseinheit (7) zum Empfang und zur Übertragung von Datensignalen von der ersten Übertragungseinheit (6) und an die erste Übertragungseinheit (6) ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) mit einer Steuervorrichtung (19) des Schienenfahrzeugs (21) für Datenkommunikation der von der zweiten Übertragungseinheit (7) bereitgestellten Datensignale der Sensoren (10, 11), der Schalter oder anderer elektrischer/elektronischer/elektromechanischer Funktionseinheiten der Systemkomponente (20) und Versorgung mit elektrischer Energie drahtgebunden verbunden ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (19) eine Auswerteelektronik für empfangene Datensignale aufweist.
Anordnung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) an der Steuervorrichtung (19) des Schienenfahrzeugs (21) für die Datenkommunikation über bidirektionale Verbindungen (15, 16) an Schnittstellen (17, 18) der Steuervorrichtung (19) des Schienenfahrzeugs (21) angeschlossen ist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (19) des Schienenfahrzeugs (21) mit einem Bussystem (BS) des Schienenfahrzeugs (21) verbunden ist
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungseinheit (6) und die zweite Übertragungseinheit (7) für eine drahtlose Kommunikation, z.B. NFC (Near Field Communication), über die Übertragungsstrecke (8) ausgebildet sind.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungseinheit (6) und die zweite Übertragungseinheit (7) für eine drahtlose Übertragung von elektrischer Energie über die Übertragungsstrecke (8) durch induktives Laden ausgebildet sind.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungseinheit (6), die zweite Übertragungseinheit (7) und die Übertragungsstrecke (8) in der Abschirmung (9) angeordnet sind.
Anordnung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (9) als ein Gehäuse ausgebildet ist, oder dass die Abschirmung (9) in oder an einem solchen Gehäuse angebracht oder zusätzlich in dem Gehäuse oder um das Gehäuse herum angeordnet ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die intelligente Steckverbindung (5) an einer Schnittstelle zwischen dem Schienenfahrzeug (21) oder zwischen einer mit dem Schienenfahrzeug (21) verbundenen Konsole (4) oder Halterung und der Systemkomponente (20) angeordnet ist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine intelligente Steckverbindung (5) mit der mindestens einen drahtlosen Übertragungsstrecke (8) eine Unterbrechung einer galvanische Verbindung zwischen den Sensoren (10, 11), Schaltern und/oder anderen elektrischen/elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente (20) des Schienenfahrzeugs (21) über Anschlussleitungen der Sensoren (10, 11), Schaltern und/oder anderen elektrischen/elektronischen/elektromechanischen Funktionseinheiten der Systemkomponente (20) und der Steuervorrichtung (19) des Schienenfahrzeugs (21) bildet.
Schienenfahrzeug (21) mit mindestens einer Systemkomponente (20), insbesondere Bremszange (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (21) eine Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.