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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Versorgungsdruckes
mit einem Anschlusssystem zum Anschließen der Vorrichtung an einen
Verbraucher, einem mit dem Anschlusssystem verbundenen Hauptluftsystem,
das einen Hauptdruckbehälter
und einen Hauptkompressor zum Erzeugen eines Überdruckes in dem Hauptdruckbehälter aufweist,
und mit einem Hilfsluftsystem zum Erzeugen eines Überdruckes
unabhängig
vom Hauptluftsystem.
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Eine
solche Vorrichtung ist aus dem landläufigen Stand der Technik, insbesondere
im Zusammenhang mit schienengebundenen Fahrzeugen, bereits bekannt.
Unter einem Fahrdraht fahrende schienengebundene Fahrzeuge weisen
in der Regel einen auch als Wippe bezeichneten Stromabnehmer auf, der über eine
pneumatische Steuerung dynamisch gegen den Fahrdraht gedrückt wird.
Zur Funktionsfähigkeit
muss die pneumatische Steuerung von der Vorrichtung mit einem Versorgungsdruck
beaufschlagt werden. Die über
den Fahrdraht bereitgestellte Versorgungsenergie ist unter anderem
zum Antrieb eines Hauptkompressors der Vorrichtung vorgesehen, der
den Versorgungsdruck für
die pneumatische Steuerung in einem Hauptdruckbehälter erzeugt.
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Bei
längeren
Standzeiten kann der Druck des Hauptdruckbehälters aufgrund von Undichtigkeiten
unter den für
die Steuerung erforderlichen Versorgungsdruck abfallen, so dass
der Stromabnehmer von dem Fahrdraht getrennt wird. Da der Hauptkompressor über den
Fahrdraht mit der zur Drucklufterzeugung notwendigen Energie versorgt
wird, ist das aus Hauptkompressor und Hauptdruckbehälter bestehende
Hauptluftsystem bei ab gefallenem Stromabnehmer nicht mehr in der
Lage, den zum Wiederandrücken
des Stromabnehmers an den Fahrdraht notwendigen Versorgungsdruck
bereitzustellen. Zum Aufrüsten
des schienengebundenen Fahrzeugs ist daher ein üblicherweise aus einem Hilfsdruckbehälter und
einem batteriebetriebenen Hilfskompressor bestehendes Hilfsluftsystem
vorgesehen, dessen Antrieb somit von der Energieversorgung über den Fahrdraht
unabhängig
ist. Durch den batteriebetriebenen Hilfskompressor wird in dem Hilfsluftbehälter der
für die
pneumatische Steuerung notwendige Versorgungsdruck bereitgestellt,
so dass der Stromabnehmer wieder gegen den Fahrdraht gedrückt werden
kann. Nach einer gewissen Anlaufzeit übernimmt das Hauptluftsystem
das Erzeugen des Versorgungsdruckes.
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Der
vorbekannten Vorrichtung haftet der Nachteil an, dass der Hilfskompressor
eine begrenzte Laufzeit aufweist. Dies liegt zum einen an dem begrenzten
Energievorrat der Batterie des Hilfskompressors. Darüber hinaus
weist der Hilfskompressor einen in der Regel schlechten Wirkungsgrad
auf, wodurch sich der Hilfskompressor erwärmt. Insbesondere bei langen
Aufrüstzeiten,
die bei Triebfahrzeugen mit mehreren Stromabnehmern beispielsweise durch
eine fehlerhafte Auswahl des Stromabnehmers oder bei Frost durch
wiederholtes Auf- und Abfahren des Stromabnehmers entstehen, kann
es daher zu Ausfällen
des Hilfsluftsystems und langen Wartezeiten kommen, bis das Hilfsluftsystem
erneut einsatzbereit ist.
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Die
DE 198 12 976 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur Druckerhöhung
von Brenngasen für
Ultra-Magergemisch-Gasmotoren. Zur Druckerhöhung der Brenngase ist ein
Stufenkolbenkompressor vorgesehen, wobei das mit hohem Druck beaufschlagte Verbrennungsgas
einer Vorkammer des Motors zugeführt
wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art bereitzustellen, die auch bei Ausfällen des Hauptluftsystems über längere Zeiträume hinweg
zuverlässig
ist und die gleichzeitig kostengünstig
bleibt.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe dadurch, dass bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff
des Patentanspruches 1 das Hilfsluftsystem eine mit einem inerten
Gas befüllte
Druckgasflasche aufweist, wobei das Gas in der Druckgasflasche mit
einem über
den Versorgungsdruck liegenden Druck beaufschlagt ist.
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Erfindungsgemäß ist das
gemäß dem Stand der
Technik aus Hilfsluftbehälter
und Hilfskompressor bestehende Hilfsluftsystem durch eine einfache Druckgasflasche
realisiert. Um eine ausreichend große Luftmenge für den Verbraucher
bereitzustellen, weist die Druckgasflasche einen bezüglich des
Versorgungsdruckes höheren,
vorzugsweise wesentlich höheren,
Druck auf. Dabei ist der Versorgungsdruck im Rahmen der Erfindung
derjenige Druck, der mindestens erforderlich ist, um einen fehlerfreien
Betrieb des Verbrauchers zu gewährleisten.
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Fällt der
Druck in der Vorrichtung unter den Versorgungsdruck ab, ist eine
ausreichend große Luftversorgung
des Verbrauchers nicht mehr gewährleistet.
Druck und Volumen der Druckgasflasche werden erfindungsgemäß unter
Berücksichtigung mehrerer
miteinander wechselwirkender Faktoren wie des zur Verfügung stehenden
Bauraums für
die Vorrichtung, der kommerziell erhältlichen Druckgasflaschen,
der zu gewährleistenden
Sicherheitsbedingungen, der von dem Verbraucher vorgegebenen Parameter
oder dergleichen ausgewählt.
So kann durch das Bereitstellen eines möglichst großen Vorrats an Druckluft mit
einem hohem Druck ein Ausfallen des Hilfsluftsystems über eine
große
Zeitdauer hinweg vermieden werden. Der Größe der Druckgasflasche sind
jedoch aufgrund des zur Verfügung
stehenden Bauraums für
die Vorrichtung Grenzen gesetzt.
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Als
Verbraucher kommt beispielsweise eine pneumatische Steuerung eines
Stromabnehmers für ein
schienengebundenes Fahrzeug in Betracht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist im Hinblick auf den Stand der Technik kostengünstig, da ein
kostenintensiver Hilfskompressor erfindungsgemäß überflüssig ist. Der Einsatz des Hilfsluftsystems ist
in der Regel selten. Das Gas einer einzigen Druckgasflasche kann
daher in der Regel auch über
längere
Betriebsdauern der Vorrichtung hinweg verwendet werden.
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Als
inertes Gas eignet sich beispielsweise kostengünstiger Stickstoff. Selbstverständlich sind jedoch
auch andere Gase wie Neon, Argon oder dergleichen im Rahmen der
Erfindung verwendbar. Vorteilhafterweise weist das verwendete inerte
Gas einen möglichst
geringen Wassergehalt auf, so dass auf eine Trocknungsanlage innerhalb
des Hilfsluftsystems verzichtet werden kann.
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Weitere
Vorteile ergeben sich, wenn die Druckgasflasche mittels eines Handventils
an das Anschlusssystem angeschlossen ist. Auf diese Weise entfällt die
Notwendigkeit einer aufwendigen elektronischen Steuerung des Anschlusses
des Hilfsluftsystems. Das Hilfsluftsystem kann rein manuell mit dem
Anschlusssystem verbunden werden. Dies senkt die Herstellungskosten
der Vorrichtung weiter ab.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Druckgasflasche mittels
einer Schnellkupplung mit Rückschlagventil
mit dem Anschlusssystem verbunden. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung
der Erfindung ist die Druckgasflasche auf einfache Art und Weise
ohne große
Zeitverzögerung
durch eine andere neu befüllte
Druckgasflasche austauschbar, so dass längere Wartezeiten vermieden
sind.
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Zweckmäßigerweise
weist das Anschlusssystem ein Sicherheitsventil auf. Das Sicherheitsventil
ist auf einen bestimmten Schwellendruck eingestellt. Überschreitet
der Innendruck des Anschlusssystems den Schwellendruck, öffnet das
Sicherheitsventil das Anschlusssystem zur Atmosphäre hin,
so dass ein durch den Druck der Druckgasflasche verursachtes Zerbersten
der Vorrichtung vermieden ist.
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Vorteilhafterweise
weist das Anschlusssystem eine Drosselung auf. Die Drosselung sorgt
nach dem Öffnen
des Handventils für
ein kontrolliertes Einströmen
des Gases in die Rohrleitungen des Anschlusssystems. Bei der Drosselung
handelt es sich beispielsweise um eine in den Rohrleitungen angeordnete
einstellbare Blende.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Anschlusssystem
ein Druckminderventil auf. Das Druckminderventil ist verbraucherseitig,
also beispielsweise auf seiner der pneumatischen Steuerung zugewandten
Seite, zur Einstellung des von der pneumatischen Steuerung geforderten
Versorgungsdrucks eingerichtet, wobei der Druck auf der der Druckgasflasche
zugewandten Seite des Druckminderungsventils höher liegen kann.
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Vorteilhafterweise
weist das Anschlusssystem ein Überdruckmessgerät auf. Aufgrund
des Überdruckmessgerätes ist
ein Nutzer der Vorrichtung in die Lage versetzt, den innerhalb des
Anschlusssystems herrschenden Druck zu überwachen und gegebenenfalls
einen Vorgang in Gang zu setzen, durch den die Druckgasflasche von
dem Anschlusssystem abgekoppelt wird und eine weitere Druckerhöhung in
dem Anschlusssystem vermieden ist.
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Vorteilhafterweise
weist das Gas einen Druck von über
100–200
bar auf. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird eine 20 Liter Druckgasflasche mit einem Druck von 200 bar eingesetzt.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der
Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei
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1 eine schematische Darstellung
eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt.
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1 zeigt eine schematische
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1,
die ein Hauptluftsystem 2 und ein Hilfsluftsystem 3 aufweist.
Sowohl das Hauptluftsystem 2 als auch das Hilfsluftsystem 3 sind
an ein Anschlusssystem 4 angeschlossen, das seinerseits
zum Anschluss eines nicht gezeigten Verbrauchers vorgesehen ist.
Als Verbraucher kommt hier eine pneumatische Steuerung eines Stromabnehmers
eines schienengeführten
Fahrzeugs in Betracht.
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Das
Hauptluftsystem 2 verfügt über einen Hauptkompressor 5 sowie über einen
Hauptdruckbehälter 6,
die mittels einer Rohrleitung 7 miteinander kommunizierend
verbunden sind. Zum Anschluss des Hauptluftsystems 2 an
das Anschlusssystem 4 dient ein Rückschlagventil 8,
das bei einem Druckabfall des Hauptluftsystems 2 gegenüber dem
Druck des Anschlusssystems 4 das Hauptluftsystem 2 von dem
Anschlusssystem 4 gasdicht abtrennt, so dass die kommunizierende
Verbindung des Hauptluftbehälters 6 mit
dem Anschlusssystem 4 unterbrochen ist.
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Das
Hilfsluftsystem 3 besteht aus einer Druckgasflasche 9 sowie
einem Handventil 10 und ist mittels einer Schnellkupplung 11 mit
dem Anschlusssystem 4 verbunden. Dabei verfügt die Schnellkupplung 11 über ein
Rückschlagventil,
so dass bei einem Druckabfall innerhalb des Hilfsluftsystems 3 dieses von
dem Anschlusssystem 4 getrennt werden kann. Die Druckgasflasche 9 weist
in dem gezeigten Beispiel ein Volumen von 20 Litern auf und ist
mit getrocknetem Stickstoff unter einem Druck von 200 bar befüllt.
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Das
Anschlusssystem 4 verfügt
in seiner Rohrleitung 7 über eine in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
einstellbare Drosselung 12, die der Schnellkupplung 11 in
der Einströmrichtung
des Stickstoffs unmittelbar nachgeschaltet ist. Die Drosselung 12 besteht
aus einer einstellbaren Blende, die den Durchmesser der Rohrleitung 7 des
Anschlusssystems 4 verkleinert. Durch die Drosselung 12 verlangsamt
sich der einströmende
Stickstoff, so dass eine Beschädigung
des Anschlusssystems 4 verhindert ist.
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Das
Anschlusssystem 4 verfügt
weiterhin über
ein Sicherheitsventil 13, welches das Anschlusssystem 4 bei
einem 11 bar überschreitenden Innendruck
zur Atmosphäre
hin öffnet
und auf diese Weise den Innendruck des Anschlusssystems 4 begrenzt.
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Die
Schnellkupplung 11, die Drosselung 12, das Sicherheitsventil 13 und
die zugehörigen
Rohrleitungen 7 bilden einen Hilfsabschnitt des Anschlusssystems 4,
der mittels eines Rückschlagventils 8 von
dem restlichen Anschlusssystem 4 abtrennbar ist. Auf diese
Weise ist die Montage und Herstellung der Vorrichtung 1 vereinfacht.
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Zum
Ablesen des Innendrucks innerhalb des Anschlusssystems 4 dient
ein Druckmessgerät 14, wobei
zur Anbindung des Anschlusssystems 4 und damit der gesamten
Vorrichtung 1 an einen Verbraucher wie eine pneumatische
Steuerung eines Stromabnehmers eines schienengebundenen Fahrzeugs ein
Druckminderventil 15 vorgesehen ist. Mit Hilfe des Druckminderventils 15 ist
eine genaue Einstellung des hier maximal 10 bar betragenden Versorgungsdruckes
ermöglicht.
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Zum
Aufrüsten
des Stromabnehmers eines schienengebundenen Fahrzeugs, welches die
in 1 gezeigte Vorrichtung 1 aufweist,
wird zunächst auf
die in dem Hauptdruckbehälter 6 gesammelte Druckluft
zurückgegriffen.
Diese wurde mittels Hauptkompressor 5 aus der Atmosphäre angesaugt
und in dem Hauptluftbehälter 6 komprimiert.
Im abgerüsteten
Zustand, also in einem Zustand, in dem der Stromabnehmer von dem
Fahrdraht getrennt ist, ist der Betrieb des Hauptkompressors aufgrund
der fehlenden Elektroenergie unterbrochen. Sinkt der Innendruck
des Hauptluftbehälters 6 unter
den zum Aufrüsten
notwendigen Versorgungsdruck von min.6 bar ab, ist daher ein Aufrüsten des
Schienenfahrzeugs durch das Hauptluftsystem nicht mehr möglich.
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Öffnet der
Bediener von Hand das Handventil 10 des Hilfsluftsystems 3,
strömt
Stickstoff der Druckgasflasche 9 in das Anschlusssystem 4 über die
Schnellkupplung 11 ein, wobei die Einströmgeschwindigkeit
des Gases durch die Drosselung 12 verringert wird. Der
Gasdruck der Druckgasflasche 9 beträgt 100 bar, so dass an dem
Druckminderventil 15 bereits nach kurzer Zeit der notwendige
Versorgungsdruck bereitgestellt ist. Der Nutzer beobachtet den Druckanstieg
in dem Anschlusssystem 4 an dem Druckmessgerät 14 und
schließt
das Handventil 10 möglichst
vor Erreichen eines Maximaldruckes von 11 bar.
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Kontaktiert
der Stromabnehmer den Fahrdraht, ist die Energieversorgung für den Hauptkompressor 5 wiederhergestellt,
so dass nach einer kurzen Anlaufzeit mit dem Druckaufbau innerhalb
des Hauptluftbehälters 6 durch
den Hauptkompressor 5 begonnen werden kann. Überschreitet
der Druck des Hauptdruckbehälters 6 den
Innendruck des Anschlusssystems 4, öffnet sich das Rückschlagventil 8,
so dass das Hauptluftsystem 2 die Druckluftversorgung nun
wieder allein, ohne das Hilfsluftsystem 3, bereitstellt.
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Sollte
der Versorgungsdruck im Anschlusssystem 4 während der
Anlaufphase des Hauptkompressors, beispielsweise während der
Vorheizzeit des Hauptkompressors, etwa infolge von Undichtigkeiten
im Anschlusssystem 4 unter den erforderlichen Wert abfallen,
was am Druckmessgerät 14 abzulesen
wäre, so
kann der Druck manuell durch Öffnen
des Handventils 10 im Anschlusssystem 4 wieder
auf das erforderliche Niveau gebracht werden. Auf diese Weise wird
beispielsweise ein Abfallen des Stromabnehmers infolge eines Druckverlustes
während
der Aufrüstphase
verhindert.