DE19848990A1 - Bremssystem für ein Schienenfahrzeug - Google Patents
Bremssystem für ein SchienenfahrzeugInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt ein Bremssystem (100) für ein Schienenfahrzeug (1) zur Verfügung, mit einer Hauptluftbehälterleitung, die von einer Drucklufterzeugungseinrichtung (22) gespeist wird. Jedem Drehgestell (3) ist wenigstens eine Druckluftleitung zugeführt, welche über beispielsweise ein Absperrventil, ein Rückschlagventil und einen Druckluftbehälter mit der Hauptluftbehälterleitung oder direkt mit dieser verbunden ist und welche beispielsweise die Betriebsbremsventile zur Beaufschlagung von Bremsen des Drehgestells (3) oder eine Steuereinheit für die Federspeicherbremse und/oder weitere Steuereinheiten für weitere Hilfsaggregate speist. Die Ansteuerung der Betriebsbremsventile und/oder die Ansteuerung der Federspeicherbremse und/oder die Ansteuerung weiterer Hilfsaggregate erfolgt über wenigstens eine lokale, elektronische Bremssteuereinheit (31).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Drehgestell
nach dem Oberbegriff der Ansprüche 27 und 28, sowie eine Bremssteuereinheit gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 30.
Moderne Bremssysteme für Schienenfahrzeuge umfassen sowohl pneumatisch
und/oder hydraulisch als auch elektronisch zu steuernde Komponenten. Im
Vollbahnbereich kommen zumeist pneumatische Systeme zum Einsatz, mittels denen
sowohl die Bremseinrichtungen des Schienenfahrzeugs als auch weitere Hilfsaggregate
wie Federspeicherbremsen, Spurkranzschmierung, Putzklotz, Sandungseinrichtung etc.
angesteuert werden. Hierzu weist das Schienenfahrzeug eine Drucklufterzeugungs
einrichtung auf, welche in der Regel direkt eine Hauptluftbehälterleitung sowie ferner
über ein Zugbremsventil eine Hauptluftleitung speist. Die Bremseinrichtung des
Zugfahrzeugs und die Hilfsaggregate werden dabei durch die Hauptluftbehälterleitung
mit Druckluft versorgt. Dazu werden auch Hilfsaggregate des Zugverbandes, wie zum
Beispiel Türöffnungseinrichtungen durch die Hauptluftbehälterleitung angesteuert. Die
über das Zugbremsventil gespeiste Hauptluftleitung dient zum Ansteuern der einzelnen
Wagenbremsen eines Zugverbandes und kann auch als zusätzliche weitere Ansteuerung
für die Bremsensysteme des Zugfahrzeugs genutzt werden.
Ein derartiger Aufbau erfordert jedoch umfassende pneumatische Installationen
im Zugverband und insbesondere zwischen den Führerständen und den Drehgestellen
des Zugfahrzeugs. Dadurch ist die Konstruktionsfreiheit bei der Ausgestaltung derarti
ger Schienenfahrzeuge begrenzt, da ein erheblicher Raumbedarf erforderlich ist. Von
weiterem Nachteil sind das Gewicht dieser Installationen und der insbesondere für die
Montage erforderliche Aufwand. Eine derartige pneumatische Steuerungseinheit ist z. B.
aus der EP 0 855 319 A2 bekannt.
In den Dokumenten US 5,503,469 und US 5,538,331 sind ferner elektro
pneumatische Bremssysteme beschrieben, bei denen Zentralrechner als Steuereinheit
zum Einsatz kommen, um das System zu vereinfachen und Komponenten wie z. B.
Mikroschalter einzusparen. Ferner erlaubt der Zentralrechner eine Verknüpfung
unterschiedlicher elektro-pneumatischer Fahrzeugsysteme mittels einer entsprechenden
Programmierung. Aus der DE 28 40 262 C2 ist es schließlich bekannt, aktuelle
Betriebsdaten in einem Zentralrechner zu verarbeiten und bei der Ansteuerung der
Bremseinrichtungen zu berücksichtigen.
In der deutschen Patentanmeldung DE 195 13 004 A1 wird zur Vereinfachung des
Systems eine Zusammenfassung der elektronischen und pneumatischen oder hydrauli
schen Steuer- und/oder Überwachungselemente des Bremssystems in einer Einheit im
Führerstand vorgeschlagen. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß sich der
Installationsaufwand wenigstens im Fahrzeugaufbau verringert. Allerdings ist auch bei
dieser Bauform eine umfassende Verrohrung zwischen dem Führerstand und den
Drehgestellen des Schienenfahrzeugs erforderlich, um die pneumatische Ansteuerung
der Brems- und Hilfsaggregate zu ermöglichen.
Ferner müssen derartige Bremssysteme für ein Schienenfahrzeug über
Notbremseinrichtungen verfügen, durch welche das Schienenfahrzeug im Störfall
zuverlässig zum Halten gebracht werden kann. Hierzu weisen herkömmliche
Bremssysteme pneumatische Einrichtungen auf, welche zum Beispiel beim Betätigen
einer Notbremse die Bremsen des Fahrzeugs zum Einsatz bringen. Dies geschieht
beispielsweise durch rein pneumatische Betätigungsleitungen oder durch elektrische
Signalleitungen, welche Notbremsventile ansteuern, die nach dem Ruhestromprinzip
arbeiten.
Dieses System, welches sich in der Praxis durchaus bewährt hat, weist jedoch den
Nachteil auf, daß für die Realisierung ein erheblicher Aufwand notwendig ist.
Fahrzeuge, die mit einer elektrischen Notbrems-Signalleitung ausgerüstet sind, müssen
mit rein mechanisch-pneumatischen Elementen zur Anpassung der Bremskraft an die
Gegebenheiten, z. B. den Beladungszustand, ausgerüstet werden. Dazu ist neben
aufwendigen, pneumatischen Komponenten auch eine umfangreiche Rohrverlegung
erforderlich.
Weiter sind entsprechende, auf das Pneumatiksystem einwirkende Vorrichtungen
in erheblicher Anzahl erforderlich, damit auch ein Fahrgast ein Notbremssignal einleiten
kann. Auch wenn an anderer Stelle im Druckluftsystem eine Störung auftritt, muß eine
Notbremsung automatisch eingleitet werden.
Das bekannte Notfall-System erfordert daher einen umfassenden
Installationsaufwand. Dies wirkt sich nachteilig hinsichtlich der Material- und
Montagekosten aus. Von weiterem Nachteil ist, daß dieses System relativ schwer ist,
was sich nachteilig auf den Energieverbrauch beim Betrieb des Schienenfahrzeugs
auswirkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bremssystem für ein Schie
nenfahrzeug bereitzustellen, bei dem das Steuerungssystem vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Weiterbildung eines gattungsgemäßen Brems
systems für ein Schienenfahrzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches
1 gelöst.
Erfindungsgemäß läßt sich somit in besonders vorteilhafter Weise der
Installationsaufwand zwischen dem Führerstand und einem Drehgestell verringern.
Hierbei können durch die wenigstens eine Druckluftleitung neben der Betriebsbremse
auch Hilfsaggregate betrieben werden. Dadurch vereinfacht sich das System wesentlich
und der Material- und Montageaufwand ist geringer als bei bekannten Bauweisen.
Zudem läßt sich damit auch das Gewicht der gesamten Anordnung reduzieren.
In besonders vorteilhafter Weise erlaubt eine Dezentralisierung der elektronischen
Bremssteuereinheit mittels der lokalen elektronischen Bremssteuereinheiten in den
Drehgestellen auch eine Verlagerung der notwendigen pneumatischen Einrichtungen in
die Drehgestelle, wodurch sich der Aufwand für die Verrohrung wesentlich verringert.
Die Aufgabe des pneumatischen Systems beschränkt sich somit erfindungsgemäß auf
die Einleitung der gewünschten Funktionen vor Ort, daß heißt im Drehgestell, während
die Ansteuerung dieser Funktionen über das elektronische System erfolgen kann. Für
die hierfür nötige elektrische Verdrahtung ist ein wesentlich geringerer Aufwand
erforderlich, als für die pneumatische Ansteuerung im Stand der Technik. Insbesondere
kann so der Raumbedarf für die Steuereinrichtungen und auch das Gewicht wesentlich
reduziert werden. Ferner verringert sich auch der Montageaufwand erheblich. Der
konstruktive Aufwand für das Gesamtsystem verringert sich dadurch weiter, wobei ein
modularer Aufbau der dezentralen Steuereinrichtungen mit Vorabmontage in den
Drehgestellen erzielbar ist.
Von weiterem Vorteil ist, daß sich damit auch die Zuverlässigkeit des Systems er
höht. Fällt beim erfindungsgemäßen Bremssystem eine einzelne lokale Bremssteuer
einheit von mehreren aus, so beeinträchtigt dies die Funktionsfähigkeit des Gesamt
bremssystems eines Zugverbandes noch nicht entscheidend.
Dadurch, daß der lokalen Bremssteuereinheit Signale der vom Lokführer bedien
baren Vorgabeeinrichtung und Signale von lokalen Einrichtungen zur Erfassung von
aktuellen Betriebsgrößen - wie Schlupf, Achslast, Raddrehzahl, Ist-Verzögerung und
Drehgestellast - und/oder Signale von Einrichtungen zur Überwachung und
automatischen Betriebsführung (ATO, ATC, ATP) eingangsseitig vorliegen, können
diese bei dem jeweiligen Bremsvorgang in vorteilhafter Weise berücksichtigt werden.
Das Bremsverhalten des Schienenfahrzeuges und des Zugverbandes kann so noch
exakter gesteuert werden. Insbesondere können hierdurch aktuelle Betriebsdaten
zwischen den einzelnen dezentralen Modulen ausgetauscht werden, wodurch sich die
Stabilität des Zugverbandes im Bremsfalle weiter erhöht. Das Bremsverhalten des
Schienenfahrzeugs kann somit auch bei unterschiedlichsten Schienenfahrzeugen und
Umgebungsbedingungen vergleichbar gehalten werden, was den Komfort zum Beispiel
in Personenzügen wesentlich erhöht.
Wenn die Bremssignale über einen zentralen Schienenfahrzeug-Datenbus zu
wenigstens einem als geeignete Schnittstelle ausgebildeten Gateway geleitet werden,
von wo aus diese bzw. korrespondierende Bremssignale über einen zentralen Brems
datenbus an die lokalen Bremssteuereinheiten weitergeleitet werden, können auch
Schienenfahrzeuge unterschiedlicher Bauart mit unterschiedlicher Fahrzeug-Leittechnik
miteinander kombiniert werden und gemeinsam das erfindungsgemäße Bremssystem
nutzen. Der als Schnittstelle ausgebildete Gateway erlaubt dabei eine Anpassung des
Datenformats an den jeweiligen Schienenfahrzeugtyp bzw. dessen Steuerlogik.
Wenn dagegen nur Schienenfahrzeuge mit einer Leittechnik gleicher Bauweise
miteinander verbunden werden, können die Bremssignale vorteilhafterweise alternativ
direkt vom zentralen Schienenfahrzeug-Datenbus zu den lokalen Bremssteuereinheiten
weitergeleitet werden. Dadurch verringert sich der bauliche Aufwand für das Brems
system weiter.
Von weiterem Vorteil ist es, wenn die lokale Bremssteuereinheit achsweise
und/oder drehgestellweise im Drehgestell oder am Wagenkasten im Bereich des
Drehgestells plaziert ist. Dann läßt sich dieses Modul vorab montieren, wodurch sich
die Montage des Gesamtsystem vereinfacht. Weiter wird damit erreicht, daß die lokale
Bremssteuereinheit in der Nähe des Bereiches angeordnet ist, wo sie ihre Wirkung
entfalteten soll. Dadurch verringert sich der Aufwand für die Steuerungslogistik und
insbesondere sind nur kurze Leitungswege erforderlich.
Wenn die lokale Einrichtung zur Erfassung von aktuellen Betriebsgrößen radweise
und/oder achsweise und/oder im Drehgestell angeordnet ist, können auch hier diese
Daten vor Ort erfaßt und auf kurzem Wege in die lokale Bremssteuereinheit geleitet
werden. Lange Verbindungsleitungen mit der damit verbundenen Gefahr von Beschädi
gungen derselben können so vermieden werden und die Daten lassen sich direkt nutzen.
Von weiterem Vorteil ist es, wenn die jeweilige lokale Bremssteuereinheit über
Daten verfügt, mittels der eine Verknüpfung von Signalen der Vorgabeeinrichtungen
mit Signalen der Betriebsgrößen-Erfassungseinrichtung erfolgen kann. Dann können
diese Informationen wirksam zum Optimieren des Bremsvorgangs genutzt werden.
Wenn mittels den der lokalen Bremssteuereinheit vorliegenden Daten eine Umset
zung der Bremssignale derart erfolgt, daß ein möglichst gleichmäßiger Verschleiß der
Bremsen erzielbar ist, können die Wartungsintervalle für das Schienenfahrzeug vergrö
ßert werden. Durch den gleichmäßigen Verschleiß der Bremsen werden diese zudem
optimaler ausgenutzt, da die Bremsen an einem einzelnen Schienenfahrzeug immer ins
gesamt ausgewechselt werden, auch wenn einige der Bremsbeläge noch nicht abgenutzt
sind. Damit lassen sich vorteilhaft Einspareffekte bewirken.
Dadurch, daß die lokalen Bremssteuereinheiten, das Zugsteuergerät, die Vorgabe
einrichtungen in den Führungsständen, die Drehgestelle und ggf. die lokalen Betriebs
größen-Erfassungseinrichtungen über eine Sicherheitsschleife miteinander verknüpft
sind, kann ferner ein noch zuverlässigeres Notbremssystem bereitgestellt werden.
Daraus erhöht sich die Sicherheit des Bremssystems weiter.
Wenn die lokale Bremssteuereinheit eine lokale Steuerelektronik, eine "Fail-
Safe"-Einrichtung und eine Drucksteuerung aufweist, kann auch im Falle einer Not
bremsung eine gesteuerte Bremsung durchgeführt werden, welche z. B. Fahrzeugkenn
größen und aktuelle Betriebsgrößen wie auch eine Gleitschutzregelung berücksichtigt.
Daher kann dieses System in zuverlässiger Weise z. B. eine Sicherheitsbremsung durch
führen, bei der die Länge des Bremsweges häufig nicht von besonderer Bedeutung ist.
Von weiterem Vorteil ist es, wenn die Drucksteuerung vorzugsweise zwei in
Reihe geschaltete, elektro-pneumatische Ventile zur Bremsdruckregulierung durch Be-
bzw. Entlüften entsprechend des vorliegenden Bremssignal-Sollwertes und der
vorliegenden Gleitschutz-Information aufweist. Durch die beiden in Reihe geschalteten
Ventile lassen sich gewünschte Druckverhältnisse oder Reaktionszeiten noch besser
einstellen.
Wenn die beiden Ventile als Elektromagnetventil mit vorzugsweise kleiner
Leistung ausgeführt sind, kann der Schaltverbrauch gering gehalten werden, wobei
dennoch schnelle Reaktionszeiten erreichbar sind.
Dadurch, daß die Drucksteuerung einen stromabwärts der beiden Ventile
angeordneten Durchsatzverstärker aufweist, kann an den Bremszylindern ein
ausreichender pneumatischer Druck bzw. ein ausreichender Fluiddurchsatz bereitgestellt
werden. Damit lassen sich ferner noch bessere Schaltercharakteristiken im erfindungs
gemäßen Bremssystem erzielen.
Ferner kann erfindungsgemäß ein zuverlässiges Notbremssystem mit geringerem
konstruktiven Aufwand realisiert werden, wenn eine Notbremsung mit Hilfe eines
elektrischen Signals ausgelöst wird, wobei das Auslösen der Notbremsung von einer
"Fail-Safe"-Einrichtung überwacht wird, die bei nicht korrekt eingeleiteter
Notbremsung eine Rückfallebene aktiviert. Somit kann das im wesentlichen durch
pneumatische Komponenten geprägte Notbremssystem der bekannten Bauweisen durch
ein System ersetzt werden, bei welchem die Ansteuerung des Notbremssystems die
Fähigkeiten der elektronischen Steuerung des Schienenfahrzeugs zum Einleiten und
Durchführen einer Notbremsung nutzt. Das elektrische Notbremssignal wird zum
Auslösen der Notbremsung genutzt und dabei von einer "Fail-Safe"-Einrichtung
überwacht. Damit wird sichergestellt, daß bei nicht korrekt arbeitender Steuerelektronik
dennoch eine Notbremsung eingeleitet wird, da durch die "Fail-Safe"-Einrichtung eine
Rückfallebene aktivierbar ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit ein besonders sicheres
Sicherheitssystem. Darüber hinaus ist der Installationsaufwand und der Raumbedarf für
die elektrische Leitung wesentlich geringer wie für die pneumatische Leitung bei
herkömmlichen Systemen. Weiter läßt sich auch das Gewicht der gesamten
Sicherheitseinrichtung wesentlich verringern. Das erfindungsgemäße Bremssystem ist
daher schneller und kostengünstiger herstellbar.
Dadurch, daß im notbremsfreien Betrieb das vorgenannte elektrische Signal in
Form eines Normalbetriebssignals über eine elektrische Sicherheitsleitung
weitergeleitet wird, läßt sich auf einfache Weise ein ständig verfügbares und
zuverlässiges Störungsüberwachungssystem herstellen. Im Gegensatz zum
pneumatischen System, bei dem ständig ein bestimmter Betriebsdruck anliegt, der mit
aufwendigen Einrichtungen aufrecht erhalten wird, kann das elektrische Signal mit
bekannten Einrichtungen auf einfache Weise bereitgestellt werden.
Von weiterem Vorteil ist es, wenn im Notbremsfall ein entsprechendes
Notbremssignal oder ein Wegfall des Normalbetriebsignals die Notbremsung auslöst.
Damit besteht die Möglichkeit, eine derartige Notbremsung sowohl passiv als auch
aktiv auszulösen. Wird nämlich die Leitung für das elektrische Signal im Zugverband,
zum Beispiel durch Abreißen eines Fahrzeugs oder ähnlichem, unterbrochen, so führt
dies automatisch, ohne zusätzliche Einwirkung durch eine Person, zu einer
Notbremsung. Weiter ist es jedoch auch durch den Zugführer oder einen Fahrgast
möglich, über eine Notbremseinrichtung ein entsprechendes Notbremssignal
einzuleiten, oder die Unterbrechung des elektrischen Signals zu bewirken. Das
Unterbrechen des Normalbetriebssignals ist hierbei die baulich einfachere Variante.
Durch die Verwendung der elektronischen Steuerung auch für die
Notbremsungen, im Gegensatz zu herkömmlichen Bremssystemen, können auch die
gleichen Stellglieder (elektro-pneumatische Ventile) zur Einstellung des Notbrems
drucks verwendet werden. Dadurch verringert sich der bauliche Aufwand weiter. Die
gewünschten Drücke lassen sich so sehr gut einstellen.
Dadurch, daß im Normalbetrieb die Ansteuerung der Betriebsbremsventile, sowie
die Aktivierung der Steuereinheit für die Federspeicherbremse und/oder der weiteren
Steuereinheiten für die weiteren Hilfsaggregate über lokale, elektronische
Bremssteuereinheiten erfolgt, die über einen gemeinsamen Bremsdatenbus miteinander
verbunden sind, kann das Bremsverhalten an den einzelnen Achsen aufeinander
abgestimmt werden. Der Bremsvorgang läßt sich daher noch besser steuern. Dies
ermöglicht insbesondere eine Berücksichtigung fahrzeugspezifischer Größen, wie zum
Beispiel Art, Länge und Gewicht des Zugverbandes. Dies ist insbesondere bei
Fahrernotbremsungen oder Sicherheitsbremsungen sinnvoll, um bei Ausfall
bremstechnischer Einrichtungen ein Anhalten unter festgelegten Bedingungen
sicherzustellen. Für diese Bremsungsart muß eine gewisse Sicherheit gewährleistet
werden, ohne daß immer ein möglichst kurzer Bremsweg erforderlich ist. Diese Art der
Notbremsung stellt somit sicher, daß das Fahrzeug zum Stehen gebracht werden kann,
wobei eine Belastung für einen Fahrgast aufgrund der auftretenden Verzögerungen am
Schienenfahrzeug in gewissen Rahmen steuerbar ist.
Wenn das Bremssystem eine Hauptluftleitung aufweist, die über ein Zug
bremsventil von der Drucklufterzeugungseinrichtung gespeist wird, welche über ein
Steuerventil die Bremse betätigt, kann die Erfindung auch an einem derart ausgebildeten
Schienenfahrzeug angewendet werden.
Dadurch, daß den Bremsen beim Aktivieren der Rückfallebene ein
voreingestellter Bremsdruck zugeführt ist, wird sichergestellt, daß ein ausreichender
Bremsdruck bereitgestellt werden kann, wenn eine Notbremsung erforderlich ist.
Ist der voreingestellte Bremsdruck ein fest eingestellter Bremsdruck, der während
des Betriebs unverändert bleibt, so kann der bauliche Aufwand für das Bremssystem
weiter verringert werden, da auf Steuerungselemente verzichtet werden kann.
Wenn der Bremsdruck der Beladung des Fahrzeugs angepaßt ist, kann der
Bremsvorgang noch gezielter und kontrollierter durchgeführt werden.
Überdies kann die Erfindung ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug
bereitstellen, bei dem der bauliche Aufwand für das Ansteuerungssystem der
Betriebsbremse und eventueller Hilfsaggregate verringert ist, da das Rückschlagventil
und/oder der Druckluftbehälter im Drehgestell angeordnet sein können. Durch diese
bauliche Dezentralisierung des Bremssystems können somit die für die Funktion
erforderlichen Einrichtungen vorteilhafterweise dort angeordnet werden, wo sie auch
tatsächlich ihre Wirkung entfalten sollen. Da dadurch zwischen jedem Drehgestell und
dem Fahrzeugaufbau nur noch eine Zuleitung von der Hauptluftbehälterleitung
erforderlich ist, verringert sich der bauliche Aufwand zwischen diesen Bereichen
wesentlich.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß auf diese Weise sehr kurze Verrohrungswege
im Drehgestell zum Beispiel für die Aufteilung des Ansteuerdrucks auf die einzelnen
Achsen entstehen. Dadurch lassen sich sowohl die Materialkosten als auch das Gewicht
der Anordnung verringern.
Vorteilhaft ist ferner, daß das Rückschlagventil und/oder der Druckluftbehälter
vorab im Drehgestell montiert werden kann und sich somit die Endmontage des
Schienenfahrzeugs wesentlich vereinfacht. Dadurch lassen sich günstigere
Fertigungsabläufe erzielen, was sich vorteilhaft hinsichtlich der Fertigungsdauer und der
Kosten auswirkt.
Das erfindungsgemäße Bremssystem ermöglicht ferner eine wesentliche logisti
sche Vereinfachung gegenüber bekannten Systemen, wodurch es zuverlässiger und ein
facher zu überwachen ist.
Von weiterem Vorteil ist hierbei, daß damit im Fahrzeugaufbau mehr Platz für
andere Einrichtungen zur Verfügung steht. Die Anordnung des Rückschlagventils
und/oder des Druckluftbehälters im Drehgestell ist dabei relativ unproblematisch, da
hier ausreichend Platz vorhanden ist. Daher erweitern sich die konstruktiven Möglich
keiten für die Gestaltung des Schienenfahrzeugs.
Dadurch, daß der Rahmen oder andere konstruktive Elemente des Drehgestells
zumindest abschnittsweise als Druckluftbehälter ausgebildet sind, kann der Platzbedarf
in diesem Bereich weiter verringert werden. Dabei wird die Rahmenstruktur des zumeist
als Schweißkonstruktion ausgebildeten Drehgestells in besonders günstiger Weise
ausgenutzt. Im Rahmen des Drehgestells vorliegende Hohlräume werden so neben ihrer
statischen auch einer zusätzlichen Nutzung zugeführt. Hierdurch verringert sich auch
der konstruktive Aufwand, da kein zusätzlicher Druckluftbehälter in diesem Bereich
angeordnet werden muß. Die zur Aufnahme der Druckluft erforderliche Dichtigkeit im
Rahmen kann dabei mit herkömmlichen Mitteln durch Dichtschweißen etc. hergestellt
werden.
Alternativ ist es auch möglich, daß der Rahmen oder andere konstruktive
Elemente des Drehgestells zumindest abschnittsweise zur Aufnahme des
Druckluftbehälters vorgesehen sind. Dann werden die in der Rahmenstruktur
vorliegenden Freiräume in günstiger Weise genutzt, so daß der Platzbedarf für den
Druckluftbehälter gering gehalten werden kann. Dabei ist es auch möglich, die
Rahmenstruktur als teilweise oder vollständig geschlossene Umhüllung in einem
Bereich auszubilden und den Druckluftbehälter einzufügen. Dann kann der Rahmen
auch als Schutzorgan für den Druckluftbehälter gegenüber äußeren Einwirkungen
dienen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Drehgestell
für ein Schienenfahrzeug bereitgestellt, bei dem der Rahmen zumindest abschnittsweise
als Druckluftbehälter ausgebildet ist. Dieses erfindungsgemäße Drehgestell zeichnet
sich durch eine funktionelle Mehrfachnutzung aus. So dient es in üblicher Weise weiter
zur Lagerung der Achsen und Aufnahme der durch den Wagenkasten aufgebrachten
Last. Zusätzlich dient es auch als Hohlkörper, in dem Druckluft gespeichert werden
kann. Das erfindungsgemäße Drehgestell stellt daher ein besonders vorteilhaftes Modul
zur Vereinfachung eines Schienenfahrzeugs dar. Damit sind wesentliche konstruktive,
montagetechnische und finanzielle Vorteile erzielbar.
Alternativ wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Drehgestell für
ein Schienenfahrzeug bereitgestellt, bei dem der Rahmen und/oder andere konstruktive
Elemente des Drehgestells zumindest abschnittsweise zur Aufnahme eines separaten
Druckluftbehälters ausgebildet ist. Damit ist es möglich, im Inneren des Drehgestells
einen somit geschützt angeordneten Druckluftbehälter aufzunehmen, ohne daß ein
wesentlicher zusätzlicher Platzbedarf dafür erforderlich ist.
Wenn im oder am Drehgestell ein Rückschlagventil einer Druckluftleitung ange
ordnet ist, welches zur Zufuhr von Druckluft aus der Hauptluftbehälterleitung zu
Betriebsbremsventilen zur Beaufschlagung von Bremsen des Drehgestells bzw. zum
Speisen der Steuereinheit für die Federspeicherbremse und/oder weiterer Steuereinhei
ten für weitere Hilfsaggregate vorgesehen ist, kann ein Drehgestellmodul bereitgestellt
werden, welches bereits wesentliche zur Steuerung eines Bremssystems erforderliche
Einrichtungen integral aufweist. Ein derartiges Drehgestell kann so vorteilhafter Weise
wesentlich zur Verringerung des Montageaufwands für ein Schienenfahrzeug beitragen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Bremssteuereinheit für ein Bremssystem eines Schienenfahrzeugs bereitgestellt, welches
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Bremssteuereinheit im Drehgestell angeordnet ist,
wobei der Bremssteuereinheit Bremssignale über einen zentralen Bremsdatenbus
zugeführt werden, und wobei die Bremssteuereinheit zur Ansteuerung von
Betriebsbremsventilen und/oder zur Ansteuerung der Federspeicherbremse und/oder zur
Ansteuerung weiterer Hilfsaggregate vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Bremssteuereinheit kann so als ein an sich selbständiges
Modul am Drehgestell vorgesehen werden und ermöglicht konstruktive Freiheit hin
sichtlich des Fahrzeugaufbaus. Des weiteren lassen sich mit dieser Bremssteuereinheit
die oben diskutierten zusätzlichen Vorteile erzielen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figur der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Bremssystems;
Fig. 2 eine schematische Übersicht über Detaileinrichtungen des erfindungsgemäßen
Bremssystems an einem Drehgestell;
Fig. 3 die elektropneumatische Drucksteuereinrichtung des Bremssystems im Detail;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des pneumatischen Bremsmoduls,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Signalwege für ein erfindungsgemäßes
Bremssystem; und
Fig. 6 eine weitere Systemdarstellung des erfindungsgemäßen Bremssystems.
Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 1 weist ein Schienenfahrzeug 1 im
wesentlichen einen Fahrzeugaufbau 2 und im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei
Drehgestelle 3 auf. Das Schienenfahrzeug 1 ist hier als Zugfahrzeug dargestellt, wobei
auch weitere angetriebene oder nicht angetriebene Fahrzeuge zur Ausbildung eines
Zugverbandes angekoppelt sein können.
In Fig. 1 ist die elektronische Ansteuerung des Bremssystems des Schienenfahr
zeugs 1 gezeigt. Eine zentrale Steuereinheit 21 und eine Drucklufterzeugungseinrich
tung 22 sind im Fahrzeugaufbau 2 angeordnet. Die zentrale Steuereinheit 21 erhält
durch einen Fahrzeugdatenbus 23 Betriebsdaten über das gesamte Schienenfahrzeug
bzw. vom gesamten Zugverband. Die hieraus abgeleiteten Steuerungsdaten für das
Bremssystem des Schienenfahrzeugs werden über einen Bremsdatenbus 24 an die
Lufterzeugungseinrichtung und die lokalen Steuereinheiten 31 und optional weiter
vorhandenen Funktionsmodulen in den Drehgestellen 3 weitergegeben. Über
Anschlußeinheiten 25 können diese Daten auch an weitere Fahrzeuge eines
Zugverbandes weiter geleitet werden. Die pneumatischen Einrichtungen sind aus Fig. 2
ersichtlich.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Bremssystems 100 in näherem Detail
dargestellt. Das Bremssystem 100 erstreckt sich hierbei insgesamt über drei Ebenen des
Schienenfahrzeugs 1, welche in Fig. 2 auf der rechten Seite mit römischen Buchstaben I,
II und III gekennzeichnet sind. In dem mit I eingegrenzten Bereich sind die im Fahr
zeugaufbau angeordneten Einrichtungen dargestellt. II zeigt die im Wagenkasten ange
ordneten Vorrichtungen, während III die in einem Drehgestell angeordneten elektri
schen und pneumatischen Module zeigt.
Zusätzlich zu den elektrischen Leitungen sind in Fig. 2 auch die pneumatischen
Leitungen gezeigt. So wird ein pneumatisches Bremsmodul 160 von einer Druckluftleitung
111 und in dieser Ausführungsform von einer pneumatischen Steuerleitung 112
gespeist. Die pneumatische Steuerleitung 112 und die Druckluftleitung 111 wirken
dabei auf ein Steuerventil 113 mit lastabhängiger Druckbegrenzung und einer
Absperrvorrichtung ein, welches im Wagenkasten angeordnet ist. Der Pneumatikdruck
in der Druckluftleitung 111 liegt zudem an einer Puffereinrichtung 114 für den
Versorgungsdruck mit einer Absperrvorrichtung an, welche ebenfalls im Wagenkasten
angeordnet ist.
Die Ausgabedrücke des Steuerventils 113 und der Puffereinrichtung 114 werden
einer Drucksteuerung 161 im Drehgestell zugeführt. Diese Drucksteuerung 161 stellt
über eine elektropneumatische Drucksteuerungseinrichtung 162, ein Umschaltmodul
163 und ein als Durchsatzverstärker wirkendes Relaisventil 164 den gewünschten
Bremszylinderdruck an einer Ausgabestelle C ein. Dieser Ausgabedruck wird durch
einen Drucksensor 165 überwacht.
Die Drucksteuerung 161 wirkt ferner auf eine Ansteuereinheit 166 für eine
Parkbremse P ein.
Die im Drehgestell angeordnete lokale Bremssteuereinheit 150 weist eine Steuer
elektronik 151 und eine "Fail-Safe"-Überwachungseinheit 152 auf.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Steuereinheit 151 über den Bremsdatenbus
24 mit Steuersignalen von der zentralen Bremssteuereinheit 21 versorgt. Ferner verbin
det eine Schleife 171 eine Notbrems-Sicherheitsleitung 170 mit der Steuereinheit 151
und der "Fail-Safe"-Überwachungseinheit 152. Die Steuereinheit 151 steuert die
elektropneumatische Drucksteuereinrichtung 162. Wird durch die Schleife 171
angezeigt, daß eine Notbremsung erforderlich ist, überwacht die "Fail-Safe"-Überwa
chungseinheit 152 zudem ein Ausgangssignal der Steuereinheit 151, um sicherzustellen,
daß die Steuereinheit 151 die Notbremsung korrekt eingeleitet hat.
Ist dies nicht der Fall, so wirkt die Fail-Safe-Überwachungseinheit 152 direkt auf
das Umschaltmodul 163 ein und bewirkt ein Umschalten auf die pneumatische Rück
fallebene, das heißt eine pneumatische Notbremsung des Systems.
Wenn die Steuereinheit 151 eine korrekte Notbremsung eingeleitet hat, wird diese
gesteuert durchgeführt, das heißt es können fahrzeugspezifische Daten und/aktuelle Be
triebsgrößen bei der Durchführung der Notbremsung ebenso berücksichtigt werden wie
zum Beispiel eine Schlupfregelung.
Wie in Fig. 2 ferner dargestellt ist, kann die zentrale Bremssteuereinheit 21 eben
falls mit der Notbremssicherleitsleitung 170 verbunden sein, um über den Bremsdaten
bus 24 auf die dezentrale Steuereinheit 151 einzuwirken. Bei entsprechender Ausge
staltung der elektronischen Steuereinheit 151 zur Verarbeitung derartiger zusätzlicher
Daten ist es jedoch auch möglich, daß diese die Notbremsung unabhängig und dezentral
von der zentralen Bremssteuereinheit 21 ausführt.
Fig. 2 zeigt den Systemaufbau an einer Fahrachse bzw. einem Drehgestell des
Schienenfahrzeugs 1. Die im Wagenkasten angeordneten Bauelemente und insbeson
dere die im Drehgestell vorgesehenen Einrichtungen sind an jedem einzelnen Wagenka
sten bzw. Drehgestell vorgesehen, wobei die fahrzeugaufbauseitige zentrale Bremssteu
ereinheit 21 nur einmal pro Fahrzeug oder Zugverband erforderlich ist.
Nachfolgend sei die Funktion und Struktur des dezentralen Bremssteuermoduls im
näheren Detail erläutert. Es führt folgenden Funktionen an einem Drehgestell aus:
- - geregelte Einstellung eines angeforderten Bremszylinderdrucks für das Drehgestell oder für jede einzelne Achse;
- - Gleitschutz: Erfassung und Auswertung der Achs- bzw. Raddrehzahlen. Bei Auf treten unzulässig hoher Schlupfwerte während des Bremsens wird eine schnelle Veränderung des drehgestell- oder achsweise eingestellten Bremszylinderdrucks ermittelt und der Bremszylinderdruck entsprechend schnell korrigiert;
- - Ermittlung des Beladungszustands des Drehgestells beispielsweise aus den beiden Federbalgdrücken; und
- - Überwachung und Diagnose aller beeinflußten elektropneumatischen und sensori schen Komponenten.
Das dezentrale Bremssteuermodul gemäß dieser Ausführungsform ist für die An
steuerung aktiver Bremszylinder konzipiert. Wie oben bereits erläutert wurde setzt sich
das beispielhaft beschriebene Modul aus einer Kompaktventilbaugruppe, einer an die
Steuerfunktion angepaßten Steuerelektronik sowie einer für die Gewährleistung der
signaltechnischen Sicherheit des Moduls erforderlichen Überwachungsbaugruppe
zusammen; Zu diesem Modul können neben den mechanischen Komponenten auch eine
standardisierte Funktionssoftware zählen. Das Bremssteuermodul erhält eine
Bremsanforderung vorzugsweise über zwei Signalwege: den Bremssystembus und die
Notbremsschleife.
Jede Bremsanforderung wird dabei elektropneumatisch mittels der Steuerelektro
nik und entsprechenden Elektromagnetventilen als Stellglieder bedient. Somit wird auch
das Signal der Notbremsschleife von der Steuerelektronik eingelesen und
weiterverarbeitet. Eine über diesen Signalweg ausgelöste Bremsung ist lastkorrigiert
und durch den Gleitschutz unterstützt.
Im Falle einer schweren Funktionsstörung der elektronischen/elektropneumati
schen Steuerung verfügt das Bremssteuermodul zudem über die rein pneumatisch ausge
führte Rückfallebene, die bei einer Bremsanforderung über die Notbremsschleife einen
festen Bremsdruck einsteuert, der nicht lastkorrigiert ist und auch keine Gleitschutz
regelung aufweist.
Fig. 3 zeigt einen Teil der elektro-pneumatischen Drucksteuerungseinrichtung 162
und insbesondere die beiden in Reihe geschalteten elektro-pneumatischen Ventile 180
und 181. Dabei dient das Ventil 180 dem Druckaufbau während das andere Ventil 181
den Druckabbau ermöglicht. Damit können bei kleiner Luftdurchsetzung schnelle Re
aktionszeiten erzielt werden. Der nachgeschaltete Durchsatzverstärker 164 sorgt
schließlich für ein ausreichendes Maß an Druckluftdurchsatz, damit der Bremszylinder
mit dem gewünschten Bremsdruck beaufschlagt werden kann.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine zur Ausführung der definierten Funktionen ge
eignete Struktur der pneumatischen Steuerung.
Eine im Drehgestell angeordnete pneumatische Steuerung 200 weist auf Seiten der
externen Einspeisung zunächst ein Hilfslöseventil 201 auf. Über einen Drucksensor 202
wird der Pneumatikdruck auf das Drucksteuerventil 203 und parallel hierzu auf das
Druckminderventil 204 geführt. Dem anschließenden Notbremsumschaltventil 206 vor
geschaltet ist ein Kontrollstutzen 205. Auf der Abgabenseite des Notbremsumschalt
ventils 206 ist ein Relaisventil 207 angeschlossen, an dem zu dem direkt der Eingangs
luftdruck anliegt. Am Ausgang des Relaisventils 207 ist ein weiterer Drucksensor 208
für die Erfassung des Bremsdrucks vorgesehen. Dieser Anordnung parallel geschalten
ist zudem ein Rückschlagventil 209. Nach dem Relaisventil 207 ist ferner einer Druck
schalter 210 und ein Kontrollstutzen 211 vorgesehen, mittels dem die Bremse lösbar ist.
Der vom Relaisventil 207 abgegebene pneumatische Druck wirkt auf den Bremszylin
der. Zudem sind weitere T-Drucksensoren 212 und 213 vorgesehen.
Nachfolgend werden diese Komponenten näher beschrieben:
Der Drucksensor 202 mißt den am Modul 200 anstehenden Versorgungsdruck. Die beiden Sensoren 212 und 213 dienen zur individuellen Erfassung der Lastdrücke der beiden Luftfederbälge, um Aufschluß über den Lastzustand des Schienenfahrzeugs zu erhalten. Das Drucksteuerventil 203 enthält als Stellglied des Druckregelkreises zwei Schaltventile, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Im nicht angesteuerten Zustand beider Ventile stellt sich ein Druck gleich 0 Bar ein. Hierbei können zwei 2/2-Wege-Ventile zur Anwendung kommen, wobei das erste Ventil als NC (Belüfter) und das zweite Ven til als NO (Entlüfter) ausgebildet sein kann. Alternativ kann das zweite Ventil auch ein 3/2-Wege-Ventil sein. Diese Drucksteuerventile werden von der Elektronik angesteuert und mit einer stabilisierten Spannung versorgt. Diese beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel nominal 24 Volt.
Der Drucksensor 202 mißt den am Modul 200 anstehenden Versorgungsdruck. Die beiden Sensoren 212 und 213 dienen zur individuellen Erfassung der Lastdrücke der beiden Luftfederbälge, um Aufschluß über den Lastzustand des Schienenfahrzeugs zu erhalten. Das Drucksteuerventil 203 enthält als Stellglied des Druckregelkreises zwei Schaltventile, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Im nicht angesteuerten Zustand beider Ventile stellt sich ein Druck gleich 0 Bar ein. Hierbei können zwei 2/2-Wege-Ventile zur Anwendung kommen, wobei das erste Ventil als NC (Belüfter) und das zweite Ven til als NO (Entlüfter) ausgebildet sein kann. Alternativ kann das zweite Ventil auch ein 3/2-Wege-Ventil sein. Diese Drucksteuerventile werden von der Elektronik angesteuert und mit einer stabilisierten Spannung versorgt. Diese beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel nominal 24 Volt.
Das zum Drucksteuerventil 203 parallel geschaltete Druckminderventil 204 dient
der Einstellung eines Drucks, der bei Aktivierung der pneumatischen Rückfallebene als
Bremszylinderdruck eingesteuert wird. Das Notbremsumschaltventil 206 aktiviert die
pneumatische Rückfallebene bei Störung der elektronisch gestützten Bremsfunktion.
Das nachgeschaltete Relaisventil 207 dient zur Verstärkung des Luftdurchsatzes.
Es erfüllt dabei die für die Gleitschutzfunktion erforderlichen Be- und Entlüftegradien
ten.
Der Drucksensor 208 nach dem Relaisventil 207 dient zur Erfassung des Ist-Wer
tes des Bremsdrucks, der eine Regelgröße des Druckregelkreises darstellt. Der Sensor
erfüllt dabei die ausreichende Genauigkeit für die Druckregeln und seine Eingänge sind
auf die Steuerelektronik des Moduls ausgelegt.
Bei einer achsweisen Steuerung sind diese Elemente im wesentlichen doppelt vor
handen.
Eine schematische Übersicht über die Notbremseinrichtung im Zugverband ist in
Fig. 5 gezeigt. Hierbei weist das Bremssystem 100 die zentrale elektronische
Bremssteuereinheit 21 auf, die über einen Datenbus 23 des Schienenfahrzeugs bzw.
Zugverbands mit den fahrzeugspezifischen Informationen und aktuellen Betriebsdaten
versorgt wird. Von der zentralen Bremssteuereinheit 21 führt der Bremsdatenbus 24 zu
der Mehrzahl von lokalen Bremssteuereinheiten 150, welche jeweils in einem
Drehgestell 3 angeordnet sind. Jede lokale Bremssteuereinheit 150 ist an ein
pneumatisches Bremsmodul 160 gekoppelt, welches durch das pneumatische System
des Schienenfahrzeugs 1 mit Druckluft versorgt wird. Jedes pneumatische Bremsmodul
160 weist Bremseinrichtungen und damit zusammenwirkende Einrichtungen auf und
wird durch die jeweilige lokale Bremssteuereinheit 150 angesteuert.
Zusätzlich weist das Bremssystem 100 noch die elektrische Notbrems-
Sicherheitsleitung 170 auf, welche über Schleifen 171 mit den lokalen
Bremssteuereinheiten 150 verbunden ist. Die Notbrems-Sicherheitsleitung 170 erstreckt
sich durch den Zugverband und ist im Betrieb mit einem elektrischen Signal
beaufschlagt. Wird dieses Signal unterbrochen, so löst dies in den lokalen
Bremssteuereinheiten 150 die Durchführung einer Notbremsung im Zugverband aus.
Die Druckregelung im System wird durch den Druckregelkreis verwirklicht, wo
bei die an das dezentrale Bremssteuermodul übermittelte Bremsanforderung (Brems
sollwert über Bremsdatenbus, festverdrahtete Bremsanforderung) als Drucksollwert
vom Druckregelkreis weiterverarbeitet wird. Der Druckregelkreis wird dabei durch
einen durch Software realisierten Druckregeler (Steuerelektronik), einen Drucksensor
und den zugehörigen Analogeingang (Eingangsverstärker und AD-Umsetzer) der
Steuerelektronik zur Erfassung der Regelgröße, Leitungsendstufen der Steuerelektronik,
elektropneumatische Drucksteuerventile als Stellglied und das Relaisventil zur pneuma
tischen Durchsatzverstärkung gebildet.
Dabei kommt der Wiederholgenauigkeit bei der Bremszylinderdruckregelung in
einem verteilten Bremssteuersystem in der Praxis eine höhere Bedeutung zu als der
Absolutgenauigkeit des eingestellten Druckwertes, da ein Fahrzeugführer immer ein
gleichbleibendes Bremsverhalten erwarten und weniger auf den exakten Bremsdruck
achtet. Die Auswirkungen externer Einflußgrößen wie Temperatur, Drift, Alterung,
schwankende Versorgung etc. auf die Komponenten sind daher zu berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße Bremssteuermodul ist für die Ansteuerung der Betriebs-
und Notbremse eines Drehgestells ausgelegt. Dies beinhaltet die kontinuierliche
Bremsdruckregelung in vorbestimmten Druckbereich, die Einsteuerung eines Not
bremsdruckes und eine Gleitschutzfunktion. Für das Drehgestellmodul wird ein defi
niertes Ausfallverhalten gefordert, daß heißt in jedem Betriebszustand stellt sich ein
eindeutig definierter Zustand der Bremse ein:
- - arbeitet die Elektronik fehlerfrei, so ist die Bremse gelöst bzw. durch die Brems anforderung einstellbar;
- - arbeitet die Elektronik fehlerfrei und ist eine Notbremsung ausgelöst, so wir die Bremse mit Lastkorrektur und Gleitschutz aktiviert;
- - arbeitet die Elektronik fehlerhaft und ist keine Notbremsung ausgelöst, so ist die Bremse gelöst;
- - arbeitet die Elektronik fehlerhaft und ist eine Notbremsung ausgelöst, so wird die Bremse mit Feststufe aktiviert.
Das erfindungsgemäße Bremssystem führt zudem eine Gleitschutzregelung aus,
wobei ein Gleitschutzregelkreis auch bei schlechten Haftwertbedingungen zwischen
Rad und Schiene die Einhaltung eines zulässigen Schlupfwertes ermöglicht. Ein Gleiten
des Fahrzeugs wird durch den Gleitschutzregelkreis wirksam verhindert. Hierzu besteht
er im wesentlichen aus Drehzahlsensoren an den Radsätzen oder am Getriebe zur Erfas
sung der tatsächlichen Radgeschwindigkeit, einer durch Software realisierten Verarbei
tungslogik, die zur Berechnung einer Referenzgeschwindigkeit als Maß der tatsächli
chen Fahrzeuggeschwindigkeit und zur Ermittlung von Stellbefehlen zur Beeinflussung
des Bremszylinderdrucks bei Auftreten zu hoher Schlupfwerte an einzelnen Radsätzen
dient, und einem geeigneten Stellglied zur Beeinflussung des eingeregelten Bremszylin
derdrucks.
Beim dezentralen Bremssteuermodul kann der Bremszylinderdruck auch aus
schließlich über die Drucksteuerung beeinflußt werden. Dabei greift die Gleitschutzre
gelung entweder parallel zum Druckregler auf die Drucksteuerventile zu oder sie nutzt
den Druckregelkreis als Stellglied.
In Fig. 6 sind schematisch weitere Details des Bremssystems 100 an einem
Drehgestell 3 gezeigt. Die elektrischen Leitungen sind in Fig. 6 mit gestrichelten
Linien dargestellt. Pneumatische Leitungen sind als durchgezogene Linien dargestellt.
Die in einem Drehgestell 3 angeordneten Einrichtungen sind in einem strichpunktierten
Rahmen aufgenommen.
Das elektronische Ansteuerungssystem weist somit die zentrale Steuereinheit 21
auf, welche vom Fahrzeugdatenbus 23 und zusätzlich von einer vom Bediener des
Schienenfahrzeugs beaufschlagten Vorgabeeinrichtung 26 die zur Steuerung des Brems
systems erforderlichen Daten empfängt. Damit liegen der zentralen Steuereinheit 21
Informationen über die Art des Zugverbandes, dessen Länge, Masse, Geschwindigkeit
ebenso vor, wie auch aktuelle Betriebsgrößen wie Schlupf, Achslast, Raddrehzahl, Ist-
Verzögerung und Drehgestellast berücksichtigt werden können. Diese Daten werden
von der zentralen Steuereinheit 21 ausgegeben und über den Bremsdatenbus 24 jeder
lokalen Steuereinheit 31 zugeführt. Zur Verdeutlichung der Funktionsweise ist diese
lokale Steuereinheit 31 in Fig. 6 in einzelne Steuereinheitsbereiche 31a bis 31f für un
terschiedliche anzusteuernde Einrichtungen aufgeteilt. Durch den Bremsdatenbus 24
wird zudem auch ein Zugbremsventil 41 angesteuert.
Das pneumatische System des Schienenfahrzeugs 1 weist die Drucklufterzeu
gungseinrichtung 22 auf, durch welche eine Hauptluftbehälterleitung 42 gespeist wird.
Ferner wird über das Zugbremsventil 41 auch eine Hauptluftleitung 43 gespeist. An die
Hauptluftleitung 43 können über entsprechende Vorrichtungen die einzelnen Fahrzeuge
eines Zugverbandes angeschlossen werden. Hierbei wird ein Druck vorgegeben, bei
dem die Zugbremsen vollständig gelöst sind. Dieser Druck kann durch Einwirkung der
zentralen Steuereinheit 21 derart eingestellt werden, daß das Schienenfahrzeug in ge
wünschter Weise gebremst wird.
Die Hauptluftbehälterleitung 42 dient zur Ansteuerung der Bremseinrichtungen
eines Drehgestells 3 des Zugfahrzeuges. Hierzu zweigt sich eine Druckluftleitung 44
von der Hauptluftbehälterleitung 42 ab und führt Druckluft über ein Absperrventil 27 zu
einem im Drehgestell 3 angeordneten Rückschlagventil 32 und einen Druckluftbehälter
33. Dieser Druckluftbehälter 33 dient zur Sicherstellung der Einsatzfähigkeit der
Bremseinrichtungen jedes Drehgestells 3 bei Ausfall der Hauptluftbehälterleitung 42.
Weiter sind an diese Druckluftleitung 44 in dieser Ausführungsform die lokalen
Steuereinheiten 31a bis 31e angekoppelt. Die lokalen Steuereinheiten 31a und 31b
weisen hierbei Betriebsbremsventile auf, mittels denen der erforderliche Bremszylin
derdruck in Bremseinrichtungen 34 und 35 stufenlos einstellbar ist.
Des weiteren versorgt die Druckluftleitung 44 auch die lokale Steuereinheit 31c,
durch welche Federspeicherbremsen in den Bremseinrichtungen 34 und 35 aktivierbar
sind.
Die Druckluftleitung 44 versorgt zudem eine lokale Steuereinheit 31d, durch wel
che Putzklötze 36 ansteuerbar sind. Weiter wird eine lokale Steuereinheit 31e versorgt,
welche zur Ansteuerung einer Spurkranzschmierungseinrichtung 37 dient.
In der vorliegenden Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist zudem eine weitere lokale
Steuereinheit 31f gezeigt, welche nicht zwingend im Drehgestell 3 angeordnet sein muß
und zum Aktivieren einer Sandungseinrichtung 38 dient. Diese Einrichtungen 38 kön
nen jedoch auch direkt an die Druckluftbehälterleitung 42 anstelle an die Druckluftlei
tung 44 angekoppelt sein.
In der vorliegenden Ausführungsform arbeiten sowohl das Zugbremsventil 41 als
auch die Bremsventile in den lokalen Steuereinheiten 31a und 31b nach dem Ruhe
stromprinzip. Im Falle einer Störung des Systems entlüftet das Zugbremsventil 41 daher
die Hauptluftleitung, während die Bremsventile die Bremseinrichtungen 34 und 35 be
lüftet werden. Dadurch wird eine Notbremsung ausgelöst.
In Fig. 6 ist die Erfindung am Beispiel eines Drehgestells 3 erläutert. Je nach Art
und Aufbau kann das Schienenfahrzeug 1 eine unterschiedliche Anzahl an Drehgestel
len 3 aufweisen. In der Regel weist das Führungsfahrzeug zwei oder wie in Fig. 1 ge
zeigt drei Drehgestelle 3 auf. Diese Drehgestelle 3 sind wie oben erläutert als dezentrale
Modularsysteme aufgebaut, welche vom Fahrzeugaufbau 2 noch über den Bremsdaten
bus 24 und die Druckluftleitung 44 angekoppelt sind.
Um die Baugröße im Drehgestell 3 gering halten zu können, kann der Druckluft
behälter 33 integral am Rahmen des Drehgestells 3 durch Dichtschweißen eines Teilbe
reichs hiervon ausgebildet sein. Alternativ kann der Druckluftbehälter 33 auch in einen
Teilbereich des Drehgestellrahmens eingebaut sein. Weiter kann erfindungsgemäß auch
das Rückschlagventil 32 am Drehgestellrahmen angeordnet sein.
Das Rückschlagventil 32 und/oder der Druckluftbehälter 33 können einmal pro
Drehgestell 3 oder für jede Achse einzeln vorgesehen sein. Ferner kann auch nur das
Rückschlagventil 32 oder der Druckluftbehälter 33 im Drehgestell angeordnet sein.
Die lokalen Bremssteuereinheiten können zudem auch Signale von Einrichtungen
zur Überwachung und automatischen Betriebsführung, z. B. ATO (Automatic Train
Operation), ATC (Automatic Train Control) oder ATP (Automatic Train Protection),
zur Steuerung des Bremsvorgangs nutzen.
Weitere Details des erfindungsgemäßen Bremssystems sind Gegenstand der pa
rallelen deutschen Patentanmeldungen vom gleichen Tage mit dem selben Titel und
dem Anwaltsaktenzeichen KN08K02, KN08K03 und KN08K04, auf die vollinhaltlich
Bezug genommen wird.
Die Erfindung schafft somit ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, bei dem
lokale elektronische Bremssteuereinheiten zu einer wesentlichen Vereinfachung der
Versorgungslogistik verhelfen. Damit läßt sich nicht nur der konstruktive Aufwand am
Schienenfahrzeug deutlich verringern, sondern es werden auch in allen Betriebszustän
den die erforderlichen Bremsfunktionen bereitgestellt, um einen sicheren Stillstand des
Schienenfahrzeuges herbeiführen zu können.
Claims (34)
1. Bremssystem (100) für ein Schienenfahrzeug (1) mit einer Hauptluftbehälter
leitung (42), die von einer Drucklufterzeugungseinrichtung (22) gespeist wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
jedem Drehgestell (3) wenigstens eine Druckluftleitung (44) zugeführt ist, welche
über beispielsweise ein Absperrventil (27), ein Rückschlagventil (32) und einen
Druckluftbehälter (33) mit der Hauptluftbehälterleitung (42) oder direkt mit dieser
verbunden ist, und welche beispielsweise die Betriebsbremsventile zur
Beaufschlagung von Bremsen (34, 35) des Drehgestells (3) oder eine Steuereinheit
(31c) für die Federspeicherbremse und/oder weitere Steuereinheiten (31d, 31e) für
weitere Hilfsaggregate (36, 37) speist.
2. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung
der Betriebsbremsventile und/oder die Ansteuerung der Federspeicherbremse
und/oder die Ansteuerung weiterer Hilfsaggregate (36, 37) über wenigstens eine
lokale, elektronische Bremssteuereinheit (31) erfolgt.
3. Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lokalen
Bremssteuereinheit (31) Signale der vom Lokführer bedienbaren Vorgabeeinrich
tungen (26) und Signale von lokalen Einrichtungen zur Erfassung von aktuellen
Betriebsgrößen - wie Schlupf, Achslast, Raddrehzahl, Ist-Verzögerung und
Drehgestellast - und/oder Signale von Einrichtungen zur Überwachung und
automatischen Betriebsführung (ATO, ATC, ATP) eingangsseitig vorliegen.
4. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bremssignale über einen zentralen Schienenfahrzeug-Datenbus
(23) zu wenigstens einem als geeignete Schnittstelle ausgebildeten Gateway
geleitet werden, von wo aus diese bzw. korrespondierende Bremssignale über
einen zentralen Bremsdatenbus an die lokalen Bremssteuereinheiten (31) weiter
geleitet werden.
5. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bremssignale direkt vom zentralen Schienenfahrzeug-Datenbus
(23) zu den lokalen Bremssteuereinheiten (31) weitergeleitet werden.
6. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die lokale Bremssteuereinheit (31) achsweise und/oder
drehgestellweise im Drehgestell (3) oder am Wagenkasten im Bereich des
Drehgestells plaziert ist.
7. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die lokale Einrichtung zur Erfassung von aktuellen Betriebsgrößen
radweise und/oder achsweise und/oder im Drehgestell (3) angeordnet ist.
8. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die jeweilige lokale Bremssteuereinheit (31) über Daten verfügt,
mittels der eine Verknüpfung von Signalen der Vorgabeeinrichtungen mit
Signalen der Betriebsgrößen-Erfassungseinrichtung erfolgen kann.
9. Bremssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels den der
lokalen Bremssteuereinheit (31) vorliegenden Daten eine Umsetzung der
Bremssignale derart erfolgt, daß ein möglichst gleichmäßiger Verschleiß der
Bremsen erzielbar ist.
10. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die lokalen Bremssteuereinheiten (31), das Zugsteuergerät, die Vorgabeein
richtungen (26) in den Führerständen, die Drehgestelle (3) und ggf. die lokalen
Betriebsgrößen-Erfassungseinrichtungen über eine Sicherheitsschleife (170)
miteinander verknüpft sind.
11. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekenn
zeichnet, daß die lokale Bremssteuereinheit (31) eine lokale Steuerelektronik,
eine "Fail-Safe"-Einrichtung (152) und eine Drucksteuerung (161, 162, 164)
aufweist.
12. Bremssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteue
rung (162) vorzugsweise zwei in Reihe geschaltete, elektro-pneumatische Ventile
(180, 181) zur Bremsdruckregulierung durch Be- bzw. Entlüften entsprechend des
vorliegenden Bremssignal-Sollwertes und der vorliegenden Gleitschutz-
Information aufweist.
13. Bremssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die bei
den Ventile (180, 181) als Elektromagnetventile mit vorzugsweise kleiner
Leistung ausgeführt sind.
14. Bremssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drucksteuerung einen stromabwärts der beiden Ventile (180, 181)
angeordneten Durchsatzverstärker (164) aufweist.
15. Bremssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Notbremsung mit Hilfe eines elektrischen Signals aus
gelöst wird, wobei das Auslösen der Notbremsung von einer "Fail-Safe"-Ein
richtung (152) überwacht wird, die bei nicht korrekt eingeleiteter Notbremsung
eine Rückfallebene aktiviert.
16. Bremssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im notbrems
freien Betrieb das vorgenannte elektrische Signal in Form eines Normalbetriebs
signals über eine elektrische Sicherheitsleitung (170) weitergeleitet wird.
17. Bremssystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Not
bremsfall ein entsprechendes Notbremssignal oder ein Wegfall des Normalbe
triebssignals die Notbremsung auslöst.
18. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß im Notbremsfall die Ansteuerung der Betriebsbremsventile bzw.
der Betriebsbremsen und/oder die Ansteuerung der Federspeicherbremse über
wenigstens ein elektro-pneumatisches Steuerventil (162) erfolgt.
19. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß im Normalbetrieb die Ansteuerung des Zugbremsventils (41), der
Betriebsbremsventile sowie die Aktivierung der Steuereinheit (31c) für die
Federspeicherbremse und/oder der weiteren Steuereinheiten (31d, 31e) für die
weiteren Hilfsaggregate (36, 37) über lokale, elektronische Bremssteuereinheiten
(150), die über einen gemeinsamen Bremsdatenbus (24) miteinander verbunden
sind, erfolgt.
20. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bremssystem eine Hauptluftleitung aufweist, die über ein Zug
bremsventil von der Drucklufterzeugungseinrichtung gespeist wird, welche über
ein Steuerventil die Bremse betätigt.
21. Bremssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn
zeichnet, daß den Bremsen beim Aktivieren der Rückfallebene ein voreinge
stellter Bremsdruck zugeführt ist.
22. Bremssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der voreinge
stellte Bremsdruck ein fest eingestellter Bremsdruck ist, der während des Betriebs
unverändert bleibt.
23. Bremssystem nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der
Bremsdruck der Beladung des Fahrzeugs angepaßt ist.
24. Bremssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (32) und/oder der Druckluftbehälter
(33) im Drehgestell (3) angeordnet sind.
25. Bremssystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen
und/oder andere konstruktive Elemente des Drehgestells (3) zumindest
abschnittsweise als Druckluftbehälter (33) ausgebildet ist.
26. Bremssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen
und/oder andere konstruktive Elemente des Drehgestells (3) zumindest
abschnittsweise zur Aufnahme des Druckluftbehälters (33) vorgesehen ist.
27. Drehgestell (3) für ein Schienenfahrzeug (1),
dadurch gekennzeichnet, daß
dessen Rahmen und/oder andere konstruktive Elemente des Drehgestells (3)
zumindest Abschnittsweise als Druckluftbehälter (33) ausgebildet ist.
28. Drehgestell (3) für ein Schienenfahrzeug (1),
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rahmen und/oder andere konstruktive Elemente des Drehgestells (3) zumin
dest Abschnittsweise zur Aufnahme eines separaten Druckluftbehälters (33)
ausgebildet ist.
29. Drehgestell nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß darin bzw.
daran ein Rückschlagventil (32) einer Druckluftleitung (44) angeordnet ist, zur
Zufuhr von Druckluft aus der Hauptluftbehälterleitung (42) zu Betriebsbremsven
tilen zur Beaufschlagung von Bremsen (34, 35) des Drehgestells (3) bzw. zum
Speisen der Steuereinheit (31c) für die Federspeicherbremse und/oder weiterer
Steuereinheiten (31d, 31e) für weitere Hilfsaggregate (36, 37).
30. Bremssteuereinheit (31) für ein Bremssystem eines Schienenfahrzeugs (1),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bremssteuereinheit (31) im Drehgestell (3) angeordnet ist, wobei der
Bremssteuereinheit (31) Bremssignale über einen zentralen Bremsdatenbus (24)
zugeführt werden, wobei die Bremssteuereinheit (31) zur Ansteuerung von
Betriebsbremsventilen und/oder zur Ansteuerung der Federspeicherbremse
und/oder zur Ansteuerung weiterer Hilfsaggregate vorgesehen ist.
31. Bremssteuereinheit nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine lokale
Steuerelektronik, eine "Fail-Safe"-Einrichtung (152) und eine Drucksteuerung
(161, 162, 164) aufweist.
32. Bremssteuereinheit nach Anspruch 30 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drucksteuerung (162) vorzugsweise zwei in Reihe geschaltete, elektro
pneumatische Ventile (180, 181) zur Bremsdruckregulierung durch Be- bzw.
Entlüften entsprechend des vorliegenden Bremssignal-Sollwertes und der
vorliegenden Gleitschutz-Information aufweist.
33. Bremssteuereinheit nach wenigstens einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Ventile (180, 181) als Elektromagnetventile mit
vorzugsweise kleiner Leistung ausgeführt sind.
34. Bremssteuereinheit nach wenigstens einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drucksteuerung einen stromabwärts der beiden Ventile
(180, 181) angeordneten Durchsatzverstärker (164) aufweist.
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