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Führerbremsventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Führerbremsventil
für selbsttätige, indirekt wirkende Druckluftbremsen von Schienenfahrzeugen gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiges Führerbremsventil ist aus
der EP-A1-0032567 bekannt. Dort sind selbstabschließende, nicht-nachspeisende Vorsteuereinrichtungen
zur Steuerung eines Vorsteuermediums vorgesehen, das entweder pneumatisch oder elektrisch
sein kann. Eine Ventileinheit (Analogwandler) setzt das jeweilige Signalniveau des
Vorsteuermediums in einen entsprechenden Vorsteuerdruck um, der ein Relaisventil
ansteuert, welches den Druck in der Hauptluftleitung entsprechend dem Vorsteuerdruck
steuert.
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Die Vorsteuereinrichtungen (Eingabeeinheiten) sind hierbei als reine
elektrische Schalter ausgebildet, deren Ausgangssignale unmittelbar auf die Magnetventile
des Analogwandlers wirken. Um den Vorsteuerdruck in nicht linearer Weise von den
Betätigungszeiten der elektrischen Schalter für die verschiedenen Vorgänge wie Bremsen,
Lösen, Angleichen, Füllstoß etc. einstellen zu können, besitzt der bekannte Analogwandler
aufwendige pneumatische Einrichtungen ähnlich den bekannten, rein pneumatischen
Führerbremsventilen (vgl. Firmendruckschrift der Firma Knorr-Bremse GmbH "Führerbremsventilanordnung
HDR für Streckenlok", Ausgabe 1974) (TK3 0022a).
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Aus der DE-A-31 49 110 ist eine Elektro-Druckmittelbremsanlage für
direkt wirkende Bremsen von Kraftfahrzeugen bekannt, bei der der Bremsmitteldruck
über von elektrischen Signalgebern angesteuerte Magnetventile unmittelbar verändert
wird. Für selbsttätige. indirekt wirkende Druckluftbremsen von Schienenfahrzeugen
ist diese Bremsanlage nicht geeignet.
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Schließlich ist aus der EP-B1-0026725 eine Regelschaltung für Flugzeugbremsen
bekannt, bei der eine elektronische Regelschaltung direkt auf Elektro-Magnetventile
wirkt, welche unmittelbar, d.h. also direkt, den Bremsmitteldruck verändern. Für
indirekt wirkende Bremsen ist auch diese Anlage nicht geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Führerbremsventil der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, daß mit verringertem mechanischen bzw. pneumatischen
Aufwand ein sehr präzise und sicher arbeitendes Führerbremsventil geschaffen wird,
das den geltenden Sicherheitsbestimmungen genügt und gegenüber herkömmlichen, überwiegend
pneumatisch arbeitenden Führerbremsventilen verbesserte Funktionen, insbesondere
beim Löse-, Angleicher- und Füllvorgang aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches
1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Mit dem Führerbremsventil nach der Erfindung werden die Funktionen
der bekannten pneumatischen bzw. elektro-pneumatischen Führerbremsventile elektronisch
nachgebildet, wobei sich als besondere Vorteile verbesserte Angleicher-, Löse- und
Füllfunktionen ergeben sowie verbesserte Uberwachungsfunktionen. Von besonderem
Vorteil ist es, daß beim Füllstoß eine Drucküberhöhung vorgenommen werden kann,
die über die bei pneumatischen Vorsteuerventilen mögliche Drucküberhöhung hinausgeht.
Bei der bisherigen pneumatischen Druckabsenkung nach einem Füllstoß war die mögliche
Drucküberhöhung durch den Gradienten der Absenkung begrenzt. Der Gradient mußte
so klein sein, daß das
Relaisventil nicht in Richtung Einbremsen
ansprach. Mit dem Führerbremsventil nach der Erfindung kann der Gradient (Steilheit)
des Druckabsenkens sehr exakt und beliebig langsam eingestellt werden, so daß man
schärfer. an die Ansprechgrenze des Relaisventils herankommt.
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Durch Messung der Nachspeiseleistung in der HB-Leitung kann der Druck
in der HL-Leitung indirekt erfaßt werden und zwar bezogen auf das erste Steuerventil
des ersten Wagens. Die Uberladung der HL-Leitung kann daher auf das erste Steuerventil
bezogen werden, wodurch man schneller Füll- und Lösevorgänge erhält. Es ist also
nicht erforderlich, den HL-Druck direkt am ersten Steuerventil zu messen, was eine
eigene Meßleitung (z.B. von der Lokomotive zum ersten Wagen) zwischen Führerbremsventil
und erstem Steuerventil bedingen würde, was von den meisten Bahnverwaltungen und
insbesondere den UIC-Vorschriften nicht zugelassen wird.
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Durch die Messung der Nachspeiseleistung in der HB-Leitung können
auch die Zustände "Notbremsung" und "Zugtrennung" unterschieden werden und sogar
selbst bei dem kritischen Fall der Zugtrennung während eines Füllstoßes oder während
eines Lösevorganges.
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Wie auch bei herkömmlichen, pneumatischen Führerbremsventilen findet
während des Füllstoßes ein Querschnittswechsel statt, d.h. die Nachspeisung aus
der HB-Leitung erfolgt während des Füllstoßes über einen schaltbaren, größeren Querschnitt.
Die Forderung nach einem Querschnittswechsel wird aus Sicherheitsgründen von den
meisten Bahnverwaltungen erhoben. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei Notbremsungen
bzw. Zugtrennungen der vordere Zugteil sicher gebremst wird und nicht durch zu hohe
Nachspeiseleistung im vorderen Zugteil ein zu hoher Druck aufrechterhalten wird.
Da die Rückumschaltung des Querschnittswechsels, d.h. die Rückumschaltung auf den
kleineren Querschnitt für normale Lösevorgänge druckabhängig erfolgt (z.B. bei Erreichen
eines HL-Druckes von 5,65 bar), kann aufgrund des zeit linearen Druckabsenkens beim
Füllstoß der große Querschnitt länger
offen sein, da der zeitlineare
Druckabfall über den Druckabfall nach einer e-Funktion der rein pneumatischen Führerbremsventile
liegt.
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Dadurch, daß auch beim Lösen der zulässige HL-Druck auf den am ersten
Steuerventil maximal zulässigen Druck bezogen werden kann, erhält man ein schnelleres
Lösen, das heißt, kürzere Lösezeiten (die von der zulässigen A-Druck-Uberhöhung
im Führerbremsventil abhängig sind).
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Aufbau und Abbau des A-Druckes sind von der Nachspeiseleistung und
damit von der Zuglänge abhängig.
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Wird aufgrund der gemessenen Nachspeiseleistung ein sehr langer Zug
ermittelt, so kann sogar noch eine weitere A-Druckerhöhung eingeleitet werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben weich daraus, daß die Führerstände
nur noch elektrische Vorsteuereinheiten aufweisen und keine pneumatischen Leitungen
mehr im Führerstand vorhanden sein müssen. Man erhält hierdurch auch eine größere
Flexibilität beim Einbau der Vorsteuereinheiten im Führerstand sowie durch die kleinere
elektronische Vorsteuereinheit einen Platzgewinn im Gegensatz zu den voluminösen,
rein pneumatischen Vorsteuereinheiten.
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Zum Sicherheitskonzept des Führerbremsventils nach der Erfindung gehörte
es, daß die SIFA-Schleife die zentrale Elektronik nicht berührt. Selbst bei Ausfall
der Elektronik ist somit noch eine Schnellbremsung möglich.
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Die rein elektronische Bildung des Sollwertes (entweder zeit- oder
stellungsabhängig) ermöglicht auch vielfältige Uberwachungsfunktionen, die die Sicherheit
vergrößern. So können mit einer verfeinerten Logik unzulässige Betriebszustände,
wie gleichzeitiges Vorliegen einer Anforderung für Bremsen und Lösen sehr einfach
erkannt werden. Auch kann in gewissen Grenzen überwacht werden, ob die einzelnen
Baugruppen richtig funktionieren. Beispielsweise kann die richtige Funktion eines
Gebers für den Bremssollwert (z.B. Potentiometer oder Stufenschalter)
dadurch
überwacht werden, daß ständig ein Basiswert (U ) erzeugt 0 wird, der überwacht werden
kann. Dieser Basiswert wird vor der endgültigen Bereitstellung des Bremssollwertes
(USOLL) subtrahiert, so daß hierdurch kein Fehler verursacht wird. Auch können sämtliche
Versorgungsspannungen überwacht werden. Weitere Uberwachungsfunktionen sind in der
nachfolgenden Beschreibung angegeben.
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Durch eine einfache Logik ist es auch möglich, bei Vorgabe des Bremssollwertes
durch lineare Potentiometer ein Ansprugverhalten sicherzustellen, d.h., daß erst
dann eingebremst wird, wenn das Bremsanforderungssignal einen definierten, vorgegebenen
Wert, der der ersten Bremsstufe entspricht, erreicht hat. Konkurrierende Bremsanforderungssignale
vom Führerbremshebel, einer automatischen Fahr- und Bremssteuerung (AFB), bzw. einer
automatischen Zugsteuerung (ATC) werden durch eine Maximalwertauswahl verarbeitet,
wodurch mit einfachen, elektronischen Mitteln sichergestellt ist, daß jeweils das
maximale von mehreren Bremsanforderungssignal wirksam ist.
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Anpassungen an unterschiedliche Normen, wie die amerikanische AAR-Norm,
die europäische UIC-Norm etc., sind durch einfache schaltungstechnische Maßnahmen
möglich. Bauliche Änderungen der pneumatischen Leistungseinheit sind nicht erforderlich.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die gesamten Signalaufbereitungsfunktionen
der Regel logik durch einen programmierten Mikroprozessor ausführen zu lassen, so
daß Änderungen in einfacher Weise durch Programmänderungen durchführbar sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im
Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt Fig.l eine Prinzipskizze
des Führerbremsventiles nach der Erfindung; Fig.2 eine Prinzipskizze ähnlich Fig.l,
mit einer
Weiterentwicklung des Führerbremsventiles nach der Erfindung;
Fig.3 eine ähnliche Prinzipskizze entsprechend Fig.2 mit einer Modifikation für
US-amerikanischen Standard (AAR); Fig.4 eine Prinzipskizze ähnlich den Figuren 1
bis 3, mit zusätzlicher Einfügung einer Notbremsschleife; Fig.5 eine Ubersicht (Anschlußplan)
zur Verdeutlichung des Zusammenhanges der Baugruppen gemäß den Gruppen 5A bis 5G;
Fig.SA bis 5G Blockschaltbilder einzelner Baugruppen des Elektronikteils des Führerbremsventiles
nach der Erfindung; Fig.6 eine Modifikation des Blockierschaltbildes der Fig.5 mit
Erfassung der Nachspeiseleistung aus der HB-Leitung; Fig.7 eine weitere Prinzipskizze
des Führerbremsventiles nach der Erfindung mit detaillierterer Darstellung der Eingabegeräte;
Fig.8 eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung des pneumatischen Teils des Führerbremsventiles
nach der Erfindung; Zum Verdeutlichen der Fig.8 zeigen die Fig.8A bis 8K Ausschnitte
aus der Fig.8 in vergrößertem Maßstab.
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Werden die Fig.8A bis 8K im Schema nach
Fig.8L aneinandergefügt,
so ergeben sie die vollständige Fig.8 in vergrößertem Maßstab. Aus der so zusammengefügten
Fig.8 in größerem Maßstab sind alle Einzelheiten und Beschriftungen klar ersichtlich.
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Weiterhin zeigen Fig.9A bis 9C eine Tabelle der logischen Zustände
der Eingabeeinheiten sowie die in Abhängigkeit von diesen Zuständen ausgeführte
Funktion; Fig. 10 ein Zeitdiagramm des Strömungsmitteldurchflusses durch die HB-Leitung
zur Erläuterung der Funktion "Zugtrennung erfassen"; Fig.ll die Zuordnung des HL-Druckes
zu dem Bremssollwert (einschließlich Ansprungverhalten); Fig.l2 den zeitlichen Verlauf
des gradientenbegrenzten Drucksollwertes bei Bremsen und Lösen; Fig.13 den zeitlichen
Verlauf der Drucksollwertüberhöhung beim manuellen Ausgleichen; Fig.14 den zeitlichen
Verlauf des Drucksollwertes des automatischen Ausgleichers beim Vollbremsen und
Lösen; und Fig.15 den zeitlichen Verlauf des Drucksollwertes und des Ausgleichwertes
beim Füllstoß.
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Gleiche bzw. einander entsprechende Teile in den einzelnen Figuren
sind mit gleichen Bezugszeichen benannt.
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Das Führerbremsventil nach der Erfindung bildet die Funktion herkömmlicher,
pneumatischer Führerbremsventile mit elektronischen Mitteln nach. Das Führerbremsventil-besteht
grundsätzlich aus einem elektronischen Vorsteuerkreis zur Bildung des Vorsteuerdruckes
(A-Druckes) und einem pneumatischen Leistungsteil. Pro Triebfahrzeug ist ein Führerbremsventil
vorgesehen, das von zwei Führerständen FSA und FSB angesteuert werden kann.Ein zusätzlicher
Eingriff ist durch AFB- und ATC-Steuersignale möglich. Damit ist das Führerbremsventil
auch für automatisches Fahren und Bremsen geeignet.
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Zunächst sei auf die Figuren 1 bis 4 Bezug genommen. Eine Eingabeeinheit
1 besitzt folgende Untergruppen : Bezugs zeichen 2: Eingabeeinheit eines Führerstandes
A; Bezugszeichen 3: Eingabeeinheit für einen Führerstand B, Bezugszeichen 4: Eingabeeinheit
"AFB" einer automatischen Fahr- und Bremssteuerung; und Bezugszeichen 5: Eingabeeinheit
"ATC" (automatische Zugsteuerung) (automatic train control).
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Die Ausgangssignale der Eingabeeinheit 1 werden einer Elektronik 6
(vgl. insbesondere Fig.5) zugeführt, in welcher ein elektrisches Signal für einen
Sollwert des Vorsteuerdruckes - im folgenden "A-Druck" genannt - ermittel wird,
das über eine Leitung 14 einem elektropmneumatischen Wandler 7 zugeführt wird. Der
Ausgang des EP-Wandlers 7 wird durch eine pneumatische Steuerleitung 8 gebildet,
der Druckmedium mit dem A-Druck führt. Dieser A-Druck wird einem Relaisventil 9
mit im Prinzip bekannter Bauart zugeführt, wodurch dann in bekannter Weise der Druck
einer Hauptluftleitung - im Folgenden "HL" genannt - eingestellt wird. Das Relaisventil
9 ist in bekannter Weise an eine Hauptbehälterleitung - im Folgenden HB-Leitung
genannt - angeschlossen, über welche die Nachspeisung mit Druckmittel
erfolgt.
Weiterhin ist das Relaisventil an einen A-Druck-Behälter 12 angeschlossen und weist
schließlich eine Entlüftung 13 zur Atmosphäre auf.
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Im EP-Wandler 7 ist auch ein Druckaufnehmer für den A-Druck vorgesehen,
der ein dem A-Druck entsprechendes elektrisches Signal über eine Leitung 15 der
Elektronik 6 zuführt.
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Wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, sind der EP-Wandler 7,
das Relaisventil 9 und der A-Behälter 12 konstruktiv zu einer Einheit zusammengefaßt.
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Fig.2 enthält eine Modifikation, bei der der HL-Druck in der Leitung
11 durch einen Druck-Spannungswandler 16 erfaßt und über eine Leitung 17 zu der
Elektronik 6 gemeldet wird. Weiterhin wird die Druckmittelströmung in der HB-Leitung
10 von einem Strömungssensor 18 erfaßt und über eine Leitung 19 der Elektronik 6
gemeldet. Als Strömungssensor 18 wird in besonders einfacher Weise eine Blende in
der HB-Leitung vorgesehen, an deren beiden Seiten je ein Druckaufnehmer angebracht
ist, wobei der Differenzdruck iNP der beiden 5 Druckaufnehmer ein Maß für die an
der Blende vorbeifließende Strömungsmittelmenge (Volumen pro Zeiteinheit) ist. Es
sind jedoch auch andersartige Strömungs- oder Luftmengensensoren verwendbar.
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Fig.3 zeigt eine Modifikation der Figur 2 in Anpassung an die US-amerikanischen
Vorschriften der AAR (American Association of Railways). Durch diese Modifikation
kann das Führerbremsventil auch entsprechend der AAR-Norm eingesetzt werden. Nach
dieser Norm hat der A-Druck nicht nur die Funktion eines stabilisierenden Steuerdruckes,
sondern ist auch Bestandteil der Sicherheitsphilosophie. Zu diesem Zweck besteht
keine direkte Verbindung zwischen A-Druck-Regler (hier Elektronik 6 mit EP-Wandler
7) und Relaisventil 9. Vielmehr sind in die A-Druck-Leitung 8 fahrzeugseitige Kontrollorgane
zwischengeschaltet, die zum Beispiel bei Zwangsbremsung den A-Druck nach Null entlüften
und dadurch erst eine direkte Entlüftung der HL-Leitung im Relaisventil
einleiten.
Nach AAR-Norm tritt der A-Druck nicht nur im Relaisventil auf, es besteht vielmehr
je eine Hin- und Rückleitung zu anderen Kontrollorganen 21,22 und 23. Im einzelnen
gelangt der A-Druck aus dem EP-Wandler 7 zu zwei Steuerventilen 22 und 23, und von
dort über das Ventil 22 direkt zu dem Relaisventil 9 bzw. über das Ventil 23 zu
einem Ventil 21 und von dort zu dem Relaisventil 9.
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Fig.4 zeigt eine weitere Modifikation mit Notbremsschleife 24, die
nach dem Ruhestromprinzip arbeitet. Zum einen sind auf beiden Führerständen Notbremsventile
26 und 27 angeordnet, die über Leitungen 30 bzw. 32 direkt mit der Hauptluftleitung
11 verbunden sind und diese unmittelbar zur Atmosphäre hin über Auslässe 31 bzw.
33 entlüften. Bei Betätigung der Notbremsventile 26 bzw. 27 gelangen elektrische
Signale über Leitungen 28 bzw. 29 zu der Notbremsschleife 24. Weiterhin können von
den Eingabegeräten 2 und 3 sowie einem SIFA-Schalter 25 Signale auf die Notbremsschleife
24 gegeben werden. In Abhängigkeit von solchen Signalen werden ein Absperrventil
34 in der A-Druck-Leitung 8 am Eingang des Relaisventils 9 sowie ein Absperrventil
35 zwischen Relaisventil 9 und Hauptluftleitung 11 betätigt, um im Notbremsfall
das Relaisventil 9 abzuschalten bzw. eine Nachspeisung von Druckmittel zu verhindern.
Schließlich wirken elektrische Signale der Notbremsschleife 24 auch auf ein Schnellbremsventil
36, welches über eine an die Hauptluftleitung 11 angeschlossene Leitung 37 den HL-Druck
zur Atmosphäre hin entspannt.
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Fig.5 mit den Figuren 5A bis 5G zeigt das Kernstück der Erfindung,
nämlich die Elektronik 6 und den EP-Wandler 7. Der Anschlußplan gemäß Fig.5 verdeutlicht
die Verbindung der Baugruppen gemäß den Fig. 5A bis 5G. Verbindet man die Fig.5A
bis 5G an den jeweils gleichnamigen Anschlüssen al bis a37, so erhält man ein vollständiges
Blockschaltbild der Elektronik und des EP-Wandlers.
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Die Anschlüsse der Stromversorgung sind in Fig.5 nicht detailliert
dargestellt;
ebenso die Anschlüsse der Karte "Fehleranzeige". Die jeweils mit F und einem Index
bezeichneten Fehlersignale werden den mit dem entsprechenden Namen bezeichneten
Anschlüssen der Karte gemäß 5G zugeführt.
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Die Elektronik besitzt folgende Hauptgruppen - Eingabe Betriebsbremsung
(Fig.5A) - Signaleingang zur (galvanisch getrennten) Ubernahme der sonstigen Eingangssignale
(Fig. SB) - Karte für Sollwertbildung (Fig.5C) sowie - Karte für Angleicher- und
Füllstoß-Funktion (Fig.5D), welche zusammen die eigentliche Logikzur Nachbildung'der
Funktion des Führerbremsventiles bilden - Karte EP-Wandler (Fig.5E) zur hochgenauen,
proportionalen Spannung-Druck-Umsetzung der Ausgangssignale der Logik in den Druck,
welcher dann von dem Relaisventil in den HL-Druck umgesetzt wird. Zum EP-Wandler
gehört ein elektro-pneumatischer Teil mit Einlaß- und Auslaßmagnetventil, Druckaufnehmern
zur Erfassung des Vorsteuerdruckes A und des HL-Druckes sowie nach einer Modifikation
der Erfindung ein Differenz-Druckaufnehmer bzw. Strömungssensor zum Erfassen des
Volumenstromes der HB-Leitung.
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- Karte Fehleranzeige bzw. Speicher (Fig.5G).
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- Karte Stromversorgung und Fehleranzeige (Fig. 5F) Von den beiden
Führerständen 2 und 3 kommen jeweils Ein analoger Drucksollwert UPOT, der über Stufenschalter
40 bzw. 41, (die wahlweise auch als Potentiometer oder Signalgeber, der in Abhängigkeit
von der Zeitdauer des Betätigens eines Tasters sich zeitlich ändernde Signale erzeugen,
ausgebildet sein können), vorgegeben wird. Uber Spannungs-Stabilisierschaltungen
42 bzw. 43 sind die Stufenschalter 40 bzw. 41 mit der Stromversorgung (hier Anschluß
für 21 V) der Karte "Stromversorgung" gemäß Fig.5F verbunden. Die Ausgänge der
Stufenschalter
40 bzw. 41 werden über Spannungs-Stromwandler 44 bzw. 45 in Stromwerte umgewandelt
und als Signale "UPOT" an den Anschlüssen A13 bzw. A14 ausgegeben. Diese Anschlüsse
sind mit den gleichnamigen Anschlüssen A13 bzw. A14 der Karte "Sollwertbildung"
gemäß Fig.5C verbunden. Die Anschlüsse al bzw. a2 der Fig. 5A symbolisieren hier
einen Führerbremshebel, der vom Lokomotivführer bedient wird.
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Weitere Signaleingänge werden der Karte "Signaleingang" gemäß 5B zugefuhrt.
Es handelt sich hier um folgende Signale AFB (automatische Fahr- undBremssteuerung)
am Anschluß a3 als analoger Strom- bzw. Spannungswert, der über eine galvanische
Entkopplung 46 und eine Diode 47, welche zusammen mit einer Diode 50 zur Maximalwertauswahl
dient, am Anschluß al5 erscheint.
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Digitale Steuersignale FSA bzw. FSB (Anschluß a4 bzw. a5) zur Unterscheidung
der Führerstände. Diese Signale werden über galvanische Trennungen 48 bzw. 49 an
die Anschlüsse A16 bzw. A17 weitergeleitet.
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Ein analoger Strom- bzw. Spannungswert "ATC" der automatischen Zugsteuerung
(Anschluß A 6), der über eine galvanische Trennung 51 und die Diode 50 am Anschluß
al8 erscheint. Die Anschlüsse al5 und al8 sind miteinander verbunden und mit dem
Anschluß a18 der Karte "Sollwertbildung" (Fig.SC) verbunden, so daß dort das größere
der beiden Signale AFB bzw. ATC anliegt.
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Für die weiter unten erläuterte Füllstoßfunktion wird das Ausgangssignal
der galvanischen Trennung 50 über einen Schwellwertschalter 51' an dem Anschluß
al9 ausgegeben.
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Am Anschluß a7 steht ein Signal eines HB-Druckschalters an, das anzeigt,
ob der HB-Druck einen bestimmten Wert erreicht hat. Uber eine galvanische Trennung
52 wird dieses Signal an dem Anschluß a20 ausgegeben. Ein Füllstoßsignal von einem
Taster bzw. Schalter im Führerstand liegt an dem Anschluß a8 an und wird über eine
galvanische
Trennung 53 an den Anschluß a21 weitergeleitet. In
ähnlicher Weise steht ein Signal eines Tasters für die Angleicherfunktion an dem
Anschluß a 11 an und wird über eine galvanische Trennung 54 an den Anschluß A24
weitergegeben. Weiterhin enthält die Karte "Signaleingang" ein Relais 55 (Füllstoßrelais)
sowie ein Relais 56 (Querschnittswechsel-Relais), die über Signale an den Anschlüssen
A22 bzw. A23 betätigt werden. Das Relais 55 betätigt einen Schalter 57, welcher
die Anschlüsse a8 und a9 miteinander verbindet. Das Relais 56 betätigt einen Schalter
58, der den Anschluß alO mit Batteriespannung UBAT verbindet.
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Die Ubergabeschnittstellen sind so ausgeführt, daß bei Signalunterbrechung
(z.B. Leitungsbruch) automatisch ein sicherer Bremssollwert vorgegeben wird. Bei
Leitungsunterbrechung entstehen daher folgende Werte POT max. Spannung - ATC max.
Spannung - AFB max. Spannung - Angleicher kein Signal - Füllstoß kein Signal - Führerstandumschaltung
(FSA, FSB) kein Signal Das gleiche gilt für wichtige Verbindungen zwischen den einzelnen
Karten, beispielsweise für den Drucksollwert USOLL der Karte "Sollwertbildung" (Analogwandler).
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Die eigentliche Logik gemäß Fig.SC und 5D erhält als Eingangssignale
die vier analogen Bremssollwerte von den Führerständen A und B sowie von ATC und
AFB (Anschlüsse al3, al4, al5 und a18). Dazu kommen digitale Signale für Unterscheidung
der Führerstände (al6, al7), für Füllstoß (a21), Angleicher (a24) und das Vorhandensein
des HB-Druckes (a20). Durch Verarbeitung dieser Signale wird im Ergebnis ein Drucksollwert
USOLL (a35) gebildet, der von dem EP-Wandler (Fig.SE)
in den Vorsteuerdruck
A umgesetzt wird. Uber Relaisausgänge (a9 bzw.
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al0) werden ein Füllstoßventil und ein Querschnittswechselventil des
Relaisventilquerschnittes geschaltet (Fig.8).
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Im Folgenden wird die Bildung des Drucksollwertes USOLL anhand der
Fig.SC und 5D erläutert. Die analogen Bemssignale (Anschlüsse al3 und al4) werden
über gesteuerte (Signale FSA bzw. FSB an a16 bzw. al7) Schalter 59 bzw. 60, von
denen jeweils nur einer geschlossen sein kann, einem Strom-Spannungswandler 61 zugeführt,
wo die zwischen 2 und 12 mA liegenden Ausgangssignale der Spannungs-Stromwandler
44 bzw. (Fig.SA) in das Signal UpOT umgewandelt werden. Die Bremssollwerte haben
einen Basissignalanteil, damit die Signalübertragung vom Stufenschalter bzw.
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POTi 40 und 41 zur Elektronik überwacht werden kann. Die positive
Zuordnung von Bremskraft zu Signalspannung wurde aus Gründen der Genauigkeit gewählt,
da die Toleranz für den Lösedruck geringer ist als bei inverser Signalcharakteristik.
Nach Subtraktion des Basissignals in einem Subtrahierer 62 erfolgt eine Maximalwertauswahl
aller Bremskraftanforderungssignale in einem Maximalwertauswahlschaltkreis 63. Der
andere Eingang dieses Schaltkreises 63 führt den Maximalwert von AFB bzw. ATC (Anschlüsse
al8 und al5). Somit liegt am Ausgang des Schaltkreises 63 das maximale Bremskraftanforderungssignal.
Das Signal Null entspricht dabei dem gelösten Zustand (HL = 5,0 bar), während das
maximale Signal der Vollbremsung (HL = 3,4 bar - 0,2 bar) entspricht.
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Durch Hysterese-Schwellwertschalter 64 bzw. 65 für Bremssollwert bzw.
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AFB, ATC mit den Schwellwerten Spl, Sp2 bzw. 5A2 wird ein Ansprungverhalten
realisiert. Bei Einsatz eines Stufenschalters (40,41) entspricht der Ansprungwert
der ersten Bremsstufe des Stufenschalters.
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Damit keine Interferenzen mit der elektronischen Ansprungeinrichtung
auftreten, sind die Werte Spl und Sp2 geringfügig versetzt, so daß die Werte des
Stufenschalters dominieren. Die Schwellwerte SA1 und SA2 bewirken elektronisch ein
Ansprungverhalten für das stufenlose ATC- und AFB-Eingangssignal, das dem Ansprungverhalten
des Stufenschalters entspricht. Wird der Bremssollwert kontinuierlich, beispielsweise
über Potentiometer (40,41) vorgegeben, so ist der
Ansprung durch
die Werte Spl und Sp2 definiert. Durch die Signale Sp oder SA wird unterhalb der
ersten Bremsstufe der Sollwert auf Null gesetzt, so daß durch die nachfolgende Invertierung
(Inverter 67) das maximale Signal UBmax des Lösezustandes vorgegeben wird.
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Zur konkreten Realisierung des Ansprungverhaltens wird das Ausgangssignal
UpOT des Stromspannungswandlers 61 dem Hysterese-Schwellwertschalter 64 zugeführt,
während das maximale Signal von AFB bzw. ATC (Anschlüsse a18 und al5) dem Hysterese-Schwellwertschalter
65 zugeführt werden. Die Ausgänge der Schwellwertschalter 64 und 65 werden über
ein ODER-Gatter 66 miteinander verknüpft, wobei das Ausgangssignal dieses ODER-Gatters
66 einen steuerbaren Schalter 68 betätigt, der zwischen dem Maximalwertauswahlschaltkreis
63 und dem Inverter 67 liegt. Die Invertierung in dem Inverter 67 erfolgt'dadurch,
daß das Ausgangssignal des Schaltkreises 63 von einer Spannung UBmax subtrahiert
wird. Die statische Signalcharakteristik, d.h. HL-Druck in Abhängigkeit von dem
Bremssollwert UB am Ausgang des Invertierers 67, ist in Fig.ll dargestellt. Dieses
Signal wird in seinem Anstiegs- bzw.
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Abfallgradienten in einem Zeitglied (TB) 69 begrenzt, wie sich aus
dem Signalverlauf der Fig.12 ergibt. Besonders wichtig ist hierbei die Bremszeit
TBA, die nach UIC vorgegeben ist. Das gradientenbegrenzte Signal UBV1 wird in einem
Multiplizierer 70 mit einem konstanten Faktor KB normiert bzw. an den Signalbereich
angepaßt, da weitere Sollwertanteile von den später erläuterten Angleicher- und
Füllstoßfunktion hinzukommen. Das normierte Signal UBV wird einem Summierer 71 zugeführt,
wo der endgültige Sollwert USOLL gemäß folgender Beziehung erzeugt wird USOLL =
UBV = UO + UFÜ + UAG Die Signale UO (Basiswert), UFU (Sollwert der Füllstoßfunktion)
und UAG (Sollwert der Angleicherfunktion) werden später erläutert.
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Der Sollwert USOLL erscheint an dem Anschluß a35 und gelangt von dort
zu dem Anschluß a35 der Karte "EP-Wandler" (Fig.SE), wo er in einen pneumatischen
Vorsteuerdruck umgesetzt wird.
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Im Folgenden wird die Angleicherfunktion, die ebenfalls voll elektronisch
ausgeführt wird, erläutert. Die beim Angleichen auftretende Drucküberhöhung wird
elektronisch zum Drucksollwert US0LL im Summierer 71 addiert und vom EP-Wandler
realisiert. Dadurch müssen die sehr langsamen Druckgradienten nicht pneumatisch
über Behälter und Düsen erzeugt werden, sondern können sehr viel genauer über elektronische
Zeitglieder realisiert werden. Der Angleichervorgang kann manuell oder automatisch
durchgeführt werden.
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Der manuelle Angleicher kann von beiden Führerständen über einen Kontakt
"Angleicher" ("ANE der Fig.7) betätigt werden, so daß Batteriespannung als Steuersignal
am Anschluß a 11 aufgeschaltet wird.
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Dieses Signal gelangt nach der galvanischen Trennung 54 an den Anschluß
a24 und von dort an ein UND-Gatter 72, dessen anderem invertierenden Eingang das
Ausgangssignal des ODER-Gatters 66 (Anschluß a25) zugeführt wird, so daß sichergestellt
ist, daß dieses Signal nur in Lösestellung durchgeschaltet wird; d.h., eine Angleicherbetätigung
in Bremsstellung ist nicht möglich.
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Die Angleicherfunktion ist aus Gründen der Genauigkeit digital realisiert
und zwar über einen in seiner Frequenz umschaltbaren Taktgenerator 73, dessen Ausgangssignal
in einem nachgeschalteten Vorwärts-Rückwärtszähler 74 und einem Digital/Analog-Wandler
75 ein Signal mit zeitproportionalem Anstieg bzw. Abfall bewirkt, abhängig von der
Zählrichtung des Zählers 74. Der Zähler 74 ist so geschaltet, daß ein Uberlaufen
bei Null und bei seinem Endwert verhindert wird. Bei Angleicherbetätigung läuft
der Zähler in einer Zeit von ca. 1O Sekunden hoch. Ohne Angleichersignal läuft der
Zähler selbsttätig vom jeweiligen Zählwert auf Null zuruck (Zeit: 240 s von maximal
bis Null). Der in einen Analogwert (D/A-Wandler 75) umgesetzte Zählerstand wird
über
einen Multiplizierer 76 mit dem Faktor kA der maximalen Drucküberhöhung
des Angleichvorganges (z.B. 0,5 bar) zugeordnet. Das Ausgangssignal des Multiplizierers
76 erscheint am Anschluß a29 und gelangt von dort an einen Summiereingang des Summierers
71.
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Die automatische Angleichfunktion wird aus der Höhe der vorausgegangenen
Einbremsung abgeleitet, so daß beim Lösen eine Uberhöhung des Lösedruckes erfolgt.
Taktgenerator 73 und Zähler 74 werden daher parallel zu einer manuellen Betätigung
von einem Signal UB1 minus UA geschaltet. Das Signal UB1 wird am Ausgang des Schalters
68 abgegriffen und ist proportional zur Höhe der Einbremsung.
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Das Signal UA wird aus dem Ausgang des D/A-Wandlers 75 multipliziert
(Multiplizierer 77) mit einem Faktor KAA erzeugt. In einem digitalen Subtrahierer
78 wird die erwähnte Differenz UB1 minus UA erzeugt und über eine ODER-Gatter 7,
dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des UND-Gatters 72 verbunden ist, den Steuereingängen
von Taktgenerator 73 und Zähler 74 zugeführt. Bei einer Einbremsung wird wegen UB1
7 UA der Zählerstand erhöht, bis UB1 = UA erreicht ist. Der Angleicherwert UAG wird
jedoch im Bremszustand nicht wirksam geschaltet (UAG = 0). Hierzu ist zwischen D/A-Wandler
75 und Multiplizierer 76 ein steuerbarer Schalter 80 vorgesehen, der durch das Ausgangssignal
des ODER-Gatters 66 (Anschluß a25) betätigt wird.
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Beim stufenweisen Lösen verringert sich UA (Eingang Subtrahierer 78)
zeitproportional mit dem vom Taktgenerator 73 vorgegebenen Gradienten.
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In Lösestellung wird dann der noch vorhandene Angleicherwert UAG durchgeschaltet.
Dieser Wert ist somit nicht nur abhängig von der vorangegangenen Bremsstufe, sondern
auch von der Art des Stufenlösens.
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Beim automatischen Angleichen wird nur ein Teil der Erhöhung des manuellen
Angleichers vorgegeben, was durch den Faktor (Multiplizierer 77) berücksichtigt
ist. Der zeitliche Signalverlauf beim manuellen und automatischen Angleichen ist
in den Figuren 13 und 14 dargestellt.
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Im Folgenden wird die Füllstoßfunktion erläutert. Der Füllstoß erfolgt
manuell durch Aufschalten von Batteriespannung am Anschluß a8 über einen Taster
FUE (Fig.7). Der Füllstoßbefehl wird nur dann ausgeführt, wenn nicht gleichzeitig
eine ATC-Bremsbefehl vorliegt. Hierzu werden das galvanisch getrennte Füllstoßsignal
(Anschluß a21) und das schwellwertüberprüfte ATC-Signal (Anschluß a19) über ein
UND-Gatter 81 geleitet. Liegt dagegen ein AFB-Signal vor, so kann es durchaus sinnvoll
sein, daß der Triebfahrzeugführer durch Füllstoß eingreift, oder daß die AFB selbst
die Füllstoßfunktion benützt.
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Mit dem Füllstoßsignal am Ausgang des UND-Gatters 81 wird über den
Anschluß a22 gleichzeitig das Füllstoßrelais 55 (Fig.5B) erregt, wodurch der Schalter
57 geschlossen wird und über ein Signal an dem Anschluß a9 ein Füllstoß-Magnetventil
(Fig.5E) erregt wird. Somit wird mit dem Füllstoßsignal unter Berücksichtigung der
Uberwachung das Füllstoßrelais 55 erregt; bei einem Fehler im Relais 55 oder der
Elektronik wird das Füllstoßventil mit dem Abschalten des Füllstoßsignals entregt
und ein Füllstoß verhindert.
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Beim Füllstoß wird über das Füllstoßmagnetventil (Fig.5E) der A-Druck
gleich dem HB-Druck gesetzt. Der EP-Wandler wird über ein internes Signal ausgeschaltet,
durch Unterbrechen der Ansteuerung für die Brems- und Lösemagnetventile. (Ausgang
des UND-Gatters 81, Anschlüsse a34, a30 und Endstufenabschaltung der Treiberschaltung
im EP-Wandler für die Brems- und Lösemagnetventile). Dies ist erforderlich, da der
Druck-Sollwert USOLL nicht exakt auf HB-Druck gesetzt werden kann und die Regelung
sonst gegen den HB-Druck arbeiten würde.
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Es sei darauf hingewiesen, daß das Füllstoßmagnetventil 96 auch fortgelassen
werden kann. In diesem Falle muß der Speisedruck zu dem A-Druckbehälter 12 erhöht
werden und bei ca. 10' bar liegen.
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Uber das Füllstoßmagnetventil ist eine sehr schnelle Erhöhung des
A-Drucks am Relaisventil möglich, schneller als es der EP-Wandler zuläßt. Nach Füllstoßbetätigung
hingegen ist ein definierter,
verzögerter Abfall des A-Drucks wünschenswert,
der optimal durch den EP-Wandler reailisiert werden kann. Dazu wird der Drucksollwert
USOLL durch Addition von UFo (Anschluß a28) am Summierer 71 beim Füllstoß auf den
niedrigsten HB-Wert (8 bar) gebracht. Dies geschieht durch Aufschalten eines vorgegebenen
Wertes U in einem steuerbaren Q Schalter 82, dessen Steuereingang mit dem Ausgang
des UND-Gatters 81 verbunden ist. Der Wert U wird über ein Verzögerungsglied 83
mit der Q Zeitkonstante EFE durchgeführt. Dieses Verzögerungsglied 83 ist nur in
Aufwärtsrichtung wirksam und simuliert die pneumatische Verzögerung des A-Behälters
beim Druckaufbau, so daß USOLL beim Anstieg dem Druck der A-Kammer nicht vorauseilt.
Das Ausgangssignal UF0 des Verzögerungsgliedes 83 erscheint am Anschluß a28. Dies
hat Bedeutung am Ende der Füllstoßbetätigung, da der verzögerte Abbau der Drucküberhöhung
vom Wert des dann vorhandenen Bremssollwertes USOLL ausgehend erfolgt. Das zeitliche
Verhalten des Druckabbaus ist in Fig. 15 für kurze und lange Füllstoßbetätigung
dargestellt. Bei langem Füllstoß erreicht USOLL den Maximalwert (8 bar) und wird
zeitlinear mit einem Gradienten TFA (z.B. 1,5 bar/4S) abgebaut bis zu einem Wert
von 5,5 bar. Dies erfolgt über ein Zeitglied 84, das parallel zu dem Zeitglied 83
geschaltet ist und nur beim Abbau wirksam ist. Der nachfolgende Ubergang auf dem
mit dem Füllstoß gekoppelten Angleicherwert entspricht einer e-Funktion. Die Zeitverzögerung
von 5,5 bar nach 5,3 bar liegt bei 5 Sekunden. Alle diese Wertangaben beziehen sich
auf einen Lösedruck von 5,0 bar.
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Mit dem Füllstoß erfolgt eine automatische Angleicherbetätigung. Hierzu
wird das Ausgangssignal des UND-Gatters 81 dem Steuereingang eines steuerbaren Umschalters
85 zugeführt, an dessen Ausgang ein vorgegebener Wert UB2 er scheint, der dem positiven
Eingang des digitalen Summierers 78 zugeführt wird. Der Gradient der Drucküberhöhung
entspricht dem allgemeinen Druckangleichervorgang. Der Maximalwert wird allerdings
uanbhängig hiervon durch die Höhe des Wertes Ub2 vorgegeben.
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Bei kurzen Füllstößen bleibt USOLL wegen des Verzögerungsgliedes 83
weit unterhalb des HB-Druckes, so daß der A-Druck am Füllstoßende sehr schnell auf
den niedrigen Sollwert absinkt und von dort den in Fig.lS vorgegebenen Verlauf fortsetzt.
Die Angleicherüberhöhung ist bei kurzem Füllstoß entsprechend niedriger.
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Das Abklingen des A-Druckes nach erfolgtem Füllstoß wird überwacht.
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Dazu wird die Zeit vom Ende der Füllstoßbetätigung (Verschwinden des
Ausgangssignales des UND-Gatters 81) in einem Zeitglied 86 mit einer vorgegebenen
Zeitschwelle TFU verglichen. Wenn der A-Druck in dieser Zeit von z.B. 8 bar nicht
bis auf 5,65 bar abgesunken ist, erfolgt Fehlermeldung FFU, was über einen Verstärker
87 auf einer Anzeige 88 angezeigt wird. Zwischen den Ausgang des UND-Gatters 81
und das Zeitglied 86 ist ein ODER-Glied 86' eingeordnet, dessen zweiter Eingang
mit dem Ausgang eines nachfolgend zu beschreibenden Schwellwertschalters 90 verbunden
ist.
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Mit dem Füllstoßsignal wird der wirksame Nachspeise-Querschnitt des
Relaisventiles 9 über ein Querschnittwechsel-Magnetventil (Fig.5E, Anschluß al0)
vergrößert. Dazu wird das Füllstoßsignal (Ausgang des UND-Gatters 81) über den Setzeingang
eines Flip-Flops 89 auf den Anschluß a23 geschaltet und erregt das Querschnittwechsel-Relais
56 (Fig.SB), wodurch der Schalter 58 Batteriespannung UBAT auf den Anschluß alO
gibt, wodurch das Querschnittswechsel-Magnetventil (Fig.SE) erregt wird. Dieser
Querschnittswechsel bleibt über das Füllstoßsignal hinaus bestehen, bis der A-Druck
von dem Druck-Spannungswandler (Signal auf Leitung 15; Anschluß a37) einen Schwellwert
UR eines Schwellwertschalters 90 unterschreitet, wobei letzterer das Flip-Flop 89
zurücksetzt (Reset-Eingang). Der Schwellwert UR kann hierbei beispielsweise 5,65
bar betragen.
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Um Toleranzen verschiedener Bauelemente (z.B. Druckaufnehmer, Stufenschalter)
ausgleichen zu können, besteht die Möglichkeit, den Lösedruck um + 0,3 bar zu korrigieren.
Hierzu erzeugt ein Potentiometer 91 (Fig. SC) einen Lösedruck-Korrekturwert r UO,
der nach
Addition (Addierer 92) mit einem Basiswert U0 einerseits
dem Summierer 71 zugeführt wird und andererseits über den Anschluß a27 den Schwellwert
UR des Schwellwertschalters 90 korrigiert. Alle Druckschwellwerte, die in der Elektronik
verarbeitet werden, verändern sich automatisch mit dieser Korrektur.
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Der EP-Wandler gemäß Fig.5E besteht aus einem Elektronikteil mit einer
Regellogik und einem Ventilträger, wie durch die gestrichelten Linien der Fig.5E
angedeutet. Der Ventilträger enthält das Relaisventil 9 (einschließlich Querschnittswechsel-Ventil)
sowie ein Einlaß-Nagnetventil 93 und ein Auslaß-Magnetventil 94, die beide an die
A-Druckleitung 8 angeschlossen sind. Der Einlaß des Magnetventiles 93 ist aus einer
geregelten DruckluftquelIe mit einer den Lösedruck in der Hauptluftleitung 11 übersteigender
Druckhöhe gespeist, beispielsweise aus einem aus Fig.8 ersichtlichen, auf z.B. 6
bar eingestellten Druckminderventil 140, während der Auslaß 13 des Magnetventils
94 mit Atmosphärendruck verbunden ist. Uber einen Druck-Spannungswandler 95 wird
der A-Druck gemessen und als Istwert-Signal U. auf die Leitung ist 15 ausgegeben.
Das oben bereits erwähnte Füllstoß-Magnetventil 96 verbindet die HB-Leitung 10 mit
der A-Druckleitung 8. In der HL-Leitung 11, d.h. am Ausgang des Relaisventils 9,
ist der Druck-Spannungswandler 16 angeordnet, der den HL-Druck mißt und auf der
Leitung 17 als Spannungswert ausgibt. In der HB-Leitung 10 ist der Durchflußmengenmesser
18 angeordnet, der hier als Differenzdruckmesser ausgebildet ist, der den Differenzdruck
zwischen zwei Seiten einer in der HB-Leitung 10 angeordneten Blende mißt und diesen
Differenzdruck als proportionalen Spannungswert auf die Leitung 19 ausgibt.
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Die Elektronik des EP-Wandlers ist als geschlossener Regelkreis ausgebildet,
wodurch eine extreme Linearität und Genauigkeit der EP-Wandlung (USOLL zu A-Druck)
erreicht wird. Hysterese ist im Vorsteuerkreis nicht vorhanden. Aus Gründen der
Stabilität der Druckregelung wird hier nicht der HL-Druck> sondern der Vorsteuerdruck
geregelt, so daß insgsamt die Hysterese des Relaisventils 9 wirksam bleibt. Für
die Stabilität der Regelung ist ein Minimalvolumen
notwendig, das
durch Leitungsvolumen und Volumen des Relaisventils 9 erbracht wird. Der dieses
Volumen vergrößernde A-Behälter 12 kann somit theoretisch entfallen. Eine Volumenvergrößerung
hat keinen Einfluß auf die Druckgradienten, da dieser ja elektronisch vorgegeben
sind. Es wird allerdings damit trotzdem eine zusätzliche "Beruhigung" der Regelung
erreicht. Trotz Einsatz von schaltenden Magnetventilen wird ein (nahezu) stetiges
und exaktes Regelverhalten erreicht, da die Magnetventile so angesteuert werden,
daß auch Teilöffnungen der Ventile möglich sind.
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Das Sollwertsignal SOLL (Anschluß a35) gelangt zu einem Regler 97,
dessen anderem Eingang der HL-Druck-Meßwert über die Leitung 17 zugeführt wird.
Das Ausgangssignal des Reglers 97 und der Wert USOLL (Anschluß a38) werden in einem
Summierer 98 addiert und dann einem Vergleicher 99 zugeführt, wo ein Vergleich zwischen
dem Ausgangssignal des Summierers 98 und dem Istwert-Signal des A-Druckes stattfindet.
Das Ausgangs signal des Druck-Spannungswandlers 95 wird in einem Multiplizierer
100 noch mit einem Faktor KP multipliziert, bevor es dem Vergleicher 99 zugeführt
wird. Das Ausgangssignal des Vergleichers 99 wird einem Regler 101 zugeführt, dessen
Ausgang über Vorzeichen-Detektoren 102 bzw. 103 und abschaltbare Verstärker 104
bzw.
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105 (Anschluß a30) die Magnetventile 93 bzw. 94 je nach Vorzeichen
der Regelabweichung betätigt, wodurch der A-Druck erhöht (Magnetventil 93) oder
abgesenkt (Magnetventil 94) wird.
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Der EP-Wandler wird überwacht durch Auswertung der Regelabweichung
(Eingang des Reglers 101) mittels eines Fensterdiskriminators 106.
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Uber- oder unterschreitet die Regelabweichung vorgegebene Schwellwerte,
so erfolgt eine Fehlermeldung FRABW. Diese Fehlermeldung erscheint nur dann (UND-Gatter
107), wenn am Anschluß a36 ein Signal für vorhandenen AB-Druck ansteht (vgl. Signal
an a7, galvanische Trennung 52, Anschluß a20, ODER-Gatter 108 (Fig.SD), Anschluß
a36). Über das ODER-Gatter 108 wird auch sichergestellt, daß bei Füllstoß (Ausgang
UND-Gatter 81) die Fehlerüberwachung abgeschaltet ist. Diese Maßnahmen sind deshalb
erforderlich, damit bei Aufrüstung des Fahrzeuges
(ungenügender
HB-Druck) keine Fehlermeldung und Fehlerspeicherung erfolgt. Da sich bei fehlendem
HB-Druck eine Regelabweichung ergibt, wird, abhängig von der Stellung des HB-Druckschalters,
die Fehlerüberwachung außer Kraft gesetzt. Das Fehlersignal FRABW wird über einen
Verstärker 109 auf eine Anzeige 110 sichtbar gemacht. Durch die Fehleranzeige werden
Ausfälle der Drucksensoren, der Magnetventile, der Endstufen und der Regler erfaßt.
Da der Verstärker 109 invertiert, wird eine Fehlermeldung durch Erlöschen der Anzeige
110 gemeldet.
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Die zur Bildung des Druck-Sollwertes USOLL führende Signalverarbeitung
wird ebenfalls durch mehrere Maßnahmen überwacht.
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Diese Uberwachungen sollen insbesondere ein unbeabsichtigtes Lösen
der Bremse verhindern. Diese Funktionen werden im Folgenden erläutert.
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Zunächst besitzt die Karte "Stromversorgung" der Fig.5F, die ein Netzteil
111, das aus der Batterie UBAT gespeist wird, aufweist, eine Fehlerüberwachung 112
für die einzelnen Versorgungsspannungen. Hierzu sind Schwellwertschalter vorgesehen,
die bei Spannungsabweichungen Fehlersignale F Ul' F U2 bzw. FUges. erzeugen. Hierdurch
wird auch die geregelte Versorgungsspannung für die Stufenschalter bzw.
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Potentiometer 40 und 41 überwacht. Bei Unterschreitung eines Wertes
erfolgt Fehlermeldung; für F ist hierzu ein negierender Uges.
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Verstärker und eine Anzeigelampe dargestellt.
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Durch Uberwachung des Basisanteils des Brems-Sollwertes UpOT (Ausgang
Strom-Spannungswandler 61) in einem Schwellwertschalter 113 kann ein Ausfall des
Bremsanforderungssignales durch Fehler im Stufenschalter bzw. im Potentiometer erkannt
werden. Dieser Ausfall führt zu einer Fehlermeldung FBAS, die allerdings nicht zu
einer automatischen Einbremsung führt.
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Uber die Fehlermeldungen FDIFp und FDIFA werden nachgeordnete Signalverarbeitungskomponenten,
wie z.B. das Zeitglied 69 überwacht. In einem Vergleicher 114 wird eine Differenz
zwischen der Bremsanforderung UPOT (Stromspannungswandler 61) und dem Wert UBvl
(Zeitglied 69) gebildet, die jeweils möglichst am Anfang und Ende der
Signalverarbeitung
abgegriffen wird. Die Uberwachung soll hierbei erkennen, ob das nachgeordnete Signal
fehlerhaft in Richtung Lösen abweicht. Bei der Uberwachung wird unterschieden, ob
der Sollwert unterhalb oder oberhalb der ersten Bremsstufe liegt, zur Unterscheidung
zwischen Bremsen und Lösen. Die Anspruchschwelle der Uberwachung ist im Bremsbereich
geringer (z.B. 0,15 bar) als im Lösebereich (z.B. 0,55 bar), da im Lösebereich Differenzen
durch den Ubergang auf die erste Bremsstufe größer sind. Hierzu ist der Vergleicher
114 durch das Ausgangssignal des ODER-Gatters 66 in seinem Schwellwert umschaltbar.Bei
der Fehlermeldung FDIFp wird der Brems-Sollwert als Vergleichssignal verwendet;
bei der Fehlermeldung FDIFA (Vergleicher 115) dagegen das AFB- bzw. ATC-Signal (Anschluß
a18), das mit dem Signal UBvl (Zeitglied 69) verglichen wird. Auch hier folgt eine
Umschaltung des Schwellwertes durch das Ausgangssignal des ODER-Gatters 66.
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Zur Uberwachung der Stufenschalter- bzw.
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Potentiometer-Versorgungsspannung ist noch ein Bezugselement 116 vorgesehen,
dessen Spannung in einem Uberwachungsglied 117 überwacht wird, welches das Fehlersignal
FREF erzeugt. Die Fehlersignale FREI' FBAS' FDIFp und FDIFA werden zusätzlich über
ein ODER-Gatter 118 und einen Invertierverstärker 119 geführt und für eine Funktionsanzeige
120 verwendet, die bei Auftreten eines dieser Fehler erlischt.
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Die Überwachung des Füllstoßes (Fehlersignal FF (Zeitglied 86) wurde
bereits oben erläutert.
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Sämtliche der erwähnten Fehlersignale der Figuren 5C und 5D werden
über ein ODER-Gatter 121 und ein Zeitglied 122 über den Anschluß a31 zu der Karte
EP-Wandler gemeldet und schalten dort ein Fehlerinelderelais 123 und damit dessen
Schaltkontakt 124, der eine Fehlermeldung auslöst.
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Zusätzlich werden sämtliche Fehlersignale einem Fehlerspeicher 125
(Fig. SG) jeweils über Zeitglieder 126 zugeführt. Dort werden
Fehlermeldungen
gespeichert und auf zugeordneten Fehleranzeigen angezeigt. Der Fehlerspeicher gemäß
Fig.5G hat zusätzlich einen Taster 127 für einen Lampentest sowie eine Löschtaste
128. Im Gegensatz zu den Anzeigen 88,110 und 120, die bei ungestörtem Betrieb leuchten
und bei Fehler erlöschen, arbeiten die Fehleranzeigen der Fig. 5G in positiver Logik,
d.h. sie leuchten beim Auftreten eines Fehlers.
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Durch die Zeitglieder 126 wird sichergestellt, daß Fehler nur dann
angezeigt und gespeichert werden,wenn sie länger als eine vorgegebene Zeitdauer
(z.B. 3 sec) vorgelegen haben. Durch Ausfall der Versorgungsspannung und/oder Herausziehen
der Karte "Fehlerspeicher" wird die gespeicherte Information nicht gelöscht. Das
Löschen erfolgt lediglich über die Löschtaste 128.
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Auf der Karte "Sollwertbildung" (Fig.5C) ist noch eine Einschaltverzögerung
129 für die Endstufenabschaltung (Verstärker 104 und 105) vorgesehen, die bei Einschaltung
der Versorgungsspannung über ein Schwellwertglied 130 und ein UND-Gatter 131 ein
Signal an die Verstärker 104 und 105 der Endstufenabschaltung gibt. Dem anderen
Eingang des UND-Gatters 131 wird über dem Anschluß a34 das Füllstoßsignal des UND-Gatters
81 zugeführt, wie oben beschrieben.
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Fig.7 zeigt detaillierter die Verschaltung der Eingabegeräte mit der
Elektronik 6. Die Abkürzungen bedeuten: SB : Schnellbremsung BRE : Bremsen LUKE
: Lösen ANE : Angleicher FÜE : Füllen DICHT : Dichtheitsprüfung BETR : Betriebsstellung
AUFP : Aufpumpen UBAT : Batterie-Spannung ATC : Automatische Zugsteuerung
(automatic
train control) AFB : Automatische Fahr- und Bremssteuerung FT : Führertisch eingeschaltet
UBAT : Stromversorgung (Batteriespannung) OV : Bezugsspannung O V Die Eingänge an
der Elektronik 6 haben - soweit sie mit obiger Aufstellung übereinstimmen - die
gleiche Bedeutung. Zusätzlich sind dort folgende Eingänge vorgesehen: FSA : Führerstand
A FSB : Führerstand B HB : HB-Druckschålter UHL : Hauptluftleitungsdruck SM : Strömungsmesser
(18) UISTA : A-Druck ABE : Betriebsbereitschaftssignal (vom Kippschalter) Die bei
den Ausgangsanschlüssen der Elektronik 6 verwendeten Bezeichnungen bedeuten: ZT
: Zugtrennung F : Fehlermeldung QW : Querschnittswechsel (Querschnittswechselventil
am Relaisventil 9) FU : Füllstoßsignal UBEL : Ansteuersignal für Belüftungsventil
93 UENT Ansteuersignal für Entlüftungsventil 94 21V : Stromversorgung mit 21V Soweit
Leitungen in Fig.5E mit einem Bezugszeichen versehen sind, wurde dieses Bezugszeichen
auch bei Fig.7 angegeben. Ebenso sind die Notbremshähne 26 und 27 und der Sifataster
25 gemäß Fig.4 gezeigt.
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Angedeutet ist auch ein Hahn für einen Notbetrieb mit den Absperrventilen
"AB" analog den Absperrventilen 34 und 35 der Fig.4.
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Soweit Taster für die Eingabeeinheiten dargestellt sind, ist ihre
Funktion aus der oben angegebenen Bezeichnung und der Erläuterung der Fig.5 ohne
weiteres verständlich. Auch ist ersichtlich, daß die einzelnen Taster erst dann
Signale erzeugen können, wenn sie über den Hauptschalter und die Stellung FT eines
Schlosses des jeweiligen Führer standes (Bezeichnung "Führertisch A" bzw. "Führertisch
B" in Fig.7) sowie die Stellung "BETR" des Kippschalters im jeweiligen Führerstand
mit Batteriespannung UBAT verbunden sind. Die an einzelnen Tastern dargestellten
Dioden dienen als Entkopplungsdioden.
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Für die Erzeugung des Bremssignales "BRE" kann - wie in Fig.7 dargestellt
- ein Taster vorgesehen sein, wobei das Bremsanforderungssignal entsprechend der
Zeitdauer der Tasterbetätigung ansteigt. Natürlich können hier auch Potentiometer
oder Stufenschalter 40 bzw. 41 gemäß Fig.SA verwendet werden. Als Sonderoption,
die von manchen Bahnverwaltungen verlangt wird, liegt der Taster BRE" in einer Stromschleife
mit einem Schalter, der hier mit "Stopp" bezeichnet ist und primär für Rangierbetrieb
verwendet wird.
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Aus Fig.7 ist erkennbar, daß die Notbremsschleife (UBAT> Hauptschalter,
beide Schnellbremsschalter SB und Taster der Notbremshähne 26 bzw. 27, Leitungen
28) als Ruhestromschleife ausgebildet ist, die unabhängig von der Elektronik 6 arbeitet.
Wird diese Ruhestromschleife an irgendeiner Stelle unterbrochen, so wird die Hauptluftleitung
11 über die Notbremshähne 26 oder 27 entlüftet und gleichzeitig werden über den
Sifa 25 die Absperrventile AB geschlossen.
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Die übrigen Signalwege der Fig.7 sind aus dem Schaltbild ohne weiteres
ersichtlich, so daß keine detailliertere Erläuterung erforderlich ist.
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Fig. 6 zeigt eine Modifikation der Regelelektronik und insbesondere
wie die Signale für HL-Druck und Strömungsmesser in der HB-Leitung verarbeitet werden.
Gleiche Bezugszeichen wie in Fig.S bezeichnen
gleiche Teile. Es
werden daher nur die Unterschiede gegenüber Fig.S erläutert. Zwischen den Regler
97 und den Summierer 98 ist noch ein weiterer Summierer 130 geschaltet, in welchem
das Ausgangssignal des Strömungssensors 18, das auf der Leitung vorliegt, mit einem
Faktor k multipliziert (Multiplizierer 131) zu dem Ausgangssignal des Reglers 97
addiert wird. Weiterhin wird in einem Schaltkreis 132 die Änderungsgeschwindigkeit
der Strömung in der HB-Leitung überwacht und an die Karte "Angleicher/Füllstoß"
(Fig.5D) gemeldet. Ebenso wird der aktuelle Ist-Wert des Ausgangssignales des Strömungssensors
18 an diese Karte gemeldet. Ein Ausgangssignal dieser Karte wird dann zusätzlich
in den Summierer 71 eingespeist.
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Wesentliches Ziel dieser Maßnahmen ist es, die Lösezeit zu verkürzen.
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Hierzu wird in gewissem Umfange der HL-Druck auf den Lösedruck am
ersten Steuerventil (des ersten Anhängerwagens) geregelt. Hierzu dient der Druckaufnehmer
16.
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Aus diesen Gründen wird zusätzlich der Strömungsmesser verwendet.
Die Druckdifferenz am Strömungsmesser d P steht im festen Verhältnis zu der Druckdifferenz
in der HL-Leitung 11 zwischen der HL-Druckmeßstelle 16 und dem ersten Steuerventil
i PHL. Es gilt = c HL wobei c ein konstanter Faktor ist. Es braucht daher nicht
der Durchsatz am Strömungsmesser in 1/min gemessen zu werden; vielmehr genügt die
Verarbeitung der Druckdifferenz. Addiert man d PHL zusätzlich zum A-Druck (Addierer
130 und 99), so kann man sicher sein, daß der Hl-Druck am ersten Steuerventil innerhalb
kurzer Zeit den Regeldruck von 5 bar plus den aktuellen Wert des automatischen Angleichers
erreicht und über die ganze Lösephase hält. Damit lassen sich erhebliche Lösezeitverbesserungen
erzielen. Eine Information über Zuglänge oder -gewicht ist unnötig. Durch die Berücksichtigung
des HL-Druckes und der Druckdifferenz iN P am Strömungsmesser
18
erfährt der A-Druck eine lang andauernde Überhöhung bis zu 0,65 bar ohne Gefahr,
über das Relaisventil 9 die Bremse zu überladen. Die Lösezeit ist hierdurch beträchtlich
verkürzt und entspricht der Eigenzeit des Steuerventils.
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Für extrem lange bzw. schwere Züge sind die vorgeschlagenen Maßnahmen,
eine Lösezeit in Eigenzeit des Steuerventiles zu erzielen, ausreichend.
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Für Züge mit größerem Luftverbrauch erhält man eine Verbesserung dadurch,
daß der Wert des automatischen Angleichers angehoben wird bzw.
-
der Anfangswert eine vorgegebene Zeit konstant gehalten wird. Diese
Maßnahme kann unabhängig von der gemessenen Nachspeiseleistung s P sein.
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Weiterhin kann durch das Strömungssignal SM (Leitung 19) eine Zugtrennung
festgestellt werden. Wie aus Fig.10 ersichtlich, läßt selbst bei sehr langen Zügen
und/oder eventuellen Undichtigkeiten der HL-Leistung die Nachspeiseleistung beim
Lösevorgang kontinuierlich nach. Bei Zugtrennung dagegen steigt die Nachspeiseleistung
nach einer anfänglichen Abfallphase wieder an, so daß ein klares Unterscheidungskriterium
zwischen Zugtrennung und Füllen vorhanden ist.
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Dies kann in dem Schaltkreis 132 überwacht werden, in dem der Gradient
des Strömungssignales nach einer vorgegebenen Zeitdauer mit einem Schwellwert verglichen
wird. Hierauf kann das Zugtrennungssignal ZT erzeugt werden.
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Fig.8 zeigt in einer Prinzip-Skizze des Führerbremsventils primär
die Anordnung des pneumatischen Leistungsteiles. Gleiche Bezugszeichen wie in den
übrigen Figuren bezeichnen auch hier gleiche oder einander entsprechende Teile.
Die Grundkomponenten sind: - Ein Anlog-Wandler mit dem Löse-Magnetventil 93, dem
Brems-Magnetventil 94 sowie den Druckaufnehmer 965; - ein Druckminderventil 140.
-
- das vorgesteuerte Füllstoßmagnetventil 96, - ein pneumatisches
Relaisventil 141 (entspricht im wesentlichen dem Relaisventil 9 der Fig.l), - in
dem Gehäuse des Relaisventils 141 untergebrachte pneumatische Absperrventile 142
für den Vorsteuerdruck A und 143 für den Hauptluftleitungsdruck HL sowie das Querschnitts-Wechselventil
144; - der Steuerdruckbehälter 12 (mit einem Volumen von z.B. 5 1), - der Strömungsanzeiger
bzw. Differenzdruckmesser 18; - das Querschnittswechsel-Magnetwentil 145; - ein
Druckschalter 146 zur Uberwachung des HB-Druckes und - ein pneumatisches Füllstoßventil
147.
-
Die Regel-Elektronik 6 steuert elektrisch die Magnetventile 93, 94,
96 und 194 an und erhält ihrerseits Meßsignale von den Meßwandlern 95, 146, 16 und
18.
-
Das Absperrmagnetventil 148, welches pneuamtisch die Absperrventile
142 und 143 betätigt, wird dagegen nicht von der Regel-Elektronik 6 angesteuert,
sondern durch die von der Elektronik unabhängige Notbremsschleife.
-
Weiterhin sind die mechanisch betätigbaren Schnellbremsventile 26
und 27 dargestellt. Der Ansteuerkreis für beide Führerstände enthält jeweils ein
Steuergerät 148 bzw. 149, einen Angleicher-Taster 150 bzw.
-
151, ein pneumatisches, mit elektrischen Kontakten versehenes Ventilschloß
152 bzw. 153 sowie jeweils eine Sifa-Taste 25 und eine ATC-Taste 5.
-
In Fig.8 sind lediglich die elektronisch-stellungsabhängig vorgesteuerte
indirekte Führerbremsventilanlage und die mechanisch betätigbaren Schnellbremsventile
dargestellt. Zusätzlich kann aus Sicherheitsgründen eine (nicht dargestellte) pneumatisch-stellungsabhängig
vorgesteuerte, direkte Führerbremsventilanlage als Zusatzbremse vorgesehen sein
sowie eine indirekt wirkende Notbetriebseinrichtung, die nach Umlegen eines Umstellhebels
des Führerbremsventils der Zusatzbremse angesteuert wird.
-
Die indirekte und die direkte Führerbremsventilanlage werden gemeinsam
von dem pneumatischen, mit elektrischen Kontakten versehenen Ventilschloß 152 bzw.
153 abgesperrt.
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In Fig.8 ist das Führerbremsventil in Fahrtstellung dargestellt. Auf
dem links dargestellten Führerstand ist das Ventilschloß 152 aufgesperrt, der Führerbremshebel
154 des Steuergerätes 148 befindet sich in Fahrtstellung.
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Das Ventilschloß 153 des rechts abgebildeten Führerstandes ist dagegen
geschlossen.
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Beim Aufsperren des Ventilschlosses 152 wird der Kontakt b geöffnet
und der Kontakt a geschlossen. Dadurch wird die Uberbrückung des Schnellbremskontaktes
SB im Steuergerät 148 unterbrochen und die Regel-Elektronik 6 durch Erregen des
Relais A mit Strom versorgt.
-
Dieses Relais A schaltet noch weitere, hier nicht dargestellte Funktionen.
Uber die Diode D1 wird das Relais C erregt und über den Kontakt C1 das Absperr-Magnetventil
148 parallel in den Stromkreis der Notbremsschleife geschaltet und erregt. Das Ventil
148 öffnet und läßt HB-Druck zu dem Druckschalter 146 und zu den Absperrventilen
142 und 143 im Relaisventil, welche hierdurch in die dargestellte geöffnete Stellung
gelangen. Die Kolben 155 und 156 werden hierbei nach links bzw. nach rechts verschoben
und öffnen Ventilsitze 157 bzw. 158, so daß A-Druck in die Kammer 159 bzw. HL-Druck
über die Düse 160 in die kammer
161 des Relaisventils 141 gelangen
kann. Das Relaisventil ist damit aktiviert und mit der Hauptluftleitung 11 verbunden.
Der Druckschalter 146 signalisiert den druckbeaufschlagten, d.h. geöffneten Zustand
der Absperrventile 148, 142 und 143.
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Entsprechend den Signalen für Bremsen, Lösen, Angleichen und Füllstoß
regelt der Analog-Wandler die Höhe des A-Druckes ein. Das Relaisventil 141 stellt
dann in an sich bekannter Weise den entsprechenden Druck in der Hauptluftleitung
11 ein.
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Im Folgenden werden die Brems- und Lösevorgänge beschrieben. Abhängig
von der Stellung des Führerbremshebels 154 ändert sich der Spannungsabfall am Stellpotentiometer
162 des Steuergerätes 148. Wie im Zusammenhang mit Fig.5 ausführlich erläutert,
gelangt dieses Signal zur Regel-Elektronik 6, welche die Magnetventile 93, 94 und
96 ansteuert, so daß die Be- und Entlüftung des Steuerbehälters 12 bzw. die Höhe
des A-Druckes eingesteuert wird. Das augenblickliche Niveau des A-Druckes wird über
den Druckgeber 95 gemessen und an die Regel-Elektronik 6 gemeldet. Durch pulsmodulierte
Ansteuerung des Brems- oder Lösemagnetventils 94 bzw. 93 wird der A-Druck an den
geforderten Wert herangeführt. Druckverluste werden selbsttätig nachgespeist. Im
einzelnen: der HB-Druck wird im Druckminderventil 140 auf einen vorgegebenen, einstellbaren
(Schraube 163) Wert von beispielsweise 6 bar begrenzt und gelangt über ein Rückschlagventil
164 an den Eingang des Lösemagnetventils 93. Wird dieses durch Erregung geöffnet,
so gelangt reduzierter HB-Druck zu dem A-Druckbehälter 12 und über das geöffnete
Absperrventil 142 in die Kammer 159. Der Membrankolben 162, der auf der anderen
Seite mit HL-Druck beaufschlagt ist, verschiebt sich nach rechts und öffnet den
Ventilsitz 163, so daß HB-Druck aus dem Raum 164 in den Raum 165 strömen kann und
von dort über die Düse 166 zur HL-Leitung 11 gelangt.
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Beim Bremsen wird das Magnetventil 94 erregt, der A-Druck über die
Öffnung 13 abgesenkt, worauf sich der Membrankolben 162 nach links
verschiebt,
wodurch der Ventilsitz 167 geöffnet wird, so daß sich der Druck in der Kammer 165
durch den hohlen Schaft des Membrankolbens 162 hindurch zur Kammer 168 und von dort
zur Atmosphärenöffnung 169 abbauen kann, wodurch der HL-Druck abgesenkt wird.
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Zwischen Fahrt- und Vollbremsstellung können sechs gerasterte Brems-
bzw. Lösestufen eingesteuert werden. Die erste Bremsstufe führt zu einer Druckabsenkung
von 0,4 bar in der Hauptluftleitung 11. Dies entspricht gleichzeitig der vorletzten
Lösestufe. Die letzte Lösestufe stellt sich auf ca. 0,3 bar unter dem Regeldruck
ein.
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Wird der Führerbremshebel 154 in Schnellbremsstellung gezogen, so
wird der Schalter SB im Steuergerät 148 geöffnet. Dadurch wird ein (nicht dargestelltes)
Vorsteuer-Magnetventil des Sifaventils entregt und der Vorsteuerraum im Sifaventil
entlüftet, wodurch der Kolben des Sifaventiles die Hauptluftleitung 11 großquerschnittig
entlüftet.
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Gleichzeitig wird das Absperrmagnetventil 148 entregt, die Absperrventile
142 und 143 werden geschlossen, da sich der zu ihrer Betätigung benötigteHB-Druck
über das Absperr-Magnetventil abbaut, wodurch die Kolben 155 und 156 nach rechts
bzw. nach links bewegt werden und die Ventilsitze 157 bzw. 158 geschlossen werden.
Dadurch wird die Nachspeisung durch das Relaisventil 141 in die Hauptluftleitung
11 verhindert. Wenn der Hauptluftleitungsdruck auf ca.
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0,8 bar gefallen ist, schließt der Kolben des Sifaventils wieder selbsttätig
ab.
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Wird der Führerbremshebel 154 wieder aus der Schnellbremsstellung
herausbewegt, so schließt der Schalter SB im Steuergerät 148. Das Magnetventil des
Sifaventils und das Absperr-Magnetventil 148 werden erregt, so daß die Hauptluftleitung
11 vom Relaisventil 141 wieder gefüllt werden kann. Die Schnellbremsung kann nicht
vom abgesperrten Steuergerät aus eingeleitet werden. Dafür steht im Notfall der
separat angeordnete Notbremshahn 26 bzw. 27 zur Verfügung.
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Im Folgenden wird der Angleicher-Vorgang erläutert: Durch Drücken
des Angleicher-Knopfes 150 (bzw. 151) am aufgesperrten Steuergerät 148 (bzw. 149)
kann die Hauptluftleitung überladen werden. Je länger der Knopf niedergedrückt wird,
desto stärker wird der A-Druck erhöht. Die maximale Uberladung stellt sich nach
ca. 10 Sekunden ein. Der Angleicher wird nur wirksam, wenn der Ftihrerbremshebel
154 in Fahrtstellung steht. Im Anschluß an jeden Lösevorgang stellt sich automatisch
durch die Regel-Elektronik 6 eine Uberladung zur Lösebeschleunigung ein. Die Höhe
dieser Uberladung ist abhängig von der Größe der vorangegangenen Einbremsung. Die
Uberladung wird entsprechend einem festgelegten Gradienten (Taktgenerator 73 in
Fig.50) so langsam abgebaut, daß die Steuerventile nicht ansprechen.
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Für den Füllstoß wird der Führerbremshebel 154 in Füllstellung gelegt,
der Schalter FU schließt, worauf über die Regel-Elektronik 6 das Füllstoß-Magnetventil
96 erregt wird. HB-Druck beaufschlagt den federvorgespannten Kolben 170 des Füllstoßventils
147, wodurch der Ventilsitz 171 öffnet und den A-Druck auf HB-Druck anhebt. Dadurch
steuert der Kolben 162 im Relaisventil 141 voll durch und öffnet wiederum den Ventilsitz
163. Gleichzeitig wird das Querschnittwechsel-Magnetventil 145 erregt,tHB-Druck
gelangt auf den Ventilkolben 172, wodurch ein großquerschnittiger Ventilsitz 173
geöffnet wird, so daß sich in der Hauptluftleitung ein Hochdruck-Füllstoß einstellen
kann. Wird der Führerbremshebel 154 beim Loslassen aus der Füllstellung in die Fahrtstellung
zurückgedrückt, so wird der HB-Druck im Vorsteuerkreis über die Auslaßdüse 13 des
Magnetventils 94 abgebaut. Dadurch bricht der Hochdruck-Füllstoß nicht schlagartig
zusammen, sondern wird langsam abgesteuert. Dadurch wird z.B. ein ungewolltes Ansprechen
empfindlich eingestellter Schnellbremsbeschleuniger mit ungenügendem Füllstoßschutz
sicher vermieden.
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Wenn der A-Druck auf ca. 5,2 bar abgesteuert ist, wird der A-Druck
stetig übergehend auf jenes überladene Druckniveau abgesteuert, das sich automatisch
am Ende eines Füllstoßes einstellt. Die Höhe dieser
Uberladung
ist abhängig von der Länge des Füllstoßes und beträgt ca.
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0,2 bar. Diese Uberladung stellt sich nach einem Füllstoß von ca.
4 Sekunden Dauer ein. Längere Füllstöße überhöhen die Uberladung nicht mehr. Die
Uberladung wird nach dem gleichen Gradienten wie bei einem Angleich-Vorgang abgebaut.
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Im Folgenden wird das Absperren erläutert: Durch Absperren des Ventilschlosses
152 bzw. 153 wird der Kontakt a geöffnet und der Kontakt b geschlossen. Dadurch
wird das Relais A entregt und die Regel-Elektronik 6 inaktiviert. Außerdem fällt
das Relais C ab, der Kontakt C1 öffnet und der Kontakt C2 schließt. Durch das Abfallen
des Magnetventils 148 werden im Relaisventil die beiden Absperrventile 142 und 143
pneumatisch geschlossen, so daß die pneumatische Verbindung zwischen Relaisventil
und Hauptluftleitung und Relaisventil und A-Druck-Leitung unterbrochen werden. Gleichzeitig
wird im Relaisventil 141 der A-Druck auf ca. 2,5 bar abgesenkt (gesteuert durch
die A-Druck-Beaufschlagung des Kolbens 155 aus der Kammer 159 entgegen einer Federbelastung),
so daß ein undichtes Absperrventil in keinen Fall zum Lösen der Bremse führen kann.
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Durch das Aufsperren des Ventilschlosses wird auch ein Ventilschloßkolben
betätigt, der HB-Druck zur (nicht dargestellten) Zusatzbremse liefert und diese
aktiviert.
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Beide Steuergeräte 148 und 149 weisen weitere Kontakte für eine E-Bremse
auf, die im vorliegenden Zusammenhang nicht weiter interessieren.
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Die Wirkungsweise der Meßfühler 16 und 18 zur Lösebeschleunigung wurde
ausführlich im Zusammenhang mit Fig.S und insbesondere mit Fig.7 erläutert, so daß
hier nicht weiter darauf eingegangen werden muß.
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Da genereller Aufbau und Funktion des pneuamtischen Relaisventils
141 bekannt sind, sind ebenfalls nähere Erläuterungen hier entbehrlich.
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Fig.9A und Fig.9C zeigt die Zuordnung von Funktion, Betätigungselementen
und Eingangssignalen des Führerbremsventils nach der Erfindung. Die Bedeutung der
verwendeten Abkürzungen wurde im zusammenhang mit Fig.7 erläutert. Mit dem Symbol
"0" wird kein Signal und mit dem Symbol "U" ein vorhandenes Signal bezeichnet. Mit
"Schloß I" bzw. "Schloß II" sind die Ventilschtösser 152 bzw. 153 der Führerstände
A und B gemäß Fig.8 bezeichnet.
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Damit sind die Figuren 9A'und 9B ohne weitere Erläuterungen verständlich.
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Fig.9C zeigt noch mögliche Eingangssignal-Kombinationen bei Funktionssteuerung
sowie unzulässige Eingangssignal-Kombinationen, deren Auftreten zur Vollbremsung
führt.
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Bei den unzulässigen Eingangssignal-Kombinationen werden jeweils Widersprüche
erkannt, wie z.B.: gleichzeitiges Auftreten der Signale FSA und FSB (d.h. beide
Führerstände dürfen nicht besetzt sein); gleichzeitiges Bremsen und Angleichen,
gleichzeitiges Bremsen und Füllen, wobei darauf hinzuweisen ist, daß das Bremssignal
"BRE" in inverser Logik vorliegt.
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Fig. 10 zeigt den Luftdurchsatz durch die HB-Leitung in Abhängigkeit
der Zeit und wurde im Zusammenhang mit Fig.7 bereits erläutert, wo das Erkennen
der Zugtrennung beschrieben wurde. Das Diagramm wurde für einen 84 Wagen aufweisenden
Zug mit l"-Hauptluftleitung geschrieben, die über eine UIC-Düse nachgespeist wird.
"Ohne Zugtrennung" ist die Hauptluftleitung dicht, "mit Zugtrennung" weist die Hauptluftleitung
eine Öffnung von 10 mm Durchmesser auf.
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Fig.ll zeigt die statische Signal-Charakeristik des HL-Druckes in
Abhängigkeit vom Brems-Sollwert. Insbesondere ist das
Ansprung-Verhalten
(Baugruppen 64 und 65 der Fig.5C) zu erkennen, wobei die Schwellwerte S2 und S1
der Fig.ll den Schwellwerten Sp2, Spl bzw. SA1' SA2 der Baugruppen 64 und 65 entsprechen.
Auch ist die Invertierung (Subtrahierer 67) sowie die Addition des Basis-Sollwertes
U0 (Summierer 71 und 92 der Fig.5C) erläutert.
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Fig.12 zeigt den Gradienten des Druck-Sollwertes beim Bremsen und
Lösen, der durch das Zeitglied 69 der Fig.5C vorgegeben wird. Die Bremszeit ist
hierbei TBE, während die Lösezeit TBA ist.
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Fig.13 und 14 zeigen den Verlauf des Druckes bzw. des Druck-Sollwertes
für manuelles bzw. automatisches Angleichen. Mit "TANE" bzw. "TAN" sind die Graidenten
für Anstieg und Abfall bezeichnet, die durch die Frequenzumschaltung des Takt-nerators
73 verursacht werden.
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Bemerkenswert ist, daß beim Absenken der Druck praktisch linear heruntergefahren
wird. Aus Fig. 14 ist zusätzlich die Angleicher-Uberhöhung zu erkennen.
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Fig.15 zeigt den Verlauf von Druck-Sollwert und Angleicherwert beim
Füllstoß und zwar bei einem kurzen und bei einem langen Füllstoß bzw.
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Angleichervorgang.
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Kurz zusammengefaßt hat das Führerbremsventil nach der Erfindung folgende
Merkmale: Ein Teil des Führerbremsventils ist für alle Funktionen des Betriebsbremsbereiches
zuständig. Es wird rein elektronisch ein Soll-Wert für den Vorsteuerdruck (A-Druck)
gebildet, der in einem Analog-Wandler in einen pneumatischen Druck umgesetzt wird
und dann in herkömmlicher Weise ein Relaisventil steuert. Ein zweiter Teil ist nur
für die Schnellbremsung zuständig, wobei aus Sicherheitsgesichtspunkten die Steuerung
das Ruhestromprinzip anwendet.
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Dieser Teil ist unabhängig von der Regel-Elektronik. Die Struktur
des Betriebsbremsbereiches ist wie folgt: a) Es sind vorsteuernde, rein elektrisch
arbeitende Bedieneinrichtungen am Führertisch vorhanden, nämlich:
Schloß,
Führerbremshebel, Angleicher, Füllstoßbetätigung.
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Ihre Funktion ist die Signalabgabe bzw. Signalerzeugung.
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b) Eine zentrale Regel-Elektronik für alle Steuerungs- und Regel
funktionen des Teilsystems gibt nach Verarbeitung aller Eingangssignale einen-A-Druck-Sollwert
(U (USOLL) aus, ggf. auch eine selbsttätige Vollbremsung.
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c) Ein zentraler, elektro-pneumatischer Leistungsteil mit EP-Wandler,
Relaisventil und Sensoren für A-, HB-Druck und Durchfluß meldet Ist-Werte an die
Regel-Elektronik.
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Hauptregelgröße ist der A-Druck. Der HL-Druck wird über das Relaisventil
nachgeführt.
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Mit dieser grundlegenden Struktur ergebe'n.sich folgende Vorteile:
- Einbaugünstige Gestaltung der Bedienelemente am Führertisch, da pneumatische Leitungen
fehlen.
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- Ersatz aufwendiger und voluminöser mechanisch-pneumatischer Steuerungs-
und Regelorgane durch die zentrale Regel-Elektronik.
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Funktionsverbesserung durch höherwertige Steuerungs-, Regel- und
Uberwachungs-Logiken.
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Die zentrale Regel-Elektronik führt folgende grundlegende Funktionen
durch: a) Auswahl des jeweils maximalen Bremsanforderungssignals aus den Eingängen
von - Führerstand (BRE bzw. POTi) - automatische Zugkontrolle (ATC) - automatische
Zugsteuerung (AFB)
b) Analyse der gewünschten Funktionen aus Kombinationen
der Eingangssignale und zwar: - der Schloßbetätigung (FSA, FSB, ABE) - der Steuereinrichtungen
am Führertisch (BRE und LÖE bzw. POTi, Angleich, Füllstoß, Schnellbremsung) - Bremsanforderung
über Funk (Logik s. Fig.9) Die vorgeschlagene Logik ermöglicht die eindeutige Bestimmung
der verschiedenen Funktionen, nämlich: - Aus, Dichtheitsprüfung, Einbremsen, Lösen,
Angleichen, Füllstoß, Fehlbedienungen werden vollständig vermieden.
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c) Abstimmung zwischen stufenlosen (AFB, ATC) und gestuften Bremsanforderungs-Signalen
(POTi, Stufenschalter) durch besonderes Ansprungverhalten. Für das stufenlose Signal
wird eine Schwelle in Höhe der ersten Bremsstufe des gestuften Signales erzeugt,
unter der das stufenlose Bremsanforderungs-Signal wirkungslos bleibt.
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d) Berücksichtigung des Druckabfalles in der HL-Leitung und des Druckunterschiedes
A/HL am Relaisventil. Zu diesem Zweck ist am HL-Anschluß ein zusätzlicher Druckgeber
angeordnet und am HB-Anschluß ein Durchflußmesser. Der Druck-Sensor HL liefert die
Druckdifferenz A/HL. Der Durchflußgeber (Blende und Druckdifferenzmessung) liefert
über das ß P-Signal die Information über den Druckabfall in der HL-Leitung bis zum
ersten Steuerventil. Der A-Druck-Sollwert wird mit Hilfe dieser Messungen so
angehoben,
daß der HL-Druck am ersten Steuerventil nicht über das funktionell zulässige Niveau
angehoben wird.
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e) Berücksichtigung zusätzlicher A-Druck-Sollwertanteile vom Angleicher
und Füllstoß. Um diese Sollwertanteile wird der A-Druck-Sollwert zusätzlich angehoben.
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f) Die Angleicherfunktion ist in detaillierter Form vorgesehen. Zu
diesem Zweck wird die Betätigungsdauer des manuellen Angleichers, des manuellen
Füllstoßes oder die Höhe der Lösestufe in eine entsprechende Zahl von Impulsen gewandelt,
die wiederum in einen entsprechenden A-Druck-Sollwertanteil gewandelt werden. Der
Abbau des Sollwert-Anteiles erfolgt analog (D/A-Wandler 75) über eine Rückwärtszählung,
wobei die. Frequenz der Rückwärtszählung zwangsläufig niedriger liegt, um den UIC-Vorschriften
über den Abbau der A-Drucküberhöhung genüge zu tun.
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Bei Lösevorgängen ist die A-Drucküberhöhung nicht nur von der Lösestufe
abhängig, sondern auch vom Nachspeiseverhalten, bedingt durch die Zugkonfiguration
(lange Züge etc.). Zu diesem Zweck wird der Verlauf der Nachspeisung in Intervallen
abgefragt: - Bei weitgehend konstanter Nachspeisung im Abfrage-Intervall liegt ein
langer und/oder undichter Zug vor. Der Zählerstand wird erhöht und der A-Druck-Anteil
angehoben, um den Lösevorgang zu verkürzen.
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- Bei abfallender Nachspeisung liegt ein kurzer Zug vor, so daß der
Angleicher-Anteil reduziert wird, weil mit baldigem Abschluß des Lösevorganges gerechnet
werden kann.
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- Zusätzlich wird die Nachspeiseleistung im Lösevorgang verglichen
mit dem gespeicherten Wert der Nachspeisung im vorausgegangenen gelösten Zustand.
Haben die verglichenen Nachspeiseleistungen ein definiertes Verhältnis der Annäherung
erreicht, so wird der Angleicher-Vorgang gesteuert zum Abschluß gebracht.
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Dadurch wird verhindert, daß bei stark undichten Zügen die beschriebene
Logik den Angleicher-Vorgang nicht zum Abschluß bringt.
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g) Selbsttätige Füllstoßfunktion: bei allen Lösevorgängen erfolgen
selbsttätig kurze, definierte Füllstöße, deren Dauer auf den Lösevorgang (Lösestufe)
abgestimmt ist. Durch den automatischen'Angleicher wird der manuelle Füllstoß willkürlicher
Dauer überflüssig.
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h) Uberwachung auf Zugtrennung: die hochgenaue, hysteresefreie Erfassung
der Nachspeiseleistung ermöglicht die ständige Uberwachung der Bremsanlage auf Zugtrennung
oder Defekte in der HL-leitung. Als Kriterium wird der unbegründete Anstieg der
Nachspeiseleistung verwendet. Die Uberwachungslogik schließt deshalb aus: - Erhöhung
der Nachspeiseleistung aufgrund A-Druckerhöhungen durch die Angleicherfunktion.
Diese Veränderungen müssen im engen zeitlichen Zusammenhang stehen.
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- Erhöhung der Nachspeiseleistung aufgrund schwankender Undichtigkeit
der Zugkonfiguration. Der erneute Abfall der Nachspeiseleistung löscht die Anzeige
der Zugt rennung.
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- Erhöhung der Nachspeiseleistung aufgrund schwankenden HB-Druckes.
Das Ansteigen der Nachspeiseleistung in
definierten Grenzen ist
begründet, wenn gleichzeitiger Kompressorbetrieb gemeldet wird.
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i) Verzögertes Einbremsen bei Führerstandwechsel: Bei Führerstandwechsel
wird die Bremsanlage kurzzeitig in die AUS-Stellung gebracht. Es ist jedoch nicht
vorteilhaft, bei diesem Vorgang die Hauptluftleitung kurzzeitig weitgehend zu entlüften.
Es wird deshalb die bei Führerstandwechsel auftretende Eingangssignalkombination
benutzt, um die Entlüftung der Hauptluftleitung zu verzögern. Das Abziehen des Schlüssels
ist beispielsweise bei zeitabhängiger Anlage durch folgende Signalkombination bestimmt:
Davor: FSA FSB - ABE BRE LÖE ANE FUE U O 0 0 0 0 0 O U O 0 0 0 0 Danach: O 0 0 0
0 0 0 Also FSA oder FSB wechselt auf 0 bei ABE = 0.
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Bei Vorliegen dieser Situation wird die Anlage beispielsweise für
15 Sekunden in die Mindestbremsstufe überführt. Anschließend wird selbsttätig der
AUS-Zustand eingenommen, wobei das Relaisventil abgesperrt und HL nach 0 entlüftet
wird.
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Dieser Vorgang unterscheidet sich signalmäßig nur durch ABE vom Einbremsvorgang
über Funk, für den folgende Signalkombination gilt: FSA' FSB, BRE, LÖE, ANE, FUE
= 0 ABE = U
In diesem Fall wird bekannterweise zügig eingebremst
und das Relaisventil ist nicht abgesperrt.
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Das Verschwinden von ABE (ABE geht zu 0) bei FSA = FSB = 0 gilt als
Funktionsstörung bei Funkbetrieb und führt zur sofortigen Vollbremsung. Ein Betriebsrisiko
durch verzögertes Einbremsen ist dadurch ausgeschlossen.
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Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung wird in der verbesserten
Lösefunktion gesehen, die nicht nur die Lösezeit langer Züge auf das mögliche Mindestmaß
verkürzt, sondern auch das Erkennen eines Defektes in der HL-Leitung im ungünstigsten
Fall (Zugtrennung während des Lösens) ermöglicht.
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Sämtliche in den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung
erwähnten technischen Merkmale können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination
miteinander erfindungswesentlich sein.
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L e e r s e i t e