DE4420896A1 - Verfahren zum Steuern von Gleisbremsen einer Rangieranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Gleisbremsen, ins­ besondere Tal- und Richtungsgleisbremsen in jeweils verschiedenen Ausführungsformen einer Rangieranlage, d. h. einem Rangierbahnhof sowohl mit Gefälle angeordneten Gleisen, als auch mit flachen Gleisgruppen zum gesteuerten Bremsen frei laufender Rangierabteilungen auf eine vorgegebene Geschwindigkeit.

In automatisch arbeitenden Rangieranlagen erfolgt die Zerlegung von zulaufenden Güterzügen, indem entsprechend ihrer Bestimmungsrichtung ein­ zelne Rangierabteilungen abgekuppelt und sodann mit Hilfe einer Rangierlok über einen Ablaufberg abgedrückt werden. Die einzelnen Rangierabteilungen rollen daraufhin unter dem Einfluß der Schwerkraft talwärts in das jeweils vorbestimmte Richtungsgleis, wo sie mit weiteren Rangierabteilungen zu neuen Zügen zusammengestellt werden.

Entlang des Laufweges der Rangierabteilungen sind Gleisbremsen ange­ ordnet, die unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen haben. Die Talbremsen gleichen die großen Streuungen unterworfenen Laufeigenschaften der einzelnen Rangierabteilungen derart aus, daß der für eine einwandfreie Laufwegtrennung erforderliche Abstand zum jeweiligen Voraus- und Nachläufer eingehalten wird.

Außerdem haben die Talbremsen die Aufgabe den ablaufenden Rangierab­ teilungen den Anteil an kinetischer Energie zu entziehen, der mit dem Bremsvermögen nachgeordneter, insbesondere der üblicherweise klei­ ner dimensionierten Richtungsgleisbremsen, nicht mehr bewältigt werden kann.

An die Richtungsgleisbremsen wird die Forderung gestellt, die Rangierabteilungen auf solche Auslaufgeschwindigkeiten abzubremsen, daß sie mit einer zulässigen Auflaufgeschwindigkeit entweder nachgeordnete Fördereinrichtungen, wie beim Verfahren der Laufzielbremsung im Rich­ tungsgleis bereits vorhandene Rangierabteilungen mit geringem Auflauf­ stoß erreichen.

Um diesen Zielsetzungen möglichst nahe zu kommen, sollen Gleisbremsen so arbeiten, daß vorgegebene Sollauslaufgeschwindigkeiten für alle in Frage kommenden Rangierabteilungen sehr genau eingehalten werden. Der Ideal­ fall wäre dabei, wenn die jeweiligen Gleisbremsen über ihre gesamte Länge hinweg gleichmäßig beansprucht und demzufolge auch gleichmäßig abgenutzt werden. Ein optimaler Bremsverlauf ist also immer dann gegeben, wenn die gewünschte Sollauslaufgeschwindigkeit genau dann erreicht ist, kurz bevor, oder wenn die Rangierabteilung mit der letzten Achse aus der Gleisbremse rollt.

Ein bekanntes Verfahren (DE 22 46 306) zur Bremsensteuerung orientiert den Bremsvorgang an einer Sollkurve über das Geschwindigkeitsquadrat von der gemessenen Einlaufgeschwindigkeit. Solange sich Rangierabteilungen inner­ halb des Wirkungsbereiches der Gleisbremse befinden, wird kontinuierlich der Ist-Geschwindigkeitsverlauf gemessen und in der Art eines Zwei­ punktreglers die Brems- bzw. Lösebefehle an die Gleisbremse ausgegeben, um die Ist-Geschwindigkeit möglichst nahe an den Verlauf der Sollkurve heranzuführen. Der Lösevorhalt wird als Produkt einer er­ mittelten Bremsverzögerung und der erwarteten Reaktionszeit der Bremse ermittelt.

Nachteilig bei der Anwendung des Verfahrens ist der Umstand, daß sich im allgemeinen nur etwa mittelschwere und relativ lange Rangierabteilungen durch fortlaufendes Zu- und Abschalten der Gleisbremse beherrschen lassen, wobei jedoch zahlreiche Lösespiele in Kauf zu nehmen sind. Anders zu beschreibenden Rangierabteilungen wird mit diesem Verfahren zumeist ein Geschwindigkeitsverlauf aufgeprägt, der zumindest die Bestimmung der für eine korrekte Berechnung des Lösevorhaltes notwendigen Bremsverzögerung nicht mehr zuläßt.

Bei einer anderen bekannten Steuerung, gemäß des Bulletins SEV/VSE 78 (1987) 5, 7. März wird eine ähnliche Sollkurve, allerdings auf die Geschwindigkeit und nicht auf deren Quadrat bezogen vorteilhafterweise als Rampensollwert für einen P-Regler oder PI-Regler benutzt, der aus­ gangsseitig durch Variation der aktuellen Bremskraftstufe den Verlauf der Ist-Geschwindigkeit so beeinflußt, daß diese dem Rampensollwert folgt.

Ein anderes Verfahren, gemäß DE 29 10 511, benutzt die für die jeweiligen Rangierabteilungen berechneten Überschußanteile an kinetischer Energie um daraus eine geeignete Soll-Bremskraftstufe festzulegen, mit der der Bremsvorgang begonnen wird. Ebenso wird beginnend mit der Einlaufgeschwindigkeit schrittweise ein Soll-Geschwindigkeitsverlauf unter Zugrundelegung einer achsbezogenen Soll-Bremsverzögerung vorgegeben.

Aufgabe der Bremsensteuerung ist es nun, den tatsächlichen Verlauf der Bremsverzögerung an deren Soll-Bremsverlauf heranzuführen oder Parallelität zu diesem herzustellen, damit der vorbestimmte Wert der Bremsverzögerung unmittelbar und ohne den bei Messungen sonst eintretenden Zeitverzug zur Berechnung des Lösevorhaltes herangezogen werden kann.

Das Verfahren gestattet durchaus eine hohe Präzision bei der Einhaltung vorgegebener Auslaufgeschwindigkeiten, setzt dazu aber voraus, daß sich alle Kategorien von Rangierabteilungen praktisch gleichermaßen schematisch so verhalten, daß spätestens im Bereich des Gleisbremsenendes Parallelität zur Soll-Bremsverzögerung besteht, ggf. um einen Festbetrag gegenüber der Sollkurve nach oben hin verschoben.

Sind Korrekturen der Ist-Bremsverzögerung nötig, was in der Praxis allein schon wegen des beständig abnehmenden Anteils an kinetischer Eigen­ energie sehr häufig der Fall ist, so kann ein zugeschalteter Regler Bremskraftstufenänderungen veranlassen.

Dazu bedarf es einer Mindestzeitspanne, über die eine Abweichung fest­ stellbar sein muß, und ebenso muß eine Änderungstendenz über eine Mindestzeitspanne bestehen bleiben. Eine unmittelbare und sofortige Reaktion des Reglers auf von diesem auszugleichende Einflüsse, wie Witterung oder veränderliche Reibungskoeffizienten, ist damit nur noch begrenzt möglich.

Andere bekannte Verfahren (DE 1 26 826, DE 20 48 335, Rangiertechnik 12/69 S. 41) zeigen Methoden auf, mit denen das verzögerte Einschalten von Gleisbremsen realisiert werden kann, wenn dies aus ablauftechnologischen Gründen heraus erforderlich oder zweckmäßig ist.

Beim "verzögerten" Bremsen läuft die abzubremsende Rangierabteilung zunächst in die gelöste Gleisbremse ein, und der Bremsvorgang beginnt erst zu einem späteren Zeitpunkt, wenn das Bremsvermögen der Gleisbremse unter Berücksichtigung eines Sicherheitsabschlages gerade noch ausreicht, um der Rangierabteilung die Überschußanteile an kinetischer Energie zu entziehen.

Der Grundgedanke dieser Verfahren ist, daß die die Rangierabteilung charakterisierenden Kenngrößen vor allem die Bremsverzögerung im Voraus neben den anderen eine Rangierabteilung charakterisierenden Kenngrößen spezifiziert werden. Die Bremsverzögerung einer Rangierabteilung stellt sich nach dem Einstellen einer bestimmten Bremskraftstufe ein.

Soll die Bestimmung der zu erwartenden Bremsverzögerung umgangen werden, so wird vorgeschlagen, auf analoge Kenngrößen zurückzugreifen, wie z. B. über eine Gewichtsmessung an der gesamten Rangierabteilung das Verhältnis von Bremskraft je Achse zum Rangierabteilungsgewicht zu bilden.

Hierbei ist der Streubereich allerdings so groß (an Balkengleisbremsen um 50%), daß diese Methode nicht hinreichend genau ist.

Für die Bestimmung der zu erwartenden Bremsverzögerung wird daher vor allem eine kurze Probebremsung beim Einlauf der Rangierabteilung in die Gleisbremse vorgeschlagen, die zumindest solange aktiviert wird, daß in deren Verlauf die Messung aller derjenigen Daten erfolgt, die die Berechnung der eingetretenen Bremsverzögerung gestatten. Der Erkenntnisgewinn auf dem Wege einer Probebremsung offenbart jedoch eine Reihe von Nachteilen.

Das Verfahren des "verzögerten" Bremsens ist aus technologischer Sicht insbesondere für lange Ablaufgruppen sinnvoll, diese aber lassen aufgrund der sehr unterschiedlichen Beschaffenheit der Achsen sowie der Achsfolgen innerhalb der Rangierabteilung kaum eine Reproduzierbarkeit des Verzö­ gerungsverlaufes erwarten. Das Ablaufen von Einzelwagen dagegen verlangt, sofern überhaupt verzögert gebremst werden soll, wegen der kurzen Verweildauer im Bremsbereich eine möglichst kurzfristige Festsetzung des optimalen Bremsverlaufes, was kaum Zeit für eine Probebremsung beläßt. Er­ folgt sie dennoch, besteht speziell bei energiearmen Einzelabläufen schon allein durch eine hinreichend lange Probebremsung ohne zusätzliche Steueralgorithmen die Gefahr des Überbremsens.

Handelt es sich bei der anzusteuernden Gleisbremse um eine Balkengleisbremse, tritt ein weiterer Nachteil ein. Da diese beim Einlauf der ersten Achse einer Rangierabteilung zunächst aus ihrer Grundbremsstellung aufgeschnitten werden muß, wirken kurzzeitig zusätzliche Kraftkomponenten, die die Bremswirkung verstärken und bei leichteren bis mittelschweren Rangierabteilungen ein falsches Bild von der gesuchten Bremsverzögerung erzeugen. Vorteilhaft wäre es in diesem Sinne, die Probebremsung erst nach dem Einlauf von mindestens einer Achse in die Gleisbremse auszulösen, dann jedoch könnte dringend benötigtes Bremsvermögen für energiereiche Abläufe verlorengehen. Darüber hinaus sind Probebremsungen generell mit einer erhöhten Anzahl von Brems-/Löse- Vorgängen verbunden.

Es ist ferner ein Verfahren (DE 30 37 145) zur Ermittlung des Lösevorhaltes an Gleisbremsen bekannt, welches für die Beschaffung der dazu notwendigen Kenntnis über die Reaktionszeit der Bremse beim Übergang von der ge­ bremsten in die nichtgebremste Stellung vorschlägt, diese jeweils anhand der vorausgehenden Lösezeit oder mehreren vorausgehenden Lösezeiten an der Gleisbremse selbst zu messen. Das Verfahren verwendet dazu eine Quittungsauslösung durch Stellungsgeber an der Gleisbremse bei Überein­ stimmung von Soll- und Ist-Lösestellung, die allerdings in dieser Form keine zuverlässigen Aussagen darüber zulassen, wann die Restbremswirkung tatsächlich abgeklungen ist.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zum Steuern von Gleisbremsen einer Ran­ gieranlage mit minimalem Aufwand zu vermindern und für die Vielzahl verschiedener Bauformen, insbesondere von hydraulischen Balkengleisbremsen und elektrodynamischen Gleisbremsen als Tal- oder Richtungsgleisbremsen anwendbar ist, wobei die Genauigkeit bezüglich der Einhaltung vorgegebener Sollauslaufgeschwindigkeiten es gestattet, das Verfahren der Laufziel­ bremsung anzuwenden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der an jedem Ablauf errechnete Überschuß an kinetischer Energie bezüglich einer vorgegebenen Sollauslaufgeschwindigkeit ins Verhältnis gesetzt wird zu der Bremsarbeit, die eine Gleisbremse bei einer bestimmten mittleren Achslast und bei einer bestimmten Achsfolge des Ablaufes zu leisten vermag, und daß der Bremsvorgang unmittelbar beginnt, wenn eine Bremskraftstufe errechnet werden kann, deren zu erwartende Bremsarbeit dem Überschußanteil an kinetischer Energie des Ablaufes entspricht, dagegen die Gleisbremse noch vor dem Einlauf der ersten Achse in den Lösezustand übergeht, wenn die ermittelte Bremsarbeit den zu entziehenden Anteil an kinetischer Energie mindestens übersteigt und eine Bremskraftstufe nicht weiter reduziert werden kann, wobei während der sich dann anschließenden Lösedauer der Gleisbremse das Energieniveau der Rangierabteilung sowie das sich be­ ständig verringernde Bremsvermögen infolge des fortschreitenden Auslaufens von Achsen ständig nachgerechnet werden, und der Bremsvorgang erst dann einsetzt, wenn die Überschußenergie der Rangierabteilung und das verbliebene Bremsvermögen in einem geeigneten Verhältnis zueinander ste­ hen.

Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede für den unmittelbaren Bremsbeginn ohne verzögertes Einschalten der Gleisbremse vorgesehene Initial-Bremskraftstufe vor ihrer Ausgabe an die Gleisbremse zuerst in eine Berechnungsmethode zur Ermittlung des damit tatsächlich zu erreichenden Bremsvermögens eingesetzt wird, und daß diese Bremskraftstufe, gegebenenfalls mehrmals, reduziert wird, wenn das er­ mittelte Bremsvermögen den Anteil der der Rangierabteilung zu entziehenden kinetischen Energie um eine Mindestdifferenz überschreitet.

Nachdem der Bremsvorgang eingesetzt hat, bleibt eine ermittelte Initial- Bremskraftstufe mindestens so lange bestehen, wie die Gleisbremse aufgrund ihrer Beschaffenheit an Zeit benötigt, um die zugehörige Bremskraft an die Rangierabteilung zu übermitteln. Erst dann wird ein Regelalgorithmus gestartet, der dann aber vom Moment des Starts an die weitere Ausgabe von Bremskraftstufen steuert, so daß sich der Ist-Geschwindigkeitsverlauf an den Soll-Geschwindigkeitsverlauf bei einem entsprechend vorgegebenen Laufweg für eine Rangierabteilung angleicht.

Der Soll-Geschwindigkeitsverlauf über einem entsprechend vorgegebenen Laufweg als Führungsgröße für den Regler wird in der Weise gebildet, indem ein Kurvenverlauf, beginnend mit der Einlaufgeschwindigkeit der Rangier­ abteilung und zunächst endend auf dem Niveau der Sollauslaufgeschwindig­ keit beim Austritt der zweiten Achse aus der Gleisbremse, mit jeder in die Gleisbremse einlaufenden weiteren Achse um den Betrag des Achsabstandes zur vorauslaufenden Achse hinter das bisherige Bremslängenende in der Weise neu ausgerichtet wird, als ob diese die letzte Achse der Rangierabteilung wäre, so daß ein leicht gekrümmter Verlauf eines Rampensollwertes entsteht.

Die aus der energetischen Betrachtung sich ergebende und vom Regler eingestellte Bremskraftstufe wird im Falle der Ansteuerung von Balkengleisbremsen in Abhängigkeit vom Gewicht der jeweils zunächst in die Balkengleisbremse einlaufenden Achse nach oben hin auf einen Wert be­ grenzt, bis zu dem das Aufklettern von Achsen unwahrscheinlich ist. Folgen innerhalb einer Rangierabteilung wesentlich schwerere Achsen auf leichtere, so wird die bis dahin gültige Begrenzung der Bremskraftstufen solange beibehalten, wie sich noch leichte Achsen in der Bremse befinden.

Der Betrag des Lösevorhaltes wird aus dem Produkt der aktuellen Bremsverzögerung und der Reaktionszeit der Bremse bis zum Abklingen der Restbremswirkung ermittelt, wobei die Reaktionszeit aus einer Anzahl statistisch bewerteter vorausgegangener Lösevorgänge an derselben Bremse unter Berücksichtigung der zuletzt eingestellten Bremskraftstufe ermittelt wird, indem jeweils die Zeit vom Auslösen des Lösebefehls an bis zu dem Moment aufgenommen wird, an dem der Wert der Bremsverzögerung annähernd Null ist.

Ist Nachbremsen erforderlich, so wird der Bremsvorgang mit einer hinrei­ chend kleinen Bremskraftstufe begonnen und danach der Regelalgorithmus erneut gestartet.

Das nachfolgend dargelegte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Anwendung der erfindungsgemäßen Zusammenhänge insbesondere unter den Be­ dingungen einer Balkengleisbremse. Das bedeutet, daß bei der Berechnung aller für die Ausgabe an die Gleisbremse vorgesehenen Bremskraftstufen zusätzlich den Bedingungen der Aufklettersicherheit entsprochen werden muß.

Nähert sich einer Balkengleisbremse eine Rangierabteilung der von dieser in geeigneter Weise zu behandeln ist, und weist diese Rangierabteilung eine höhere Ist-Geschwindigkeit v_i auf als die für sie vorgesehene Sollauslaufgeschwindigkeit v_soll, so beginnt die Berechnung der energetischen Ausgangsbedingungen in der Weise, daß noch vor dem Einlauf der ersten Achse in die Balkengleisbremse eine Gegenüberstellung von kinetischer Überschußenergie der Rangierabteilung dh_abl und der Zuordnung einer geeigneten Bremskraftstufe bks erfolgen kann.

Demzufolge wird zunächst ein Bremsvermögen h_br ermittelt, das an einer Balkengleisbremse bei einer mittleren Achsmasse g_m und einer bezüglich der Rangierabteilung überwiegenden Achsmasse der sich annähernden Rangierabteilung maximal nutzbar ist.

Dazu ist es notwendig, eine Bremskraftstufe bks_m zu bestimmen, die ausgehend von der mittleren Achsmasse g_m der Rangierabteilung unter den Bedingungen der Aufklettersicherheit höchstens eingesetzt werden darf. Das kann entweder mittels eines tabellarischen Vergleichs direkt erfolgen, oder aber, bei einer höheren Anzahl der verfügbaren Bremskraftstufen n_bks, durch Anwendung einer geometrischen Reihe über einen Modifikationsfaktor modf. Dieser ist die n_bks-te Wurzel aus dem Quotienten des Endachsgewichtes und des Anfangachsgewichtes.

Innerhalb dieser definierten geometrischen Reihe ist die mittlere Achsmasse g_m einzuordnen, so daß daraus die zugehörige Bremskraftstufe bks_m hervorgeht sowie eine Grenzachsmasse g_end, bis zu dem diese Brems­ kraftstufe bks_m als Maximum zulässig ist. Dazu wird die Grenzachsmasse g_end unter fortlaufender Erhöhung der eingesetzten Bremskraftstufe bks_m als Exponent, beginnend mit der 1, nach der Beziehung

2)   g_end=3,5·modf1^bksm

sooft berechnet, bis die Bedingung g_end = g_m erstmalig erfüllt ist.

Ausgedrückt in Energiehöhen ergibt sich für das nutzbare Bremsvermögen h_br

Hierbei sind h_{br end 2}, h_{br end 4} und h_{br 6} diejenigen Nennwiderstandshöhen, die für jeden Gleisbremsentyp experimentell ermittelt und bezogen auf die Endachsmasse vorliegen und entsprechend der mit geeigneten Mitteln am aktuellen Ablauf bestimmten Achsfolge einer 2-, 4- oder 6-achsigen Rangierabteilung eingesetzt werden.

Der so berechnete Wert für das maximal verfügbare Bremsvermögen h_br gegenüber einer durch ihre mittlere Achsmasse g_m gekennzeichneten Rangierabteilung wird schließlich noch um den Einfluß der am aktuellen Ablauf wirkenden Streckenkräfte korrigiert, die in einem Wert für den Laufwiderstand w_abl zusammengefaßt und beispielsweise in der Dimension ‰ eingesetzt werden.

4)   h_br = h_br+((l_b+L_abl)·w_abl·10^-3

Hierbei bedeuten weiterhin l_b . . . wirksame Bremslänge
l_abl . . . Länge des Ablaufs.

Als nächster Verfahrensschritt erfolgt die Berechnung des tatsächlichen Überschußanteils an kinetischer Energie der Rangierabteilung dh_abl gegenüber Sollauslaufgeschwindigkeit v_soll. Dazu wird zunächst der um den Anteil an rotierender Masse verminderte Betrag der Erdbeschleunigung g_red ermittelt.

Damit ergibt sich für die Überschußenergie dh_abl, wiederum ausgedrückt als Energiehöhe:

Hierbei bedeuten g_abl . . . Gesamtgewicht des Ablaufes
n_achs . . . Anzahl der Achsen des Ablaufes.

An dieser Stelle wird das erste Entscheidungskriterium gesetzt, d. h., entweder wird für die Überschußenergie dh_abl der Rangierabteilung ein Wert ermittelt, der sich im Grenzbereich des verfügbaren Bremsvermögens h_br befindet oder diesen in bestimmten Ausnahmesituationen gar überschreitet, so daß der Bremsvorgang umgehend begonnen und als Initial-Bremskraft die anfangs bestimmte Bremskraftstufe bks_m eingestellt wird, oder es erfolgt ausgehend von den energetischen Gegebenheiten der Rangierabteilung und bezogen auf den ausnutzbaren Gesamtbremsweg die Berechnung einer passenden Anfangsbremskraft f₀.

diese Anfangsbremskraft f₀ wird einer Normierung unterzogen, in deren Ergebnis eine Bremskraftstufe bks zuzuordnen ist, beispielsweise durch den Vergleich mit einer Normierungstabelle.

Die nach erfolgter Normierung gewonnene Bremskraftstufe bks wird erneut in den Berechnungsvorgang eingesetzt um so diejenige Bremswiderstandshöhe h_br zu berechnen, die sich aus der Verwendung ebendieser Bremskraftstufe bks ergibt.

Der berechnete Wert der Bremswiderstandshöhe h_br wird wiederum um den Anteil der an der Rangierabteilung außerdem wirkenden Streckenkräfte korrigiert.

Daran anschließend wird der Wert der so ermittelten Bremswiderstandshöhe h_br nochmals mit der bereits berechneten Überschußenergie dh_abl der Rangierabteilung verglichen, und es ergibt sich erneut ein Entschei­ dungskriterium. Das bedeutet, entweder der Wert der Bremswiderstandshöhe h_br entspricht dem Wert der Überschußenergie dh_abl der Rangierabteilung, so daß die zugehörige Bremskraftstufe bks als Steuerbefehl an die Gleisbremse ausgegeben wird, oder das Bremsvermögen h_br auf der Basis der errechneten und normierten Bremskraftstufe bks wird als zu groß erkannt, so daß ein durchgehendes Bremsen nur hinreichend möglich wird. Die ermittelte Bremswiderstandshöhe h_br liegt in diesem Falle um einen Mindestbetrag über der Überschußenergie dh_abl der Rangierabteilung. Die ermittelte Bremskraftstufe bks wird um eine Stufe reduziert und die sich hierauf ergebende Bremswiderstandshöhe h_br ein weiteres Mal berechnet. Daraufhin erfolgt wieder der Vergleich mit der Überschußenergie dh_abl. Gegebenenfalls kann eine Bremskraftstufe bks solange dekrementiert werden, bis Überschußenergie dh_abl der Rangierabteilung und Bremswiderstandshöhe h_br in einem geeigneten Verhältnis zueinander stehen. Die zugehörige Bremskraftstufe bks wird dann als Initialbremskraftstufe an die Gleisbremse ausgegeben, und der Bremsvorgang beginnt unmittelbar mit dem Einlauf der ersten Achse in die Gleisbremse.

Insbesondere bei längeren und/oder leichten bis mittelschweren Abläufen tritt jedoch häufig der Fall ein, daß selbst mit der niedrigsten an einer Gleitbremse einzustellenden Bremskraftstufe bks ein so großer Mehrbetrag der Bremswiderstandshöhe h_br gegenüber dem Überschußenergieanteil dh_abl der Rangierabteilung wirksam wird, daß, sollte mit der ersten Achse beginnend gebremst werden, ein unverhältnismäßig frühzeitiges Erreichen der Lösegeschwindigkeit wahrscheinlich ist. Wenn im Ergebnis der bis dahin durchlaufenen Verfahrensschritte eine solche Konstellation erkannt wird, und wenn ferner spezielle Randbedingungen, z. B. eine genügend freie Gleislänge hinter einer Richtungsgleisbremse u. ä., erfüllt sind, dann wird der Gleisbremse umgehend ein Lösebefehl erteilt noch bevor die erste Achse der Rangierabteilung diese Gleisbremse erreicht hat.

Von diesem Moment an verfolgt die Steuerung den weiteren Verlauf der Energiebilanz zwischen der Rangierabteilung einerseits und der Gleisbremse andererseits, um den richtigen Zeitpunkt des Bremsbeginns bestimmen zu können.

Innere, steuerungsbedingte, und äußere, rangierabteilungsabhängige Einflüsse, die Veränderungen der Energiebilanz verursachen, werden bei diesem Verfahrenschritt berücksichtigt.

Bei jedem der folgenden Abfragezyklen wird durch die Steuerung kon­ tinuierlich die Überschußenergie dh_abl der Rangierabteilung berechnet und auch wieder die verfügbare Bremswiderstandshöhe h_br geprüft. Bei der fortwährenden Berechnung jeweils zuzuordnenden Anfangsbremskraft f₀ ist eine mögliche Anzahl zwischenzeitlich gelaufener Achsen n_aus zu berück­ sichtigen.

Verfahrensgemäß wird der Zustand des verzögerten Bremsens regelmäßig in Form des Lösens aus der kleinsten Bremskraftstufe bks heraus eingenommen. Es ist zweckmäßig, die weiteren energetischen Berechnungen darauf zu orientieren.

Eine erneute Berechnung der Anfangsbremskraft unterbleibt. Statt dessen wird der Normativwert eingetragen, der beim Vergleich mit der Normierungstabelle die Zuweisung der kleinsten Bremskraftstufe bks auslöst. Diese Bremskraftstufe bks wird dann zur fortlaufenden Berechnung der nutzbaren Bremswiderstandshöhe h_br unter Berücksichtigung des Auslaufes von Achsen einer Rangierabteilung aus der Gleisbremse und/oder von Abweichungen in der Achsfolge der Rangierabteilung genutzt.

An besonders energiearmen Rangierabteilungen, deren letzte Achsen die Gleisbremse mit einer Verzögerung gegenüber normal laufenden Rangierabteilungen befahren, sind unter Umständen zusätzlich der Laufweg s_{achs n} spätestens der letzten Achse bei 2-achsigen oder der vorletzten bei 4-achsigen oder der drittletzten Achse bei 6-achsigen Rangierabteilungen innerhalb der Gleisbremse sowie der Verzögerungszeit T_v, die diese Gleisbremse braucht, um von der Löse- in die Bremsstellung zu gelangen, mit zu berücksichtigen.

Die Berechnungsgleichung der Bremswiderstandshöhe h_br erhält daher eine modifizierte Form

Eine reglmäßige Korrektur des berechneten Wertes für die Bremswider­ standshöhe h_br um den Anteil von Streckenkräften erfolgt wiederum.

Der auf diese Weise in jedem Abfragezyklus des Steuerrechners neu ermittelte Wert für die Bremswiderstandshöhe h_br wird regelmäßig mit dem berechneten Wert für die Überschußenergie dh_abl verglichen. Das Entscheidungskriterium zur Fortsetzung des "verzögerten" Bremsens bleibt letztlich solange bestehen, wie die Bremswiderstandshöhe h_br um einen Mindestbetrag größer ist als die Überschußenergiehöhe dh_abl der Rangierabteilung. Ist dies nicht mehr der Fall, beginnt der Bremsvorgang unmittelbar mit dem Schließbefehl an die Gleisbremse und der Ausgabe der Initial-Bremskraftstufe bks.

Wenn der Bremsvorgang beginnt, d. h., gleichgültig ob beim Einlauf mit der ersten Achse oder bei verzögertem Bremsen nach Einlauf in die gelöste Gleisbremse, bleibt die ermittelte Initial-Bremskraftstufe bks mindestens so lange bestehen, wie die Gleisbremse aufgrund ihrer Beschaffenheit an Zeit benötigt, um die zugehörige Bremskraft an die Rangierabteilung zu übermitteln.

Diese Zeiten können allerdings unterschiedlich bemessen sein, da im Falle des verzögerten Bremsens die Verzögerungszeit T_v für den Übergang in die Bremsstellung hinzukommt.

Während dieser Zeit ist die Steuerung bereits hinsichtlich ihres gesamten Funktionsumfanges aktiv (Vorhaltberechnung usw.), mit einer Ausnahme, daß erst nach Ablauf der Verzögerungszeit T_v ein Regelalgorithmus gestartet wird, der von da an die weitere Ausgabe von Bremskraftstufen bks steuert, indem sich der Ist-Geschwindigkeitsverlauf an den Soll-Geschwin­ digkeitsverlauf über einen entsprechend vorgegebenen Laufweg, beginnend mit der Ist-Geschwindigkeit beim Bremsbeginn und endend mit der vorgegebenen Auslaufgeschwindigkeit beim Austritt der letzten Achse einer Rangierabteilung aus der Gleisbremse, angleicht.

Der Soll-Geschwindigkeitsverlauf über einen entsprechend vorgegebenen Laufweg als Führungsgröße für den Regler wird gebildet, indem ein Kurvenverlauf, beginnend mit der Einlaufgeschwindigkeit der Rangierabteilung und zunächst endend auf dem Niveau der Sollaus­ laufgeschwindigkeit beim Austritt der zweiten Achse aus der Gleisbremse, mit jeder in die Gleisbremse einlaufenden weiteren Achse um den Betrag des Achsabstandes zur vorauslaufenden Achse hinter das bisherige Bremslängenende in der Weise neu ausgerichtet wird, als ob diese die letzte Achse der Rangierabteilung wäre, so daß ein leicht gekrümmter Verlauf des Rampensollwertes entsteht. Dadurch ist es möglich, insbesondere auch solchen Rangierabteilungen jederzeit reale Geschwindigkeits-Sollwerte vorzugeben, die aufgrund ihrer größeren Länge gegenüber einer der Gleisbremse vorgelagerten Meßstrecke erst zu einem entsprechend späteren Zeitpunkt vollständig bemessen sind.

Alle für die Ausgabe an die Gleisbremse vorgesehenen Bremskraftstufen bks, gleichgültig, ob diese im Ergebnis der energetischen Betrachtung oder im Verlauf der Regelung ermittelt werden, sind in Abhängigkeit von der Masse der jeweils zunächst in die Gleisbremse einlaufende Achse nach oben hin auf einen Wert begrenzt, bis zu dem das Aufklettern von Achsen unwahrscheinlich ist. Folgen innerhalb einer Rangierabteilung wesentlich schwerere Achsen auf leichtere, so wird eine bis dahin gültige Begrenzung der Bremskraftstufen solange beibehalten, wie sich noch leichte Achsen in der Gleisbremse befinden.

Hierzu wird die Masse jeder einlaufenden Achse mit dem der davor laufenden Achse verglichen. Sobald die Differenz ein bestimmtes Maß überschreitet, wird sofort die Anzahl der sich noch in der Bremse befindlichen Achsen bestimmt und das Gewicht der vorausgelaufenen Achse noch solange zur Bemessung einer maximal zulässigen Bremskraftstufe bks weiterbenutzt, bis die ermittelte Anzahl von Achsen über den Bremsen­ auslauf gezählt wurde.

Auf der Basis eines mit geeigneten technischen Mitteln geglätteten Doppler-Radarsignals wird in jedem Abfragezyklus der Steuerung außer einem Wert über die aktuelle Ist-Geschwindigkeit v_i der Rangierabteilung auch ein Wert über seine aktuelle Bremsverzögerung b_abl gegenüber der Ist- Geschwindigkeit v_i1 im vorausgegangenen Abfragezyklus mit dem Differenz­ laufweg d s, der ebenfalls aus dem Doppler-Radarsignal gewonnen wird, berechnet.

Dieser Wert für die aktuelle Bremsverzögerung b_abl wird in Abhängigkeit von einer augenblicklich an der Gleisbremse wirksam eingestellten Bremskraftstufe bks mit einer für diese vorgesehenen Reaktionszeit T_lb multipliziert, die jene Zeitdauer für den Übergang von der gebremsten in die gelöste Stellung der Gleisbremse kennzeichnet.

Da die Löseanweisung zumeist aus niedrigen Bremskraftstufen bks heraus er­ folgt, genügt hierbei bereits eine Unterteilung in drei Kategorien. Man erhält so zu jedem Abfragezyklus der Steuerung einen realistischen Wert über den aktuell einzustellenden Lösevorhalt v_vo gegenüber der Sollauslaufgeschwindigkeit v_soll.

Die tatsächliche Reaktionszeit T_lb der Gleisbremse beim Übergang von der gebremsten in die gelöste Stellung unterliegt zahlreichen Einflüssen, wie insbesondere Witterung, Öltemperatur bei hydraulischen Antriebs­ komponenten, Verschleißzustand von Maschinenbauteilen oder dem Gleisver­ lauf im Erfassungsbereich der Gleisbremse.

Das Verfahren benutzt die an jeder gesteuerten Gleisbremse selbst ge­ messenen Reaktionszeiten T_lb mit dem Ziel einer fortwährenden Wiederver­ wendung im Bremsprozeß.

Erfindungsgemäß wird dazu mit jeder Erteilung eines Lösebefehls an die Gleisbremse zugleich die Messung einer Differenzzeit gestartet, sofern es sich bei der betreffenden Rangierabteilung um einen Einzelwagen handelt, um den verfälschenden Einfluß von Kuppelstößen auszuschließen und/oder der Ablauf bis zum Auslösen des Lösebefehls eine Mindestdauer lang einer Bremswirkung ausgesetzt war und/oder die Rangierabteilung kein Schwallgutverhalten zeigt.

Die Messung der Differenzzeit wird gestoppt, wenn bei fortdauernder Beibehaltung des Lösezustandes, und während sich ununterbrochen mindestens eine Achse der Rangierabteilung im Eingriff der Gleisbremse befunden hat, eine Bremsverzögerung b_abl gemessen wird, die bei Gleisbremsen in geneig­ ter Lage den Wert Null annimmt oder sich im Vorzeichen umgekehrt hat und/oder die bei Gleisbremsen ohne Neigungslage mindestens einen hinreichend kleinen negativen Wert annimmt.

Die gemessene Differenzzeit wird daraufhin einer Menge von Differenzzeiten zugeordnet, die an vorausgehenden Rangierabteilungen an derselben Gleisbremse und bei Lösevorgängen aus derselben Bremskraftstufe bks gemessen wurden. Mit dieser Menge bereits vorhandener Differenzzeiten wird unter Anwendung geeigneter statistischer Methoden immer dann ein aktualisierter Mittelwert gebildet, wenn eine neue gemessene Differenzzeit hinzugekommen ist. Der so berechnete Mittelwert kann daraufhin für die nachfolgenden Rangierabteilungen als neue Reaktionszeit T_lb benutzt werden. Damit Schwankungen bei den gemessenen Differenzzeiten in ausreichendem Maße ermittelt werden, aber dennoch besonders Witterungseinflüsse genügend Berücksichtigung finden können, ist ein Umfang von etwa 10 bis 20 jeweils eingetragener und für die Mittelwertbildung vorgesehener Differenzzeiten zweckmäßig. Darüber hinaus können alle während der Lösevorgänge ermittelten Zeiten einer Grenzwertbetrachtung unterzogen werden, die nur dann weiterverwendet werden, wenn sie diese erfüllen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Steuern von Gleisbremsen einer Rangieranlage, vorzugsweise mit einem Ablaufberg sowie Tal- und Richtungsgleisbremsen, um Rangierabteilungen von einer Einlaufgeschwindigkeit auf eine vorgegebene Sollauslaufgeschwindigkeit abzubremsen, wobei mittels einer Regeleinrichtung Bremskraftstufen an eine Gleisbremse ausgegeben und diese solcherart variiert werden, daß die Sollauslaufgeschwindigkeit der Rangierabteilung dann erreicht wird, wenn diese mit der letzten Achse aus der Gleisbremse austritt, dadurch gekennzeichnet, daß eine bezüglich eines abzubauenden Differenzenergiebetrages einer Rangierabteilung ermittelte Bremskraftstufe nicht unmittelbar an die Gleisbremse ausgegeben wird, sondern noch vor dem Einlauf der ersten Achse der Rangierabteilung in die Gleisbremse zunächst in einen Rechenvorgang einfließt, in dem dieser Differenzenergiebetrag in ein Verhältnis gesetzt wird zu einer mit dieser Bremskraftstufe vorberechneten Bremsarbeit der Gleisbremse bei einer vorbestimmten mittleren Achsmasse und einer vorbestimmten mittleren Achsfolge der Rangierabteilung, und daß der Bremsvorgang nur dann mit einer Ausgabe dieser Bremskraftstufe als Initial-Bremskraftstufe für die Gleisbremse beginnt, wenn die berechnete Bremsarbeit dem Differenzenergiebetrag entspricht, daß die ermittelte Bremskraftstufe dann nach unten oder oben hin korrigiert wird, wenn die berechneten Werte in ungünstigem Verhältnis zueinander stehen, wobei mit einer neu festgelegten Brems­ kraftstufe sodann wiederum die damit erzielte Bremsarbeit der Gleis­ bremse ausgehend von der Achsmasse und Achsfolge der Rangierabteilung berechnet wird, und der Bremsvorgang gegebenenfalls mit dieser Brems­ kraftstufe als Initial-Bremskraftstufe beginnt, und daß die Gleisbremse dagegen noch vor dem Einlauf der ersten Achse in einen Lösezustand ver­ setzt wird, wenn selbst mit der kleinsten einzustellenden Bremskraft­ stufe eine Bremsarbeit vorbestimmt wird, die den Differenzenergiebe­ trag um ein Mindestmaß überschreitet, und daß während der anschließen­ den Lösedauer der Gleisbremse fortlaufend das Verhältnis des momentanen Differenzenergiebetrages der Rangierabteilung zum infolge des fort­ schreitenden Ein- und Auslaufes von Achsen sich beständig verringernden Bremsarbeitsvermögen der Gleisbremse berechnet wird, und daß der Brems­ vorgang mit einer dabei zugrundegelegten Initial-Bremskraftstufe be­ ginnt, sobald beide Werte miteinander komparabel sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Gleisbremse ausgegebene Initial-Bremskraftstufe mindestens solange erhalten bleibt, bis eine zugehörige Bremskraft an die Rangierabteilung übermittelt ist, und erst danach ein Regelalgorithmus gestartet wird, der von da an die weitere Ausgabe von Bremskraftstufen an die Gleis­ bremse so steuert, daß der Verlauf der Ist-Geschwindigkeit der Rangier­ abteilung an den Verlauf einer Soll-Geschwindigkeit herangeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Moment des Einlaufs einer zweiten Achse der Rangierabteilung in die Gleisbrem­ se und bei jeder weiteren nachfolgenden Achse derselben Rangierabtei­ lung ein Soll-Geschwindigkeitsverlauf über einen vorgegebenen Laufweg in der Weise um den Betrag des Achsabstandes zur vorauslaufenden Achse der Rangierabteilung hinter das bisherige Bremslängenende neu ausge­ richtet wird, als ob jede dieser einlaufenden Achsen die letzte Achse der Rangierabteilung wäre.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei der Ansteuerung von Balkengleisbremsen alle an die Gleisbremse auszugebenden Bremskraftstufen in Abhängigkeit von der Masse der in die Gleisbremse einlaufenden Achsen einer Rangierabteilung auf einen Wert nach oben hin begrenzt werden, bis zu dem ein Auf­ klettern von Achsen unwahrscheinlich ist, wobei bei einer Folge von schwereren nach leichteren Achsmassen die für die leichteren Achsen gültige Begrenzung solange erhalten bleibt, wie sich noch Achsen mit der geringeren Masse in der Gleisbremse befinden.

5. Verfahren zum Steuern von Gleisbremsen einer Rangieranlage, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Betrag eines Lösevorhaltes während des laufenden Bremsvorganges aus dem Produkt der aktuellen Bremsverzögerung und der Reaktionszeit der Gleisbremse bis zum Abklingen der Restbremswirkung gebildet wird, indem eine mittlere Reaktionszeit aus einer Anzahl sta­ tistisch bewerteter vorausgehender Reaktionszeiten an derselben Gleis­ bremse unter Berücksichtigung der zuletzt eingestellten Bremskraft­ stufe benutzt wird, die jeweils aus Zeitmessungen vom Auslösen eines Lösebefehls an bis zu dem Moment gewonnen werden, in dem der Wert der Bremsverzögerung annähernd Null beträgt.