EP0897847B1

EP0897847B1 - Verfahren zum Steuern einer Gleisbremse

Info

Publication number: EP0897847B1
Application number: EP98250295A
Authority: EP
Inventors: Martin Jung; Wolfgang Dr. Talke; Reinhold Holtz; Johannes Beckmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2003-06-25
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: EP0897847A1; DE19736709C1; ATE243636T1

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Gleisbremsensteuerung, insbesondere der Steuerung von Gefälleausgleichsbremsen (GAB), in Ablaufrangieranlagen.

In automatisch arbeitenden Ablaufrangieranlagen erfolgt die Zerlegung von zulaufenden (Güter-)Zügen, indem einzelne Wagen oder Wagengruppen nach Vorgabe (z.B. sog. Zerlegeliste) entkuppelt und anschließend beispielsweise mittels einer Rangierlok über einen Ablaufberg abgedrückt werden. Die eritkuppelten Wagen oder Wagengruppen (nachfolgend auch als Rangierabteilungen bezeichnet) rollen daraufhin schwerkraftbedingt talwärts in ein jeweils vorbestimmtes Richtungsgleis, wo sie mit ggf. weiteren Rangierabteilungen zu neuen Zugkompositionen zusammengestellt werden. Solcherart ablaufende Rangierabteilungen werden auch Abläufe genannt.

Viele bereits bestehende Ablaufanlagen sind mit geneigten Richtungsgleisen ausgestattet. Die Gleisneigungen dienen zur Kompensation der Rollwiderstände der Abläufe. Durch verbesserte Rollenlager haben die durchschnittlichen Rollwiderstände erheblich abgenommen, so daß sich die Abläufe in den geneigten Gleisen beschleunigen und somit unzulässig hohe Auflaufgeschwindigkeiten erreichen können. Bei dieser Problematik kommen bevorzugt Gefälleausgleichsbremsen zum Einsatz, die eine Automatisierung auch von Ablaufanlagen mit geneigten Richtungsgleisen ermöglichen. Die Gefälleausgleichsbremsen werden - je nach Neigung - in vorgegebenen Abständen angeordnet und sorgen mittels automatischer Steuerung dafür, daß die Abteilungen immer unterhalb einer zulässigen Auflaufgeschwindigkeit (üblicherweise 1,5 m/s) laufen.

Andererseits müssen auch schlecht laufende Abteilungen kuppelreif beilaufen können, so daß eine anspruchsvolle Gleisbremsensteuerung erforderlich ist.

Im Hinblick auf Gleisbremsensteuerungen sind aus der DD 259 958 A3 und DD 259 959 A3 analoge elektronische Schaltungen bekannt geworden, die zur Einhaltung einer fest vorgebbaren Auslaufgeschwindigkeit für die Gleisbremsen geschwindigkeitsgesteuert variable Bremszeiten erzeugen. Die DD 211 764 B1 offenbart in diesem Zusammenhang eine Schaltungsergänzung, um zulässige Toleranzen einzuhalten und damit die Gefahr von Festbremsungen oder eine Überschreitung der zulässigen Auflaufgeschwindigkeit völlig ausschließen zu können. Diese bekannten Gleisbremsensteuerungen erlauben jedoch nur die Einhaltung einer fest vorgegebenen Auslaufgeschwindigkeit und erfordern zu ihrer technischen Realisierung die separate Ausstattung jeder Bremse mit einer eigenen Steuerung.

Die DE 195 31 019 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern einer Gleisbremse mittels kontinuierlicher Geschwindigkeitsmessung, wobei mittels Energiedifferenzbetrachtungen zwischen der tatsächlichen Einlaufgeschwindigkeit und der gewünschten Auslaufgeschwindigkeit eine dem Ablauf zu entziehende Überschußenergie ermittelt wird. Die Gleisbremse weist eine Vielzahl zunehmender Bremskraftstufen auf. Unter fortlaufender Erhöhung der Bremskraftstufe wird die Bremswiderstandshöhe der Gleisbremse (Energieentzug) so oft berechnet, bis diese größer als die Überschußenergie ist. Diese Berechnung erfolgt für jede einzelne Achse.
Auch die Lehre der DE 44 20 896 A1 beruht auf einer Energiedifferenzbetrachtung und einer darauf basierenden rekursiven Ermittlung einer einzustellenden Bremskraftstufe. Auch diese bekannten Gleisbremsensteuerungsverfahren sind hinsichtlich der Steuerungsparameterermittlung und der Realisierung aufwendig.

Aus der DD 232 021 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Gleisbremse mit mehreren kleinen Dreikraftbremsen (Einzelbremsen) bekannt. Jede Einzelbremse ist zwischen den beiden diskreten Arbeitszuständen "eingeschaltet" (aktiv) und "gelöst" (inaktiv) steuerbar. Um einen individuellen Ablauf mit einer bekannten oder zu ermittelnden Anzahl einzelner Achsen auf eine vorgegebene Sollauslaufgeschwindigkeit abbremsen zu können, wird die Zahl der einzuschaltenden Einzelbremsen für die jeweilige Abbremsung durch mindestens zwei Steuerschritte ermittelt. Der erste Steuerschritt wird zum Zeitpunkt des Einlaufs der ersten Achse des jeweiligen Ablaufes in die Gleisbremse als Energiedifferenzbetrachtung durchgeführt. Dazu wird basierend auf dem Unterschied zwischen Einlaufgeschwindigkeit und Sollauslaufgeschwindigkeit unter Einbeziehung der reduzierten Erdbeschleunigung und unter Berücksichtigung der durch jede Einzelbremse entziehbaren Energie (Energieentzugsvermögen) die Anzahl zu aktivierender Bremsen ermittelt. An fest vorgegebenen Punkten werden anschließend ein oder mehrere weitere Steuerschritte ausgelöst. Der weitere Steuerschritt basiert jeweils auf der Lösung einer zweiten Steuergleichung, die unter Einbeziehung der achs- und bremsenzahlenabhängig durchlaufenden wirklichen gebremsten Länge, der Geschwindigkeit an dem weiteren Punkt und der vorgegebenen oder bestimmten Achszahl des Ablaufes sowie der vorgegebenen wirksamen Bremsenlänge zur Anzahl weiterhin einzuschaltender Einzelbremsen angibt.

Auch dieses Verfahren erfordert insbesondere aufgrund der individuellen Behandlung der einzelnen Achsen einen vergleichsweise hohen verarbeitungs- und steuerungstechnischen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern einer Gleisbremse anzugeben, mit dem mit vergleichsweise einfachen steuerungstechnischen Mitteln eine zuverlässige Abbremsung individueller Abläufe auf eine vorgebbare Soll-Auslaufgeschwindigkeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Steuern einer Gleisbremse mit einer Anzahl Einzelbremsen zum Abbremsen individueller Abläufe mit jeweils mehreren Laufwerken, wobei

die Einlaufgeschwindigkeit jedes Laufwerks in die Gleisbremse ermittelt wird,
eine Soll-Auslaufgeschwindigkeit des jeweiligen Laufwerks aus der Gleisbremse vorgegeben wird,
durch Energiedifferenzbetrachtung aus der ermittelten Einlaufgeschwindigkeit und der Soll-Auslaufgeschwindigkeit eine durch Bremsung dem Ablauf zu entziehende Überschußenergie bestimmt wird,
jede Einzelbremse in entweder den diskreten Arbeitszustand "eingeschaltet" oder "gelöst" gesteuert wird,
während des Durchlaufs die Achsen eines Laufwerks von den Einzelbremsen gleichartig beaufschlagt werden und
die Teilanzahl der für das jeweils die Gleisbremse nächstfolgend durchlaufende Laufwerk zu aktivierenden Einzelbremsen nach folgender Bildungsvorschrift ermittelt wird:

a) falls die Überschußenergie kleiner als Null oder gleich Null ist, so wird keine Einzelbremse eingeschaltet,
b) falls die Überschußenergie jedoch größer als Null ist, so wird die Teilanzahl i einzuschaltender Einzelbremsen ermittelt, indem als Teilanzahl i die kleinste natürliche Zahl gewählt wird, die die Bedingung i > herf / he.n erfüllt, und es werden anschließend i Einzelbremsen eingeschaltet;

mit:

k =: Anzahl der Einzelbremsen,
i =: Teilanzahl einzuschaltender Einzelbremsen,
n =: Reihung des Laufwerks in Ablaufrichtung
h_erf =: Uberschußenergie des Laufwerks,
h_e =: Energieentzugsvermögen einer Einzelbremse.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der laufwerkseinheitlichen und laufwerksbezogenen Steuerung der Gleisbremse zu sehen. Demgemäß wird für jedes einzelne Laufwerk die Anzahl der einzuschaltenden Einzelbremsen und damit die dem Ablauf zu entziehende Überschußenergie bestimmt. Hinsichtlich der an sich bekannten Ermittlung der zu entziehenden Überschußenergie wird beispielsweise auf die DE 195 31 019 A1 oder die übrigen, eingangs genannten Veröffentlichungen verwiesen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß dieses auf den Einsatz von Einzelbremsen mit unterschiedlichen Bremsstufen verichtet. Die Steuerung wird somit dadurch erheblich vereinfacht, daß die Bremsen nur zwischen dem Arbeitszustand "eingeschaltet" und dem zweiten Arbeitszustand "gelöst" zu schalten sind. Da der Einschalt- bzw. Ausschaltzustand der Einzelbremsen jeweils für das gesamte aktuelle Laufwerk beibehalten wird, ist die Anzahl notwendiger Bremsenbewegungen in vorteilhafter Weise gering.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß gegenüber dem Stand der Technik auf die Erhebung einer Vielzahl ablaufspezifischer Daten verzichtet werden kann. So müssen beispielsweise Achsmassenverteilungen, Achsverteilungen und Achsanzahl der Abläufe vorab nicht bekannt sein.

Das Erkennen der zu einem Laufwerk gehörenden Achsen kann in an sich bekannter und nachfolgend detailliert beschriebener Weise in Kenntnis der Achsabstände mittels Schaltsperrzeiten erfolgen.

Insbesondere im Hinblick auf gut laufende Einzelabläufe hat sich eine Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, nach der in der Bildungsvorschrift für das erste Laufwerk der Wert n zwischen 1,5 und 2 gesetzt wird. Damit erfolgt bereits am ersten Laufwerk - dem mit Sicherheit zumindest ein weiteres Laufwerk folgen wird - eine erhöhte Verzögerung. Dies erhöht die Verfahrenssicherheit, weil je nach tatsächlichem Laufverhalten an dem zweiten Laufwerk entweder eine zusätzliche Verzögerungsmöglichkeiten besteht oder aber - bei einem Schlechtläufer - gemäß der Bildungsvorschrift auf eine weitere Verzögerung des zweiten Laufwerks verzichtet wird.

Steuerungstechnisch bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Verfahrens, nach der die Ergebnisse der Bildungsvorschrift nur derart umgesetzt werden, daß ab dem zweiten Laufwerk nur eine Lösung zuvor eingeschalteter Einzelbremsen vorgenommen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert; es zeigt: Figur 1 schematisch einen Ausschnitt aus einem Richtungsgleis mit einer Gefälleausgleichsbremse.

Figur 1 zeigt eine Gefälle-Ausgleichs-Gleisbremse GB mit einer Anzahl von k = 4 Einzelbremsen BR1 bis BR4. Die Einzelbremsen dienen zum Abbremsen individueller, zeichnerisch nicht näher dargestellter Abläufe mit einer Anzahl von n Laufwerken in einer nicht gezeigten Schwerkraftablaufanlage. Mittels eines Meßkontaktes MK wird die Einlaufgeschwindigkeit V_einLW1 eines nur schematisch angedeuteten in Ablaufrichtung A ersten Laufwerkes LW1 mit Achsen A1, A2 ermittelt und einer Steuerung ST für die Gleisbremse GB zugeführt. Die Steuerung ist über einen Feldbus FB mit weiteren Steuerungen verbunden und an eine gemeinsame Stromversorgung SV angeschlossen. Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, daß das Laufwerk LW1 mit einer Einlaufgeschwindigkeit v_einLW1 = 2,0 m/s in die Gleisbremse GB einläuft, wobei eine Soll-Auslaufgeschwindigkeit für alle Laufwerke v_Sollaus=1,5 m/s vorgegeben ist. Verfahrensgemäß ist vorgesehen, daß die Steuerung ST die jeweiligen Bremsen 1 bis 4 zwar auch im besetzten Zustand zum "Lösen" ansteuern kann, die Bremsen sich jedoch erst mit dem Freifahren der letzten Achse A2 des jeweiligen Laufwerkes öffnet. Als Einzelbremsen sind beispielsweise die in der DE 196 14 665 beschriebenen Gummigleisbremsen geeignet.

Ein Einschalten der Bremsen erfolgt nur in unbesetztem Zustand, wobei als "unbesetzt" auch eine gerade erfolgende Befahrung des Meßkontaktes MK angesehen wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird für jedes nachfolgende Laufwerk nur die Beibehaltung der Einschaltung oder das Lösen von Einzelbremsen bewirkt. Eine Zuschaltung von Einzelbremsen ist damit ausgeschlossen. Dies vereinfacht den Steuerungsaufwand weiter erheblich, ohne unzulässige Ungenauigkeiten in der Soll-Auslaufgeschwindigkeit hinnehmen zu müssen.

Wie nachfolgend im einzelnen weiter erläutert erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine laufwerksbezogene Berechnung der vorzusehenden Abbremsung oder Verzögerung. Für jedes Laufwerk wird also die zu entziehende Energie und damit der Einschaltzustand der Einzelbremsen neu bestimmt. Dies wird nachfolgend weiter erläutert.

Im beschriebenen Beispiel beträgt die Einlaufgeschwindigkeit v_einLW1 des Laufwerkes LW1 2,0 m/s. Als Sollauslaufgeschwindigkeit V_sollaus ist 1,5 m/s vorgegeben. Daraus läßt sich in an sich bekannter Weise (s. beispielsweise DE 195 31 019 A1 oder DE 44 20 896 A1) eine dem Laufwerk LW1 zu entziehende Überschußenergie h_erf berechnen: herfLWl = ν2 einLWl -ν2 Sollaus 2 g = 0,094 m = 94 mm

Der zu entziehende Energiebetrag wird nachfolgend - wie üblich - als Energiehöhe h_erf angegeben. Zur Rechnungsvereinfachung wird dabei mit einem vereinfachten, um den Anteil an rotierenden Massen verminderten Betrag der Erdbeschleunigung g' ≈ 9,3 m/s² gerechnet. Gegenüber der beispielsweise gemäß DE 44 20 896 A1 präzisen Berechnung bewirkt der masseunabhängige Wert g' nur einen Fehler von +/- 2 %.

Die entsprechend berechenbare Überschußenergiehöhe ergibt sich für ein beliebiges Laufwerk LWn nach Gleichung (2) : herfLWn = ν2 einLWn -ν2 Sollaus 2 g

Erfindungsgemäß wird die (wie nachfolgend beschrieben) bestimmte Einzelbremsenkonfiguration für alle Achsen A1, A2 eines Laufwerkes LW1 beibehalten. Um zuverlässig die einzelnen Achsen jeweils ihrem gemeinsamen Laufwerk zuordnen zu können, wird in an sich bekannter Weise beispielsweise zwischen Einzellaufwerken oder Drehgestellen selektiert. Unter der Voraussetzung bekannter Achsabstände in Drehgestellen mit zwei Achsen von 1,3 m bis 2,1 m bzw. bei Personenwagen bis 2,65 m und mit drei Achsen von 3 m bis 3,5 m ist vorgesehen, daß jede den Meßkontakt MK überrollende Achse A1 (Figur 1) eine Schaltsperrzeit t_sp startet, die gemäß Gleichung (3)berechnet wird: tsp = lDMAX ν i = 2.65ν i [s]

Die Schaltsperrzeit berechnet sich aus dem bekannten maximalen Achsabstand (z. B. 2,65 m bei Personenwagen) und der Geschwindigkeit v_i einer beliebigen Achse über den Meßkontakt MK. Jede weitere Achse, die während der Schaltsperrzeit t_sp von dem Meßkontakt MK erfaßt wird, wird als zu einem gemeinsamen Laufwerk gehörend angesehen. Dabei wird von jeder den Meßkontakt MK überrollenden Achse die Schaltsperrzeit t_sp neu gestartet. Somit sind auch drei-achsige Drehgestelle als Laufwerk bestimmbar. Erst nach Ablauf der Schaltsperrzeit kann eine den Meßkontakt MK überrollende Achse obige Berechnungsschritte für ein nachfolgendes Laufwerk auslösen.

Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, daß jede Bremse 1 bis 4 (Figur 1) ein individuelles Energieentzugsvermögen von h_e = 65 mm aufweist, das ebenfalls als Energiehöhe in Form einer Einzelbremsenergiehöhe angegeben wird. Die Einzelbremsenenergiehöhe ist also die als Höhe angegebene Bremsenergie, die eine Einzelbremse dem jeweiligen Laufwerk bzw. Ablauf entziehen kann.

Die für das Laufwerk LW1 zu aktivierende Anzahl von Einzelbremsen wird nunmehr nach folgender Bildungsvorschrift BV ermittelt:

a] WENN(h_erf ≤ 0, dann keine Einzelbremse einschalten; sonst:

b] für i=1 bis k:

c] WENN(h_erf<(i*h_e)/n, dann i Einzelbremse(n) einschalten; sonst: i=i+1 und Fortsetzung mit Schritt b] ));

mit:

k =: Anzahl der Einzelbremsen,
i =: Teilanzahl einzuschaltender Einzelbremsen,
n =: Reihung des Laufwerks in Ablaufrichtung A,
h_erf =: Überschußenergiehöhe des Laufwerks,
h_e =: Ernergiehöhe einer Einzelbremse.

Im vorliegenden Beispiel durchläuft die Bildungsvorschrift folgende Abfragen:
WENN herf = 94 mm ≤ 0 → NEIN → WENN (h_erf = 94 mm) ≤ ((1 x h_e) = 65 mm)/(n = 1)) → NEIN
→ WENN (h_erf = 94 mm) ≤ ((2x h_e) = 130 mm)/(n = 1)) → JA
DAHER: 2 Einzelbremsen einschalten.

Die zu entziehende Überschußenergiehöhe beträgt 94 mm und ist damit größer "0", so daß für i = 1 die folgende WENN/DANN-Abfrage durchlaufen wird. Die erste Abfrage (mit i = 1) ist zu verneinen, da h_erf = 94 mm nicht kleiner oder gleich 65 mm ist; im nachfolgenden Durchlauf mit i = 2 ist die Bedingung: h_erf = 94 mm ≤ 130 mm : 1 erfüllt. Demgemäß sind für das erste Laufwerk LW1 zwei Einzelbremsen (i = 2) einzuschalten.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für das erste Laufwerk LW1 der Wert n (Position des Laufwerks in Ablaufrichtung A gezählt von 1 bis zur Anzahl der Laufwerke) gleich 2 (n = 2) gesetzt. Damit ergibt sich die nachfolgend dargestellte Abfrage:
WENN herf = 94 mm ≤ 0 → NEIN → WENN (h_erf = 94 mm) ≤ (65 mm/2) = 32,5 mm → NEIN
→ WENN (h_erf = 94 mm) ≤ (130 mm/2) = 65 mm → NEIN
→ WENN (h_erf = 94 mm) ≤ (3 x h_e = 195/2) = 97,5 mm → JA
DAHER: 3 Einzelbremsen einschalten.

Dabei ergibt sich, daß aufgrund des Divisors "n = 2" erst die Bedingung h_erf = 94 mm ≤ (3*65 mm)/2 = 195 / 2 mm = 97,5 mm erfüllt ist. In diesem Fall sind dann i = 3 Einzelbremsen einzuschalten. Ein möglicherweise zu hoher Energieentzug beim ersten Laufwerk LW1 kann durch entsprechend geringeres Abbremsen des nachfolgenden Laufwerkes kompensiert werden. Durch diese Ausgestaltung liegt das Verfahren auf der sicheren Seite, d. h. es wird nicht zu schnell ausgelaufen und immer unterhalb der v_soll gebremst.

Für das nachfolgende Laufwerk wird gemäß der Bildungsvorschrift BV die dann einzuschaltende Anzahl von Einzelbremsen ermittelt, wobei in diesem Fall n = 2 zu setzen ist, usw.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Gleisbremse (GB) mit einer Anzahl (k) Einzelbremsen (BR1 bis BR4) zum Abbremsen individueller Abläufe mit jeweils mehreren Laufwerken (LW1), wobei

die Einlaufgeschwindigkeit (v_einLW1) jedes Laufwerks (LW1) in die Gleisbremse (GB) ermittelt wird,

eine Soll-Auslaufgeschwindigkeit (v_Sollaus) des jeweiligen Laufwerks (LW1) aus der Gleisbremse (GB) vorgegeben wird,

durch Energiedifferenzbetrachtung aus der ermittelten Einlaufgeschwindigkeit (v_einLW1) und der Soll-Auslaufgeschwindigkeit (v_Sollaus) eine durch Bremsung dem Ablauf zu entziehende Überschußenergie (h_erf) bestimmt wird,

jede Einzelbremse (BR1 bis BR4) in entweder den diskreten Arbeitszustand "eingeschaltet" oder "gelöst" gesteuert wird,

während des Durchlaufs die Achsen (A1, A2) eines Laufwerks (LW1) von den Einzelbremsen (BR1 bis BR4) gleichartig beaufschlagt werden und

die Teilanzahl (i) der für das jeweils die Gleisbremse (GB) nächstfolgend durchlaufende Laufwerk (LW1) zu aktivierenden Einzelbremsen nach folgender Bildungsvorschrift (BV) ermittelt wird:

a) falls die Überschußenergie kleiner als Null oder gleich Null ist, so wird keine Einzelbremse eingeschaltet,

b) falls die Überschußenergie jedoch größer als Null ist, so wird die Teilanzahl i einzuschaltender Einzelbremsen ermittelt, indem als Teilanzahl i die kleinste natürliche Zahl gewählt wird, die die Bedingung i > herf / he.n erfüllt, und es werden anschließend i Einzelbremsen eingeschaltet;

mit:

i =

Teilanzahl einzuschaltender Einzelbremsen,

n =

Reihung des Laufwerks in Ablaufrichtung(A),

h_erf =

Überschußenergie des Laufwerks,

h_e =

Energieentzugsvermögen einer Einzelbremse.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildungsvorschrift (BV) für das erste Laufwerk (LW1) der Wert n zwischen 1,5 und 2 gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse der Bildungsvorschrift (BV) nur derart umgesetzt werden, daß ab dem zweiten Laufwerk nur eine Lösung zuvor eingeschalteter Einzelbremsen vorgenommen wird.