EP2114739A1 - Leistungsoptimierte sicherheitsbremse - Google Patents

Leistungsoptimierte sicherheitsbremse

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Publication number
EP2114739A1
EP2114739A1 EP08708649A EP08708649A EP2114739A1 EP 2114739 A1 EP2114739 A1 EP 2114739A1 EP 08708649 A EP08708649 A EP 08708649A EP 08708649 A EP08708649 A EP 08708649A EP 2114739 A1 EP2114739 A1 EP 2114739A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
braking
control unit
speed
brake
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08708649A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Maischak
Volker Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2114739A1 publication Critical patent/EP2114739A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/1701—Braking or traction control means specially adapted for particular types of vehicles
    • B60T8/1705—Braking or traction control means specially adapted for particular types of vehicles for rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/10—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release
    • B60T13/66—Electrical control in fluid-pressure brake systems
    • B60T13/665—Electrical control in fluid-pressure brake systems the systems being specially adapted for transferring two or more command signals, e.g. railway systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
    • B60T17/228—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices for railway vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force

Definitions

  • the invention relates to a braking device for braking a vehicle, which has a non-rotatably connected to a wheel axle of the vehicle braking surface, with a brake pad to be pressed against the brake surface and a brake pad coupled to a control unit for generating the braking force, wherein the control unit with a speed sensor is associated for detecting a speed of the vehicle and adapted to adjust the braking force in dependence from ⁇ speed.
  • the invention further relates to a method for braking a vehicle, wherein the speed of the vehicle is detected by a speed sensor and connected to the speed sensor control unit presses a brake pad with a braking force to a non-rotatably connected to a wheel axle of the vehicle braking surface in dependence speed.
  • the beuttone- there ne pneumatic brake means has a generally circular ⁇ for adjusting the braking force of a service brake as a function of measured variables.
  • These measures include speed values of the vehicle to be braked, which are generated by axle speed sensors.
  • a measuring sensor is provided which generates the respective reciprocal of the speed values and transmits them to the control unit.
  • the brake system described there includes a pressure ⁇ translator, which allows the control of small volume flows, which are converted by the pressure booster in large volume flows.
  • a control input of the pressure booster can be acted upon by a control pressure, the pressure booster amplifying the control pressure as a function of a pilot pressure.
  • the output of the pressure booster is connected to brake cylinders, which are thus subjected to the increased on-control pressure.
  • the power input p takes place essentially in the brake disc, which is rotatably ⁇ firmly connected to a wheel axle of the vehicle.
  • an excessive input of power p leads to thermal stresses in the friction ring of this brake disk. These voltages can lead to cracks in the brake disc and their premature wear at excessive braking power. In particular, the entry of braking power peaks should be avoided as much as possible.
  • the braking force is usually reduced in stages to a lower value, so as to limit the registered braking ⁇ power to an allowable value.
  • braking force switch stage to a lower value, so that it is above 200 km / h Less is below 200 km / h. In this way the registered braking power is re ⁇ cuted.
  • the object of the invention is therefore to provide a braking device and a method of the type mentioned, with which as high a braking force is introduced into the braking surface, without causing irreversible damage to the braking surface.
  • the invention solves this problem, starting from the aforementioned braking device in that the control unit via means for continuous pressure adjustment with the
  • Actuator is coupled so that a continuous Anpas ⁇ solution of the braking force to the prevailing speed is speed ⁇ allows.
  • the invention solves this problem in that the braking force is continuously adjusted by Mit ⁇ tel for continuous pressure adjustment at a threshold speed is exceeded at the Ge ⁇ speed.
  • adjusting the braking force means for continuous pressure adjustment are used. These means allow the setting of continuous output pressures in response to their input or control signals. Due to their output-side coupling with the actuator arbitrary time courses of the braking force F he ⁇ be zeugbar in this way. According to the prior art, permanently actuated solenoid valves are used so that it is inevitable that fig to a gradual lowering of the braking force at high speeds must come.
  • analog converters are known for example as electro-pneumatic Re ⁇ gel valves under the product name BRP-IC / EAP41 of the German company Bosch Rexroth AG.
  • the means for continuous pressure adjustment by pulse width modulation include driven binary solenoid valves.
  • arbitrary pressures can be set at the output of the binary so digital solenoid valves in the time average.
  • the slow compared to the solenoid valves actuator sees on the input side a continuous ⁇ Lich variable pressure.
  • the binary valves therefore act like an analogue valve.
  • Magnetic valves actuated by pulse width modulation are known to the person skilled in the art, so that it is not necessary to go into detail here.
  • control unit is an electronic control unit.
  • An electronic control unit ⁇ specific example includes a programmable computer as they reach already in rail-guided vehicles are used, and are provided, for example to provide a nonskid.
  • Deviating from the control unit is a non-programmable electronic, pneumatic or hydraulic devices ⁇ specific control unit.
  • a speed-dependent deceleration is also provided during safety braking.
  • the invention is based on the realization that the function of the control unit can be guaranteed with a secure ⁇ ness, changes that also meet stringent safety withstand. High safety requirements apply, for example, to safety brakes in the area of rail-guided vehicles. According to the invention a continuous adjustment of the braking force to the speed of the rail vehicle is provided for the safe ⁇ integrated brake.
  • the actuator is a pneumatically or hydraulically responsive brake cylinder.
  • the brake cylinder expediently has a movably guided ⁇ limiting wall, for example, a piston rod connected to a piston of a piston cylinder, whereby the piston and hence the piston rod via a suitable lever mechanism with the brake lining is connected.
  • a suitable lever mechanism with the brake lining is connected.
  • the brake cylinder is connected to the output ei ⁇ nes pressure booster, which amplifies a pilot pressure in response to a control pressure, wherein the means is ⁇ set for continuous pressure adjustment for adjusting the control pressure.
  • Pressure intensifiers are known in ⁇ play, from DE 29 11 074 and found there to ⁇ application where high flow rates make it difficult to accurately control and on ⁇ position pneumatic or hydraulic pressure. With the help of a pressure booster the exact control of nes pressure at the output of the pressure booster possible, the scheme initially acts only on the control pressure, which is linked to a much lower flow. In this way, the control of the overall system is more accurate and the pilot circuit can be performed kom ⁇ pact because of the small cross sections.
  • the control pressure amplified expedient ⁇ ßigerweise a voltage applied to a second input of Drucküberset ⁇ dec pilot pressure.
  • the pressure intensifier has a further input, which is connected to the pressure supply, which provides the necessary volume flows of hydraulic or pneumatic fluid.
  • a second control unit is provided for the replacement of the control unit in the event of a fault.
  • a redundant control unit is provided.
  • the second control unit and the first control unit are at different hierarchical levels.
  • Such control units at different hierarchical levels are already known from the train control.
  • the re ⁇ gelungsakuen can therefore be easily integrated manner in existing computer systems.
  • the control unit the braking force inversely proportional to the speed of the vehicle as soon as the vehicle speed above a threshold cry ⁇ tet.
  • the power input p remains constant in this way even at higher speeds and can be set to a maximum value at which ei ⁇ ne damage to the braking surface is just avoided, but at the same time as large a braking force F is introduced into the brake pads.
  • the braking force is generated by a safety brake.
  • the safety brake is next to the operating ⁇ brake set to ensurezu ⁇ provide a maximum braking force, at the same time a too high power input is avoided in the braking surface.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the braking device according to the invention in a schematic view
  • Figure 2 shows an embodiment for controlling the
  • FIG. 1 shows schematically an exemplary embodiment of the braking device 1 according to the invention.
  • the braking device 1 has a plurality of brake cylinders 2, which are arranged in a bogie of a rail-guided vehicle, not shown in the FIGURE.
  • the brake cylinders 2 comprise a brake chamber which can be filled with compressed air and which is sealed by a movably guided piston.
  • the piston is connected to egg ⁇ ner piston rod, which in turn is connected via a Consequentlyffleßi ⁇ ge lever mechanism with at least one brake pad, each brake pad facing a brake disc.
  • the brake chamber For triggering of a braking operation of the brake cylinder, or more precisely the brake chamber is pressurized, so that the brake chamber limiting piston moves and each brake lining with a friction fit pressed against the brake disc.
  • the brake disc is non-rotatably connected to a likewise not ge ⁇ showed wheel axle, so that there is a delay of the bogie and thus the rail-mounted vehicle. The triggered with this delay ⁇ braking force is dependent on the generated pneumatic pressure in the brake cylinder. About the pressure of the brake cylinder thus the braking process is controllable.
  • control unit 3 For controlled pressurization of the brake cylinder with a pneumatic pressure is a control unit 3, which cooperates with an analog converter 4 as a means for continuous pressure adjustment, which is pneumatically connected to a compressed air supply 5 and a control input of a pressure booster 6.
  • the pressure booster 6 is further connected to a pilot pressure vessel 7 and communicates via its output with the brake cylinders 2.
  • the pressure booster 6 is provided which amplifies the pilot pressure applied to its first input, which is determined by the pressure in the pilot pressure vessel 7, proportional to the control pressure.
  • the control pressure is determined by the control unit 3, which is connected via an electrical communica tion ⁇ line 8 connected to the analog converter.
  • the analog converter 4 is, for example, an electro-pneumatic pressure regulating valve, which is well known to the person skilled in the art of brake technology. It has the property to generate a pneumatic pressure which is proportional to an electrical input variable, as in ⁇ example, an electrical voltage U. Any pressures can be generated.
  • the control unit 3 is in the embodiment shown, a certified fail-safe ⁇ computer which takes over in addition to the herein described brake control, other tasks during the operation of a railway vehicle.
  • a certified fail-safe ⁇ computer which takes over in addition to the herein described brake control, other tasks during the operation of a railway vehicle.
  • the control unit 3 comprehensive computer via not shown also to provide a nonskid
  • Anti-slip valves set up The said computer is executed redundantly in ⁇ example.
  • a non-programmable electronic ⁇ A direction can be used as a control unit ⁇ .
  • FIG. 2 shows a diagram in which the speed of both the braking force F and the braking performance are v of a rail vehicle on the abscissa and on the ordinate p ablated ⁇ gen. It can be seen that up to a speed of v s a constant pressure and thus a constant braking force ⁇ F is generated. v s is equal to 200 km / h in the illustrated embodiment. Up to Umschaltgeschwindig ⁇ speed v s increases with increasing speed v and the registered in the brake disc brake power p continuously at. Above the switching speed v s would be expected at a constant braking force F with a thermal damage to the brake disc.
  • control unit 3 is designed Redun ⁇ dant.
  • a first control unit 3i and a second control unit 3 2 are provided.
  • the first control unit 3i is arranged on a first plane indicated by dotted lines, which hierarchically lies below the level of the second control unit 3 2 .
  • Such hierarchical struc ⁇ ren for example, has become common practice in controlling a rail-based vehicle.
  • FIG 3b shows an example of the embodiment according to FIG 3 a different embodiment, wherein the first crizein ⁇ integrated 3i and the second control unit 3 are arranged on a common hierarchy level 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Um eine Bremseinrichtung (1) zum Abbremsen eines Fahrzeuges, das eine drehfest mit einer Radachse des Fahrzeugs verbundene Bremsfläche aufweist, mit einem an die Bremsfläche mit einer Bremskraft anpressbaren Bremsbelag und einem mit einer Regelungseinheit (3) gekoppelten Stellglied (2) zum Erzeugen der Bremskraft, wobei die Regelungseinheit (3) mit einem Geschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verknüpft und zum Einstellen der Bremskraft in Abhängigkeit der Geschwindigkeit eingerichtet ist, bereitzustellen, mit der eine möglichst hohe Bremskraft in die Bremsflächen eingeleitet wird, wird vorgeschlagen, dass die Regelungseinheit (3) über Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung (4) mit dem Stellglied (2) gekoppelt ist, so dass eine kontinuierliche Anpassung der Bremskraft an die jeweils herrschende Geschwindigkeit ermöglicht ist. Vorteilhafterweise wird die Bremskraft umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt.

Description

Beschreibung
Leistungsoptimierte Sicherheitsbremse
Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung zum Abbremsen eines Fahrzeuges, das eine drehfest mit einer Radachse des Fahrzeugs verbundene Bremsfläche aufweist, mit einem an die Bremsfläche mit einer Bremskraft anpressbaren Bremsbelag und einem mit einer Regelungseinheit gekoppelten Stellglied zum Erzeugen der Bremskraft, wobei die Regelungseinheit mit einem Geschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verknüpft und zum Einstellen der Bremskraft in Ab¬ hängigkeit der Geschwindigkeit eingerichtet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeuges, bei dem die Geschwindigkeit des Fahrzeuges von einem Geschwindigkeitssensor erfasst wird und eine mit dem Geschwindigkeitssensor verbundene Regelungseinheit einen Bremsbelag mit einer Bremskraft an eine drehfest mit einer Radachse des Fahrzeugs verbundene Bremsfläche in Abhängigkeit Geschwindigkeit presst.
Eine solche Bremseinrichtung und ein solches Verfahren sind aus der DE 38 03 639 C2 bereits bekannt. Die dort beschriebe- ne pneumatische Bremseinrichtung verfügt über einen Regel¬ kreis zum Einstellen der Bremskraft einer Betriebsbremse in Abhängigkeit von Messgrößen. Diese Messgrößen umfassen Geschwindigkeitswerte des zu bremsenden Fahrzeugs, die durch Achsendrehzahlgeber erzeugt werden. Alternativ ist ein Mess- sensor vorgesehen, der den jeweiligen Kehrwert der Geschwindigkeitswerte erzeugt und an die Regelungseinheit überträgt.
Aus der DE 199 46 679 C2 ist ebenfalls eine Betriebsbremse mit einem Regelkreis bekannt, die zum geschwindigkeitsabhän- gigen Einstellen der Bremskraft eingerichtet ist. Darüber hinaus umfasst das dort beschriebene Bremssystem einen Druck¬ übersetzer, der die Regelung kleiner Volumenströme ermöglicht, die von dem Druckübersetzer in große Volumenströme um- gesetzt werden. Dazu ist ein Ansteuereingang des Druckübersetzers mit einem Ansteuerdruck beaufschlagbar, wobei der Druckübersetzer den Ansteuerdruck in Abhängigkeit eines Vorsteuerdruckes verstärkt. Der Ausgang des Druckübersetzers ist mit Bremszylindern verbunden, die so mit dem verstärkten An- Steuerdruck beaufschlagt werden.
Bei Reibungsbremsen ist der Leistungseintrag p in die Rei¬ bungselemente geschwindigkeitsabhängig und kann durch die Gleichung p = F * v, wobei F die in die Reibungselemente ein- geleitete Bremskraft und v die Geschwindigkeit des abzubrem¬ senden Fahrzeuges ist, beschrieben werden. Der Leistungseintrag p erfolgt im Wesentlichen in die Bremsscheibe, die dreh¬ fest mit einer Radachse des Fahrzeuges verbunden ist. Ein zu hoher Leistungseintrag p führt jedoch zu thermischen Spannun- gen im Reibring dieser Bremsscheibe. Diese Spannungen können bei überhöhter Bremsleistung zu Rissen in der Bremsscheibe und zu deren vorzeitigem Verschleiß führen. Insbesondere ist der Eintrag von Bremsleistungsspitzen soweit wie möglich zu vermeiden .
Bei Hochgeschwindigkeitszügen wird im oberen Geschwindigkeitsbereich die Bremskraft in der Regel stufig auf einen niedrigeren Wert herabgesetzt, um so die eingetragene Brems¬ leistung auf einen zulässigen Wert zu begrenzen. So ist es gemäß dem Stand der Technik beispielsweise üblich, bei Über¬ schreiten einer Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeuges, bei¬ spielsweise bei Überschreiten von 200 km/h, die Bremskraft stufig auf einen niedrigeren Wert umzuschalten, so dass diese oberhalb von 200 km/h geringer ist als unterhalb von 200 km/h. Auf diese Weise wird die eingetragene Bremsleistung re¬ duziert. Durch das stufige Absenken der Bremskraft wird je¬ doch nicht die maximal zulässige Bremsleistung bereitge¬ stellt, die gerade noch erzeugt werden kann, ohne die Brems- scheibe zu beschädigen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bremseinrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen eine möglichst hohe Bremskraft in die Bremsfläche ein- geleitet wird, ohne dass es zu irreversiblen Schädigungen der Bremsfläche kommt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von der eingangs genannten Bremseinrichtung dadurch, dass die Regelungseinheit über Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung mit dem
Stellglied gekoppelt ist, so dass eine kontinuierliche Anpas¬ sung der Bremskraft an die jeweils herrschende Geschwindig¬ keit ermöglicht ist.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, dass die Bremskraft durch Mit¬ tel zur kontinuierlichen Druckeinstellung bei Überschreiten einer Schwellengeschwindigkeit kontinuierlich an die Ge¬ schwindigkeit angepasst wird.
Erfindungsgemäß werden zur Einstellung der Bremskraft Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung eingesetzt. Diese Mittel ermöglichen das Einstellen kontinuierlicher Ausgangsdrücke in Abhängigkeit ihrer Eingangs- oder Steuersignale. Auf Grund ihrer ausgangsseitigen Kopplung mit dem Stellglied sind auf diese Weise beliebige Zeitverläufe der Bremskraft F er¬ zeugbar. Gemäß dem Stand der Technik werden jeweils dauerhaft angesteuerte Magnetventile eingesetzt, so dass es zwangsläu- fig zu einer stufigen Absenkung der Bremskraft bei hohen Geschwindigkeiten kommen muss.
Vorteilhafterweise sind die Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung ein so genannter Analogwandler. Solche Analogwandler sind beispielsweise als elektro-pneumatische Re¬ gelventile unter dem Produktnamen BRP-IC/EAP41 von der deutschen Firma Bosch Rexroth AG bekannt.
Abweichend hiervon umfassen die Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung durch Pulsweitenmodulation angesteuerte Binärmagnetventile. Durch die Ansteuerung in Gestalt von kurzen Pulsen mit einer hohen Taktrate können am Ausgang der binären also digitalen Magnetventile im zeitlichen Mittel beliebige Drücke eingestellt werden. Das im Vergleich zu den Magnetventilen träge Stellglied sieht eingangsseitig einen kontinuier¬ lich veränderbaren Druck. Die Binärventile wirken daher wie ein Analogventil. Durch Pulsweitenmodulation angesteuerte Magnetventile sind dem Fachmann bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterentwicklung ist die Regelungseinheit eine elektronische Regelungseinheit. Eine elektroni¬ sche Regelungseinheit umfasst beispielsweise einen program- mierbaren Rechner, wie diese bereits in schienengeführten Fahrzeugen zum Einsatz gelangen und beispielsweise zum Bereitstellen eines Gleitschutzes vorgesehen sind.
Abweichend davon ist die Regelungseinheit eine nicht program- mierbare elektronische, eine pneumatische oder eine hydrauli¬ sche Regelungseinheit.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Betriebsbremse zum Abbremsen des Fahrzeuges im Normalbetrieb und eine Sicherheitsbremse zum Abbremsen des Fahrzeuges bei Gefahr vorgesehen, wobei die Sicherheitsbremse die Regelungs¬ einheit umfasst, so dass auch bei der Sicherheitsbremse ein geschwindigkeitsabhängiges Abbremsen bereitgestellt ist. Ge- maß dieser bevorzugten Weiterentwicklung ist ein geschwindigkeitsabhängiges Abbremsen auch bei Sicherheitsbremsungen bereitgestellt. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die Funktion der Regelungseinheit mit einer Sicher¬ heit garantiert werden kann, die auch hohen Sicherheitsanfor- derungen standhält. Hohen Sicherheitsanforderungen gelten beispielsweise für Sicherheitsbremsen im Bereich schienengeführter Fahrzeuge. Erfindungsgemäß ist auch für die Sicher¬ heitsbremse eine kontinuierliche Anpassung der Bremskraft an die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges bereitgestellt.
Vorteilhafterweise ist das Stellglied ein pneumatisch oder hydraulisch ansprechbarer Bremszylinder. Der Bremszylinder weist zweckmäßigerweise eine beweglich geführte Begrenzungs¬ wand, beispielsweise einen mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben eines Kolbenzylinders auf, wobei der Kolben und somit die Kolbenstange über eine zweckmäßige Hebelmechanik mit dem Bremsbelag verbunden ist. Bei einer Druckerhöhung innerhalb des Bremszylinders erhöht sich somit die Bremskraft, mit der der Bremsbelag an die Bremsfläche gepresst wird.
Vorteilhafterweise ist der Bremszylinder mit dem Ausgang ei¬ nes Druckübersetzers verbunden, der einen Vorsteuerdruck in Abhängigkeit eines Ansteuerdruckes verstärkt, wobei die Mit¬ tel zur kontinuierlichen Druckeinstellung zum Einstellen des Ansteuerdruckes eingerichtet ist. Druckübersetzer sind bei¬ spielsweise aus der DE 29 11 074 bekannt und finden dort An¬ wendung, wo große Volumenströme eine genaue Regelung und Ein¬ stellung pneumatischer oder hydraulischer Drücke erschweren. Mit Hilfe eines Druckübersetzers ist die genaue Regelung ei- nes Druckes am Ausgang des Druckübersetzers möglich, wobei die Regelung zunächst nur auf den Ansteuerdruck wirkt, der mit einem viel geringeren Volumenstrom verknüpft ist. Auf diese Weise wird die Regelung des Gesamtsystems genauer und der Vorsteuerkreis kann wegen der kleinen Querschnitte kom¬ pakt ausgeführt werden. Der Ansteuerdruck verstärkt zweckmä¬ ßigerweise einen an einem zweiten Eingang des Drucküberset¬ zers anliegenden Vorsteuerdruck. Zweckmäßigerweise weist der Druckübersetzer einen weiteren Eingang auf, der mit der Druckversorgung verbunden ist, die die notwendigen Volumenströme an hydraulischem oder pneumatischem Fluid bereitstellt.
Vorteilhafterweise ist eine zweite Regelungseinheit zum Er- satz der Regelungseinheit im Fehlerfall vorgesehen. Auf diese Weise ist eine redundante Regelungseinheit bereitgestellt.
Zweckmäßigerweise liegen die zweite Regelungseinheit und die erste Regelungseinheit auf unterschiedlichen Hierarchieebe- nen. Solche Regelungseinheiten auf unterschiedlichen Hierarchieebenen sind aus der Zugsteuerung bereits bekannt. Die Re¬ gelungseinheiten können daher auf einfache Art und Weise in bereits vorhandene Rechnersysteme integriert werden.
Vorteilhafterweise stellt die Regelungseinheit die Bremskraft umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs ein, sobald das Fahrzeug eine Schwellengeschwindigkeit überschrei¬ tet. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik ausgeführt wurde, ist der Leistungseintrag p in die Bremsflä- che durch die Gleichung p = F * v beschreibbar, wobei F der Bremskraft und v der Geschwindigkeit des Fahrzeuges ent¬ spricht. Ist die Bremskraft F umgekehrt proportional zur Ge¬ schwindigkeit F = A * _ , ergibt sich p = A, wobei A eine Proportionalitätskonstante ist. Der Leistungseintrag p bleibt auf diese Weise auch bei höheren Geschwindigkeiten konstant und kann auf einen Maximalwert festgelegt werden, bei dem ei¬ ne Beschädigung der Bremsfläche gerade noch vermieden ist, wobei jedoch gleichzeitig eine möglichst große Bremskraft F in die Bremsbeläge eingeleitet wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bremskraft von einer Sicherheitsbrem- se erzeugt. Gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auch die Sicherheitsbremse neben der Betriebs¬ bremse dazu eingerichtet, eine maximale Bremskraft bereitzu¬ stellen, wobei gleichzeitig ein zu hoher Leistungseintrag in die Bremsfläche vermieden ist.
Weitere zweckmäßige Ausführungsbeispiele und Vorteile der Er¬ findung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Figuren auf gleiche Bauteile verweisen und wobei
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung in einer schematischen Ansicht,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel zur Regelung der
Bremskraft F und der Bremsleistung p in Abhängigkeit der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges und
Figur 3a und 3b Regelungseinheiten auf derselben beziehungsweise auf verschiedenen Hierarchieebenen zeigen . Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung 1. Die Bremseinrichtung 1 verfügt über mehrere Bremszylinder 2, die in einem figürlich nicht dargestellten Drehgestell eines schienengeführten Fahr- zeuges angeordnet sind. Die Bremszylinder 2 umfassen eine mit Druckluft befüllbare Bremskammer, die von einem beweglich geführten Kolben dichtend begrenzt wird. Der Kolben ist mit ei¬ ner Kolbenstange verbunden, die wiederum über eine zweckmäßi¬ ge Hebelmechanik mit wenigstens einem Bremsbelag verbunden ist, wobei jeder Bremsbelag einer Bremsscheibe zugewandt ist. Zum Auslösen eines Bremsvorganges wird der Bremszylinder oder genauer die Bremskammer mit Druck beaufschlagt, so dass der die Bremskammer begrenzende Kolben bewegt und jeder Bremsbe¬ lag unter Reibschluss gegen die Bremsscheibe gepresst wird. Die Bremsscheibe ist drehfest mit einer ebenfalls nicht ge¬ zeigten Radachse verbunden, so dass es zu einer Verzögerung des Drehgestells und somit des schienengeführten Fahrzeuges kommt. Die bei diesem Bremsvorgang ausgelöste Verzögerungs¬ kraft ist von dem im Bremszylinder erzeugten pneumatischen Druck abhängig. Über den Druck des Bremszylinders ist somit der Bremsvorgang steuerbar.
Zum geregelten Beaufschlagen des Bremszylinders mit einem pneumatischen Druck dient eine Regeleinheit 3, die mit einem Analogwandler 4 als Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung zusammenwirkt, der pneumatisch mit einer Druckluftversorgung 5 und einem Ansteuereingang eines Druckübersetzers 6 verbunden ist. Der Druckübersetzer 6 ist ferner mit einem Vorsteuerdruckbehälter 7 verbunden und kommuniziert über sei- nen Ausgang mit den Bremszylindern 2.
Insbesondere bei Schienenfahrzeugen sind Bremszylinder 2 erforderlich, die zur Erzeugung der notwendigen Bremskraft einen entsprechend großen Volumenstrom an Druckluft benötigen. Da solche großen Volumenströme nur aufwändig regelbar sind, ist der Druckübersetzer 6 vorgesehen, der den an seinem ersten Eingang anliegenden Vorsteuerdruck, der durch den Druck in dem Vorsteuerdruckbehälter 7 festgelegt wird, proportional zum Ansteuerdruck verstärkt. Der Ansteuerdruck 4 wird von der Regeleinheit 3 bestimmt, die über eine elektrische Kommunika¬ tionsleitung 8 mit dem Analogwandler 4 verbunden ist. Bei dem Analogwandler 4 handelt es sich beispielsweise um ein elektro-pneumatisches Druckregelventil, das dem Fachmann im Bereich der Bremstechnik bestens bekannt ist. Es weist die Eigenschaft auf, einen pneumatischen Druck zu erzeugen, der proportional zu einer elektrischen Eingangsgröße, wie bei¬ spielsweise einer elektrischen Spannung U ist. Dabei können beliebe Drücke erzeugt werden. Die Regelungseinheit 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein zertifizierter ausfall¬ sicherer Rechner, der neben der hier beschriebenen Bremssteuerung auch weitere Aufgaben zur beim Betrieb eines Schienenfahrzeugs übernimmt. In dem hier beschriebenen Ausführungs¬ beispiel ist der die Regeleinheit 3 umfassende Rechner auch zum Bereitstellen eines Gleitschutzes über nicht gezeigte
Gleitschutzventile eingerichtet. Der besagte Rechner ist bei¬ spielsweise redundant ausgeführt. Alternativ kann als Regel¬ einheit auch eine nicht programmierbare elektronische Ein¬ richtung verwendet werden.
Figur 2 zeigt ein Diagramm, in dem auf der Abszisse die Geschwindigkeit v eines Schienenfahrzeuges und auf der Ordinate sowohl die Bremskraft F als auch die Bremsleistung p abgetra¬ gen sind. Es ist erkennbar, dass bis zu einer Geschwindigkeit von vs ein konstanter Druck und somit eine konstante Brems¬ kraft F erzeugt wird. vs ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleich 200 km/h. Bis zur Umschaltgeschwindig¬ keit vs steigt mit ansteigender Geschwindigkeit v auch die in die Bremsscheibe eingetragene Bremsleistung p kontinuierlich an. Oberhalb der Umschaltgeschwindigkeit vs wäre bei konstant bleibender Bremskraft F mit einer thermischen Beschädigung der Bremsscheibe zu rechnen. Um eine Beschädigung der Brems¬ scheibe und der Bremsbeläge zu vermeiden, stellt die Rege- lungseinheit 3 gemäß Figur 1 eine Bremskraft F ein, die umge¬ kehrt proportional zur Geschwindigkeit ist. Wie bereits aus¬ geführt wurde, gilt der Zusammenhang p = F * v. Ist F = A *
— , ergibt sich eine Bremsleistung p = A, wobei A eine Pro- v portionalitätskonstante ist. Die Bremsleistung p bleibt kon- stant und gerade so hoch, dass eine Beschädigung der Reib¬ schlusselemente vermieden ist.
In Figur 3a ist verdeutlicht, dass die Regeleinheit 3 redun¬ dant ausgelegt ist. So ist eine erste Regeleinheit 3i und ei- ne zweite Regeleinheit 32 vorgesehen. Die erste Regeleinheit 3i ist auf einer mit gepunkteten Linien angedeuteten ersten Ebene angeordnet, die hierarchisch unterhalb der Ebene der zweiten Regeleinheit 32 liegt. Solche hierarchischen Struktu¬ ren sind beispielsweise bei der Steuerung eines schienenge- bundenen Fahrzeuges üblich geworden.
Figur 3b zeigt ein von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3a abweichendes Ausführungsbeispiel, wobei die erste Regelein¬ heit 3i und die zweite Regeleinheit 32 auf einer gemeinsamen Hierarchieebene angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Bremseinrichtung (1) zum Abbremsen eines Fahrzeuges, das eine drehfest mit einer Radachse des Fahrzeugs verbundene Bremsfläche aufweist, mit einem an die Bremsfläche mit einer Bremskraft anpressbaren Bremsbelag und einem mit einer Rege¬ lungseinheit (3) gekoppelten Stellglied (2) zum Erzeugen der Bremskraft, wobei die Regelungseinheit (3) mit einem Ge¬ schwindigkeitssensor zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verknüpft und zum Einstellen der Bremskraft in Ab¬ hängigkeit der Geschwindigkeit eingerichtet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelungseinheit (3) über Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung (4) mit dem Stellglied (2) gekoppelt ist, so dass eine kontinuierliche Anpassung der Bremskraft an die je¬ weils herrschende Geschwindigkeit ermöglicht ist.
2. Bremseinrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung ein Analogwandler (4) sind.
3. Bremseinrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung (4) durch Pulsweitenmodulation angesteuerte Binärmagnetventile umfas¬ sen .
4. Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelungseinheit (3) eine elektronische Regelungseinheit ist .
5. Bremseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelungseinheit (3) eine nicht programmierbare elektro¬ nische, eine pneumatische oder hydraulische Regelungseinheit ist.
6. Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Betriebsbremse zum Abbremsen des Fahrzeuges im Normalbe¬ trieb und eine Sicherheitsbremse zum Abbremsen des Fahrzeugs vorgesehen sind, wobei die Sicherheitsbremse die Regelungs¬ einheit (3) umfasst, so dass auch bei der Sicherheitsbremse ein geschwindigkeitsabhängiges Abbremsen bereitgestellt ist.
7. Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Stellglied wenigstens ein pneumatisch oder hydraulisch ansprechbarer Bremszylinder (2) ist.
8. Bremseinrichtung (1) nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bremszylinder (2) mit dem Ausgang eines Druckübersetzers (6) verbunden ist, der einen Vorsteuerdruck in Abhängigkeit eines Ansteuerdruckes verstärkt, wobei Mittel zur kontinuier¬ lichen Druckeinstellung (4) zur Einstellen des Ansteuerdruckes eingerichtet ist.
9. Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine zweite Regelungseinheit (32) zum Ersatz der Regelungs¬ einheit (3i) im Fehlerfall vorgesehen ist.
10. Bremseinrichtung (1) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Regelungseinheit (32) und die Regelungseinheit (3i) auf unterschiedlichen Hierarchieebenen liegen.
11. Bremseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelungseinheit (3) die Bremskraft umgekehrt proportio- nal zur Geschwindigkeit des Fahrzeuges einstellt, sobald das Fahrzeug eine Schwellengeschwindigkeit vs überschreitet.
12. Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeuges, bei dem die Geschwindigkeit des Fahrzeuges von einem Geschwindigkeitssensor erfasst wird und eine mit dem Geschwindigkeitssensor verbundene Regelungseinheit (3) einen Bremsbelag mit einer Brems¬ kraft an eine drehfest mit einer Radachse des Fahrzeugs ver¬ bundene Bremsfläche in Abhängigkeit Geschwindigkeit presst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bremskraft durch Mittel zur kontinuierlichen Druckeinstellung (4) bei Überschreiten einer Schwellengeschwindigkeit kontinuierlich an die Geschwindigkeit angepasst wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bremskraft erzeugt wird, die umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, sobald das Fahrzeug die Schwellengeschwindigkeit überschreitet .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine zweite Regelungseinheit, die bei Ausfall der Regelungs¬ einheit an deren Stelle tritt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Regelungseinheit (32) und die Regelungseinheit (31) auf unterschiedlichen Hierarchieebenen liegen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bremskraft von einer Sicherheitsbremse erzeugt wird.
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