EP2547568A1 - Verfahren und vorrichtung zur zuglängenerkennung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur zuglängenerkennung

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Publication number
EP2547568A1
EP2547568A1 EP11710157A EP11710157A EP2547568A1 EP 2547568 A1 EP2547568 A1 EP 2547568A1 EP 11710157 A EP11710157 A EP 11710157A EP 11710157 A EP11710157 A EP 11710157A EP 2547568 A1 EP2547568 A1 EP 2547568A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
main air
air line
train
pressure
line
Prior art date
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Granted
Application number
EP11710157A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2547568B1 (de
Inventor
Walter Schlosser
Christoph Strasser
Götz WIEDMANN
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.)
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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 Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Publication of EP2547568A1 publication Critical patent/EP2547568A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2547568B1 publication Critical patent/EP2547568B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0054—Train integrity supervision, e.g. end-of-train [EOT] devices

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for
  • the main air line HL in train assemblies is used primarily for triggering the pneumatically operated brake, which come in the sense of a signal transmission by reducing the pressure in the braking position and are released when pressure increases.
  • Main air line HL which runs along all the wagons of a train, can also be used to obtain information about train-specific characteristics. It is thus possible to monitor the main air line HL with regard to train separation.
  • a check of the nachgespeisten volume flow and the pressure conditions during driving with brakes released, during braking and during the release is performed.
  • Threshold values and gradients for the flow values and pressure values are defined, which allow conclusions to be drawn about the train length or the continuity of the main air line HL via signal engineering processing. For example, if it is found that the continuity of the main air line HL is not given, it can be inferred as a disturbing cause of this on a closed shut-off valve within the main air line HL between two cars.
  • Flow meter to determine the volume flow in the main air line HL gives a message about the condition of the train.
  • the main air line of the train usually passes through all connected cars and can be monitored by sensors, for example, the relay valve on the traction unit, with the direction and amount of the volume flow of compressed air are measured by sensors known per se.
  • sensors for example, the relay valve on the traction unit, with the direction and amount of the volume flow of compressed air are measured by sensors known per se.
  • the incoming compressed air replaces only the leakage of air leakage from the brake system, which emerges over the entire length of the main air line HL. If it is braked, the air pressure in the main air line HL defined in most braking stages is lowered.
  • the measured values of the sensors monitoring the main air line HL are supplied to an electronic evaluation unit, which compares the detected measured values with predetermined values of the respective operating variables for a corresponding operating state of the train. Depending on the result of the comparison, it is concluded that the train is complete.
  • the evaluation and acquisition of the measured values to determine the train completion information takes place only at a single point of the train, preferably in the train
  • volume and pressure signals in the main air line HL are determined by sensor technology, wherein in particular a timely transmission of information about the last car of the train follows the power tool.
  • an evaluation device checks whether the volume and pressure signals and physical variables derived therefrom are known to a known setpoint range stored in the evaluation unit for the train length correspond. Depending on this, a signal is output which provides the information as to whether the measured values lie within the stored setpoint ranges. It is also proposed to determine the stored in the evaluation unit of the traction unit length of the train to be measured train of a Switzerlanddorfnmesser and to the
  • the train length can also be measured by an axle counter when starting or when leaving a station and transmitted to the locomotive.
  • a stationary measuring device is activated here on the track for Switzerlandinntician.
  • DE 100 09 324 AI shows a method for engine-based determination of the train length of a train, in which only the physical state variables pressure, flow and temperature of the air in the main air line HL are measured in the field of the traction unit, from a defined sequence of the
  • the invention includes the solution that the sensor-technical measured variable detection is carried out only from the stationary state of an existing brake stage I during the execution of the next brake stage II, until a stationary state within this braking stage II is reached again.
  • the volume of the main air line HL is calculated. From the volume calculated in this way, it is finally possible, in a manner known per se, to conclude the length of the main air line HL and thus the length of the train L given a known line cross-section.
  • the volume can be determined concretely via the following formulaic relationship:
  • the line length can thus be checked for each brake request which does not take place from the released state. This can be the
  • Continuity of the main air line HL checked and a closed shut-off valve can be detected. If the cable length determination is integrated into the brake sample before the start of the journey, the system can issue a warning about a different train length in the
  • the leakage must be considered in the above procedure.
  • the main air line HL is vented completely, except for the leakage, via the driver's brake system, and thus detected by the flow measurement.
  • the leakage rate must be added in addition to the volume flow. The following relationship applies:
  • pi corresponds to the absolute pressure before, p 2 the absolute pressure after the nozzle and T the
  • the constant nozzle cross-section A can thus be determined by the formal relationship [III] as a function of
  • VN Lectage can thus be calculated approximately from the measured pressure curve in the main air line HL.
  • the advantage of the solution according to the invention results, in particular, from the measure that the air flowing in the main air line HL is ignored during the initial filling of the brake system. Because when first filling the air flows not only in the Main air line HL, but also in the working chambers of the control valves and in various reservoirs of the car. In this case, the volume of the storage container of the individual carriages can vary, so that in practice a calculation-related correction of this disturbance variable is not possible. In addition, most of the initial state of the working chamber of the control valves and the reservoir is not known. The solution according to the invention completely excludes the measurement errors resulting therefrom.
  • the solution according to the invention provides, in principle, the flow rate of the air only in the filled state, for example, after first filling while driving or in any stationary state of the main air line HL, in which the pressure P HL is constant, is detected.
  • the solution according to the invention avoids an unknown flow size, which leads to a more accurate measurement result.
  • Determining the train length during the ventilation of the main air line HL the sensor-related measured value acquisition is only carried out until the pressure of the supply air tank connected to the main air line is reached.
  • the cross-section of the line cross-section which is used with the determined volume of the main air line HL for calculating the train length be both the cross section of the main air line HL passing through the individual carriages and the cross section the interposed line couplings is taken into account.
  • the Tensile length L results - as stated above - from dividing the determined volume of the main air line HL through the line cross-section Q.
  • the volume flow induced thereby in the stationary state is additionally measured within the main air line HL, so that this measured variable can be used as a correction value in determining the train length for the computational elimination of the disturbance. The necessary for the calculation
  • the flow coefficient Y can be set in a simplified manner in the range 0.45 to 0.5, if the pressure ratio p2 to pl is greater than the value 0.528 +/- 10%. Also at one
  • Ratio greater than this value the error remains relatively low, since with decreasing pressure in the main air line HL and the leakage decreases. If the leakage of the pneumatic brake system is calculated or fixed, a better quality result can be obtained by including it in the calculation of the train length.
  • Correction value the air volume, which is lost by brake acceleration losses of the individual control valves associated with the brake cylinder from the dissolved state of the brake system, to eliminate computationally when determining the train length.
  • the inventive method is based on the fact that the acceleration effect of
  • Brake requirements can be checked from the released state to detect the demolition of a tensile part or a closed stopcock.
  • the should Implementation of this measure at least a pressure of about 0, lbar be vented through a nozzle until the acceleration effect responds in the individual control valves.
  • the acceleration effect takes about a pressure of 0,3bar locally from the
  • the volume determination of the main air line HL can also take place in the so-called two-line mode.
  • Two-line operation are reservoir, which can vary in size, and other compressed air consumers via a separate compressed air line, the main reservoir line HB filled.
  • the main tank line HB runs along the train in parallel to the main air line HL.
  • the filling of the main air line HL can be between any two stationary
  • V Total V Nmess V Nleckage Determining the volume via the dissolving and filling process in two-pipe operation is only possible without error if the air from the main air line HL is only routed via the
  • Figure 1 is a schematic representation of one consisting of several cars
  • FIG. 2 shows a flowchart for illustrating the individual method steps for
  • a train consists of many juxtaposed car la to lc.
  • a pneumatic brake system brakes the train in accordance with the pressure in one of carriage la to wagon lb and finally wagon lc coupled main air line HL in one or more braking stages to a standstill.
  • sensors 2a to 2c monitor the
  • the second sensor 2b and 2b ' for determining the flow ⁇ provided. While the first sensor 2b is used during the changeover between the stationary states, ie during the transition from one braking stage to the next higher braking stage, the second sensor 2b 'is used only in the steady state for the purpose of leakage measurement. Because the change between stationary
  • the first sensor 2b is larger sized than the second sensor 2b ', which in contrast only very small flows
  • a sensor that measures both leakage and ventilation processes or two sensors with the same cross-section in series may be sufficient in the case of ventilation.
  • the leakage sensor requires a smaller measuring range and can therefore achieve greater accuracy.
  • the electronic evaluation unit 4 takes into account both the cross section of the running through the individual carriages la to lc main air line HL and the cross section of the interposed line couplings 5 in determining the train length with respect to the line cross section to achieve more accurate calculation results.
  • each individual car la to lc is at least one control valve 6 with this
  • pneumatic brake cylinder 7 arranged to actuate the brakes.
  • braking acceleration also escapes air volume from the control valves 6, which can be detected as a correction value in order to consider this computationally when determining the train length.
  • the Switzerlanddorfnerkennung preferably takes place by starting from a stationary state of the brake system, which is formed by the applied brake I.
  • a sensor-technical measured variable detection of the physical values pressure p HL , flow V of the main air line HL and the ambient temperature T takes place, namely during the execution of the next brake stage II.
  • a stationary state is set again.
  • Main air line HL whose length calculated, which corresponds to the train length L.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Valves And Accessory Devices For Braking Systems (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Regulating Braking Force (AREA)
  • Braking Systems And Boosters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Zuglängenerkennung bei einem aus vielen Wagen (1a - 1c) bestehenden Zugverband, der über eine pneumatische Bremsanlage nach Maßgabe des Drucks in einer von Wagen (1a) zu Wagen (1c) gekuppelten Hauptluftleitung (HL) in mehreren Bremsstufen gebremst wird, deren Druck (pHL) und Durchfluss (Formula (I)) sowie die Umgebungstemperatur (T) sensortechnisch entlang der Zeitachse erfasst werden, woraus mittels elektronischer Auswerteeinheit () die Zuglänge (L) berechnet wird, wobei die sensortechnische Messgrößenerfassung ab dem stationären Zustand einer bestehenden Bremsstufe (I.) während der Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) durchgeführt wird, bis wieder ein stationärer Zustand erreicht ist, wonach durch Aufintegrieren des Durchflusses (Formula (I)) während des Entlüftens der Hauptluftleitung (HL) zur Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) unter Berücksichtigung des im Anfangs- und Endzustand herrschenden Drucks (pHL) sowie der Umgebungstemperatur (T) das Volumen (V) der Hauptluftleitung (HL) berechnet wird, um hieraus bei bekanntem Leitungsquerschnitt (Q) die der Hauptluftleitungslänge entsprechende Zuglänge (L) zu ermitteln.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Zuglängenerkennung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur
Zuglängenerkennung bei einem aus vielen Wagen bestehenden Zugverband, der über eine pneumatische Bremsanlage nach Maßgabe des Drucks in einer von Wagen zu Wagen gekuppelten Hauptluftleitung HL in mehreren Bremsstufen gebremst wird, deren Druck pHL und Durchfluss V sowie die Umgebungstemperatur T sensortechnisch entlang der Zeitachse erfasst werden, woraus mittels elektronischer Auswerteeinheit schließlich die Zuglänge L berechnet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine das Verfahren umsetzende Vorrichtung sowie einen Zugverband, in dem eine solche Vorrichtung verbaut ist.
Die Hauptluftleitung HL in Zugverbänden wird in erster Linie zum Auslösen der pneumatisch betriebenen Bremse genutzt, welche im Sinne einer Signalübertragung durch Verminderung des Drucks in die Bremsstellung kommen und bei Druckanstieg gelöst werden. Die
Hauptluftleitung HL, welche entlang aller Wagen eines Zugverbandes verläuft kann auch zur Gewinnung von Informationen über zugspezifische Eigenschaften genutzt werden. So ist es möglich, die Hauptluftleitung HL hinsichtlich einer Zugtrennung zu überwachen. Hierbei wird eine Kontrolle des nachgespeisten Volumenstroms und der Druckverhältnisse während des Fahrens mit gelösten Bremsen, beim Bremsen und während des Lösens durchgeführt. Grundlage für die Erkennung von Zugtrennungen oder für die Längenerkennung der
LK: Hauptluftleitung HL und damit des gesamten Zugverbandes sind charakteristische
Eigenschaften der Bremsanlage, wie beispielsweise die maximale Nachspeisung der
Hauptluftleitung HL aufgrund der maximalen Leckage des Systems und der typischen längenabhängigen Durchschlagzeit, in welcher eine Änderung der Druckverhältnisse erkannt werden kann.
Diese und andere charakteristische Eigenschaften einer pneumatischen Bremsanlage stützen sich vorzugsweise auf genormten Festlegungen der Hauptluftleitung HL, um eine allgemein gültige Anwendbarkeit zu ermöglichen. Abgeleitet von diesen Eigenschaften werden
Schwellwerte und Gradienten für die Durchflusswerte und Druckwerte definiert, welche über eine signaltechnische Verarbeitung Rückschlüsse auf die Zuglänge oder die Durchgängigkeit der Hauptluftleitung HL zulassen. Wird beispielsweise festgestellt, dass die Durchgängigkeit der Hauptluftleitung HL nicht gegeben ist, so kann als störende Ursache hierfür auf ein geschlossenes Absperrventil innerhalb der Hauptluftleitung HL zwischen zwei Wagen rückgeschlossen werden.
Aus der DE 199 02 777 AI geht eine technische Lösung zur Überwachung der
Zugvollständigkeit hervor, welche mittels eines Druckluftsensors und eines
Durchflussmessers zur Ermittlung des Volumenstroms in der Hauptluftleitung HL eine Meldung über den Zustand des Zugverbandes abgibt. Die Hauptluftleitung des Zugverbandes verläuft üblicherweise durch alle angeschlossenen Wagen und kann beispielsweise am Relaisventil auf dem Triebfahrzeug sensortechnisch überwacht werden, wobei Richtung und Menge des Volumenstroms an Druckluft durch an sich bekannte Sensoren gemessen werden. Insgesamt herrscht im stationären Zustand der Bremsanlage ein Gleichgewicht zwischen Ein- und Ausströmen der Luftmenge. Die einströmende Druckluft ersetzt dabei lediglich die durch Undichtigkeiten ausströmende Luft aus der Bremsanlage, welche über die gesamte Länge der Hauptluftleitung HL austritt. Falls gebremst wird, wird der Luftdruck in der Hauptluftleitung HL definiert in meist mehreren Bremsstufen abgesenkt. Zur Überwachung der Zugvollständigkeit werden die Messwerte der die Hauptluftleitung HL überwachenden Sensoren einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt, welche die erfassten Messwerte mit vorbestimmten Werten der jeweiligen Betriebsgrößen für einen entsprechenden Betriebszustand des Zugverbandes vergleicht. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wird auf die Vollständigkeit des Zuges geschlossen. Hierbei erfolgt die Auswertung und Gewinnung der Messwerte zur Bestimmung der Zugvollständigkeitsinformation lediglich an einer einzigen Stelle des Zugverbandes, vorzugsweise im
Triebfahrzeug des Zuges, so dass weitere Einrichtungen zur Erfassung von Betriebsgrößen der Hauptluftleitung HL an anderen Stellen des Zugverbandes - insbesondere am Zugschluss - nicht erforderlich sind.
Allerdings hat diese Überwachung der Zugvollständigkeit den Nachteil, dass hierdurch gleichzeitig nicht präzise festgestellt werden kann, welche Zuglänge vorliegt. Die Kenntnisse der Zuglänge ist beispielsweise für die Feststellung sogenannter schwarzer Wagen von Nutzen. Die Reihung der Wagen und die Eigenschaften sind in der Regel anhand einer Wagenliste bekannt. Abgeleitet von der Wagenliste werden die wesentlichen Informationen für den Triebfahrzeugführer, wie Bremseigenschaften, auf einem sogenannten Bremszettel zusammengestellt. Ferner ist die Zuglänge beim Fahrbetrieb auf häufig befahrenen Strecken wichtig, um beispielsweise Sicherheitsabstände einhalten zu können.
Aus DE 199 33 798 AI geht ein Verfahren zur Zuglängenerkennung vor, bei welchen direkt die Länge des Zuges gemessen und an das Triebfahrzeug übermittelt wird. Hierzu werden Volumen und Drucksignale in der Hauptluftleitung HL sensortechnisch ermittelt, wobei insbesondere ein zeitnahes Übermitteln von Informationen über den letzten Wagen des Zugverbandes an das Triebwerkzeug folgt. Anschließend überprüft eine Auswerteeinrichtung, ob die Volumen- und Drucksignale und daraus abgeleitete physikalischen Größen einem bekannten in der Auswerteeinheit abgespeicherten Sollwertbereich für die Zuglänge entsprechen. Hiervon abhängig wird ein Signal ausgegeben, welches die Information liefert, ob die gemessenen Werte innerhalb der abgespeicherten Sollwertbereiche liegen. Ferner wird vorgeschlagen, die in der Auswerteeinheit des Triebfahrzeuges abzuspeichernde Länge des zu vermessenden Zugverbandes von einem Zuglängenmesser zu ermitteln und an das
Triebfahrzeug zu übermitteln. Die Zuglänge kann daneben auch von einem Achszähler beim Anfahren oder beim Verlassen eines Bahnhofes gemessen und an das Triebfahrzeug übermittel werden. Somit wird hier eine stationäre Messeinrichtung an der Strecke zur Zuglängenmessung aktiviert.
All diese Maßnahmen erscheinen recht aufwändig, da außerhalb des Triebfahrzeuges, nämlich im letzten Wagen oder sogar außerhalb des Zugverbandes platzierte Sensoren zur Gewinnung von Messwerten zwecks Zuglängenerkennung verwendet werden.
Aus DE 100 09 324 AI geht dagegen ein Verfahren zur triebwerkbasierten Bestimmung der Zuglänge eines Zugverbandes hervor, bei dem allein die physikalischen Zustandsgrößen Druck, Durchfluss und Temperatur der Luft in der Hauptluftleitung HL im Bereich des Triebfahrzeuges gemessen werden, wobei aus einer definierten Abfolge von über das
Führerbremsventil im Zugfahrzeug oder andere geeignete Aktoren Druckänderungen in der Hauptluftleitung HL erzeugt werden, die damit einhergehende Strömungen zeitlich integriert und während konstant gehaltenen Drucks - also deren stationärer Zustände - die Leckagerate ermittelt sowie aus diesen Größen das Volumen der Hauptluftleitung HL berechnet wird, woraus sich auf die Zuglänge rückschließen lässt.
Zwar berücksichtigt diese Berechnungsmethode die systembedingt vorhandene Leckage der Bremsanlage, jedoch bleiben andere Störgrößen, wie etwa lokale Entlüftungen im Bereich der den einzelnen Bremszylindern der Wagen zugeordneten Steuerventile während deren
Beschleunigung unberücksichtigt. Denn die Steuerventile sorgen zur Bremsbeschleunigung in der ersten Bremsstufe für eine vorübergehend zusätzliche Entlüftung der Hauptluftleitung HL. Diese Maßnahme führt allerdings zu ungenauen Messergebnissen bei der Bestimmung der Zuglänge.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Zuglängenerkennung zu schaffen, bei welcher allein mit zugverbandinterner Sensorik eine präzise Längenbestimmung möglich ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Hinsichtlich einer zu dem Verfahren korrespondierenden Vorrichtung wird auf Anspruch 9 verwiesen. In Anspruch 11 ist ein diese Vorrichtung enthaltener Zugverband angegeben.
Die Erfindung schließt die Lösung ein, dass die sensortechnische Messgrößenerfassung erst ab dem stationären Zustand einer bestehenden Bremsstufe I. während der Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe II. durchgeführt wird, bis wieder ein stationärer Zustand innerhalb dieser Bremsstufe II. erreicht ist. Durch nachfolgendes Aufintegrieren des
Durchflusses während des Entlüftens der Hauptluftleitung HL zur Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe II. wird unter Berücksichtigung des im Anfangs- und Endzustand herrschenden Drucks sowie der Umgebungstemperatur das Volumen der Hauptluftleitung HL berechnet. Aus dem so berechneten Volumen kann in an sich bekannter Weise schließlich bei bekanntem Leitungsquerschnitt der Hauptluftleitung HL auf deren Länge und damit auf die Zuglänge L geschlossen werden.
Über folgenden formelmäßigen Zusammenhang kann das Volumen konkret ermittelt werden:
Aus L =— ergibt sich schließlich die Leitungslänge und damit die Zuglänge L des
Zugverbandes. Der Querschnitt der Hauptluftleitung HL und der Kupplungen ist im
Allgemeinen bekannt.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann somit bei jeder Bremsanforderung, die nicht aus dem gelösten Zustand erfolgt, die Leitungslänge überprüft werden. Damit kann die
Durchgängigkeit der Hauptluftleitung HL überprüft und ein geschlossener Absperrhahn detektiert werden. Wird die Leitungslängenbestimmung in die Bremsprobe vor Beginn der Fahrt integriert, kann das System eine Warnung über eine abweichende Zuglänge im
Vergleich zu den Angaben im Bremszettel ausgeben. Wurden beispielsweise nach der Bremsprobe weitere Wagen mit einem geschlossenen Absperrhahn an den Zugverband angehängt, wird beim Anschluss des Triebfahrzeugs am anderen Ende zur Richtungsänderung dieser Fehler erkannt.
Um den korrekten Volumenstrom zu erfassen, muss bei oben vorgestelltem Verfahren die Leckage mitbetrachtet werden. Bei Einbremsung aus einer bestehenden Bremsstufe wird die Hauptluftleitung HL mit Ausnahme der Leckage komplett über die Führerbremsanlage entlüftet, und somit von der Durchflussmessung erfasst. Die Leckagerate muss zusätzlich zum Volumenstrom addiert werden. Es gilt folgender Zusammenhang:
[II] VNGESAMT - VNMcss + vNLeclage Die Leckagerate ist vom Druckniveau in der Hauptluftleitung HL abhängig. Zur Berechnung wird die Leckage als eine Düse in der Hauptluftleitung HL mit konstantem Düsenquerschnitt betrachtet, die gegen Atmosphäre entlüftet.
_ V* p, * TN
Aus dem Volumenstrom V = A * (2 * R * T) ' * Y und der Beziehung V} ergibt sich mit dem Durchflusskoeffizienten Y folgender Ausdruck:
mit TN = 293, 15K und PN = 1,013 barA, wobei gilt:
Y > 0,528 mit k=l,402, sonst Y=0,484.
pi entspricht dabei dem Absolutdruck vor, p2 dem Absolutdruck nach der Düse und T der
J
Temperatur. Bei R = 287 handelt es sich um die allgemeine Gaskonstante.
kg * K
Nach Bestimmen der Leckrate bei einem konstanten Druckniveau kann somit über den formellen Zusammenhang [III] der konstante Düsenquerschnitt A in Abhängigkeit der
Temperatur ermittelt werden. VNLectage kann somit aus dem gemessenen Druckverlauf in der Hauptluftleitung HL näherungsweise berechnet werden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung resultiert insbesondere aus der Maßnahme, dass die die Hauptluftleitung HL einströmende Luft während des Erstauffüllens der Bremsanlage außer acht gelassen wird. Denn beim Erstauffüllen strömt die Luft nicht nur in die Hauptluftleitung HL, sondern ebenfalls in die Arbeitskammern der Steuerventile sowie in diverse Vorratsbehälter der Wagen. Dabei kann das Volumen der Vorratsbehälter der einzelnen Wagen variieren, so dass praktisch eine berechentechnische Korrektur dieser Störgröße nicht möglich ist. Zusätzlich ist meist der Ausgangszustand der Arbeitskammer der Steuerventile und der Vorratsbehälter nicht bekannt. Die erfindungsgemäße Lösung schließt die hieraus resultierenden Messfehler vollständig aus. Zur Lösung dieses Problematik sieht die erfindungsgemäße Lösung im Prinzip vor, die Durchflussmenge der Luft erst im aufgefüllten Zustand, beispielsweise nach Erstauffüllung während der Fahrt oder in einem beliebigen stationären Zustand der Hauptluftleitung HL, bei welcher der Druck PHL konstant ist, erfasst wird. Durch den Ausschluss der Beschleunigungswirkung vermeidet die erfindungsgemäße Lösung eine unbekannte Durchflussgröße, was zu einem genaueren Messergebnis führt.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zur
Ermittlung der Zuglänge während des Belüftens der Hauptluftleitung HL die sensortechnische Messgrößenerfassung nur bis zum Erreichen des Drucks des an die Hauptluftleitung angeschlossenen Vorratsluftbehälters durchgeführt wird. Während eines solchen
Einleitungsbetriebs ist bei gängigen Bremsauslegungen also auch die Auswertung des Füllvorgangs der Hauptluftleitung bis zum Einsetzen der Vorratsbehälternachspeisung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich. Der Durchfluss wird dabei bis zu einem
Druckwert unterhalb des Vorratsbehälterdrucks ausgewertet. Bei diesem Vorgang wird vorteilhafterweise die unbekannte Vorratsbehältergröße ausgeschlossen.
Gemäß einer die Erfindung im Hinblick auf ein präzises Messergebnis weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass beim Leitungsquerschnitt, welcher mit dem ermittelten Volumen der Hauptluftleitung HL zur Kalkulation der Zuglänge herangezogen wird, sowohl der Querschnitt der durch die einzelnen Wagen verlaufenden Hauptluftleitung HL als auch der Querschnitt der dazwischen angeordneten Leitungskupplungen berücksichtigt wird. Die Zuglänge L ergibt sich - wie vorstehend angeführt - aus Division des ermittelten Volumens der Hauptluftleitung HL durch den Leitungsquerschnitt Q.
Zur rechentechnischen Kompensation der Leckage als weitere Störgröße innerhalb der Bremsanlage wird vorgeschlagen, dass zusätzlich die hierdurch im stationären Zustand herbeigeführte Volumenströmung innerhalb der Hauptluftleitung HL gemessen wird, so dass diese Messgröße zur rechentechnischen Eliminierung der Störgröße als Korrekturwert bei der Ermittlung der Zuglänge genutzt werden kann. Der zur Berechnung notwendige
Durchflusskoeffizient Y kann vereinfacht im Bereich 0,45 bis 0,5 festgelegt werden, wenn das Druckverhältnis p2 zu pl größer als der Wert 0,528 +/- 10% ist. Auch bei einem
Verhältnis größer diesem Wert bleibt der Fehler relativ gering, da mit abnehmendem Druck in der Hauptluftleitung HL auch die Leckage abnimmt. Ist die Leckage der pneumatischen Bremsanlage berechnet oder festgelegt, kann durch Einbeziehung in die Berechnung der Zuglänge ein qualitativ besseres Ergebnis erzielt werden.
Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass bei zuvor zumindest einmaliger Bestimmung des Volumens der Hauptluftleitung HL als
Korrekturwert das Luftvolumen, welches durch Bremsbeschleunigungsverluste der einzelnen im Bremszylinder zugeordneten Steuerventile aus dem gelösten Zustand der Bremsanlage verloren geht, rechentechnisch bei der Ermittlung der Zuglänge zu eliminieren. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, dass die Beschleunigungswirkung der
Steuerventile der Bremsanlage zu Ermittlung der Länge der Hauptluftleitung HL
ausgeschlossen werden. Wird nun das Leitungsvolumen allerdings einmalig bestimmt, beispielsweise im Zuge einer Bremsprobe vor der Abfahrt des Zugverbandes, kann der hieraus resultierende Fehler bei jetzt bekannten Volumen ermittelt werden. Der Hintergrund dafür ist, dass während der Zugfahrt beim Einbremsen die Zuglänge auch bei
Bremsanforderungen aus dem gelösten Zustand überprüft werden kann, um den Abriss eines Zugteils oder einen geschlossenen Absperrhahn zu detektieren. Vorzugsweise sollte zur Durchführung dieser Maßnahme zumindest ein Druck von ca. 0,lbar über eine Düse entlüftet werden, bis die Beschleunigungs Wirkung in den einzelnen Steuerventilen anspricht. Die Beschleunigungswirkung entnimmt nun ca. einen Druck von 0,3bar lokal aus der
Hauptluftleitung HL. Anschließend ist die Wirkung abgeschlossen und die Steuerventile sind absolut empfindlich. Über diesen Zusammenhang ist nun eine annähernde Berechnung der dadurch verlorengegangenen Luftmenge über die ideale Glasgleichung möglich. Es gilt:
Pvorher * V vorher Pdanach * Vdanach
Gemäß eine andere die Erfindung weiterbildenden Maßnahme kann die Volumenbestimmung der Hauptluftleitung HL auch im sogenannten Zweileitungsbetrieb erfolgen. Beim
Zweileitungsbetrieb werden Vorratsbehälter, welche in der Größe variieren können, und weitere Druckluftverbraucher über eine separate Druckluftleitung, die Hauptbehälterleitung HB gefüllt. Die Hauptbehälterleitung HB verläuft entlang des Zugverbandes parallel zu Hauptluftleitung HL. Somit kann das erfindungsgegenständliche Verfahren beim
Zweileitungsbetrieb auch im Belüftungsfall nach Erstauffüllen angewandt werden, weil keine unbekannten Volumengrößen existieren. Mit anderen Worten erfolgt die Bestimmung des Volumens der Hauptluftleitung HL also während des Lösens der Bremsen in Folge Belüftung der Hauptluftleitung HL.
Der Füllvorgang der Hauptluftleitung HL kann zwischen zwei beliebigen stationären
Zuständen über das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Zuglänge ausgewertet werden. Da keine Beschleunigungswirkung beim Belüftungsvorgang auftritt, muss lediglich die Leckage als Störfaktor mitberücksichtigt werden. Im Gegensatz zur Volumenbestimmung über die Entlüftung muss im Zweileitungsbetrieb die Leckage in Abhängigkeit des Drucks vom gemessenen Volumenstrom subtrahiert werden. Man erhält also:
V Ngesamt V Nmess " V Nleckage Die Volumenbestimmung über den Löse- und Füllvorgang im Zweileitungsbetrieb ist nur dann fehlerfrei möglich, wenn die Luft aus der Hauptluftleitung HL nur über die
Führerbremsanlage und nicht durch andere Geräte entnommen würde.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines aus mehreren Wagen bestehenden
Zugverbandes mit einer Vorrichtung zur Zuglängenerkennung über die
Hauptluftleitung, und
Figur 2 ein Flussdiagramm zur Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte zur
Zuglängenerkennung .
Gemäß Figur 1 besteht ein Zugverband aus vielen aneinandergereihten Wagen la bis lc. Eine pneumatische Bremsanlage bremst den Zugverband nach Maßgabe des Drucks in einer von Wagen la zu Wagen lb und schließlich Wagen lc gekuppelten Haupt luftleitung HL in ein oder mehreren Bremsstufen bis zum Stillstand. Hierbei überwachen Sensoren 2a bis 2c den
Druck pHL, den Durchfluss V sowie die Umgebungstemperatur T innerhalb der
Hauptluftleitung HL entlang der Zeitachse. Diese Sensoren 2a bis 2 c sind dabei in einem den Wagen la bis lc vorangestellten Triebfahrzeug 3 angeordnet. Ebenfalls im Triebfahrzeug 3 ist eine die gemessenen Sensorsignale sammelnde elektronische Auswerteeinheit 4 platziert, welche schließlich die Zuglänge berechnet. Im Rahmen der Sensortechnik sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwei separate Sensoren
2b und 2b' zur Bestimmung des Durchflusses ^ vorgesehen. Während der erste Sensor 2b beim Wechsel zwischen den stationären Zuständen, also beim Übergang von einer Bremsstufe zu nächst höheren Bremsstufe zum Einsatz kommt, wird der zweite Sensor 2b' nur im stationären Zustand zwecks Leckagemessung genutzt. Da der Wechsel zwischen stationären
Zuständen einen wesentlich höheren Durchfluss ^ erzeugt, ist der erste Sensor 2b größer dimensioniert als der zweite Sensor 2b', welcher demgegenüber nur sehr kleine Durchflüsse
^ zu ermitteln hat. Durch die hierdurch verwendeten unterschiedlichen Messbereiche steigt die Genauigkeit der Bestimmung der Durchflüsse ^ insgesamt. Dabei muss allerdings zwischen Einleitungsbetrieb und Zweileitungsbetrieb unterschieden werden. Im
Zweileitungsbetrieb kann im Belüftungsfall ein Sensor durchaus ausreichend sein, der sowohl Leckage und Belüftungsvorgänge misst oder zwei Sensoren mit gleichem Querschnitt in Reihe, Der Leckagesensor benötigt dabei einen geringeren Messbereich und kann dadurch eine höhere Genauigkeit erzielen.
Beim Einleitungsbetrieb mit Leckagemessung sind zwingend zwei Sensoren notwendig bzw. ein Gerät das bidirektionales Messen ermöglicht, da der Durchfluss beim Einbremsen dem Durchfluss bei der Leckagemessung entgegengesetzt ist. Auch hier gilt, dass der Querschnitt der Hauptluftleitung HL nicht verengt werden darf und der Leckagesensor einen geringeren Messbereich erfordert und damit eine höhere Genauigkeit erzielbar ist.
Die elektronische Auswerteeinheit 4 berücksichtigt bei der Ermittlung der Zuglänge hinsichtlich des Leitungsquerschnitts sowohl den Querschnitt der durch die einzelnen Wagen la bis lc verlaufenden Hauptluftleitung HL als auch den Querschnitt der dazwischen angeordneten Leitungskupplungen 5, um genauere Rechenergebnisse zu erreichen.
In jedem einzelnen Wagen la bis lc ist mindestens ein Steuerventil 6 mit hieran
angeschlossenen pneumatischen Bremszylinder 7 zur Betätigung der Bremsen angeordnet. Zum Zwecke der Bremsbeschleunigung entweicht auch Luftvolumen aus den Steuerventilen 6, das als Korrekturwert erfassbar ist, um diese rechentechnisch bei der Ermittlung der Zuglänge zu berücksichtigen.
Gemäß Figur 2 erfolgt die Zuglängenerkennung vorzugsweise, indem ausgehend von einem stationären Zustand der Bremsanlage, welcher durch die anliegende Bremsstufe I. entsteht. Zunächst eine sensortechnische Messgrößenerfassung der physikalischen Werte Druck pHL, Durchfluss V der Hauptluftleitung HL sowie der Umgebungstemperatur T erfolgt, und zwar während der Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe II. Bis wieder ein stationärer Zustand eingestellt ist.
Anschließend erfolgt ein Aufintegrieren des so ermittelten Durchflusses V unter
Berücksichtigung der Anfangs- und Endzustände des herrschenden Drucks PHL sowie der Umgebungstemperatur T gemäß vorstehend angegebener Gleichung [I]. Als Rechenergebnis ergibt sich das Volumen V der Hauptluftleitung HL. Hieraus wird durch die ebenfalls vorstehend angegebene Rechenbeziehung bei bekanntem Leitungsquerschnitt Q der
Hauptluftleitung HL deren Länge berechnet, welcher der Zuglänge L entspricht.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte
Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. Es ist auch möglich, weitere störende Einflussgrößen zu ermitteln und als Korrekturwerte rechentechnisch zu
berücksichtigen, damit eine präzise Zuglängenerkennung realisiert werden kann. Bezugszeichenliste
1 Wagen
2 Sensor
3 Triebfahrzeug
4 Auswerteeinheit
5 Leitungskupplung
6 Steuerventil
7 Bremszylinder
8 Vorratsluftbehälter
HL Hauptluftleitung
HB Hauptbehälterleitung
V Volumen der Hauptluftleitung
Q Leitungsquerschnitt der Hauptluftleitung
PHL Druck in Hauptluftleitung
V Durchfluss durch die Hauptluftleitung
T Umgebungstemperatur
L Zuglänge

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Zuglängenerkennung bei einem aus vielen Wagen (la - lc)
bestehenden Zugverband, der über eine pneumatische Bremsanlage nach Maßgabe des Drucks in einer von Wagen (la) zu Wagen (lc) geschleiften Hauptluftleitung (HL) in mehreren
Bremsstufen gebremst wird, deren Druck (PHL) und Durchfluss ( V ) sowie die
Umgebungstemperatur (T) sensortechnisch entlang der Zeitachse erfasst werden, woraus mittels elektronischer Auswerteeinheit (4) die Zuglänge (L) berechnet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die sensortechnische Messgrößenerfassung ab dem
stationären Zustand einer bestehenden Bremsstufe (I.) während der Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) durchgeführt wird, bis wieder ein stationärer Zustand erreicht ist, wonach durch Aufintegrieren des Durchflusses ( V ) während des Entlüftens der Hauptluftleitung (HL) zur Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) unter
Berücksichtigung des im Anfangs- und Endzustand herrschenden Drucks (PHL) sowie der Umgebungstemperatur (T) das Volumen (V) der Hauptluftleitung (HL) berechnet wird, um hieraus bei bekanntem Leitungsquerschnitt (Q) die der Hauptluftleitungslänge entsprechende Zuglänge (L) zu ermitteln.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Zuglänge (L) während des Belüftens der Hauptluftleitung (HL) die sensortechnische Messgrößenerfassung nur bis zum Erreichen des Drucks (PHL) des an die Hauptluftleitung (HL) angeschlossenen Vorratsluftbehälters (8) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Leitungsquerschnitt (Q) sowohl der Querschnitt der durch die einzelnen Wagen (la - lc) verlaufenden Hauptluftleitung (HL) als auch der Querschnitt der dazwischen angeordneten Leitungskupplungen (5) berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass im stationären Zustand der durch Leckage der pneumatischen Bremsanlage herbeigeführte Volumenstrom ( V Nieck) gemessen wird, um diese Messgröße zur rechentechnischen Eliminierung der Störgröße als Korrekturwert bei der Ermittlung der Zuglänge (L) zu nutzen.
5. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass bei zuvor zumindest einmaliger Bestimmung des Volumens (V) der Hauptluftleitung (HL) als Korrekturwert das Luftvolumen (V), welches durch Bremsbeschleunigungsverluste der einzelnen den Bremszylindern (7) zugeordneten
Steuerventile (6) aus dem gelösten Zustand der Bremsanlage verlorengeht, rechentechnisch bei der Ermittlung der Zuglänge (L) eliminiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einen Zweileitungsbetrieb, bei welchem die
Druckluftverbraucher über eine separate Hauptbehälterleitung (HB) befüllt werden, wogegen die Haupt luftleitung (HL) exklusiv dem Bremsen dient, die Bestimmung des Volumens (V) der Hauptluftleitung (HL) während des Lösens der Bremsen infolge Belüftung der
Hauptluftleitung (HL) durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der die Leckage der Bremsanlage repräsentierende
Korrekturwert in Abhängigkeit des Druck (PHL) vom gemessenen Durchfluss ( V ) subtrahiert wird.
8. Vorrichtung zur Zuglängenerkennung bei einem aus vielen Wagen (la - lc) bestehenden Zugverband, dessen pneumatische Bremsanlage nach Maßgabe des Drucks in einer von Wagen (la) zu Wagen (lb) geschleiften Hauptluftleitung (HL) in mehreren
Bremsstufen bremst, wobei Sensoren (2a - 2c) den Druck (PHL) und den Durchfluss (V ) sowie die Umgebungstemperatur (T) entlang der Zeitachse erfassen, woraus eine
elektronische Auswerteeinheit (4) die Zuglänge (L) berechnet,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) die sensortechnische Messgrößenerfassung ab dem stationären Zustand einer bestehenden Bremsstufe (I.) während der Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) durchführt, bis wieder ein stationärer Zustand erreicht ist, um durch Aufintegrieren des Durchflusses ( V ) während des Entlüftens der Hauptluftleitung (HL) zur Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) unter Berücksichtigung des im Anfangs- und Endzustand herrschenden Drucks (PHL) sowie der Umgebungstemperatur (T) das Volumen (V) der Hauptluftleitung (HL) zu berechnen, um hieraus bei bekanntem Leitungsquerschnitt (Q) die der Hauptluftleitungslänge entsprechende Zuglänge (L) zu ermitteln.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen des Durchflusses ( V ) der Hauptluftleitung (HL) während des Wechsels zwischen den stationären Zuständen der Sensor (2b) zum Einsatz kommt, während zur Leckagemessung in einem stationären Zustand ein demgegenüber kleiner dimensionierter zweiter Sensor (2b') zum Einsatz kommt.
10. Zugverband mit vielen Wagen (la - lc), die jeweils durch eine pneumatische
Bremsanlage nach Maßgabe einer durchgeschleiften Hauptluftleitung (HL) bremsbar sind, umfassend eine Vorrichtung zur Zuglängenerkennung nach einem der vorstehenden
Ansprüche 8 und 9.
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