EP3921543A1 - Kompressorsystem und verfahren zum betreiben eines kompressorsystems in abhängigkeit des druckluftbedarfs eines betriebszustands des fahrzeugs - Google Patents

Kompressorsystem und verfahren zum betreiben eines kompressorsystems in abhängigkeit des druckluftbedarfs eines betriebszustands des fahrzeugs

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EP3921543A1
EP3921543A1 EP20839357.9A EP20839357A EP3921543A1 EP 3921543 A1 EP3921543 A1 EP 3921543A1 EP 20839357 A EP20839357 A EP 20839357A EP 3921543 A1 EP3921543 A1 EP 3921543A1
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EP
European Patent Office
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compressor
compressed air
compressor system
speed
vehicle
Prior art date
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EP20839357.9A
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French (fr)
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EP3921543C0 (de
EP3921543B1 (de
Inventor
Marc-Oliver Herden
Michael Winkler
Martin Schmid
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions

  • the invention relates to a compressor system and a method for operating a compressor system as a function of the compressed air requirement of an operating state of a vehicle.
  • the method relates in particular to the operation of a compressor system in an operating state in which there is such a high demand for compressed air that there is a risk of an undersupply of the compressed air system.
  • Such a high demand is referred to below as borderline high compressed air demand.
  • Compressors in rail vehicles are subject to diverse, sometimes contrary requirements, such as high delivery performance, sufficient duty cycles, low noise emissions, low energy consumption, small installation space, flexible operating strategies and low acquisition and life cycle costs.
  • high delivery performance sufficient duty cycles
  • low noise emissions low energy consumption
  • small installation space small installation space
  • flexible operating strategies low acquisition and life cycle costs.
  • compressors that are electrically driven are used in rail vehicles.
  • the compressors are operated in on / off mode between a lower cut-in pressure and an upper cut-out pressure at a constant speed, the so-called nominal speed, or a variable speed.
  • the compressor is dimensioned in such a way that a specified filling time of the compressed air tank is achieved and a minimum on-time is not exceeded during operation.
  • the size and thus the maximum output of the compressor are usually selected so that the minimum switch-on time is not exceeded and the maximum filling time of the compressed air tank is not exceeded in route operation, i.e. when the vehicle is driven regularly.
  • other factors play a role, such as efficiency and power consumption at the rated speed or The shell emissions at different speeds play a role in the dimensioning of the compressor.
  • the compressor In line operation, the compressor is operated intermittently. The compressor is started when the pressure in the compressed air tank has dropped to the switch-on pressure. When the switch-off pressure is reached, the compressor is switched off and only restarted after a pressure drop to the switch-on pressure.
  • the station when the rail vehicle stops at the station, the compressor is operated intermittently just as it is during the journey.
  • the intermittent operation described above has been further developed in such a way that the compressor is operated in such a way that the air pressure in the compressed air tank is in a range just above the switch-on pressure while the vehicle is in motion.
  • the delivery rate of the compressor is only increased when compressed air is consumed. In this way, air pressure losses due to leakage can be minimized and unnecessary switching on of the compressor and the associated energy consumption can be prevented.
  • a compressor system for a rail vehicle has at least one compressor for generating compressed air for at least one compressed air tank, the delivery rate of the at least one compressor being adjustable at least indirectly via at least one control device.
  • at least one pressure sensor is optionally arranged in a line carrying compressed air which is arranged downstream of the at least one compressor, the at least one regulating device regulating the at least one compressor on the basis of the pressure measured therewith.
  • the at least one regulating device of the at least one compressor is further configured in such a way that it can increase the delivery capacity of the at least one compressor beyond a specified maximum operating power in a special case, even if this means exceeding the limit values specified in normal operation with regard to noise or power consumption. This increase in the delivery rate is preferably only carried out for a short time in order not to endanger safe operation.
  • the maximum operating power is understood to mean that power with which the at least one compressor is operated at a maximum in normal operation (that is, no particular need). This does not necessarily have to represent the maximum output or the nominal output (maximum output that can be achieved in continuous operation) of the at least one compressor. It is conceivable, for example, that only 80% of the nominal output of the compressor are set as the maximum operating output of the compressor in order to operate the at least one compressor in a particularly economical and wear-optimized manner.
  • a delivery rate can be made available that allows the compressed air requirements to be met in this case, so that an undersupply of the system can be prevented, or the compressed air tank when entering a bus stop can be fully filled, although there is an increased consumption of compressed air.
  • the compressor can be prevented from starting while in the train station or during a standstill, and noise pollution can be reduced.
  • At least one pressure sensor on the basis of which the air pressure or the air pressure gradient is determined, is arranged in a line carrying compressed air that is arranged downstream of the at least one compressor.
  • the particular case of need is given when there is a marginally high consumption of compressed air.
  • the compressed air consumption exceeds a certain limit value, the delivery capacity of the at least one compressor is increased beyond the specified maximum operating capacity.
  • the at least one regulating device is configured to set the delivery rate of the at least one compressor, in particular via the speed of the compressor.
  • the compressor system has at least one sensor that is configured to record a measured value that is suitable for the compressor system in the event that the delivery capacity of the at least one compressor is above the specified maximum operating capacity of the compressor monitor. In this way it can be ensured that the at least one compressor is not damaged in the event of an increased delivery rate, in order to prevent superfluous and cost-intensive maintenance work.
  • the compressor system has a human-machine interface. This is arranged in the cockpit of the vehicle driver and can be operated by him. If this is the case, the particular case of need is transmitted directly to the at least one regulating device (5), so that it increases the delivery capacity of the at least one compressor beyond the specified maximum operating capacity.
  • the at least one regulating device is configured to suppress the switching on of the compressor system in a further special case of need, taking into account defined operating parameters.
  • operating parameters can be, for example, the position of the vehicle in connection with the current time and date or the pressure in the compressed air tank.
  • the at least one compressor is operated at a speed that is greater than a certain speed, which leads to a specified maximum operating power of the compressor in special cases of need, in particular when compressed air consumption is marginally high.
  • the particular case of need is reported by the vehicle driver and / or the vehicle control to the at least one control device.
  • the embodiment is particularly advantageous if the need is only reported by the vehicle control when it is confirmed by the train driver, since it can thus be ensured in the best possible way that the excessive conveying capacity can actually be considered necessary.
  • the vehicle control alone can pass the requirement on to the control device.
  • Fig. 1 shows a schematic arrangement of a compressor system according to the invention
  • Fig. 2 shows two diagrams which show on the one hand the speed of the compressor and on the other hand the air pressure in the compressed air tank over time
  • a compressor system for a rail vehicle has a compressor 3 for generating compressed air.
  • the compressed air generated by the compressor 3 is passed via a compressed air line 6 to a cooler unit 9 with a cooler fan 14. Downstream of the cooler unit 9, a pressure sensor 7 and a temperature sensor 13b are arranged in the line 6 carrying compressed air.
  • the compressed air line 6 opens into a pre-separator 11, which is followed by an air treatment system 12.
  • the dried compressed air which has been cleaned of particles, is then fed into a compressed air tank 4.
  • a temperature sensor 13a which is arranged on the compressor 3, as well as the temperature sensor 13b and the pressure sensor 7 all send the measured temperatures and the measured pressure to a control device 5.
  • control device 5 also receives signals from a vehicle controller 2 and the vehicle driver 1.
  • control device 5 is suitable for controlling both the speed of the cooler unit 9 and the compressor 3 itself.
  • an electrical supply 15 is provided which supplies the compressor 3 with power via the control unit 3.
  • the regulating device is thus able to regulate the power supply to the compressor, usually by means of a frequency converter.
  • the air pressure in the compressed air tank 4 can be adjusted via the speed of the compressor 3.
  • the upper diagram illustrates the course of the speed over time, while the lower diagram shows the course of the air pressure in the compressed air tank 4 over time.
  • the compressor 3 is operated in a filling operation A of the rail vehicle at a speed m required for a maximum operating power of the compressor until the air pressure in the compressed air tank 4 reaches the cut-off pressure a.
  • a subsequent route operation N in which the rail vehicle travels on a route in normal operation, the compressor 3 is initially switched off as soon as the compressed air tank is filled. After a considerable part of the compressed air has been consumed while driving, it is then operated at a variable speed, slightly above the minimum speed i.
  • the air pressure in the compressed air tank 4 is kept in a range that is set slightly above the switch-on pressure e. In this way it can be achieved that only as much compressed air is generated as is actually consumed and that an economical operation can thus be ensured, since the pressure loss at high pressure due to leakage is higher than at lower pressure. In addition, the energy losses are also lower at a lower pressure level.
  • a briefly high compressed air requirement can lead to an undersupply of the compressed air system. If this occurs, a "boost mode operation" BM is activated in order to fill the pressure accumulator as quickly as possible.
  • the speed is briefly operated above the speed m set for example due to noise emissions or power consumption of the compressor, which leads to the maximum operating power of the compressor, in a "boost mode speed range" bm to avoid an undersupply of compressed air.
  • the "boost mode operation" BM can be triggered by the driver of the vehicle or automatically by the train control system.
  • a short-term high demand for compressed air can be necessary, for example, due to a necessary abrupt braking when the train is under high load.
  • normal braking operation B is continued after the "boost mode operation" BM in FIG.
  • the compressor 3 continues to operate at the maximum speed m and the compressed air tank 4 is fed up to a maximum overpressure x, the compressor 3 at a variable speed between after reaching the maximum overpressure x Nominal speed n and minimum speed i, is operated slightly above the minimum speed i.
  • the compressor 3 is switched off and is only set to the minimum speed i when the switch-on pressure e is reached. The rail vehicle is thus back in line operation N.
  • the control device 5 Before a station operation S, the control device 5 receives a signal from the vehicle controller 10 about the impending station operation S, the speed of the compressor 3 normally being set to the maximum speed m in order to feed the at least one compressed air tank 4 up to the maximum overpressure x. If the time until the train comes to a standstill is not sufficient to raise the air pressure in the compressed air tank 4 to the maximum air pressure x, or if an unexpectedly high air pressure requirement occurs during the braking process, the "boost mode" BM is also activated and the speed is increased of the compressor is raised above the specified maximum speed m in order to completely fill the compressed air tank 4.
  • the compressor 3 is switched off as long as possible for the entire stay in the stop in order to cause the lowest possible noise emissions at the stop. For this reason, it is important, especially when the compressed air consumption is high when the vehicle is stationary, for example due to large load changes of the vehicle due to passengers getting on and off, that the compressed air tank is filled to the maximum when entering the stop.
  • the switch-on pressure e is reached, the compressor 3 is set to the minimum speed i.
  • the rail vehicle is again in route operation N.
  • the compressor 3 is intermittently between the minimum speed i when the pressure drops to the switch-on pressure e and when the compressor 3 is switched off when the Cut-off pressure a operated.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Kompressorsystems in Abhängigkeit des Druckluftbedarfs in einem Betriebszustand des Fahrzeugs. Ein erfindungsgemäßes Kompressorsystem weist dabei einen Kompressor (3) zur Erzeugung von Druckluft für mindestens einen Druckluftbehälter (4) auf, wobei die Förderleistung des Kompressors (3) zumindest mittelbar über eine Regelungseinrichtung (5) einstellbar ist. Die Regelungseinrichtung (5) ist dabei dazu konfiguriert im besonderen Bedarfsfall die Förderleistung des Kompressors (3) über eine festgelegte Betriebsmaximalleistung hinaus erhöhen zu können.

Description

BESCHREIBUNG
Kompressorsystem und Verfahren zum Betreiben eines Kom pressorsystems in Abhängigkeit des Druckiuftbedarfs eines Betriebszustands des Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Kompressorsystems in Abhängigkeit des Druckiuftbedarfs eines Betriebszustands eines Fahrzeugs. Das Verfahren betrifft insbesondere den Betrieb eines Kompressorsystems in einem Betriebszustand in dem ein derart hoher Bedarf an Druckluft herrscht, dass die Gefahr einer Unterversorgung des Druckluftsystems besteht. Ein derartig hoher Bedarf wird im Folgenden als grenzwertig hoher Druckluftbedarf bezeichnet.
An Kompressoren in Schienenfahrzeugen werden vielfältige, teilweise konträre Anforderungen gestellt, wie beispielsweise eine hohe Lieferleistung, ausreichende Einschaltdauern, geringe Schallemissionen, ein niedriger Energieverbrauch, ein kleiner Bauraum, flexible Betriebsstrategien sowie niedrige Anschaffungs- und Life-Cycle- Kosten. Dabei gibt es je nach Betriebszustand des Schienenfahrzeugs stark unterschiedliche Anforderungsprofile an den Kompressor. Die typische Problemstellung bei der Auslegung eines Kompressors ist, den besten Kompromiss zwischen diesen Anforderungen zu finden, der in allen Betriebszuständen des Schienenfahrzeugs akzeptabel ist. In der Regel werden in Schienenfahrzeugen Kompressoren eingesetzt, die elektrisch angetrieben werden. Die Kompressoren werden in Ein-/ Ausschaltbetrieb zwischen einem unteren Einschaltdruck und einem oberen Abschaltdruck mit einer konstanten Drehzahl, der sogenannten Nenndrehzahl, oder einer variablen Drehzahl betrieben. Der Kompressor wird so dimensioniert, dass eine vorgegebene Auffüllzeit des Druckluftbehälters erreicht und eine minimale Einschaltdauer im Betrieb nicht unterschritten wird.
Die Baugröße und damit die Maximalleistung des Kompressors sind in der Regel so gewählt, dass im Streckenbetrieb, also bei regulärer Fahrt des Fahrzeugs, eine minimale Einschaltdauer nicht unterschritten und die maximale Auffüllzeit des Druckluftbehälters nicht überschritten wird. Zudem spielen weitere Faktoren wie beispielsweise der Wirkungsgrad und die Leistungsaufnahme bei Nenndrehzahl oder die Schaliemission bei verschiedenen Drehzahlen eine Rolle bei der Kompressordimensionierung. Im Streckenbetrieb wird der Kompressor intermittierend betrieben. Dabei wird der Kompressor gestartet, wenn der Druck im Druckluftbehälter auf den Einschaltdruck abgefallen ist. Beim Erreichen des Abschaltdrucks wird der Kompressor ausgeschaltet und erst nach einem Druckabfall bis auf den Einschaltdruck erneut gestartet. Während eines Stationsbetriebs, bei dem das Schienenfahrzeug am Bahnhof hält, wird der Kompressor ebenso wie während der Fahrt intermittierend betrieben. Da im Stillstand kein dominantes Fahrgeräusch vorhanden ist, sollten Schallemissionen des Kompressors und des Lüfters am Bahnsteig vermieden werden. Da die Luftfederung im Bahnhof einen erhöhten Luftbedarf wegen dem Ein-/ Aussteigen der Fahrgäste aufweist, führt dies häufig zum Einschalten des Kompressors und des Lüfters, falls der Druckluftspeicher bei der Einfahrt in die Haltestelle nicht vollständig gefüllt ist, und damit zu unerwünschten Schallemissionen während des Halts am Bahnhof.
Um einen ökonomischen und ökologischen Betrieb des Kompressors sicherzustellen, wurde der oben beschriebene intermittierende Betrieb dahin gehend weiterentwickelt, dass der Kompressor derart betrieben wird, dass sich der Luftdruck im Druckluftbehälter während der Fahrt des Fahrzeugs in einem Bereich knapp über dem Einschaltdruck bewegt. Die Förderleistung des Kompressors wird erst dann erhöht, wenn Druckluft verbraucht wird. Auf diese Weise können Luftdruckverluste aufgrund von Leckage minimiert werden und einen unnötiges Einschalten des Kompressors und ein damit verbundener Energieverbrauch verhindert werden.
Eine derartige Strategie birgt allerdings die Gefahr, dass bei einem unvorhergesehenen, plötzlich stark ansteigenden Druckluftverbrauch zu wenig Druckluft zur Verfügung steht und es somit eine Unterversorgung kommen kann. Die Unterversorgung kann das Auslösen einer T raktionssperre zur Folge haben, so lange bis der Druckluftbehälter wieder aufgefüllt ist, wodurch es zu Verzögerungen im Ablauf des Verkehrs kommen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kompressorsystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Kompressorsystems bereitzustellen, durch welche die Gefahr einer Unterversorgung minimiert und kurzfristig auf einen außergewöhnlich hohen Bedarf an Druckluft reagiert werden kann, ohne den Luftdruck im Druckluftbehälter dauerhaft zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch das Kompressorsystem und das Verfahren zum Betrieb eines Komp resso rsyste ms gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
Erfindungsgemäß weist ein Kompressorsystem für ein Schienenfahrzeug wenigstens einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft für wenigstens einen Druckluftbehälter auf, wobei die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors zumindest mittelbar über wenigstens eine Regelungseinrichtung einstellbar ist. Weiterhin ist in einer stromabwärts vom wenigstens einen Kompressor angeordneten druckluftführenden Leitung optional zumindest ein Drucksensor angeordnet, wobei anhand des damit gemessenen Drucks die wenigstens eine Regelungseinrichtung den wenigstens einen Kompressor regelt. Die wenigstens eine Regelungseinrichtung des wenigstens einen Kompressors ist dabei weiterhin derart konfiguriert, dass sie in einem besonderen Bedarfsfall die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors über eine festgelegte Betriebsmaximalleistung hinaus erhöhen kann, auch wenn dies eine Überschreitung der im Normalbetrieb festgelegten Grenzwerte bezüglich Lärm oder Leistungsaufnahme bedeutet. Vorzugsweise geschieht diese Erhöhung der Förderleistung lediglich kurzzeitig, um den sicheren Betrieb nicht zu gefährden.
Unter der Betriebsmaximalleistung wird im Rahmen dieser Anmeldung diejenige Leistung verstanden, mit der der wenigstens eine Kompressor im normalen Betrieb (also kein besonderer Bedarfsfall) maximal betrieben wird. Diese muss nicht zwangsweise die Maximalleistung oder die Nennleistung (maximal im Dauerbetrieb erreichbare Leistung) des wenigstens einen Kompressors darstellen. Es ist beispielsweise denkbar, dass als Betriebsmaximalleistung des Kompressors lediglich 80% der Nennleistung des Kompressors festgelegt werden, um den wenigstens einen Kompressor besonders verbrauchsgünstig und verschleißoptimiert zu betreiben. Durch die Erhöhung über die Betriebsmaximalleistung des Kompressors hinaus kann im Bedarfsfall eine Förderleistung zur Verfügung gestellt werden, die es erlaubt, den in diesem Fall erhöhten Druckluftanforderungen gerecht zu werden, sodass eine Unterversorgung des Systems verhindert werden kann, oder der Druckluftbehälter beim Einfahren in eine Haltestelle voll befüllt werden kann, obwohl ein erhöhter Verbrauch an Druckluft vorliegt. Somit kann ein Anspringen des Kompressors während des Aufenthalts im Bahnhof bzw. während eines Stillstands vermieden und somit die Lärmbelastung reduziert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in einer stromabwärts vom wenigstens einen Kompressor angeordneten druckluftführenden Leitung zumindest ein Drucksensor angeordnet, anhand dessen der Luftdruck bzw. der Luftdruckgradient bestimmt wird. Durch die Bestimmung des Luftdrucks oder dessen Gradienten kann ein besonderer Bedarfsfall besonders einfach und effektiv erkannt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der besondere Bedarfsfall dann gegeben, wenn ein grenzwertig hoher Druckluftverbrauch besteht. Somit wird in einem Fall, in dem der Druckluftverbrauch einen bestimmten Grenzwert überschreitet, die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors über die festgelegte Betriebsmaximalleistung hinaus erhöht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Regelungseinrichtung dazu konfiguriert, die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors insbesondere über die Drehzahl des Kompressors einzustellen.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Ausführungsform, in der das Kompressorsystem wenigstens einen Sensor aufweist, der dazu konfiguriert ist, einen Messwert aufzunehmen, der dafür geeignet ist, das Kompressorsystem im Fall, dass die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors über der festgelegten Betriebsmaximalleistung des Kompressors liegt, zu überwachen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der wenigstens eine Kompressor bei erhöhter Förderleistung keinen Schaden nimmt, um überflüssige und kostenintensive Wartungsarbeiten zu verhindern. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Kompressorsystem eine Mensch-Maschine-Schnittsteile auf. Diese ist im Cockpit des Fahrzeugführers angeordnet und kann von diesem bedient werden. Ist dies der Fall, wird direkt der besondere Bedarfsfall an die wenigstens eine Regelungseinrichtung (5) übermittelt, sodass diese die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors über die festgelegte Betriebsmaximalleistung hinaus erhöht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Regelungseinrichtung dazu konfiguriert, in einem weiteren besonderen Bedarfsfall unter Berücksichtigung festgelegter Betriebsparameter das Einschalten des Kompressorsystems zu unterdrücken. Derartige Betriebsparameter können beispielsweise die Position des Fahrzeugs in Zusammenhang mit der aktuellen Uhrzeit und dem aktuellen Datum oder der Druck im Druckluftbehälter sein.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Kompressorsystems wird der wenigstens eine Kompressor im besonderen Bedarfsfall, insbesondere eines grenzwertig hohen Druckluftverbrauchs, mit einer Drehzahl betrieben, die größer ist als eine bestimmte Drehzahl, welche zu einer festgelegten Betriebsmaximalleistung des Kompressors führt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der besondere Bedarfsfall vom Fahrzeugführer und/oder der Fahrzeugsteuerung an die wenigstens eine Regelungseinrichtung gemeldet. Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform dann, wenn der Bedarfsfall durch die Fahrzeugsteuerung erst dann gemeldet wird, wenn sie vom Zugführer bestätigt wird, da somit bestmöglich sichergestellt werden kann, dass die überhöhte Förderleistung auch wirklich als notwendig erachtet werden kann. Im Falle eines autonom operierenden Fahrzeugs kann die Fahrzeugsteuerung alleine den Bedarfsfall an die Regelungseinrichtung weiter geben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen: Fig. 1 zeigt eine schematische Anordnung eines erfindungsgemäßen Kompressorsystems
Fig. 2 zeigt zwei Diagramme welche zum einen die Drehzahl des Kompressors und zum anderen den Luftdruck im Druckluftbehälter über der Zeit darstellen
Gemäß Fig. 1 weist ein Kompressorsystem für ein Schienenfahrzeug einen Kompressor 3 zur Erzeugung von Druckluft auf. Die vom Kompressor 3 erzeugte Druckluft wird über eine druckluftführende Leitung 6 zu einer Kühlereinheit 9 mit einem Kühlerlüfter 14 geleitet. Stromabwärts der Kühlereinheit 9 sind in der Druckluft führenden Leitung 6 ein Drucksensor 7 und ein Temperatursensor 13b angeordnet. Des Weiteren mündet die druckluftführende Leitung 6 in einen Vorabscheider 11 , dem eine Luftaufbereitungsanlage 12 nachgeschaltet ist. Die getrocknete und von Partikeln gesäuberte Druckluft wird dann in einen Druckluftbehälter 4 gespeist. Ein Temperatursensor 13a, der am Kompressor 3 angeordnet ist, sowie der Temperatursensor 13b und der Drucksensor 7 senden allesamt die gemessenen Temperaturen und den gemessenen Druck an eine Regelungseinrichtung 5. Ferner erhält die Regelungseinrichtung 5 auch von einer Fahrzeugsteuerung 2 und dem Fahrzeugführer 1 Signale. Darüber hinaus ist die Regelungseinrichtung 5 dazu geeignet, sowohl die Drehzahl der Kühlereinheit 9 als auch den Kompressor 3 selbst zu regeln. Weiterhin ist eine elektrische Versorgung 15 vorgesehen, welche den Kompressor 3 über die Regelungseinheit 3 mit Strom versorgt. Je nach geforderter Kompressordrehzahl ist die Regelungseinrichtung somit in der Lage die Stromversorgung des Kompressors üblicherweise mittels eines F req uenzumrichters zu regeln.
Gemäß Figur 2 wird ersichtlich, dass über die Drehzahl des Kompressors 3 der Luftdruck in dem Druckluftbehälter 4 einstellbar ist. Das obere Diagramm veranschaulicht den Verlauf der Drehzahl über der Zeit während das untere Diagramm den Verlauf des Luftdrucks in dem Druckluftbehälter 4 über die Zeit darstellt. Der Kompressor 3 wird in einem Auffüllbetrieb A des Schienenfahrzeugs mit einer für eine Betriebsmaximalleistung des Kompressors erforderlichen Drehzahl m betrieben, bis der Luftdruck im Druckluftbehälter 4 den Abschaltdruck a erreicht. In einem darauf folgenden Streckenbetrieb N, in dem das Schienenfahrzeug im Regelbetrieb auf einer Strecke fährt, wird der Kompressor 3, sobald der Druckluftbehälter gefüllt ist, zunächst abgeschaltet. Anschließend wird er, nachdem ein erheblicher Teil der Druckluft während der Fahrt verbraucht wurde, mit einer variablen Drehzahl, geringfügig oberhalb der minimalen Drehzahl i, betrieben. Der Luftdruck im Druckluftbehälter 4 wird dabei in einem Bereich gehalten, der geringfügig oberhalb des Einschaltdrucks e eingestellt wird. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass lediglich so viel Druckluft erzeugt wird, wie auch tatsächlich verbraucht wird und dass somit ein ökonomischer Betrieb sichergestellt werden kann, da der Druckverlust bei hohem Druck aufgrund von Leckage höher ist als bei geringerem Druck. Zudem sind auch die energetischen Verluste bei einem niedrigeren Druckniveau ebenfalls geringer.
Bewegt sich der Luftdruck in einem Bereich knapp oberhalb des Einschaltdrucks e, wie im ersten Streckenbetrieb N des unteren Diagramms aus Figur 2 angedeutet, kann ein kurzzeitig hoher Druckluftbedarf zu einer Unterversorgung des Druckluftsystems führen. Tritt dieser Fall ein, wird ein "Boost-Mode-Betrieb" BM aktiviert, um den Druckspeicher möglichst schnell zu füllen. Dabei wird die Drehzahl kurzzeitig über der beispielsweise aufgrund von Schallemissionen oder Leistungsaufnahme des Kompressors festgelegten Drehzahl m, welche zur Betriebsmaximalleistung des Kompressors führt, in einem Bereich "Boost-Mode-Drehzahlbereich" bm betrieben, um eine Druckluftunterversorgung zu vermeiden. Der "Boost-Mode-Betrieb" BM kann dabei durch den Fahrzeugführer oder automatisch durch das Zugsteuerungssystem ausgelöst werden. Ein kurzzeitig hoher Druckluftbedarf kann beispielsweise aufgrund einer notwendigen abrupten Bremsung bei einer hohen Last des Zuges notwendig werden.
Ist der Druckluftstand des Systems wieder stabilisiert, wird nach dem "Boost-Mode- Betrieb" BM in Figur 2 der normale Bremsbetrieb B weitergeführt. Dabei wird der Kompressor 3 mit der Maximaldrehzahl m weiter betrieben und der Druckluftbehälter 4 wird bis zu einem maximalen Überdruck x gespeist, wobei der Kompressor 3 nach Erreichen des maximalen Überdrucks x mit einer variablen Drehzahl, zwischen Nenndrehzahl n und minimaler Drehzahl i, geringfügig oberhalb der minimaler Drehzahl i betrieben wird. Nach Beenden des Bremsbetriebs B wird der Kompressor 3 abgeschaltet und erst bei Erreichen des Einschaltdrucks e auf die minimale Drehzahl i eingestellt. Das Schienenfahrzeug befindet sich somit wieder im Streckenbetrieb N.
Vor einem Stationsbetrieb S erhält die Regelungseinrichtung 5 von der Fahrzeugsteuerung 10 ein Signal über den bevorstehenden Stationsbetrieb S, wobei die Drehzahl des Kompressors 3 normalerweise auf die maximale Drehzahl m eingestellt wird, um den mindestens einen Druckluftbehälter 4 bis zum maximalen Überdruck x zu speisen. Reicht die Zeit bis zum Stillstand des Zuges nicht aus um den Luftdruck im Druckluftbehälter 4 auf den maximalen Luftdruck x anzuheben, oder tritt während des Bremsvorgangs ein unerwartet hoher Luftdruckbedarf auf, so wird ebenfalls der "Boost-Mode-Betrieb" BM aktiviert und die Drehzahl des Kompressors über die festgelegten Maximaldrehzahl m angehoben, um den Druckluftbehälter 4 vollständig zu füllen. Während des Stationsbetriebs S wird der Kompressor 3 möglichst über den gesamten Aufenthalt in der Haltestelle abgeschaltet, um möglichst geringe Geräuschemissionen an der Haltestelle zu verursachen. Aus diesem Grunde ist es insbesondere bei hohem Druckluftverbrauch im Stand beispielsweise durch großen Lastwechsel des Fahrzeugs durch ein- und aussteigende Fahrgäste wichtig, dass der Druckluftbehälter bei der Einfahrt in die Haltestelle maximal gefüllt ist. Bei Erreichen des Einschaltdrucks e wird der Kompressor 3 auf die minimale Drehzahl i eingestellt. Das Schienenfahrzeug befindet sich nach dem Stationsbetrieb S wieder im Streckenbetrieb N. In einem Over-Night-Standby-Betrieb O wird der Kompressor 3 intermittierend zwischen der minimalen Drehzahl i beim Abfallen des Druckes auf den Einschaltdruck e und der Abschaltung des Kompressors 3 beim Erreichen des Abschaltdrucks a betrieben.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass der Kompressor 3 eine Vielzahl von Druckluftbehältern 4 speist. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass das Stellglied 8 über zwei Ausgänge verfügt und somit sowohl die Drehzahl der elektrischen Maschine 1 als auch die Drehzahl des Kühlerlüfters 14 durch die Regelungseinrichtung 5 einstellt.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Fahrzeugführer
2 Fahrzeugsteuerung
3 Kompressor
4 Druckbehälter
5 Regeleinrichtung
6 Druckluftführende Leitung
7 Drucksensor
9 Kühlereinheit
11 Vorabscheider
12 Druckluftaufbereitungsanlage
13a Temperatursensor (Kompressor)
13b Temperatursensor (Druckluft)
14 Kühlerlüfter
15 elektrische Versorgung m Drehzahl des Kompressors bei Betriebsmaximalleistung n Nenndrehzahl des Kompressors i Minimaldrehzahl des Kompressors bm Boost-Mode-Drehzahlbereich x maximaler Luftdruck im Druckluftbehälter a Ausschaltdruck e Einschaltdruck
A Auffüllbetrieb
N Streckenbetrieb
B Bremsbetrieb
S Stationsbetrieb
O Übernachbetrieb
BM Boost-Mode-Betrieb

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Kompressorsystem für ein Schienenfahrzeug, aufweisend wenigstens einen Kompressor (3) zur Erzeugung von Druckluft für wenigstens einen Druckluftbehälter (4), wobei die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors (3) zumindest mittelbar über wenigstens eine Regelungseinrichtung (5) einstellbar ist, und wobei die wenigstens eine Regelungseinrichtung (5) dazu konfiguriert ist, im besonderen Bedarfsfall die Förderleistung des Kompressors (3) über eine festgelegte Betriebsmaximalleistung hinaus erhöhen zu können.
2. Kompressorsystem gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens ein Drucksensor (7) in einer stromabwärts vom wenigstens einen Kompressor (3) angeordneten druckluftführenden Leitung (6) zur Bestimmung des Luftdrucks und/oder Luftdruckgradienten angeordnet ist.
3. Kompressorsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Regelungseinrichtung (5) dazu konfiguriert ist, im besonderen Bedarfsfall eines grenzwertig hohen Druckluftverbrauchs die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors (3) über die festgelegte Betriebsmaximalleistung hinaus erhöhen zu können.
4. Kompressorsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Regelungseinrichtung (5) dazu konfiguriert ist, die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors (3) insbesondere über die Drehzahl des wenigstens einen Kompressors (3) einzustellen.
5. Kompressorsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kompressorsystem mindestens einen Sensor (7, 13a, 13b) aufweist, der dazu konfiguriert ist einen Messwert zu messen, der dazu geeignet ist das Kompressorsystem zu überwachen.
6. Kompressorsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kompressorsystem eine Mensch-Maschine-Schnittsteile aufweist, die dazu konfiguriert ist, vom Fahrzeugführer bedient zu werden und der wenigstens einen Regelungseinrichtung (5) einen besonderen Bedarfsfall signalisiert, sodass diese die Förderleistung des wenigstens einen Kompressors (3) über die festgeiegte Betriebsmaximalleistung hinaus erhöht.
7. Kompressorsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelungseinrichtung (5) ferner dazu konfiguriert ist, in einem weiteren besonderen Bedarfsfall und unter Berücksichtigung festgelegter Betriebsparameter das Einschalten des Kompressorsystems zu unterdrücken.
8. Verfahren zur Steuerung eines Kompressorsystems gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Kompressor (3) im besonderen Bedarfsfall mit einer Drehzahl betrieben wird, die größer ist als eine Drehzahl (m), welche zu einer festgelegten Betriebsmaximalleistung des Kompressors (3) führt.
9. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruchs, wobei der wenigstens eine Kompressor (3) im besonderen Bedarfsfall eines grenzwertig hohen Druckluftverbrauchs mit einer Drehzahl betrieben wird, die größer ist als eine Drehzahl (m), welche zu einer festgelegten Betriebsmaximalleistung Kompressors (3) führt.
10. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 7 und 8, wobei der besondere Bedarfsfall vom Fahrzeugführer und/oder der Fahrzeugsteuerung aktiviert wird.
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