EP3921543B1 - 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 Download PDF

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EP3921543B1
EP3921543B1 EP20839357.9A EP20839357A EP3921543B1 EP 3921543 B1 EP3921543 B1 EP 3921543B1 EP 20839357 A EP20839357 A EP 20839357A EP 3921543 B1 EP3921543 B1 EP 3921543B1
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EP
European Patent Office
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compressor
compressor system
compressed air
speed
control device
Prior art date
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EP3921543A1 (de
EP3921543C0 (de
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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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    • F04B49/08—Regulating by delivery pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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 the compressed air system being undersupplied.
  • Such a high requirement is referred to below as a borderline high compressed air requirement.
  • compressors in rail vehicles 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.
  • the typical problem when designing a compressor is to find the best compromise between these requirements that is acceptable in all operating states of the rail vehicle.
  • compressors that are electrically driven are used in rail vehicles. The compressors are operated in on/off mode between a lower switch-on pressure and an upper switch-off pressure at a constant speed, the so-called rated speed, or at a variable speed.
  • the compressor is dimensioned in such a way that a specified filling time of the compressed air tank is reached and a minimum duty cycle is not undershot during operation.
  • the size and thus the maximum output of the compressor are usually selected in such a way that in route operation, i.e. when the vehicle is driving regularly, a minimum duty cycle is not undercut and the maximum filling time of the compressed air tank is not exceeded.
  • other factors such as efficiency and power consumption at nominal speed or the noise emission at different speeds plays a role in the compressor dimensioning.
  • the compressor is operated intermittently.
  • Such an intermittent operation and a compressor system suitable therefor are, for example, in the patent document DE102013113555A1 described.
  • the compressor of the compressor system is started when the pressure in the compressed air tank has dropped to the cut-in pressure. When the switch-off pressure is reached, the compressor is switched off and only restarted after the pressure has dropped to the switch-on pressure.
  • the delivery capacity of the compressor is thus adjusted.
  • the compressor is operated intermittently as well as during travel. Since there is no dominant driving noise when the train is stationary, noise emissions from the compressor and the fan on the platform should be avoided. Since the air suspension in the station has an increased air requirement due to the passengers getting in and out, this often leads to the compressor and the fan being switched on if the compressed air reservoir is not completely filled when entering the station, and thus to undesirable noise emissions during the station Stop at the train station.
  • the intermittent operation described above was further developed in such a way that the compressor is operated in such a way that the air pressure in the compressed air tank moves in a range just above the switch-on pressure while the vehicle is moving.
  • the delivery capacity 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 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 capacity 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 compressed air-carrying line arranged downstream of the at least one compressor, wherein the at least one control device regulates the at least one compressor on the basis of the pressure measured thereby.
  • the at least one control device of the at least one compressor is also configured in such a way that, in a special case of need, it can increase the delivery capacity of the at least one compressor beyond a specified maximum operating output, even if this means exceeding the noise or power consumption limit values specified in normal operation. This increase in the conveying capacity preferably only occurs for a short time so as not to jeopardize safe operation.
  • the maximum operating power is understood to mean that power with which the at least one compressor is operated at maximum in normal operation (ie not in a special case of need). This does not necessarily have to represent the maximum power or the rated power (maximum power that can be achieved in continuous operation) of the at least one compressor. It is conceivable, for example, that the maximum operating power of the compressor is only 80% of the rated output of the compressor can be set in order to operate the at least one compressor in a particularly economical and wear-optimized manner.
  • a delivery rate can be made available if necessary that allows the increased 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 driving into a stop can be fully filled, although there is an increased consumption of compressed air.
  • the compressor can be prevented from starting up while the train is in the station or while it is at a standstill, thereby reducing noise pollution.
  • At least one pressure sensor is arranged in a compressed air-carrying line arranged downstream of the at least one compressor, by means of which the air pressure or the air pressure gradient is determined.
  • the special case of need arises when there is a borderline high consumption of compressed air.
  • the compressed air consumption exceeds a specific limit value, the delivery capacity of the at least one compressor is increased beyond the specified maximum operating capacity.
  • the at least one control device is configured to adjust 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. This way can it must be ensured that the at least one compressor is not damaged when the flow rate is increased, in order to prevent unnecessary and costly maintenance work.
  • the compressor system has a man-machine interface. This is arranged in the driver's cockpit and can be operated by him. If this is the case, the special case of need is transmitted directly to the at least one control device (5), so that it increases the capacity of the at least one compressor beyond the specified maximum operating capacity.
  • the at least one control device is configured to suppress the switching on of the compressor system in a further special case of need, taking into account specified operating parameters.
  • operating parameters can be, for example, the position of the vehicle in connection with the current time and the current date, or the pressure in the compressed air tank.
  • the at least one compressor is operated at a speed that is greater than a specific speed that leads to a specified maximum operating output of the compressor when there is a special need, in particular a borderline high compressed air consumption.
  • the vehicle driver and/or the vehicle controller reports the special need to the at least one control device.
  • the embodiment is particularly advantageous when 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 forward the need to the control device.
  • a compressor system for a rail vehicle has a compressor 3 for generating compressed air.
  • the compressed air generated by the compressor 3 is routed via a line 6 carrying compressed air to a cooler unit 9 with a cooler fan 14 .
  • a pressure sensor 7 and a temperature sensor 13b are arranged downstream of the cooler unit 9 in the line 6 carrying compressed air.
  • the compressed air-carrying line 6 opens into a pre-separator 11, which is followed by an air treatment system 12.
  • the dried and particle-cleaned compressed air 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.
  • the control device 5 also receives signals from a vehicle controller 2 and the vehicle driver 1.
  • the 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 control device is thus able to regulate the power supply of 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 top chart 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 maximum operating power of the compressor until the air pressure in the compressed air tank 4 reaches the switch-off pressure a.
  • a subsequent route operation N in which the rail vehicle runs on a route in regular operation, the compressor 3 is initially switched off as soon as the compressed air tank is filled. It is then operated at a variable speed, slightly above the minimum speed i, after a considerable part of the compressed air has been consumed during the journey.
  • 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 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 short-term high demand for compressed air can lead to an undersupply of the compressed air system.
  • 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 fixed speed m, 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 in order to avoid an undersupply of compressed air.
  • the "boost mode operation" BM can be triggered by the vehicle driver or automatically by the train control system.
  • a short-term high demand for compressed air can be necessary, for example, due to the need for abrupt braking when the train is heavily loaded.
  • the control device 5 receives a signal from the vehicle controller 10 about the forthcoming station operation S, with 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 increase 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 operation" BM is also activated and the speed is increased of the compressor is raised above the specified maximum speed m in order to fill the compressed air tank 4 completely. During station operation S, the compressor 3 is switched off as far as possible over the entire stay at the stop in order to cause the lowest possible noise emissions at the stop.
  • the compressor 3 When the switch-on pressure e is reached, the compressor 3 is set to the minimum speed i. After station operation S, the rail vehicle is back in route operation N. In an overnight standby operation O, the compressor 3 is switched on intermittently between the minimum speed i when the pressure drops to the cut-in pressure e and the compressor 3 being switched off when the Cut-off pressure a operated.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Kompressorsystems in Abhängigkeit des Druckluftbedarfs 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 Schallemission bei verschiedenen Drehzahlen eine Rolle bei der Kompressordimensionierung. Im Streckenbetrieb wird der Kompressor intermittierend betrieben. Ein derartiger intermittierender Betrieb und ein dazu geeignetes Kompressorsystem sind beispielsweise in dem Patentdokument DE102013113555A1 beschrieben. Bei einem intermittierenden Betrieb wird der Kompressor des Kompressorsystems 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. Die Förderleistung des Kompressors wird somit eingestellt. 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 Traktionssperre 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 Kompressorsystems 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-Schnittstelle 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 Frequenzumrichters 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 (10)

  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
    dadurch gekennzeichnet dass
    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-Schnittstelle 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 festgelegte 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,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    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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