EP4339058A1 - Anordnung einer kupplungsstelle von zwei schienenfahrzeugen mit digitalen automatischen kupplungshälften mit einer synchronisationsvorrichtung, und verfahren zum synchronisieren von digitalen automatischen kupplungshälften einer solchen anordnung - Google Patents

Anordnung einer kupplungsstelle von zwei schienenfahrzeugen mit digitalen automatischen kupplungshälften mit einer synchronisationsvorrichtung, und verfahren zum synchronisieren von digitalen automatischen kupplungshälften einer solchen anordnung Download PDF

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EP4339058A1
EP4339058A1 EP23194333.3A EP23194333A EP4339058A1 EP 4339058 A1 EP4339058 A1 EP 4339058A1 EP 23194333 A EP23194333 A EP 23194333A EP 4339058 A1 EP4339058 A1 EP 4339058A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling
actuator
rail vehicle
signal
halves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23194333.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Cheng Liu
Josep CABESTANY PONS
Leonid Pedurjan
Philipp Lederer
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 EP4339058A1 publication Critical patent/EP4339058A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G3/00—Couplings comprising mating parts of similar shape or form which can be coupled without the use of any additional element or elements
    • B61G3/16—Couplings comprising mating parts of similar shape or form which can be coupled without the use of any additional element or elements with coupling heads rigidly connected by rotatable hook plates or discs and balancing links, the coupling members forming a parallelogram, e.g. "Scharfenberg" type
    • B61G3/20—Control devices, e.g. for uncoupling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G5/00—Couplings for special purposes not otherwise provided for
    • B61G5/06—Couplings for special purposes not otherwise provided for for, or combined with, couplings or connectors for fluid conduits or electric cables
    • B61G5/10—Couplings for special purposes not otherwise provided for for, or combined with, couplings or connectors for fluid conduits or electric cables for electric cables

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of a coupling point of two rail vehicles with digital automatic coupling halves with a synchronization device.
  • the invention also relates to a method for synchronizing digital automatic coupling halves of such an arrangement.
  • DAK Digital Automatic Coupling
  • the Scharfenberg coupling is known, for example. It is a rigid center buffer coupling.
  • the principle of the Scharfenberg coupling is used by the DAK both on passenger trains and is preferred by the DAK for freight trains.
  • the coupling process is purely mechanical, which is implemented via a hook disk and spring assemblies in each coupling head.
  • Electro-pneumatic actuators are generally used for this purpose in passenger trains. The situation is different for freight trains, which is why an electromechanical solution is preferred.
  • An electromechanical actuator works using an electric motor that converts electrical energy into mechanical energy. If the actuator is activated, the rotor in the electric motor rotates. This Rotary movement is further transmitted to a threaded spindle via a gear stage.
  • the threaded spindle is installed stationary in its axial direction.
  • a spindle nut is screwed onto the threaded spindle, which is non-rotatable but linearly movable in a linear guide.
  • the rotary movement of the threaded spindle is converted into a linear movement by means of the spindle nut, the linear movement being transmitted to a guide tube connected to the spindle nut, which applies a corresponding force to the hook disk in order to pivot it from a coupling position into an uncoupling position.
  • the electromechanical actuator can be moved back to its starting position.
  • TCMS Traffic Control & Management Systems
  • the higher-level controls in the wagons can communicate with each other and exchange data, so that synchronous uncoupling processes can be implemented in coupled wagons using both electromechanical or electro-pneumatic actuators in one coupling head each.
  • an electrically controlled actuator electromechanical
  • the uncoupling process can then be started via a switch or button on one of the two wagons.
  • the problem here is that the actuator has to use approximately twice as much force to decouple, since, among other things, the forces of both spring assemblies have to be overcome on each of the coupling halves.
  • the actuator would have to be made significantly larger for this, which can lead to design problems since the installation space in a coupling head is very limited due to the many components and the shape. In addition, the costs of such an actuator are correspondingly high.
  • Synchronization of the uncoupling process by two people on the respective uncoupling control (switch or button) of the corresponding wagon/rail vehicle is also conceivable in order to minimize the force for one actuator at a time, but cannot be done without delay or error, so that unforeseen events are possible.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved synchronization device for coupling halves of a digital automatic coupling (DAK) with an electromechanical actuator, which can be used on freight trains and on all rail vehicles without TCMS, and whereby the disadvantages mentioned above are eliminated or at least in a significant way no longer occur.
  • DAK digital automatic coupling
  • Another task is to provide a rail vehicle with such an arrangement.
  • An inventive idea is to provide a concept for synchronizing the uncoupling process when there is no train-wide TCMS and therefore this process must be carried out locally at a coupling point between two wagons/rail vehicles using electrical control.
  • An inventive arrangement of a coupling point of two rail vehicles with digital automatic coupling halves with a synchronization device, the digital automatic coupling halves each having an electric actuator with an actuator control, is characterized in that the synchronization device has at least one bidirectional transmission path, which is connected to the actuator controls of each Coupling half is connected directly or indirectly via a binary line.
  • a significant advantage is that the actuators of both coupling halves can be actuated simultaneously by the synchronization device.
  • a method for synchronizing digital automatic coupling halves of an arrangement of a coupling point of two rail vehicles has the following method steps.
  • VS1 Starting an uncoupling process by manually generating a signal for uncoupling by actuating a signal box at the coupling point on one of the two rail vehicles;
  • VS2 forwarding the signal to the actuator control of the actuator of the coupling half belonging to one of the two rail vehicles and at the same time forwarding the signal for uncoupling to the actuator control of the actuator of the coupling half belonging to the other of the two rail vehicles;
  • VS3 Simultaneous release of both coupling halves using the associated actuators.
  • One advantage here is that both actuators release the respective coupling half synchronously and at the same time.
  • the signal for uncoupling only needs to be generated on one side of the coupling, i.e. on only one of the two rail vehicles, e.g. by pressing a button on a signal box. This results in a significant advantage in many respects, including effort, costs, flexibility and security.
  • the transmission link is a bidirectional wired transmission link and is designed as an electric coupling. This is advantageous because signals and data can only be transmitted from one rail vehicle as well as from the other rail vehicle. This is particularly advantageous for status queries.
  • the synchronization device on each rail vehicle has a transmission unit with a bidirectional wireless transmission path. This can advantageously save on cable installations.
  • a further embodiment provides that the synchronization device has at least one signal box on each rail vehicle, which is connected to the transmission path of the electric coupling or to the respective transmission unit of the wireless transmission path and the respective binary line of the actuator control of the respective coupling half. This is advantageous because an uncoupling process can be triggered on each of the two rail vehicles at the coupling point.
  • the synchronization device has at least one microcontroller on each rail vehicle, which is connected to the respective signal box and to the transmission path of the electric coupling or to the respective transmission unit of the wireless transmission path.
  • the at least one microcontroller on each rail vehicle is connected to the respective binary line of the actuator control of the respective coupling half, there is an advantage in that the data lines of the electric coupling can now be used for the binary control signals, which are therefore also sent from the actuator of one coupling half can be transferred to the other actuator of the other coupling half, which enables synchronous control to uncouple both actuators.
  • the at least one microcontroller on each rail vehicle is connected to the transmission path of the electric coupling via a digital interface line or to the respective transmission unit of the wireless transmission path via a serial interface line.
  • this cable is specially designed for the signals to be transmitted and is shielded against interference (e.g. in the area of electromagnetic compatibility - EMC).
  • the synchronization device has at least one wagon control unit on each rail vehicle which is connected to the respective binary line of the actuator control of the respective coupling half and to the transmission path of the electric clutch or to the respective transmission unit of the wireless transmission path.
  • a further embodiment provides that the at least one wagon control unit on each rail vehicle is connected to the transmission path of the electric coupling via an Ethernet line or to the respective transmission unit of the wireless transmission path 16 via a serial interface line.
  • the wagon control unit it is not only advantageously possible for the wagon control unit to additionally take over all functionalities on the associated rail vehicle, but also to be able to carry out a communication connection with a higher-level train control system.
  • the signal for uncoupling which is generated on one rail vehicle for the associated coupling half, is forwarded to the other of the two coupling halves, which belongs to the other rail vehicle, via a wired transmission link Electric coupling is done because in this way an existing component can be used.
  • a further embodiment of the method provides that the signal for uncoupling, which is generated on one rail vehicle for one associated coupling half, is forwarded to the other of the two coupling halves, which belongs to the other rail vehicle, via a wireless transmission link. In this way, laborious and costly installations can be advantageously avoided.
  • the signal box displays the current state of the respective actuator, since the current state can be determined in a simple manner, for example at the push of a button on the signal box or automatically.
  • the digital ones are automatic coupling halves designed according to the arrangement described above.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an arrangement of a coupling point of two rail vehicles with digital automatic coupling halves 2, 2 'with a first exemplary embodiment of a synchronization device 1 according to the invention.
  • a first rail vehicle is only indicated with the reference symbol A, with a second rail vehicle being marked with the reference symbol B.
  • the rail vehicles A, B are freight wagons here.
  • the rail vehicles A, B can also be locomotives and wagons or locomotives.
  • the first rail vehicle A is provided with a first coupling half 2, and the second rail vehicle B has a second coupling half 2 '.
  • Both coupling halves 2, 2' are identical in construction and designed as center buffer couplings (e.g. Scharfenberg coupling).
  • Each coupling half 2, 2' has an actuator 3, 3', which pivots a respective hook disk 3a, 3'a against a spring force of one or more springs (not shown, but conceivable) in order to carry out a decoupling process.
  • FIG. 1 The basic concept of synchronizing the coupling halves 2, 2 'with an electromechanical actuator 6, 6' is illustrated, although any other electrically controlled actuator can also be used for this.
  • Each actuator 3, 3' contained its own control and processing electronics for a motor, a motor brake and the switch signals, which are collectively referred to as an actuator control (not shown, but easy to imagine).
  • the actuator control is also called an actuator box.
  • Each signal box 4, 4' is electrically connected to the actuator control of the associated coupling half 2, 2' via a binary line 5, 5'.
  • the train crew can, for example, locally start a decoupling process or cancel it prematurely, as well as read out the current state of the respective actuator 3, 3' (initial position, buffer position) and make it visible (for example via LEDs).
  • each coupling head of each coupling half 2, 2' has such an E-coupling 8, 8', which has both electrical contacts as data connectors 8a, 8'a for a data bus line and power connectors 8b, 8'b for the power supply.
  • the two associated electrical couplings 8, 8' are connected to one another by the associated pressure and fixed contacts 8a, 8'a; 8b, 8'b are brought into contact or connected to each E-coupling 8, 8'.
  • the data lines of the e-coupling 8, 8' are now used for the binary control signals, which are also sent from the actuator 3 of the first coupling half 2 to the other actuator 3' of the second coupling half 2'. can be sent, which enables synchronous control to decouple both actuators 3, 3 '.
  • the uncoupling signal can be actuated via the signal box 4, which is also transmitted to the second rail vehicle B via a connection 4a connected to the signal box 4 and a signal line 6 via the E-coupling 8, 8 '.
  • the first rail vehicle A it can be connected directly to a digital input 6a of the actuator control, and it is forwarded via the signal box 4' via the signal line 6' and the digital input 6'a of the second coupling half 2', so that the actuator 3 'the second coupling half 2' of the second rail vehicle B starts the uncoupling process.
  • the actuator 3 On the first rail vehicle A, the actuator 3 is driven for the uncoupling process at the same time as a previously defined time delay, which can be installed due to the signal detour from the signal box 4 to the actuator 3.
  • the actuation can also take place on the other side, i.e. on the signal box 4 'of the second rail vehicle B.
  • Both actuators 3, 3' carry out the action synchronously and at the same time.
  • the respective signal box 4, 4' only needs to be actuated on one side of the coupling point, i.e. only on the first rail vehicle A or only on the second rail vehicle B, which offers an immense advantage in many respects (including effort, costs, flexibility, safety). .
  • This first exemplary embodiment illustrates the use of a DAK system with local synchronization by means of the synchronization device 1 on trains or wagons without a train-wide data bus line or without TCMS, such as current freight trains that will be equipped with this system (DAK 4.5 or DAC 4.5.) in the coming years ) can be upgraded for test operation.
  • the synchronization device 1 comprises at least one signal box 4, 4' on each rail vehicle A, B, each with a binary line 5, 5' as a connection between the associated signal box 4, 4' and the respective coupling half 2, 2', respectively a signal line 6, 6' and connection 4a, 4'a, by means of which the signal box 4, 4' is connected to the electric coupling 8, 8', and the electric coupling 8, 8' with the signal connectors 8a, 8'a, whereby the Signal line 6, 6' is also connected to a digital input 6a, 6'a of the respective coupling half 2, 2'.
  • the electric coupling 8, 8' also connects the electrically conductive housing masses of the coupling halves 2, 2' via ground lines 7, 7'.
  • the electric clutch 8, 8' here forms a wired, bidirectional transmission path of the synchronization device 1.
  • the double arrow synchronization direction 9 indicates that it is possible to trigger a decoupling process not only on the first rail vehicle A, which is then transmitted via the synchronization device 1 to the second rail vehicle B, but also the signal(s) for the same process in the opposite direction from the second rail vehicle B to the first rail vehicle A.
  • Figure 2 represents a first variant of the first exemplary embodiment Figure 1 the local synchronization device 1 at the coupling point, but this time with a digital interface such as Ethernet or CAN via the electric coupling 8, 8 '.
  • MCU microcontroller
  • Each microcontroller 10, 10' communicates with the associated signal box 4, 4' in binary terms via a signal line 6, 6', with one connection to the electrical coupling 8, 8' consisting of a digital interface line (Ethernet or CAN).
  • Ethernet digital interface line
  • Each signal box 4, 4 ' is as in the first exemplary embodiment Figure 1 connected via a binary line 5, 5 'to the actuator 3, 3' of the associated coupling half 2, 2'.
  • microcontrollers 10, 10' The task of these microcontrollers 10, 10' is therefore to "translate" the data bus signals of the digital interface lines 11, 11' via the electric coupling 8, 8' into binary signals for controlling the respective actuator 3, 3' of the associated coupling half 2, 2' and vice versa, as well as the processing of the requests from the respective signal box 4, 4 ', which enables local synchronization at the coupling point on rail vehicles A, B without a train-wide data connection option.
  • a TCMS exists across the train and the wagons, including the first rail vehicle A and the second rail vehicle B.
  • the signal box 8, 8' from the first exemplary embodiment is still in this expansion stage Figure 1 and the first variant Figure 2 included (also referred to as a DAC 4.5 box), which is why a co-processor (also referred to here as a microcontroller 10, 10 ') is initially used, which coordinates the signal flow accordingly.
  • a co-processor also referred to here as a microcontroller 10, 10 '
  • this microcontroller 10, 10' is also connected to the wagon control unit 12, 12' via a digital interface (digital interface line 11, 11'), and at the same time is connected to the corresponding signal box 8 via binary interfaces (connection 4a, 4'a). , 8' and binary line 5, 5' are connected to the actuator control in the respective coupling half 2, 2'.
  • the digital interface can be, for example, Ethernet, CAN or a serial interface (SPI, I2C, ).
  • microcontroller 10, 10 ' The task of this co-processor is therefore to "translate" the data bus signals into binary signals for controlling the actuator 3, 3' of the respective coupling half 2, 2' and vice versa, as well as processing the requests from signal box 8, 8', actuator control of the respective coupling half 2, 2' and wagon control unit 12, 12'.
  • the synchronization device 1 works in this way and is constructed accordingly.
  • Figure 4 shows a third variant of the first exemplary embodiment Figure 1 the local synchronization device 1.
  • the TCMS still exists.
  • the wagon control unit 12, 12' takes over all functionalities in and on the rail vehicle A, B.
  • An optional signal box 8, 8' is no longer available.
  • the communication with the associated actuator 3, 3' is taken over by the computing unit of the wagon control unit 12, 12'.
  • the wagon control unit 12, 12' is connected to the actuator 3, 3' or the actuator control of the respective coupling half 2, 2' via the binary line 5, 5'.
  • the wagon control unit 12, 12 ' is also connected to the vehicle control and the others Wagon control units 12, 12' are connected via the electric coupling 8, 8' and the TCMS by means of further lines, which here are Ethernet lines 13, 13'.
  • This third variant forms a full expansion stage and is referred to as DAK 5 or DAC 5 and represents the final goal of the development into a fully digital and networked freight train, which uses modern means of communication (e.g. tablet, smartphone) and, under certain circumstances, also from the Can be controlled and monitored remotely.
  • DAK 5 or DAC 5 represents the final goal of the development into a fully digital and networked freight train, which uses modern means of communication (e.g. tablet, smartphone) and, under certain circumstances, also from the Can be controlled and monitored remotely.
  • Figure 5 a schematic representation of an arrangement of a coupling point of two rail vehicles A, B with digital automatic coupling halves 2, 2 'with a second embodiment of a synchronization device 1 according to the invention.
  • FIG 5 is the already presented principle of local synchronization via two coupling halves 2, 2', but this time with data transmission via a wireless transmission link 16 instead of a wired transmission link with an electric coupling 8, 8'.
  • the wireless transmission link 16 is designed as a bidirectional transmission link 16.
  • an additional component for wireless technology is arranged here as a transmission unit 15, 15 'with an antenna with a corresponding controller on each coupling side of the rail vehicles A, B.
  • the transmission unit 15, 15 ' is connected to the respective microcontroller 10, 10' via a serial interface or similar (serial interface line 14, 14'.
  • the microcontroller 10, 10' has the additional task of transmitting the binary control signals for the To "translate" wireless transmission.
  • WiFi Direct for a purely local synchronization between the two coupling halves, for example, are suitable WiFi Direct, Bluetooth, Ultra Wideband (UWB) as wireless technologies to be used.
  • a mobile network (5G) or satellite network (e.g. Starlink) e.g. Starlink
  • WLAN would be available if a gateway/router is located within a certain radius (e.g. on a drainage mountain).
  • a train-wide data interface or TCMS would also be conceivable as a “wireless” wireless data interface.
  • the synchronization device 1 of the second exemplary embodiment comprises at least one signal box 4, 4 'on each rail vehicle A, B, each with a binary line 5, 5' as a connection between the associated signal box 4, 4' and the respective coupling half 2, 2 ', each a signal line with a connection 4a, 4'a, by means of which the signal box 4, 4' is connected to the respective microcontroller 10, 10', each a microcontroller 10, 10' and each a transmission unit 15, 15' to form the wireless transmission path 16.
  • Figure 6 is a first variant of the second exemplary embodiment Figure 5 shown as a further expansion stage.
  • the structure of the first variant of the second exemplary embodiment corresponds to the second variant of the first exemplary embodiment Figure 3 , which is already described above.
  • Each transmission unit 15, 15' is connected directly to the respective wagon control unit 12, 12' via serial interface lines 14, 14' to enable wireless transmissions.
  • Figure 7 shows a second variant of the second exemplary embodiment according to FIG. 5 as a further expansion stage.
  • the structure of the second variant of the second exemplary embodiment corresponds to the third variant of the first exemplary embodiment Figure 4 , which is already described above.
  • each transmission unit 15, 15' is connected directly to the respective wagon control unit 12, 12' via serial interface lines 14, 14' in order to enable wireless transmissions.
  • Figure 8 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention for synchronizing digital automatic coupling halves 2, 2 'of an arrangement of a coupling point of two rail vehicles A, B.
  • a decoupling process is started by manually generating a signal for decoupling by actuating a signal box at the coupling point on one of the two rail vehicles A, B.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Eine Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen (A, B) mit digitalen automatischen Kupplungshälften (2, 2') mit einer Synchronisationsvorrichtung (1), wobei die digitalen automatischen Kupplungshälften (2, 2') jeweils einen elektrischen Aktuator (3, 3') mit einer Aktuatorsteuerung aufweisen, zeichnet dadurch aus, dass die Synchronisationsvorrichtung (1) mindestens eine bidirektionale Übertragungstrecke aufweist, welche mit den Aktuatorsteuerungen einer jeden Kupplungshälfte (2, 2') direkt oder indirekt über jeweils eine Binärleitung verbunden ist. Ein Verfahren zum Synchronisieren von digitalen automatischen Kupplungshälften (2, 2') einer Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen (A, B) wird geschaffen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen mit digitalen automatischen Kupplungshälften mit einer Synchronisationsvorrichtung. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Synchronisieren von digitalen automatischen Kupplungshälften einer solchen Anordnung.
  • Bei der Digitalisierung und Automatisierung im Schienenverkehr spielt die Digitale Automatische Kupplung (DAK) eine bedeutende Rolle. Im Weiteren wird hier für die Digitale Automatische Kupplung auch die übliche Abkürzung "DAK" verwendet.
  • Im Bereich der automatischen Kupplungen für Schienenfahrzeuge ist beispielsweise die Scharfenbergkupplung bekannt. Sie ist eine starre Mittelpufferkupplung.
  • Das Prinzip der Scharfenbergkupplung wird bei der DAK sowohl bei Passagierzügen eingesetzt als auch bei der DAK für Güterzüge präferiert. Der Kupplungsvorgang läuft rein mechanisch ab, die über eine Hakenscheibe und Federpakete in jedem Kupplungskopf realisiert werden.
  • Für den Entkupplungsvorgang werden jedoch Aktuatoren benötigt, die der Federkraft der Federpakete entgegenarbeiten, indem sie die Hakenscheibe in die Lösestellung zurückdrücken. In Passagierzügen werden hierzu in der Regel elektropneumatische Aktuatoren verwendet. Bei Güterzügen ist die Sachlage anders, weshalb eine elektromechanische Lösung präferiert wird.
  • Ein elektromechanischer Aktuator funktioniert mithilfe eines Elektromotors, der elektrische Energie in mechanische umwandelt. Wird der Aktuator angesteuert, kommt es in dem Elektromotor zu einer Drehbewegung des Rotors. Diese Drehbewegung wird weiter über eine Getriebestufe auf eine Gewindespindel übertragen. Die Gewindespindel ist in ihrer axialen Richtung ortsfest eingebaut. Auf der Gewindespindel ist eine Spindelmutter aufgeschraubt, welche in einer Linearführung drehfest aber linear beweglich ist.
  • Die Drehbewegung der Gewindespindel wird mittels der Spindelmutter in eine Linearbewegung umgewandelt, wobei die Linearbewegung auf ein mit der Spindelmutter verbundenes Führungsrohr übertragen, welches auf die Hakenscheibe eine entsprechende Kraft einleitet, um diese aus einer Kupplungsstellung in eine Entkupplungsstellung zu verschwenken. Nach vollständigem Entkuppeln der beiden Züge/Wagons kann der elektromechanische Aktuator in seine Ausgangsstellung zurückgefahren werden.
  • TCMS (Train Control & Management Systeme) ist ein zugweiter Datenbus, ähnlich wie beim zentralen Nervensystem des Menschen. Es stellt die Kommunikation zwischen der übergeordneten Zugsteuerung und Subsystemen wie Antrieben, Bremsen, Türen, Klimaanlagen, Beleuchtung oder Nasszellen her und verbindet sie mit der übergeordneten Fahrzeugsteuerung.
  • Mit TCMS können die übergeordnete Steuerung in den Wagons miteinander kommunizieren und Daten austauschen, sodass bei gekuppelten Wagons synchrone Entkupplungsvorgänge über beide elektromechanischen oder elektropneumatischen Aktuatoren in jeweils einem Kupplungskopf realisiert werden können.
  • Ohne zugweites TCMS existiert keine zentrale Fahrzeugsteuerung, weshalb die Entkupplung zweier Wagons nur an der Kuppelstelle erfolgen kann.
  • Bei einem elektrisch angesteuerten Aktuator (elektropneumatisch, elektromechanisch) kann der Entkupplungsvorgang dann über einen Schalter oder Taster an einem der beiden Wagons gestartet werden. Das Problem ist hierbei, dass der Aktuator für die Entkupplung ungefähr doppelt so viel Kraft aufwenden muss, da u.a. die Kräfte beider Federpakete an jeweils den Kupplungshälften überwunden werden müssen. Der Aktuator müsste hierfür deutlich größer ausgeführt werden, was zu konstruktiven Problemen führen kann, da der Bauraum in einem Kupplungskopf durch die vielen Komponenten und die Formgebung sehr begrenzt ist. Zudem sind die Kosten eines solchen Aktuators auch entsprechend hoch.
  • Eine Synchronisierung des Entkupplungsvorgangs über zwei Personen der jeweiligen Entkupplungssteuerung (Schalter oder Taster) des entsprechenden Wagons/Schienenfahrzeugs ist auch denkbar, um die Kraft für jeweils einen Aktuator zu minimieren, jedoch nicht verzögerungs- und fehlerfrei möglich, sodass unvorhergesehene Ereignisse möglich sind.
  • Da bei Güterzügen derzeit noch kein TCMS in einer serienfertigen Ausführung im Einsatz ist, kann für Entkupplungsvorgänge leider noch nicht auf diese Schnittstelle zugegriffen werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Synchronisationsvorrichtung für Kupplungshälften einer Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) mit elektromechanischem Aktuator bereitzustellen, welches bei Güterzügen und bei allen Schienenfahrzeugen ohne TCMS eingesetzt werden kann, und wobei die oben genannten Nachteile behoben oder zumindest in bedeutender Weise nicht mehr auftreten.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Anordnung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die weitere Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 10 gelöst.
  • Ein Erfindungsgedanke ist es, ein Konzept zur Synchronisation des Entkupplungsvorgangs anzugeben, wenn kein zugweites TCMS vorhanden ist und daher dieser Prozess lokal an einer Kupplungsstelle zwischen zwei Wagons/Schienenfahrzeugen mithilfe elektrischer Ansteuerung ausgeführt werden muss.
  • Eine erfindungsgemäße Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen mit digitalen automatischen Kupplungshälften mit einer Synchronisationsvorrichtung, wobei die digitalen automatischen Kupplungshälften jeweils einen elektrischen Aktuator mit einer Aktuatorsteuerung aufweisen, zeichnet sich dadurch aus, dass die Synchronisationsvorrichtung mindestens eine bidirektionale Übertragungstrecke aufweist, welche mit den Aktuatorsteuerungen einer jeden Kupplungshälfte direkt oder indirekt über jeweils eine Binärleitung verbunden ist.
  • Ein bedeutender Vorteil ist es, dass die Aktuatoren beider Kupplungshälften gleichzeitig durch die Synchronisationsvorrichtung betätigt werden können.
  • Da die heutzutage noch üblichen Schraubkupplungen zwischen Güterwagens sowohl Personal als auch viel Zeit und ebenso viel Aufwand beanspruchen, ist es besonders vorteilhaft, dass mithilfe einer Prozessautomatisierung der digitalen automatischen Kupplungen ein Güterzug sehr viel effizienter, flexibler und kostengünstiger zusammengestellt und variiert werden kann, was letztlich für den Betreiber und auch für den Endkunden große Vorteile bringt.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Synchronisieren von digitalen automatischen Kupplungshälften einer Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen weist die folgenden Verfahrensschritte auf. VS1 Starten eines Entkupplungsvorgangs durch manuelles Erzeugen eines Signals zum Entkuppeln durch Betätigen einer Signalbox an der Kupplungsstelle an einem der zwei Schienenfahrzeuge; VS2 Weiterleiten des Signals an die Aktuatorsteuerung des Aktuators der zu dem einen der zwei Schienenfahrzeuge gehörigen Kupplungshälfte und gleichzeitiges Weiterleiten des Signals zum Entkuppeln an die Aktuatorsteuerung des Aktuators der zu dem anderen der zwei Schienenfahrzeuge gehörigen Kupplungshälfte; und VS3 Gleichzeitiges Lösen beider Kupplungshälften mittels der zugehörigen Aktuatoren.
  • Ein Vorteil hierbei besteht darin, dass beide Aktuatoren das Lösen der jeweiligen Kupplungshälfte synchron und zeitgleich ausführen. Das Signal zum Entkuppeln muss nur an einer Kupplungsseite, d.h. an nur einem der beiden Schienenfahrzeuge erzeugt werden, z.B. durch Betätigen einer Taste einer Signalbox. Das ergibt einen bedeutenden Vorteil in vielerlei Hinsicht, u.a. Aufwand, Kosten, Flexibilität, Sicherheit.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
  • In einer Ausführung ist die Übertragungsstrecke eine bidirektionale drahtgebundene Übertragungsstrecke und ist als eine Elektrokupplung ausgebildet. Das ist vorteilhaft, da so Signale und Daten sowohl nur von dem einen Schienenfahrzeug als auch nur von dem anderen Schienenfahrzeug übertragen werden können. Dies ist besonders bei Zustandsabfragen von Vorteil.
  • In einer anderen Ausführung weist die Synchronisationsvorrichtung an jedem Schienenfahrzeug jeweils eine Übertragungseinheit mit einer bidirektionalen drahtlosen Übertragungsstrecke auf. Damit können vorteilhaft Installationen von Kabeln eingespart werden.
  • Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die Synchronisationsvorrichtung mindestens eine Signalbox an jedem Schienenfahrzeug aufweist, die mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit der drahtlosen Übertragungsstrecke und der jeweiligen Binärleitung der Aktuatorsteuerung der jeweiligen Kupplungshälfte verbunden ist. Dies ist vorteilhaft, da so an jedem der beiden Schienenfahrzeuge an der Kupplungsstelle ein Entkupplungsvorgang ausgelöst werden kann.
  • In einer noch weiteren Ausführung weist die Synchronisationsvorrichtung mindestens einen Microcontroller an jedem Schienenfahrzeug auf, welcher mit der jeweiligen Signalbox und mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit der drahtlosen Übertragungsstrecke verbunden ist. Auf diese Weise ist ein vorteilhaft einfacher Datenaustausch unterschiedlicher Formate und unterschiedlicher Datenübertragungsprozesse mögliche.
  • Wenn der mindestens eine Microcontroller an jedem Schienenfahrzeug mit der jeweiligen Binärleitung der Aktuatorsteuerung der jeweiligen Kupplungshälfte verbunden ist, ergibt sich ein Vorteil darin, dass die Datenleitungen der Elektrokupplung nun für die binäre Steuersignale verwendet werden können, die somit auch von dem Aktuator der einen Kupplungshälfte zu dem anderen Aktuator der anderen Kupplungshälfte übertragen werden können, was eine synchrone Ansteuerung zum Entkuppeln beider Aktuatoren ermöglicht.
  • Eine andere Ausführung sieht vor, dass der mindestens eine Microcontroller an jedem Schienenfahrzeug mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung über eine digitale Interfaceleitung oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit der drahtlosen Übertragungsstrecke über eine serielle Interfaceleitung verbunden ist. Dies ist von Vorteil, da diese Leitung besonders für die zu übertragenden Signale ausgelegt und gegen Störungen (z.B. im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit - EMV) abgeschirmt ist.
  • In einer noch weiteren Ausführung ist es vorgesehen, dass die Synchronisationsvorrichtung mindestens eine Wagonsteuereinheit an jedem Schienenfahrzeug aufweist, welche mit der jeweiligen Binärleitung der Aktuatorsteuerung der jeweiligen Kupplungshälfte und mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit der drahtlosen Übertragungsstrecke verbunden ist. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass eine Signalbox nur optional sein kann.
  • Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die mindestens eine Wagonsteuereinheit an jedem Schienenfahrzeug mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung über eine Ethernetleitung oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit der drahtlosen Übertragungsstrecke 16 über eine serielle Interfaceleitung verbunden ist. Auf diese Weise ist es nicht nur vorteilhaft möglich, dass die Wagonsteuereinheit alle Funktionalitäten an dem zugehörigen Schienenfahrzeug zusätzlich übernehmen kann, sondern auch eine Kommunikationsverbindung mit einer übergeordneten Zugsteuerung ausführen kann.
  • In einer Ausführung des Verfahrens, ist es vorteilhaft, dass das Weiterleiten des Signals zum Entkuppeln, das an dem einen Schienenfahrzeug für die eine zugehörige Kupplungshälfte erzeugt wird, an die andere der beiden Kupplungshälften, die zu dem anderen Schienenfahrzeug gehört, über eine drahtgebundene Übertragungsstrecke einer Elektrokupplung erfolgt, da auf diese Weise ein vorhandenes Bauteil Verwendung finden kann.
  • Eine weitere Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass das Weiterleiten des Signals zum Entkuppeln, das an dem einen Schienenfahrzeug für die eine zugehörige Kupplungshälfte erzeugt wird, an die andere der beiden Kupplungshälften, die zu dem anderen Schienenfahrzeug gehört, über eine drahtlose Übertragungsstrecke erfolgt. So können arbeits- und kostenaufwändige Installationen vorteilhaft eingespart werden.
  • In einer weiteren Ausführung des Verfahrens ist es vorteilhaft möglich, dass in dem Verfahrensschritt VS1 Starten eines Entkupplungsvorgangs der Entkupplungsvorgang abgebrochen werden kann.
  • Es ist zudem vorteilhaft, wenn die Signalbox den aktuellen Zustand des jeweiligen Aktuators anzeigt, da so auf einfache Weise, z.B. auf Knopfdruck an der Signalbox oder auch automatisch, der aktuelle Zustand ermittelt werden kann.
  • Bei dem Synchronisieren von digitalen automatischen Kupplungshälften einer Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen sind die digitalen automatischen Kupplungshälften nach der oben beschriebenen Anordnung ausgebildet.
  • Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind beispielsweise die folgenden.
    • Einsatz an allen Schienenfahrzeugen ohne TCMS oder zugweite Datenbusleitung (wie z.B. derzeitige Güterzüge)
    • Ermöglicht Synchronisierung zwischen zwei Kupplungen und deren Ansteuerungen (= lokale Synchronisation beider Kupplungshälften 2, 2')
    • Relativ kostengünstige Lösung zum Nachrüsten an bisherigen Schienenfahrzeugen bzw. Wagons
    • Erfordert weniger Aufwand und Personal u.a. beim Entkupplungsvorgang
    • Kostenreduzierung für Betreiber etc.
    • Erhöhte Sicherheit für das Personal
    • Ausbaufähig auf zukunftsorientierte Lösungskonzepte (z.B. Digitalisierung, TCMS, Digital Freight Car, DAC5)
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind einzelne Merkmale der nachfolgenden Ausführungsbeispiele nicht nur bei diesem, sondern auch bei anderen Ausführungsbeispielen einsetzbar. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen mit digitalen automatischen Kupplungshälften mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchronisationsvorrichtung;
    Figur 2-4
    Varianten des ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 1 ;
    Figur 5
    eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen mit digitalen automatischen Kupplungshälften mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchronisationsvorrichtung;
    Figur 6-7
    Varianten des ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 1; und
    Figur 8
    ein schematisches Flussdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen mit digitalen automatischen Kupplungshälften 2, 2' mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchronisationsvorrichtung 1.
  • Ein erstes Schienenfahrzeug ist mit dem Bezugszeichen A nur angedeutet, wobei ein zweites Schienenfahrzeug mit dem Bezugszeichen B gekennzeichnet ist. Die Schienenfahrzeuge A, B sind hier Güterwagens. Natürlich können die Schienenfahrzeuge A, B auch Lokomotive und Wagon oder Lokomotiven sein.
  • Das erste Schienenfahrzeug A ist mit einer ersten Kupplungshälfte 2 versehen, und das zweite Schienenfahrzeug B besitzt eine zweite Kupplungshälfte 2'. Beide Kupplungshälften 2, 2' sind baugleich und als Mittelpufferkupplungen (z.B. Scharfenbergkupplung) ausgebildet.
  • Jede Kupplungshälfte 2, 2' weist einen Aktuator 3, 3' auf, welcher eine jeweilige Hakenscheibe 3a, 3'a gegen eine Federkraft einer oder mehrerer Federn (nicht gezeigt, aber vorstellbar) verschwenkt, um einen Entkupplungsvorgang durchzuführen.
  • In Figur 1 ist das grundsätzliche Konzept einer Synchronisation der Kupplungshälften 2, 2' mit einem elektromechanischen Aktuator 6, 6' veranschaulicht, wobei auch jeder andere elektrisch angesteuerte Aktuator hierfür infrage kommen kann. Jeder Aktuator 3, 3' beinhaltete seine eigene Ansteuerungs- und Verarbeitungselektronik für einen Motor, eine Motorbremse und die Schaltersignale, die zusammengefasst als Aktuatorsteuerung (nicht gezeigt, aber leicht vorstellbar) bezeichnet werden. Die Aktuatorsteuerung wird auch als Aktuatorbox bezeichnet.
  • Über binäre Signale erfolgt die Kommunikation mit einer Signalbox 4, 4', die u.a. die Schalter und Tasten für den Bediener enthält. Jede Signalbox 4, 4' ist jeweils über eine Binärleitung 5, 5' mit Aktuatorsteuerung der zugehörigen Kupplungshälfte 2, 2' elektrisch leitend verbunden.
  • Mithilfe der Signalbox 4, 4' kann das Zugpersonal z.B. lokal einen Entkupplungsvorgang starten oder auch vorzeitig abbrechen, sowie den aktuellen Zustand des jeweiligen Aktuators 3, 3' auslesen (Initialposition, Pufferstellung) und sichtbar machen (beispielsweise über LEDs).
  • Um diese binären Steuersignale von einer Signalbox 4 des Aktuators 3 der Kupplungshälfte 2 des ersten Schienenfahrzeugs A über zwei Fahrzeuge A, B oder Wagons hinweg an den Aktuator 3' des zweiten Schienenfahrzeugs B zu senden, wird eine sogenannte Elektrokupplung 8, 8' benötigt, auch als E-Kupplung, E-Coupler oder Eku bekannt ist. Jeder Kupplungskopf einer jeden Kupplungshälfte 2, 2' besitzt eine solche E-Kupplung 8, 8', die sowohl elektrische Kontakte als Datenverbinder 8a, 8'a für eine Datenbusleitung als auch Leistungsverbinder 8b, 8'b für die Spannungsversorgung besitzt. Nach dem mechanischen Einkuppeln der beiden Kupplungshälften 2, 2' werden die beiden dazugehörigen Elektrokupplungen 8, 8' miteinander verbunden, indem die zugehörigen Druck- und Festkontakte 8a, 8'a; 8b, 8'b an jeder E-Kupplung 8, 8' in Berührung bzw. in Verbindung gebracht werden.
  • Anschlüsse für Masseleitungen 7, 7' sind über die E-Kupplung 8, 8' ebenfalls verbunden.
  • Für Güterwagen ohne TCMS (Train Control & Management Systeme) werden die Datenleitungen der E-Kupplung 8, 8' nun für die binäre Steuersignale verwendet, die somit auch von dem Aktuator 3 der ersten Kupplungshälfte 2 zum anderen Aktuator 3' der zweiten Kupplungshälfte 2' geschickt werden können, was eine synchrone Ansteuerung zum Entkuppeln beider Aktuatoren 3, 3' ermöglicht.
  • Beispielsweise kann an dem ersten Schienenfahrzeug A das Entkupplungssignal über die Signalbox 4 betätigt werden, welches über eine an der Signalbox 4 angeschlossene Verbindung 4a und eine Signalleitung 6 über die E-Kupplung 8, 8' ebenfalls an das zweite Schienenfahrzeug B übertragen wird. An dem ersten Schienenfahrzeug A kann es direkt mit einem digitalen Eingang 6a der Aktuatorsteuerung verbunden werden, und es wird über die Signalbox 4' über die Signalleitung 6' und den Digitaleingang 6'a der zweiten Kupplungshälfte 2' weitergeleitet, so dass auch der Aktuator 3' der zweiten Kupplungshälfte 2' des zweiten Schienenfahrzeugs B den Entkupplungsvorgang startet.
  • An dem ersten Schienenfahrzeug A wird zeitgleich mit einer vorher definierten zeitlichen Verzögerung, die aufgrund des Signalumwegs von der Signalbox 4 zum Aktuator 3 eingebaut werden kann, der Aktuator 3 für den Entkupplungsvorgang angetrieben. Natürlich kann die Betätigung auch auf der anderen Seite, d.h. an der Signalbox 4' des zweiten Schienenfahrzeugs B, erfolgen. Beide Aktuatoren 3, 3' führen synchron und zeitgleich die Aktion aus. Es muss nur an einer Seite der Kupplungsstelle, d.h. nur am ersten Schienenfahrzeug A oder nur am zweiten Schienenfahrzeug B eine Betätigung der jeweiligen Signalbox 4, 4' erfolgen, was ein immenser Vorteil in vielerlei Hinsichten bietet (u.a. Aufwand, Kosten, Flexibilität, Sicherheit).
  • Dieses erste Ausführungsbeispiel veranschaulicht den Einsatz eines DAK-Systems mit lokaler Synchronisation mittels der Synchronisationsvorrichtung 1 an Zügen bzw. Wagons ohne zugweite Datenbusleitung bzw. ohne TCMS, wie beispielsweise aktuelle Güterzüge, die in den kommenden Jahren entsprechend mit diesem System (DAK 4.5 oder DAC 4.5) für den Testbetrieb aufgerüstet werden.
  • Mit anderen Worten, die Synchronisationsvorrichtung 1 umfasst jeweils mindestens eine Signalbox 4, 4' an jedem Schienenfahrzeug A, B, jeweils eine Binärleitung 5, 5' als Verbindung zwischen der zugehörigen Signalbox 4, 4' und der jeweiligen Kupplungshälfte 2, 2', jeweils eine Signalleitung 6, 6' und Verbindung 4a, 4'a, mittels welcher die Signalbox 4, 4' an die Elektrokupplung 8, 8' angeschlossen ist, und die Elektrokupplung 8, 8' mit den Signalverbindern 8a, 8'a, wobei die Signalleitung 6, 6' auch an einen Digitaleingang 6a, 6'a der jeweiligen Kupplungshälfte 2, 2' angeschlossen ist. Zudem verbindet die Elektrokupplung 8, 8' auch die elektrisch leitenden Gehäusemassen der Kupplungshälften 2, 2' über Masseleitungen 7, 7'.
  • Die Elektrokupplung 8, 8' bildet hier eine drahtgebundene, bidirektionale Übertragungsstrecke der Synchronisationsvorrichtung 1.
  • Mit dem Doppelpfeil Synchronisationsrichtung 9 ist angedeutet, dass es möglich ist, einen Entkupplungsvorgang nicht nur an dem ersten Schienenfahrzeug A auszulösen, welcher dann über die Synchronisationsvorrichtung 1 an das zweite Schienenfahrzeug B übertragen wird, sondern das/die Signal/Signale für den gleichen Vorgang in umgekehrter Richtung von dem zweiten Schienenfahrzeug B an das erste Schienenfahrzeug A zu übertragen.
  • Figur 2 stellt eine erste Variante des ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 1 der lokalen Synchronisationsvorrichtung 1 an der Kupplungsstelle dar, diesmal jedoch mit einer Digitalen Schnittstelle wie z.B. Ethernet oder CAN über die Elektrokupplung 8, 8'.
  • Der Datenaustausch untereinander wird hier jeweils über einen Mikrocontroller (MCU) 10, 10' auf der jeweiligen Kupplungsseite an dem jeweiligen Schienenfahrzeug A, B gewährleistet. Jeder Microcontroller 10, 10' kommuniziert mit der zugehörigen Signalbox 4, 4' in binärer Hinsicht über eine Signalleitung 6, 6', wobei jeweils ein Anschluss mit der Elektrokupplung 8, 8' aus einer digitalen Interfaceleitung (Ethernet oder CAN) besteht.
  • Jede Signalbox 4, 4' ist wie in dem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 über eine Binärleitung 5, 5' mit dem Aktuator 3, 3' der zugehörigen Kupplungshälfte 2, 2' verbunden.
  • Die Aufgabe dieser Microcontroller 10, 10' ist folglich die "Übersetzung" der Datenbussignale der digitalen Interfaceleitungen 11, 11' über der Elektrokupplung 8, 8' in binäre Signale zur Steuerung des jeweiligen Aktuators 3, 3' der zugehörigen Kupplungshälfte 2, 2' und umgekehrt, sowie die Verarbeitung der Anfragen aus der jeweiligen Signalbox 4, 4', was eine lokale Synchronisation an der Kupplungsstelle bei Schienenfahrzeugen A, B ohne zugweite Datenverbindungsmöglichkeit ermöglicht.
  • Die nächste Ausbaustufe wird in Figur 3 als eine zweite Variante des ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 1 der lokalen Synchronisationsvorrichtung 1 gezeigt.
  • In diesem Fall existiert ein TCMS über den Zug und den Wagons hinweg, also auch über das erste Schienenfahrzeug A und das zweite Schienenfahrzeug B.
  • Für die Kommunikation zwischen den Zügen bzw. Wagons sorgen entsprechende Steuereinheiten (Wagon Control Unit), die in jedem Wagon zu finden sind, über einer angepassten Recheneinheit (Wagon Computing Unit) verfügen und per Ethernet an das zugweite TCMS angeschlossen werden. In Figur 3 sind diese in dem Block Wagonsteuereinheit 12, 12' dargestellt. So können nun Befehle und Manöver von der zentralen Fahrzeugsteuerung umgesetzt werden, wie beispielsweise Bremsproben und Entkupplungen, aber auch die Zustände und IDs jeder angeschlossene Komponente an das übergeordnete System gemeldet werden.
  • In dieser Ausbaustufe ist noch die Signalbox 8, 8' aus dem ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 1 und der ersten Variante nach Figur 2 enthalten (auch als DAC 4.5-Box bezeichnet), weshalb noch ein Co-Prozessor (hier ebenfalls als Microcontroller 10, 10' bezeichnet) sein Einsatz zunächst findet, der den Signalfluss entsprechend koordiniert.
  • Dieser Microcontroller 10, 10' ist als Hilfsrecheneinheit ebenfalls über eine digitale Schnittstelle (digitale Interfaceleitung 11, 11') an die Wagonsteuereinheit 12, 12' angeschlossen, und steht zugleich über binäre Schnittstellen (Verbindung 4a, 4'a) mit der entsprechenden Signalbox 8, 8' und Binärleitung 5, 5' mit der Aktuatorsteuerung in der jeweiligen Kupplungshälfte 2, 2' in Verbindung. Die Digitale Schnittstelle (digitale Interfaceleitung 11, 11') kann beispielsweise Ethernet, CAN oder auch eine serielle Schnittstelle (SPI, I2C, ...) sein.
  • Die Aufgabe dieses Co-Prozessors (Microcontroller 10, 10') ist folglich die "Übersetzung" der Datenbussignale in binäre Signale zur Steuerung des Aktuators 3, 3' der jeweiligen Kupplungshälfte 2, 2' und umgekehrt sowie die Verarbeitung der Anfragen aus Signalbox 8, 8', Aktuatorsteuerung der jeweiligen Kupplungshälfte 2, 2' und Wagonsteuereinheit 12, 12'.
  • Auf diese Weise funktioniert die Synchronisationsvorrichtung 1 und ist entsprechend aufgebaut.
  • Figur 4 zeigt eine dritte Variante des ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 1 der lokalen Synchronisationsvorrichtung 1.
  • In dieser dritten Variante existiert weiterhin das TCMS. Die Wagonsteuereinheit 12, 12' übernimmt alle Funktionalitäten im und am Schienenfahrzeug A, B. Eine optionale Signalbox 8, 8' ist nicht mehr vorhanden.
  • Die Kommunikation mit dem zugehörigen Aktuator 3, 3' wird von der Recheneinheit der Wagonsteuereinheit 12, 12' übernommen. Dazu ist die Wagonsteuereinheit 12, 12' über die Binärleitung 5, 5' mit dem Aktuator 3, 3' bzw. der Aktuatorsteuerung der jeweiligen Kupplungshälfte 2, 2' verbunden. Die Wagonsteuereinheit 12, 12' ist zudem mit der Fahrzeugsteuerung und den anderen Wagonsteuereinheiten 12, 12' über die Elektrokupplung 8, 8' und dem TCMS mittels weiterer Leitungen, die hier Ethernetleitungen 13, 13' sind, verbunden.
  • Diese dritte Variante bildet eine volle Ausbaustufe und wird als DAK 5 bzw. DAC 5 bezeichnet und steht für das endgültige Ziel der Entwicklung zu einem voll digitalen und vernetzten Güterzug, welcher sich mit modernen Kommunikationsmitteln (z.B. Tablet, Smartphone) und unter Umständen auch aus der Ferne steuern und überwachen lässt.
  • Da eine zunehmende Digitalisierung der Schienenfahrzeuge auch zunehmend den Einbezug von drahtlosen Technologien und Telematik bedeutet, werden neben den bisher vorgestellten Ausführungsbeispielen der Synchronisationsvorrichtung 1 noch weitere Beispiele vorgestellt, die über drahtlose Kommunikationsmethode verfügen. Diese sind besonders sinnvoll, wenn die Elektrokupplung 8, 8' noch nicht vorhanden ist und/oder auch nicht nachrüstbar wäre (z.B. aufgrund des Bauraums).
  • Hierzu zeigt Figur 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen A, B mit digitalen automatischen Kupplungshälften 2, 2' mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchronisationsvorrichtung 1.
  • In Figur 5 ist das bereits vorgestellte Prinzip der lokalen Synchronisation über zwei Kupplungshälften 2, 2' diesmal jedoch mit einer Datenübertragung über eine drahtlosen Übertragungsstrecke 16 anstelle einer drahtgebundenen Übertragungsstrecke mit einer Elektrokupplung 8, 8'. Die drahtlose Übertragungsstrecke 16 ist als eine bidirektionale Übertragungsstrecke 16 ausgebildet.
  • In Anlehnung an die erste Variante des ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 1 der lokalen Synchronisationsvorrichtung 1 an der Kupplungsstelle ist hier eine zusätzliche Komponente für die Drahtlostechnologie als Übertragungseinheit 15, 15' mit einer Antenne mit entsprechendem Controller auf jeder Kupplungsseite der Schienenfahrzeuge A, B angeordnet.
  • Die Übertragungseinheit 15, 15' ist über eine serielle Schnittstelle o.ä. (serielle Interfaceleitung 14, 14' an dem jeweiligen Microcontroller 10, 10' angeschlossen ist. Der Microcontroller 10, 10' hat hier zusätzlich die Aufgabe, die binären Steuersignale für die drahtlose Übertragung zu "übersetzen". Für eine rein lokale Synchronisation zwischen den beiden Kupplungshälften eignen sich z.B. WiFi Direct, Bluetooth, Ultrabreitband (UWB) als einzusetzende Drahtlostechnologien. Im Rahmen der Zentralisierung über ein Rechenzentrum/Cloud oder einer zentralen Steuereinheit würden sich Mobilfunknetz (5G) oder Satellitennetzwerk (z.B. Starlink), aber auch WLAN anbieten, falls ein Gateway/Router in einem bestimmten Radius befindet (beispielsweise an einem Ablaufberg). So wäre eine zugweite Datenschnittstelle bzw. TCMS auch als eine drahtlose Datenschnittstelle "drahtlos" denkbar.
  • Mit anderen Worten, die Synchronisationsvorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst jeweils mindestens eine Signalbox 4, 4' an jedem Schienenfahrzeug A, B, jeweils eine Binärleitung 5, 5' als Verbindung zwischen der zugehörigen Signalbox 4, 4' und der jeweiligen Kupplungshälfte 2, 2', jeweils eine Signalleitung mit Verbindung 4a, 4'a, mittels welcher die Signalbox 4, 4' an dem jeweiligen Microcontroller 10, 10' angeschlossen ist, jeweils einen Microcontroller 10, 10' und jeweils eine Übertragungseinheit 15, 15' zur Bildung der drahtlosen Übertragungsstrecke 16.
  • In Figur 6 ist eine erste Variante des zweiten Ausführungsbeispiels nach Figur 5 als eine weitere Ausbaustufe gezeigt.
  • Bis auf die Übertragungseinheit 15, 15' mit der drahtlosen Übertragungsstrecke 16 entspricht der Aufbau der erste Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 3, der oben schon beschrieben ist.
  • Jede Übertragungseinheit 15, 15' ist direkt an die jeweilige Wagonsteuereinheit 12, 12' über serielle Interfaceleitungen 14, 14' angeschlossen, um drahtlose Übertragungen zu ermöglichen.
  • Figur 7 zeigt eine zweite Variante des zweiten Ausführungsbeispiels nach Figur 5 als eine weitere Ausbaustufe.
  • Bis auf die Übertragungseinheit 15, 15' mit der drahtlosen Übertragungsstrecke 16 entspricht der Aufbau der zweiten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der dritten Variante des ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 4, der oben schon beschrieben ist.
  • Auch hier ist jede Übertragungseinheit 15, 15' direkt an die jeweilige Wagonsteuereinheit 12, 12' über serielle Interfaceleitungen 14, 14' angeschlossen, um drahtlose Übertragungen zu ermöglichen.
  • Es ergeben sich somit folgende Vorteile:
    • Einsatz an allen Schienenfahrzeugen ohne TCMS oder zugweite Datenbusleitung (wie z.B. derzeitige Güterzüge)
    • Ermöglicht Synchronisierung zwischen zwei Kupplungen und deren Ansteuerungen (= lokale Synchronisation beider Kupplungshälften 2, 2')
    • Relativ kostengünstige Lösung zum Nachrüsten an bisherigen Schienenfahrzeugen bzw. Wagons
    • Erfordert weniger Aufwand und Personal u.a. beim Entkupplungsvorgang
    • Kostenreduzierung für Betreiber etc.
    • Erhöhte Sicherheit für das Personal
    • Ausbaufähig auf zukunftsorientierte Lösungskonzepte (z.B. Digitalisierung, TCMS, Digital Freight Car, DAC5)
  • Figur 8 zeigt ein schematisches Flussdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Synchronisieren von digitalen automatischen Kupplungshälften 2, 2' einer Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen A, B.
  • In einem ersten Verfahrensschritt VS1 erfolgt ein Starten eines Entkupplungsvorgangs durch manuelles Erzeugen eines Signals zum Entkuppeln durch Betätigen einer Signalbox an der Kupplungsstelle an einem der zwei Schienenfahrzeuge A, B.
  • Ein Weiterleiten des Signals an die Aktuatorsteuerung des Aktuators 3, 3' der zu dem einen der zwei Schienenfahrzeuge A, B gehörigen Kupplungshälfte 2, 2' und gleichzeitiges Weiterleiten des Signals zum Entkuppeln an die Aktuatorsteuerung des Aktuators 3, 3' der zu dem anderen der zwei Schienenfahrzeuge A, B gehörigen Kupplungshälfte 2, 2' wird in einem zweiten Verfahrensschritt durchgeführt.
  • Schließlich erfolgt in einem dritten Verfahrensschritt VS3 ein gleichzeitiges Lösen beider Kupplungshälften 2, 2' mittels der zugehörigen Aktuatoren 3, 3'.
  • Die Erfindung ist durch das oben angegebene Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche modifizierbar.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Synchronisationsvorrichtung
    2, 2'
    Kupplungshälfte
    3, 3'
    Aktuator
    4, 4'
    Signalbox
    4a, 4'a
    Verbindung
    5, 5'
    Binärleitung
    6, 6'
    Signalleitung
    6a, 6'a
    Digitaleingang
    7, 7'
    Masseleitung
    8, 8'
    Elektrokupplung
    8a, 8'a
    Signalverbinder
    8b, 8'b
    Leistungsverbinder
    9
    Synchronisationsrichtung
    10, 10'
    Microcontroller
    11, 11'
    Digitale Interfaceleitung
    12, 12'
    Wagonsteuereinheit
    13, 13'
    Ethernetleitung
    14, 14'
    Serielle Interfaceleitung
    15, 15'
    Übertragungseinheit
    16
    Übertragungsstrecke
    A, B
    Schienenfahrzeug
    VS1, VS2, VS3
    Verfahrensschritt

Claims (15)

  1. Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen (A, B) mit digitalen automatischen Kupplungshälften (2, 2') mit einer Synchronisationsvorrichtung (1), wobei die digitalen automatischen Kupplungshälften (2, 2') jeweils einen elektrischen Aktuator (3, 3') mit einer Aktuatorsteuerung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Synchronisationsvorrichtung (1) mindestens eine bidirektionale Übertragungstrecke aufweist, welche mit den Aktuatorsteuerungen einer jeden Kupplungshälfte (2, 2') direkt oder indirekt über jeweils eine Binärleitung verbunden ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsstrecke eine bidirektionale drahtgebundene Übertragungsstrecke ist und als eine Elektrokupplung (8, 8') ausgebildet ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsvorrichtung (1) an jedem Schienenfahrzeug (A, B) jeweils eine Übertragungseinheit (15, 15') mit einer bidirektionalen drahtlosen Übertragungsstrecke (16) aufweisen.
  4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsvorrichtung (1) mindestens eine Signalbox (4, 4') an jedem Schienenfahrzeug (A, B) aufweist, die mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung (8, 8') oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit (15, 15') der drahtlosen Übertragungsstrecke (16) und der jeweiligen Binärleitung der Aktuatorsteuerung der jeweiligen Kupplungshälfte (2, 2') verbunden ist.
  5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsvorrichtung (1) mindestens einen Microcontroller (10, 10') an jedem Schienenfahrzeug (A, B) aufweist, welcher mit der jeweiligen Signalbox (4, 4') und mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung (8, 8') oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit (15, 15') der drahtlosen Übertragungsstrecke (16) verbunden ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Microcontroller (10, 10') an jedem Schienenfahrzeug (A, B) mit der jeweiligen Binärleitung der Aktuatorsteuerung der jeweiligen Kupplungshälfte (2, 2') verbunden ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Microcontroller (10, 10') an jedem Schienenfahrzeug (A, B) mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung (8, 8') über eine digitale Interfaceleitung (11, 11') oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit (15, 15') der drahtlosen Übertragungsstrecke (16) über eine serielle Interfaceleitung (14, 14') verbunden ist.
  8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsvorrichtung (1) mindestens eine Wagonsteuereinheit (12, 12') an jedem Schienenfahrzeug (A, B) aufweist, welche mit der jeweiligen Binärleitung der Aktuatorsteuerung der jeweiligen Kupplungshälfte (2, 2') und mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung (8, 8') oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit (15, 15') der drahtlosen Übertragungsstrecke (16) verbunden ist.
  9. Anordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wagonsteuereinheit (12, 12') an jedem Schienenfahrzeug (A, B) mit der Übertragungsstrecke der Elektrokupplung (8, 8') über eine Ethernetleitung (13, 13') oder mit der jeweiligen Übertragungseinheit (15, 15') der drahtlosen Übertragungsstrecke (16) über eine serielle Interfaceleitung (14, 14') verbunden ist.
  10. Verfahren zum Synchronisieren von digitalen automatischen Kupplungshälften (2, 2') einer Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen (A, B),
    gekennzeichnet durch
    die Verfahrensschritte
    (VS1) Starten eines Entkupplungsvorgangs durch manuelles Erzeugen eines Signals zum Entkuppeln durch Betätigen einer Signalbox (4, 4') an der Kupplungsstelle an einem der zwei Schienenfahrzeuge (A, B);
    (VS2) Weiterleiten des Signals an die Aktuatorsteuerung des Aktuators (3, 3') der zu dem einen der zwei Schienenfahrzeuge (A, B) gehörigen Kupplungshälfte (2, 2') und gleichzeitiges Weiterleiten des Signals zum Entkuppeln an die Aktuatorsteuerung des Aktuators (3, 3') der zu dem anderen der zwei Schienenfahrzeuge (A, B) gehörigen Kupplungshälfte (2, 2'); und
    (VS3) Gleichzeitiges Lösen beider Kupplungshälften (2, 2') mittels der zugehörigen Aktuatoren (3, 3').
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Weiterleiten des Signals zum Entkuppeln, das an dem einen Schienenfahrzeug (A, B) für die eine zugehörige Kupplungshälfte (2, 2') erzeugt wird, an die andere der beiden Kupplungshälften (2, 2'), die zu dem anderen Schienenfahrzeug (A, B) gehört, über eine drahtgebundene Übertragungsstrecke einer Elektrokupplung (8, 8') erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Weiterleiten des Signals zum Entkuppeln, das an dem einen Schienenfahrzeug (A, B) für die eine zugehörige Kupplungshälfte (2, 2') erzeugt wird, an die andere der beiden Kupplungshälften (2, 2'), die zu dem anderen Schienenfahrzeug (A, B) gehört, über eine drahtlose Übertragungsstrecke (16) erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt VS Starten eines Entkupplungsvorgangs der Entkupplungsvorgang abgebrochen werden kann.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalbox (4, 4') den aktuellen Zustand des jeweiligen Aktuators (3, 3') anzeigt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einer Kupplungsstelle von zwei Schienenfahrzeugen (A, B) mit digitalen automatischen Kupplungshälften (2, 2') nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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