EP4665620A1

EP4665620A1 - Bremssystem mit energieversorgungssystem mit kombinierten energiespeicherarten zum betrieb von zumindest teilweise elektrisch betriebenen reibungsbremsstellern bei schienenfahrzeugen

Info

Publication number: EP4665620A1
Application number: EP24700991.3A
Authority: EP
Inventors: Sebastian REHBERGER
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2023-02-15
Filing date: 2024-01-17
Publication date: 2025-12-24
Also published as: CN120712211A; JP2026505207A; DE102023103590A1; KR20250143120A; WO2024170189A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem (B) mit einem Energieversorgungssystem (4), das einen ersten Energiespeicher (5) und einen zweiten Energiespeicher (6) aufweist. Der erste Energiespeicher (5) ist dazu eingerichtet, eine definierte Energiemenge zur Aufrechterhaltung von einer Sicherheitsbremsfunktion mit einer vollständigen Betätigung einer Bremskrafteinheit innerhalb einer ersten Zeitspanne (t1) abzugeben. Der zweite Energiespeicher (6) ist dazu eingerichtet, eine Energiemenge über eine zweite Zeitspanne (t2) abzugeben, wobei die zweite Zeitspanne (t2) größer als die erste Zeitspanne ist (t2). Der erste Energiespeicher (5) hat als Auslegungsziel eine möglichst hohe Leistung für den Leistungsabruf pro Zeiteinheit. Der zweite Energiespeicher (6) hat als Ziel, die Verfügbarkeit der Sicherheitsbremsfunktion bei Unterbrechung der externen Energieversorgung über einen möglichst langen Betriebszeitraum aufrecht zu erhalten, selbst wenn keine Bremsenergie vorhanden ist, oder Bremsenergie nur in minimalem Umfang zur Versorgung einer Bereitschaftselektronik zur Verfügung gestellt werden muss.

Description

BESCHREIBUNG

Bremssystem mit Energieversorgungssystem mit kombinierten Energiespeicherarten zum Betrieb von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Reibungsbremsstellern bei Schienenfahrzeugen

Die Verwendung von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Reibungsbremsstellern, den sogenannten elektro-mechanischen Bremsen, wird bei Schienenfahrzeugen eine immer vorteilhaftere Alternative zu pneumatischen Bremssystemen.

Dokument DE102017 215 289 A1 offenbart einen Bremsaktuator für ein Schienenfahrzeug mit einem Gehäuse, einem Anpressteil, das dazu konfiguriert ist, an eine Bremsscheibe gedrückt zu werden, einem Mittel zum Bewegen des Anpressteils, einer Logikeinheit im oder am Gehäuse, die dazu konfiguriert ist, das Mittel, zum Bewegen des Anpressteils zu steuern, einem Steuerungsanschluss am Gehäuse, einem Versorgungsanschluss am Gehäuse zum Versorgen des Bremsaktuators mit Energie, und einer Leistungselektronik mit Energiespeicher, die im oder am Gehäuse angeordnet ist und nur dem einen Bremsaktuator zugeordnet ist.

Pneumatische Bremssysteme und elektromechanische Bremsen hingegen enthalten üblicherweise mechanische Bauteile zur Betätigung von Scheiben- und Radbremsen. Pneumatische Bremssysteme werden heutzutage aufgrund ihrer historischen und technisch etablierten Zuverlässigkeit durch die dazu gesammelte Erfahrung über einen sehr langen Zeitraum (ca. 150 Jahre) als eine höchst zuverlässige Technologie angesehen. Dieser Ansatz der pneumatischen Reibungsbremse stellt dabei eine höchst verfügbare und unverlierbare Bremsfähigkeit zur Verfügung, welche darüber hinaus unabhängig vom Zustand von anderen Systemen oder Umgebungseinflüssen des Fahrzeugs ist. Sie ist daher heutzutage in allen Märkten weltweit durch Standards und Normen als Anforderung für Schienenfahrzeuge im Vollbahnbereich vorgeschrieben. Zusätzlich existieren Bremssysteme, welche auf weiteren technologischen Ansätzen beruhen wie z.B. die elektro-dynamische Bremse, welche den physikalischen Effekt der Induktion ausnutzt, damit Bewegungsenergie durch den Bremsvorgang zurückgewinnt und somit wirtschaftlicher ist. Jedoch wird eine solche Bremse als nicht höchst verfügbar und funktional nicht sicher angesehen, da das Abführen der Bremsenergie sowie die Funktionalität generell vom Zustand der beteiligten elektrischen und teilweise elektronischen Subsysteme, sowie dem Zustand des Fahrzeuges abhängig ist.

Dies gilt auch für elektro-mechanische Bremssysteme.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives, auf einem elektro-mechanischen Wirkprinzip basierendes Reibungsbremssystem mit einer dazugehörigen sicheren Energieversorgung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird von einem Bremssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßes Bremssystem ist dazu eingerichtet, mindestens eine Reibungsbremskraft mit einer oder als Resultat einer Sicherheitsbremsfunktion (z.B. für Schnellbremsung oder Notbremsung) zu erzeugen.

Eine Sicherheitsbremsfunktion ist eine lokale oder zugweite Funktion des Bremssystems, welche eine erhöhte Sicherheitsanforderung besitzt - beispielsweise eine Notbremse oder eine Parkbremse. Ein entsprechender Sicherheitsbremspfad ist eine Aneinanderreihung von Funktionen, welche als Gesamtes einen Bremsvorgang mit hoher Sicherheitsintegrität umsetzen.

Ein erfindungsgemäßes Bremssystem weist mindestens einen zumindest teilweise elektrisch betriebenen Reibungsbremssteller auf. Ein elektromechanisches Bremssystem ist ein Bremssystem, welches die Fähigkeit zur Erzeugung einer Verzögerungskraft oder Bremskraft eines Fahrzeuges mindestens elektronischer, elektrischer und mechanischer Komponenten zur Verfügung stellt.

Ferner beinhaltet das erfindungsgemäße Bremssystem mindestens eine

Bremssteuerungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, zumindest ein Kontroll- oder Stellsignal einer Kraftstellgröße (z.B. Zuspannkraft, Bremsmoment) bereitzustellen. Eine Kraftstellgröße ist eine Steuer- oder Regelgröße, welche entweder direkt oder indirekt eine Anforderung des Bremspfades darstellt, eine Kraft in einem für den Bremssteller relevanten Koordinatensystem zu erzeugen (z.B. Zylinderkraft), sowie dazugehörige Steuer- bzw. Manipulationsgrößen wie z.B. Reduziersignale, Anpassgrößen zur Qualitätsverbesserung etc. bei der Einstellung dieser Kraft zu berücksichtigen.

Die Bremssteuerungseinheit ist ferner ein Konglomerat von Funktionen zur Bereitstellung von zugweiten und lokalen Brems- und Erweiterungsfunktionen im Bremspfad aufgrund von Kontrolleingaben und/oder Fahrzeugzustandsgrößen und/oder Bremszustandsgrößen. Ein Bremspfad ist die Summe aller Funktionen, welche zwischen den Kontrolleingaben des Bremssystems und Erzeugung der Reibungsbremskraft aktiv sind und die systemweiten Bremsfunktionen herstellen.

Ferner beinhaltet ein erfindungsgemäßes Bremssystem mindestens eine Aktuatorsteuerungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Aktuationsgröße als Kontroll- oder Stellsignal (z.B. einer Anregungsgröße für das Prinzip einer elektrischen Maschine) für zumindest eine Bremskrafteinheit bereitzustellen. Die Aktuatorsteuerungseinheit beinhaltet beispielsweise ein Konglomerat von Funktionen zur Bereitstellung von Kraftfahrzeugen im Bremspfad aufgrund von Kraftstellgrößen.

Die Aktuatorsteuerungseinheit erhält Kontrolleingaben von der Bremssteuerungseinheit mit dem Ziel, die Kraftstellgröße mittels eines sicheren Steuerpfades als Teil der Sicherheitsbremsfunktionen umzusetzen. Des Weiteren kann eine Umschaltung in einen Zustand erfolgen, in welchem die Bremskrafteinheit in einen sicheren Zustand versetzt wird.

Ferner beinhaltet das Bremssystem mindestens eine Bremskrafteinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine Stellkraft zur Umsetzung der von der Aktuatorsteuerungseinheit empfangenen mindestens einen Aktuationsgröße als Kontroll- oder Stellsignale in eine Reibungsbremskraft umzusetzen.

Die Bremskrafteinheit beinhaltet beispielsweise ein Konglomerat von Funktionen zur Erzeugung einer Reibungsbremskraft aufgrund von Aktuationsgrößen. Eine Aktuationsgröße ist eine Steuer- oder Regelgröße, welche für den vorliegenden elektromechanischen Prozess bzw. dessen Wirkprinzip notwendigerweise zur Verfügung gestellt werden muss, um einen eindeutigen Bewegungszustand, Kraftzustand oder Positionszustand oder ähnliche Zustandseigenschaften (z.B. Feststellbremse) festzulegen und anzufordern.

Ein erfindungsgemäßes Bremssystem beinhaltet ferner ein Energieversorgungssystem, welches dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Bremskrafteinheit mit Energie zu versorgen, und das Energieversorgungssystem weist mindestens einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energiespeicher auf. Der erste Energiespeicher ist dazu eingerichtet, eine definierte Energiemenge mit einer definierten mechanischen oder elektrischen Höchstleistung zur Aufrechterhaltung von zumindest einer Sicherheitsbremsfunktion mit zumindest einer vollständigen Betätigung der Bremskrafteinheit innerhalb einer ersten Zeitspanne abzugeben. Der zweite Energiespeicher ist hingegen dazu eingerichtet, eine Energiemenge über eine zweite Zeitspanne abzugeben, wobei die zweite Zeitspanne größer als die erste Zeitspanne ist. Der erste Energiespeicher hat als Auslegungsziel eine möglichst hohe Leistung für den Leistungsabruf pro Zeiteinheit und zumindest über die Zeitdauer der Betätigung zu ermöglichen (z.B. bis zur Einnahme des sicheren Zustands einer Bremskrafteinheit bei einer Notbremsung). Für den zweiten Energiespeicher ist hingegen ein niedrigerer Energieabruf pro Zeiteinheit nötig, mit dem Ziel, die Verfügbarkeit der Sicherheitsbremsfunktion bei Unterbrechung der externen Energieversorgung bei einem möglichst langen Betriebszeitraum aufrecht zu erhalten, selbst wenn keine Bremsenergie vorhanden ist, oder Bremsenergie nur in minimalem Umfang zur Versorgung einer Bereitschaftselektronik zur Verfügung gestellt werden muss. Ferner muss der zweite Energiespeicher dazu ausgelegt sein, einen Umschaltvorgang auf den ersten Energiespeicher zur Ausübung zumindest einer Sicherheitsbremsfunktion mit zumindest einer vollständigen Betätigungsfunktion über einen möglichst langen Betriebszeitraum bereitzustellen.

Die dazugehörige Energieversorgung wird dabei zumindest teilweise mit einer Sicherheitsintegrität bereitgestellt, mit dem Ziel gemeinsam mit der Bremskrafteinheit und deren Funktion zur sicheren Bremskrafterzeugung auf Anforderung eine sichere Reibungsbremskraft zur Erfüllung der Sicherheitsbremsfunktionen zur Verfügung zu stellen.

Der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher sind also eine Pufferspeichereinheit - beim ersten Energiespeicher kann auch über einen kurzen Zeitraum eine maximale Energie abgerufen werden, vom zweiten Energiespeicher kann eine konstante Energiezufuhr, dafür aber über einen möglichst langen Zeitraum abgerufen werden.

Die Bremssteuerungseinheit stellt das Kontroll- oder Stellsignal einer Kraftstellgröße vorzugsweise mittels softwarebasierter Sicherheitsbremsfunktionen bereit. Die Aktuatorsteuerungseinheit hat das Ziel, die Kraftstellgröße mittels eines Sicherungssteuerpfads als Teil der Sicherheitsbremsfunktion umzusetzen, und optional kann auch ein Umschaltbefehl erzeugt werden, mit dem Ziel, die Bremskrafteinheit in einen sicheren Zustand zu versetzen. Mit Hilfe des Energieversorgungssystems kann garantiert werden, dass auch bei einem elektromechanischen Bremssystem eine Notbremsung bzw. eine Schnellbremsung schnell hervorgerufen werden kann.

Somit können die Vorteile des pneumatischen Bremssystems auch von elektromechanischen Bremssystemen umgesetzt werden. So kann beispielsweise das Systemgewicht reduziert werden, da periphere Zusatzsysteme zur Energieumwandlung, z.B. ein Kompressor, welcher bei einem pneumatischen Bremssystem nötig ist, hier nicht nötig sind. Bremssystemfunktionen können mit Methoden der Elektronik und Software bereitgestellt werden, und Funktionen können in Abhängigkeit von Kundenwünschen, Marktanforderungen und Fahrzeuggattungen bereitgestellt werden. Ferner ist ein situationsabhängiges dynamisches Verhalten zur Betriebszeit des Systems aufgrund von Elektronik und Software möglich, was auch zu einer Erhöhung der Bremsqualität, beispielsweise Bremsweg und Bremskomfort, führt. Ferner kann die Dynamik der Bremskraftvariation bzw. des Zustandswechsels der Bremse zur Verbesserung der Bremsqualität erhöht werden, beispielsweise bei einer Gleitschutzfunktion.

Eine Wartung und Fehleraufdeckung werden entsprechend einfacher, und ferner kann das Bremssystem in Fahrerassistenzmodelle eingebunden werden. Der erste und/oder der zweite Energiespeicher können jeweils auch mehrere redundante Energiespeicher umfassen. So kann Energie mit hoher Sicherheit und Verfügbarkeit bereitgestellt werden,

Vorzugsweise ist das Bremssystem ferner dazu angepasst, eine Reibungsbremskraft mit Betriebsbremsfunktion zu erzeugen.

Betriebsbremsfunktionen sind lokale oder zugweite Bremsfunktionen des Bremssystems, welche eine gewöhnliche Sicherheitsanforderung besitzen. Ein entsprechender Betriebsbremspfad ist eine Aneinanderreihung von Funktionen, welche als Gesamtes einen Bremsvorgang mit niedriger Sicherheitsintegrität umsetzen. Mit dem erfindungsgemäßen Bremssystem kann also schnell zwischen Sicherheitsbremsfunktionen (d.h. Notbremsungen oder Schnellbremsungen) und Betriebsbremsfunktionen umgeschaltet werden.

Vorzugsweise ist das Energieversorgungssystem dazu eingerichtet, auch die Aktuatorsteuerungseinheit sowie die Bremssteuerungseinheit mit Energie zu versorgen, und insbesondere der zweite Energiespeicher ist dazu eingerichtet, die Aktuatorsteuerungseinheit sowie die Bremssteuerungseinheit mit Energie zu versorgen, optional zusätzlich die Bremskrafteinheit.

Somit versorgen verschiedene Teile des Energieversorgungssystems verschiedene Komponenten des Bremssystems, was wiederum zu einer hohen Sicherheitsintegrität führt.

Vorzugsweise sind der erste oder der zweite Energiespeicher dazu eingerichtet, elektrische Energie zu speichern. In diesem Fall kann der erste Energiespeicher vorteilhafterweise elektrischer Speicher mit hoher Ausprägung von kapazitiven Eigenschaften, vorzugsweise Kondensator weiter vorzugsweise als Plattenkondensator oder Super-Cap ausgebildet sein, und der zweite Energiespeicher ist vorzugsweise als chemischer Speicher, weiter vorzugsweise Akkumulator ausgebildet. Ein Plattenkondensator oder Super-Cap ermöglichen eine schnelle Abgabe von viel Energie, ein Akkumulator ermöglicht die Abgabe von einer geringeren Menge Energie, dafür allerdings über einen sehr langen Zeitraum.

Alternativ ist der erste Energiespeicher und/oder der zweite Energiespeicher dazu eingerichtet, pneumatische, chemische, hydraulische oder mechanische Energie zu speichern. In diesem Fall hat das Energieversorgungssystem vorzugsweise eine Ladeeinheit für den mindestens ersten und/oder zweiten Energiespeicher, welche dazu angepasst ist, zugeführte elektrische Energie in eine für den ersten und/oder zweiten Energiespeicher kompatible Energieform umzuwandeln.

So können beide Energiespeicher mit elektrischer Energie gespeist werden, allerdings kann Energie auch in anderer Form gespeichert werden.

Vorzugsweise ist der erste Energiespeicher dazu angepasst ist, den zweiten Energiespeicher zu laden, und/oder der zweite Energiespeicher ist dazu angepasst, den ersten Energiespeicher zu laden.

Weiter vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Bremssystem ferner eine elektrische Schnittstelle auf, welche dazu angepasst ist, das Energieversorgungssystem mit externer elektrischer Energie zu versorgen.

So können der erste Energiespeicher und/oder der zweite Energiespeicher entsprechend aufgeladen werden, wenn sie nicht genügend Energie gespeichert haben.

Weiter vorzugsweise weist das Bremssystem einen Versorgungsmonitor und eine Umschalteinheit auf, wobei der Versorgungsmonitor dazu eingerichtet ist, den Status und die Integrität der im Energieversorgungssystem enthaltenen Speicher sowie die elektrische Schnittstelle zu bewerten, und ggf. mindestens einen Umschaltbefehl zu generieren.

Die Umschalteinheit hingegen ist dazu angepasst, den mindestens einen Umschaltbefehl zu erhalten und auszuführen, und somit die Versorgung von zumindest der Bremskrafteinheit und optional der Aktuatorsteuerungseinheit und weiterhin optional der Bremssteuerungseinheit des Bremssystems auf den jeweils einen der beiden Energiespeicher oder die elektrische Schnittstelle umzuschalten. Dies kann beispielsweise als Schutzmechanismus dienen (zum Beispiel bei Lieferung von fehlerhafter Energie bzw. Leistung von einem Speicher).

Weiter vorzugsweise weist das Energieversorgungssystem ferner eine Energieversorgungseinheit auf, welche dem ersten und zweiten Energiespeicher sowie der Bremskrafteinheit, der Aktuatorsteuerungseinheit und/oder der Bremssteuerungseinheit elektrische Energie zur Verfügung stellen kann. Die elektrische Energie ist durch Bewegung der Bremskrafteinheit oder Energie-Harvesting von vorzugsweise anderen Komponenten erhältlich, weiter vorzugsweise in Form eines piezoelektrischen Effekts, eines thermoelektrischen Effekts und/oder eines photoelektrischen Effekts oder eben generatorisch erzeugte Energie.

Weiter vorzugsweise ist die Bremskrafteinheit dazu angepasst, mit Hilfe einer Funktion zur sicheren Bremskrafterzeugung oder Bremskrafterhaltung einen sicheren Zustand einzunehmen, welcher mit Hilfe einer Arretierfunktion auch ohne weitere Zuführung von Energie bestehen bleiben kann. Die Funktion zur sicheren Bremskrafterzeugung oder Bremskrafterhaltung ist insbesondere bei einer Schnellbremsfunktion oder Notbremsfunktion äußerst wichtig.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der beiliegenden Figuren näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Bremssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm einer ersten detaillierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt ein detailliertes Diagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Bremssystem B ersichtlich, dieses beinhaltet eine Bremssteuerungseinheit 1 , welche einen Umschaltbefehl erhält und Kraftstellgrößen ausgibt, eine Aktuatorsteuerungseinheit 2, welche Kraftstellgrößen empfängt und Aktuatorgrößen ausgibt, sowie eine Bremskrafteinheit 3, welche Aktuationsgrößen sowie Energie von außen erhält. Das gesamte Bremssystem B gibt wiederum Bremskräfte ab. Fig. 1 zeigt logische Einheiten, welche in einer Ausführungsform alle auf separaten Funktionsträgem (z.B Steuergeräten), hingegen in einer anderen Ausführungsform alle auf einem einzigen Funktionsträger untergebracht werden können. Es können Hardwareeinheiten, Softwareeinheiten oder kombinierte Einheiten vorliegen.

Das Energieversorgungssystem 4 des Bremssystems hat eine externe Energieversorgung von außen über eine elektrische Schnittstelle 8, und es beinhaltet eine Pufferspeichereinheit 12, welche einen ersten Energiespeicher 5 sowie einen zweiten Energiespeicher 6 aufweist. Ferner sind im Energieversorgungssystem 4 ein Versorgungsmonitor 9 sowie eine Umschalteinheit 10 vorhanden, ferner eine Ladeeinheit 7 sowie eine Energieversorgungseinheit 11 . Das Energieversorgungssystem 4 ist in der Lage, die Energieversorgung des gesamten Bremssystems zu übernehmen und ferner einen Umschaltbefehl entsprechend an die Bremssteuerungseinheit 1 weiterzugeben.

In Fig. 2 ist eine erste detaillierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Energieversorgungssystem 4 beinhaltet wiederum die Pufferspeichereinheit 12, welche einen ersten Energiespeicher 5 und einen zweiten Energiespeicher 6 aufweist. Im Energieversorgungssystem 4 sind ferner der Versorgungsmonitor 9 sowie die Umschalteinheit 10, sowie je Speicher (5,6) eine entsprechende Ladeeinheit (7 und 7‘) vorgesehen. Vom Energieversorgungssystem 4 werden ein Umschaltbefehl und entsprechende Energieversorgung an weitere Komponenten des Bremssystems B weitergegeben. Eine erste Bremssteuerungseinheit 1 sowie eine erste Aktuatorsteuerungseinheit 2 sind beispielhaft in einem Wagen oder Wagenkasten oder zumindest einmal pro Drehgestell vorgesehen. Die erste Bremssteuerungseinheit 1 beinhaltet Betriebsbremsfunktionen und zumindest eine Kraftstellgröße (z.B. Soll-Zylinderkräfte oder ein Reduktionssignal) für die entsprechende erste Aktuatorsteuerungseinheit 2. In diesem Fall ist beispielhaft eine erste Aktuatorsteuerungseinheit 2 zur Bereitstellung von Aktuationsgrößen und Betriebsbremspfad vorhanden. Es ist dabei nicht relevant, wo genau die erste Aktuatorsteuerungseinheit 2 vorgesehen ist - diese kann auch im Aktuator direkt vorgesehen sein.

Weiterhin sind im Drehgestell, nahe der Reibkrafterzeugung eine zweite Bremssteuerungseinheit 1', eine zweite Aktuatorsteuerungseinheit 2' sowie die Bremskrafteinheit 3 untergebracht. Hier werden entsprechende Sicherheitsbremsfunktionen umgesetzt. Die zweite Bremssteuerungseinheit 2' stellt Kraftstellgrößen und zumindest einen Umschaltbefehl in einem Sicherheitsbremspfad bereit, die zweite Aktuatorsteuerungseinheit 2' empfängt die Kraftstellgrößen und stellt Aktuationsgrößen im Sicherheitsbremspfad bereit, dies ist ein sicherer Steuerpfad. Die Bremskrafteinheit 3 empfängt Aktuationsgrößen durch den sicheren Steuerpfad und setzt diese mittels eines zumindest teilweisen elektrischen Wirkprinzips in eine Stellkraft um, mit Hilfe einer Arretierfunktion kann die erzeugte Bremskraft mittels der Stellkraftenergie energielos aufrechterhalten werden. Die

Energieversorgungsvorrichtung 4 ist beispielsweise auch im Wagen oder Wagenkasten, zumindest aber pro Drehgestell, pro Wagen, pro Wagengruppe oder pro Fahrzeug vorgesehen, beispielsweise interhalb eines Wagenkastens oder Unterflur. Die Bremskrafteinheit 3 sowie die zweite Bremssteuerungseinheit T und die zweite Bremssteuerungseinheit 2' und weitere zugehörige Einheiten werden alleinig durch die Energieversorgungseinheit mit Energie versorgt. Der erste Energiespeicher 5 ist hier als elektrisches oder elektrochemisches Element ausgeführt, beispielsweise als Plattenkondensator oder Super-Cap. Der zweite Energiespeicher 6 ist auch als elektrisches oder elektrochemisches Element ausgeführt, hier allerdings beispielsweise als Akkumulator. Der erste Energiespeicher 5 und der zweite Energiespeicher 6 sind Teile einer elektrischen Schaltungsanordnung, welche zu einer Pufferspeichereinheit 12 zusammengefasst sind. Somit sind Hybrideigenschaften vorhanden, der erste Energiespeicher kann hohen Leistungsbedarf bei kurzer Betriebsdauer ermöglichen, und der zweite Energiespeicher 6 kann niedrigen Leistungsbedarf, hohen Energiegehalt bei langer Betriebsdauer ermöglichen. Die Ladeeinheit 7 für den ersten Energiespeicher 5 sowie die Ladeeinheit 7‘ für den Energiespeicher 6 sind als Teil der Energieerzeugungseinheit 4 verbaut. Die Energie für das Laden kann aus drei Quellen kommen: aus der externen Energieversorgung, dem jeweils anderen Energiespeicher (erster Energiespeicher 5 oder zweiter Energiespeicher 6) oder der Energieerzeugungseinheit 4. In der Bremskrafteinheit 3 wird die erzeugte Stellkraft der Funktion "sichere Bremskraft erzeugen" mittels eines elektrischen oder elektromechanischen Wirkprinzips erzeugt.

In Fig. 3 ist die zweite Ausführungsvariante gezeigt. Wiederum ist zumindest eine Bremssteuerungseinheit 1 sowie eine entsprechende Aktuatorsteuerungseinheit 2 vorgesehen. Diese sind im Wagen oder Wagenkasten oder zumindest einmal pro Wagen oder einmal pro Drehgestell realisiert. Die erste Bremssteuereinheit 1 beinhaltet Betriebsbremsfunktionen und zumindest eine Kraftstellgröße (z.B. Soll-Zylinderkraft oder ein Reduktionssignal) zur Bereitstellung für die Aktuatorsteuerungseinheit 2. Die Aktuatorsteuerungseinheit 2 stellt Aktuationsgrößen für den Betriebsbremspfad zur Verfügung.

Weitere Komponenten sind im Drehgestell, nahe an der Reibungskrafterzeugung vorhanden. Hier ist eine zweite Bremssteuerungseinheit T vorgesehen, welche Kraftstellgrößen und zumindest einen Umschaltbefehl im Sicherheitsbremspfad bereitstellen soll.

Ferner ist eine zweite Aktuatorsteuerungseinheit 2' vorhanden welche die Kraftstellgrößen empfängt und Aktuationsgrößen im Sicherheitsbremspfad bereitstellt. Hier ist auch ein zweites Energieversorgungssystem 4' vorhanden, das in der Pufferspeichereinheit 12' einen ersten Energiespeicher 5' vorsieht. Dieser Energiespeicher ist dazu ausgeprägt, mechanische, hydraulische oder pneumatische Energie bereitzustellen. Die Umschalteinheit 9' gibt im Falle eines Versorgungsfehlers oder Ausfalls zur Energieversorgung die mechanische Energie und Leistung an die Funktion zur sicheren Bremskrafterzeugung als Teil der Bremskrafteinheit ab. Ferner ist eine Ladeeinheit 1 T vorgesehen, welche von der externen Energieversorgung bereitgestellte elektrische Energie in die Energieform des ersten Energiespeichers 5' bereitstellt. Die Bremskrafteinheit 3 kann als Ladeeinheit genutzt werden, um eine Ladeenergie für den ersten Speicher 5' bereitzustellen. Die Bremskrafteinheit T enthält Aktuationsgrößen in Abhängigkeit des aktiven Bremspfads und setzt diesen in Abhängigkeit des Umschaltbefehls um. Eine weitere erste Energieversorgungseinheit 4 ist pro Wagen oder Wagenkasten vorgesehen, eventuell auch pro Drehgestell, pro Wagen, pro Wagengruppe oder pro Fahrzeug. Die erste Energieversorgungseinheit 4 hat die spezielle Ausprägung, dass der zweite Energiespeicher 6 für diese Einheit realisiert ist, und diese als elektrisches oder elektrochemisches Element ausgeführt ist, beispielsweise als Akkumulator. Für den Energiespeicher 6 liegt eine entsprechende Ladeeinheit 7 vor. Diese Energieversorgungseinheit 4 versorgt die zweite Bremssteuerungseinheit 1', die zweite Aktuatorsteuerungseinheit 2' und die Bremskrafteinheit 3 mit Energie. Auch die zweite Energieversorgungseinheit 4' wird mit Energie versorgt. Die zweite Energiespeichereinheit 6' mit der zweiten Energieversorgungseinheit 4' wird somit sowohl von der ersten Energieversorgungseinheit 4 als auch von der Bremskrafteinheit 3 geladen. So ist es möglich, dass für die sichere Bremskrafterzeugung Energie von beiden Energieversorgungseinheiten 4 und 4' bereitgestellt wird, und die Sicherheitsbremsfunktion und der sichere Steuerpfad in der zweiten Bremssteuerungseinheit 1' und der Aktuatorsteuerungseinheit 2' dann lediglich von der ersten Energieversorgungseinheit 4 versorgt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem B mit einem Energieversorgungssystem 4, das mindestens einen ersten Energiespeicher 5 und einen zweiten Energiespeicher 6 aufweist. Der erste Energiespeicher 5 ist dazu eingerichtet, eine definierte Energiemenge mit einer definierten mechanischen oder elektrischen Höchstleistung zur Aufrechterhaltung von zumindest einer Sicherheitsbremsfunktion mit zumindest einer vollständigen Betätigung einer Bremskrafteinheit 3 innerhalb einer ersten Zeitspanne t1 abzugeben. Der zweite Energiespeicher 6 ist hingegen dazu eingerichtet, eine Energiemenge über eine zweite Zeitspanne t2 abzugeben, wobei die zweite Zeitspanne t2 größer als die erste Zeitspanne t1 ist. Der erste Energiespeicher 5 hat als Auslegungsziel eine möglichst hohe Leistung für den Leistungsabruf pro Zeiteinheit und zumindest über die Zeitdauer der Betätigung zu ermöglichen (z.B. bis zur Einnahme des sicheren Zustands einer Bremskrafteinheit bei einer Notbremsung). Für den zweiten Energiespeicher 6 ist hingegen lediglich ein niedrigerer Energieabruf pro Zeiteinheit nötig, mit dem Ziel, die Verfügbarkeit der Sicherheitsbremsfunktion bei Unterbrechung der externen Energieversorgung über einen möglichst langen Betriebszeitraum aufrecht zu erhalten, selbst wenn keine Bremsenergie vorhanden ist, oder Bremsenergie nur in minimalem Umfang zur Versorgung einer Bereitschaftselektronik zur Verfügung gestellt werden muss.

BEZUGSZEICHENLISTE

B Bremssystem

R Reibungsbremssteller

1 Bremssteuerungseinheit

2 Aktuatorsteuerungseinheit

3 Bremskrafteinheit

4 Energieversorgungssystem

5 erster Energiespeicher

6 zweiter Energiespeicher

7, 7' Ladeeinheit

8 elektrische Schnittstelle

9 Versorgungsmonitor

10 Umschalteinheit

11 Energieerzeugungseinheit

12 Pufferspeichereinheit t1 erste Zeitspanne t2 zweite Zeitspanne

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Bremssystem (B) für ein schienengebundenes Fahrzeug, welches dazu eingerichtet ist, mindestens eine Reibungsbremskraft mit einer einer oder als Resultat einer Sicherheitsbremsfunktionen zu erzeugen, wobei das Bremssystem (B) aufweist: mindestens einen zumindest teilweise elektrisch betriebenen Reibungsbremssteller (R) mindestens eine Bremssteuerungseinheit (1 ), welche dazu eingerichtet ist, zumindest ein Kontroll- oder Stellsignal einer Kraftstellgröße bereitzustellen, mindestens eine Aktuatorsteuerungseinheit (2), welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Aktuationsgröße als Kontroll- oder Stellsignal einer Kraftstellgröße für zumindest eine Bremskrafteinheit, bereitzustellen, wobei die Aktuatorsteuerungseinheit (2) dazu angepasst ist, Informationen von der Bremssteuerungseinheit (1 ) zu erhalten, mindestens eine Bremskrafteinheit (3), welche dazu eingerichtet ist, eine Stellkraft zur Umsetzung der von der Aktuatorsteuerungseinheit (2) empfangenen mindestens einen Aktuationsgröße als Kontroll- oder Stellsignal in eine Reibungsbremskraft umzusetzen, ein Energieversorgungssystem (4), welches dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Bremskrafteinheit (3) mit Energie zu versorgen, wobei das Energieversorgungssystem (4) mindestens einen ersten Energiespeicher (5) und mindestens einen zweiten Energiespeicher (6) aufweist, wobei der erste Energiespeicher (5) dazu eingerichtet ist, eine definierte Energiemenge mit einer definierten mechanischen oder elektrischen Höchstleistung zur Aufrechterhaltung von zumindest einer Sicherheitsbremsfunktion mit zumindest einer vollständigen Betätigung der mindestens einem Bremskrafteinheit (3) innerhalb einer ersten Zeitspanne (t1) abzugeben, und wobei der zweite Energiespeicher (6) dazu eingerichtet ist, eine Energiemenge über eine zweite Zeitspanne (t2) abzugeben, wobei die zweite Zeitspanne (t2) größer ist als die erste Zeitspanne (t1 ).

2. Bremssystem (B) gemäß Anspruch 1 , welches ferner dazu angepasst ist, eine Reibungsbremskraft mit Betriebsbremsfunktionen zu erzeugen.

3. Bremssystem (B) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Energieversorgungssystem (4) dazu eingerichtet ist, auch die Aktuatorsteuerungseinheit (2) sowie die Bremssteuerungseinheit (3) mit Energie zu versorgen, wobei der zweite Energiespeicher (6) dazu eingerichtet ist, die Aktuatorsteuerungseinheit (2) sowie die Bremssteuerungseinheit (1 ) mit Energie zu versorgen, sowie optional zusätzlich die Bremskrafteinheit (3).

4. Bremssystem (B) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Energiespeicher (5) und/oder der zweite Energiespeicher (6) dazu eingerichtet ist/sind, elektrische Energie zu speichern, wobei der ersten Energiespeicher (5) als elektrischer Speicher mit hoher Ausprägung von kapazitiven Eigenschaften vorzugsweise Kondensator, weiter vorzugsweise als Plattenkondensator oder Super-Cap, ausgebildet ist, und/oder der zweite Energiespeicher (6) als chemischer Speicher, vorzugsweise Akkumulator, ausgebildet ist.

5. Bremssystem (B) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Energiespeicher (5) und/oder der zweite Energiespeicher (6) dazu eingerichtet ist/sind, pneumatische, chemische, hydraulische oder mechanische Energie zu speichern, und/ oder wobei das Energieversorgungssystem (4) eine Ladeeinheit (7) für mindestens den ersten (5) und/oder zweiten (6) Energiespeicher aufweist, welche dazu angepasst ist, zugeführte elektrische Energie in eine für den ersten (5) und/oder zweiten (6) Energiespeicher kompatible Energieform umzuwandeln.

6. Bremssystem (B) gemäß Anspruch 5, wobei der erste Energiespeicher (5) dazu angepasst ist, den zweiten Energiespeicher (6) zu laden, und/oder wobei der zweite Energiespeicher (6) dazu angepasst ist, den ersten Energiespeicher (5) zu laden.

7. Bremssystem (B) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner eine elektrische Schnittstelle (8) aufweisend, welche dazu angepasst ist, das Energieversorgungssystem (4) mit externer elektrischer Energie zu versorgen.

8. Bremssystem (B) gemäß Anspruch 7, ferner einen Versorgungsmonitor (9) und eine Umschalteinheit (10) aufweisend, wobei der Versorgungsmonitor (9) dazu eingerichtet ist, den Status und die Integrität der im Energieversorgungssystem (4) vorhandenen Speicher (5, 6) sowie der elektrischen Schnittstelle (8) zu bewerten und mindestens einen Umschaltbefehl zu generieren, und die Umschalteinheit (10) dazu angepasst ist, mindestens einen Umschaltbefehl zu erhalten und die Versorgung von zumindest der Bremskrafteinheit (3) und optional der Aktuatorsteuerungseinheit (2) sowie optional der Bremssteuerungseinheit (1 ) des Bremssystems auf jeweils einen der beiden Energiespeicher (5, 6) oder die elektrische Schnittstelle (8) umzuschalten.

9. Bremssystem (B) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energieversorgungssystem (4) ferner eine Energieerzeugungseinheit (11 ) aufweist, welche dazu angepasst ist, dem ersten und zweiten Energiespeicher (5, 6) sowie der Bremskrafteinheit (3), der Aktuatorsteuerungseinheit (2) und/oder der Bremssteuerungseinheit (1 ) elektrische Energie zu Verfügung zu stellen, welche erzeugbar ist durch: Bewegung der Bremskrafteinheit (3) oder Energie-Harvesting in Form eines piezoelektischen Effekts, eines thermoelektrischen Effekts und/oder eines photoelektrischen Effekts oder generatorisch erzeugter Energie.

10. Bremssystem (B) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, wobei die Bremskrafteinheit (3) dazu angepasst ist, mit Hilfe einer Funktion zur sicheren Bremskrafterzeugung-Zerhaltung einen sicheren Zustand einzunehmen, welcher mit Hilfe einer Arretierfunktion auch ohne weitere Zuführung von Energie bestehen bleiben kann.

11 . Bremssystem (B) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Energiespeicher (5, 5') dazu angepasst ist, mechanische, hydraulische oder pneumatische Energie bereitzustellen, und der zweite Energiespeicher (6, 6') dazu angepasst ist, elektrische Energie bereitzustellen.