EP4676789A1 - Pneumatischer aktuator einer schienenfahrzeugbremse und verfahren zur schadenserkennung eines pneumatischen aktuators - Google Patents

Pneumatischer aktuator einer schienenfahrzeugbremse und verfahren zur schadenserkennung eines pneumatischen aktuators

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Publication number
EP4676789A1
EP4676789A1 EP24713940.5A EP24713940A EP4676789A1 EP 4676789 A1 EP4676789 A1 EP 4676789A1 EP 24713940 A EP24713940 A EP 24713940A EP 4676789 A1 EP4676789 A1 EP 4676789A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
brake
brake piston
rail vehicle
pneumatic actuator
duration values
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
EP24713940.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc-Gregory Elstorpff
Marco Langwadt
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 EP4676789A1 publication Critical patent/EP4676789A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
    • B60T17/228—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices for railway vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/10—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release
    • B60T13/24—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release the fluid being gaseous
    • B60T13/26—Compressed-air systems
    • B60T13/36—Compressed-air systems direct, i.e. brakes applied directly by compressed air
    • B60T13/365—Compressed-air systems direct, i.e. brakes applied directly by compressed air for railway vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D55/00—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • F16D55/02—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members
    • F16D55/22—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads
    • F16D55/224—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a common actuating member for the braking members
    • F16D55/2245—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a common actuating member for the braking members in which the common actuating member acts on two levers carrying the braking members, e.g. tong-type brakes

Definitions

  • the present invention relates to a pneumatic actuator of a rail vehicle brake according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for detecting damage to a pneumatic actuator of such a rail vehicle brake.
  • Pneumatic actuators are safety-relevant components of rail vehicle brakes, as they provide the force required for a braking process, for example to press brake pads attached to brake calipers against a brake disc.
  • Actuators with simple sensors or switches are known, which are used to monitor the actuator, for example by detecting the released state of a brake.
  • the object of the present invention is therefore to provide a pneumatic actuator for rail vehicle brakes, which enables the simplest possible early detection of damage without dismantling the actuator.
  • the object is further achieved by a method for damage detection of a pneumatic actuator of a rail vehicle brake with the features of claim 6.
  • the pneumatic actuator according to the invention has an actuator housing and a brake piston arranged in the actuator housing, which is coupled to an actuating plunger and a return spring.
  • the brake piston can be moved from a release position to an application position by applying compressed air to a service brake chamber and can be moved back to the release position by venting with the help of the return spring.
  • the pneumatic actuator further comprises a position detection device coupled to an internal mechanism of the actuator and a pressure sensor for detecting the air pressure in the service brake chamber as well as an evaluation unit connected to the position detection device and the pressure sensor.
  • the position detection device is designed to detect the release position of the brake piston.
  • the evaluation unit is designed to record, store and compare a reaction time between reaching a predetermined air pressure and reaching the release position of the brake piston over a large number of braking processes after application.
  • the storage and comparison can be carried out both on the vehicle side via the evaluation unit and on the track side via a storage and comparison unit that is wirelessly connected to the evaluation unit.
  • Another advantage is that, despite a tolerance of components in each individual actuator, with the result that the position in different actuators is not always identical, the time periods that the respective brake piston of a pneumatic actuator needs to return to its release position are not compared with a predetermined absolute value, but with the value of the respective individual pneumatic actuator in the new condition.
  • this reaction time can be used as a baseline measure. As soon as damage occurs to the individual pneumatic actuator, this reaction time will increase, so that this increased reaction time can be used as an indicator of damage to the actuator.
  • the position detection device has a switch and a pin coupled to the brake piston, wherein the pin activates the switch when the release position of the brake piston is reached.
  • a switch and pin are available as inexpensive components and can be easily mounted on the pneumatic actuator.
  • the position detection device is coupled to an actuator housing.
  • the pressure sensor is arranged in an anti-skid valve or a relay valve of the pneumatic system of the rail vehicle brake.
  • the method according to the invention for detecting damage to a pneumatic actuator of a rail vehicle brake has the following method steps: a) detecting and storing a predetermined first number of duration values of a movement of the brake piston after the braking process has taken place from reaching a predetermined air pressure in the service brake chamber until the release position of the brake piston is reached, b) calculating a first average value of the stored duration values from the predetermined first number of duration values, c) detecting and storing a predetermined second number of duration values of the movement of the brake piston after the braking process has taken place from reaching a predetermined air pressure in the service brake chamber until the release position of the brake piston is reached, d) calculating a second average value of the stored duration values from the predetermined second number of duration values, e) comparing the two average values of the stored duration values, f) issuing a warning message if the second average value is greater than the first average value by a predetermined difference.
  • the predetermined air pressure in the service brake chamber for the start of the time measurement is approximately 1000 hPa.
  • the first number of duration values corresponds to a number of braking operations carried out over a period of at least one year during normal operation of the rail vehicle.
  • the second number of duration values preferably corresponds to a number of braking operations carried out over a period of at least one week during normal operation of the rail vehicle.
  • the specific operating events are brake tests before or when the rail vehicle starts its journey, where conditions are more reproducible than braking processes on the route and in particular on different routes.
  • Other specific operating events include, for example, holding brakes at stops/stations/train stations. Such holding brakes are also easily reproducible and are carried out very frequently.
  • Figure 1 is a schematic partially sectioned view of a pneumatic actuator with position detection device
  • Figure 2 is a schematic sectional view of the position detection device and Figure 3 shows an example measurement diagram for brake piston reaction times over the lifetime of the pneumatic actuator for several individual pneumatic actuators.
  • top, bottom, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the exemplary representation and position of the actuator, brake piston, service brake chamber, position detection device and the like selected in the respective figures. These terms are not to be understood as restrictive, i.e. these references can change due to different working positions or the mirror-symmetrical design or the like.
  • the reference numeral 2 designates an embodiment variant of a pneumatic actuator of a rail vehicle brake.
  • the pneumatic actuator 2 has an actuator housing 21 and a brake piston 3 arranged in the actuator housing 21, which is coupled to an actuating plunger 4 and a return spring 9.
  • the brake piston 3 is limited on one side by a service brake chamber 23, which can be moved from a release position to an application position using compressed air via a compressed air valve.
  • the service brake chamber 23 is filled with compressed air.
  • the actuating plunger 4 is pressed through an opening in the actuator housing 21 against a gear, which is preferably connected to brake calipers, at the ends of which brake pads are arranged, which come into contact with a brake disc of the rail vehicle brake in the application position.
  • the brake piston 3 After braking has taken place, the brake piston 3 is moved back into the release position by venting the service brake chamber 23. To do this, the return spring 7 presses the brake piston 3 back into the release position.
  • a position detection device 5 is coupled to an internal mechanism of the actuator 2, which in an enlarged View is shown in Figure 2.
  • the position detection device 5 can be coupled, for example, to an actuating device 9 or also to the brake piston 3.
  • a pressure sensor 6 which serves to detect the air pressure in the service brake chamber 23.
  • the pressure sensor 6 is preferably arranged in an anti-skid valve or a relay valve of the pneumatic system of the rail vehicle brake.
  • the position detection device 5 and the pressure sensor 6 are connected to an evaluation unit 8, preferably via an electrical cable connection or wirelessly.
  • the position detection device 5 is designed such that it can detect the release position of the brake piston 3.
  • the position detection device 5 is designed with a switch 51 and a pin 52 coupled to the brake piston 3.
  • the pin 52 activates the switch 51 when the release position of the brake piston 3 is reached.
  • an actuating web 53 is attached to the pin 52 in particular, which engages behind the switch 51 and, when the release position of the brake piston 3 is reached, strikes a switching element 56 and thus activates the switch 51.
  • the position detection device 5 can also be designed in another form, for example as a light barrier or the like.
  • the position detection device 5 sends a signal to the evaluation unit 8, which serves as an end signal for time recording.
  • the evaluation unit 8 is designed to record, store and compare a reaction time t between reaching a predetermined air pressure p and reaching the release position of the brake piston 3 over a large number of braking processes after application.
  • the storage and comparison can be carried out both on the vehicle side via the evaluation unit 8 and on the track side via a storage and comparison unit (not shown) that is wirelessly connected to the evaluation unit 8.
  • a method for detecting damage to a pneumatic actuator of a rail vehicle brake is carried out via this evaluation unit 8 or the storage and comparison unit wirelessly connected to the evaluation unit 8, with the following method steps:
  • a predetermined first number m of time duration values t of a movement of the brake piston 3 are first recorded and stored after the braking process has taken place, from when a predetermined air pressure is reached in the service brake chamber 23 until the release position of the brake piston 3 is reached.
  • the release position of the brake piston 3 is achieved by the signal from switch 51.
  • a first mean value Mi of the stored duration values t is then calculated from the predetermined first number m of duration values t.
  • This first number m of duration values t is preferably in a range of braking processes carried out over a period of at least one year in normal operation of the rail vehicle, whereby it is assumed that the durations within this measurement window, without external influences on the pneumatic actuator, are relatively equal in this initial range. Normal operation of the rail vehicle is understood to mean use of the rail vehicle for approximately 320 to 350 days per year.
  • Figure 3 shows an example measurement diagram for reaction times of individual actuators over their respective service life.
  • the area framed in Figure 3 indicates a range of the service life for at least two of the four actuators shown, in which the reaction times increase significantly compared to the previous reaction times.
  • the other two measurement curves only increase in a range behind the set framed area, so that the service life of the actuators assigned to these measurement curves is significantly longer than the service life of the actuators where the reaction times increase noticeably after fewer braking operations.
  • Method step c) relates to the detection and storage of a predetermined second number n2 of time duration values t of the movement of the brake piston 3 after the braking operation has taken place from reaching a predetermined air pressure in the service brake chamber 23 until the release position of the brake piston 3 is reached.
  • a second mean value M2 of the stored duration values t is determined from the predetermined second number n2 of duration values t.
  • a warning message is issued in a process step f) indicating that the pneumatic actuator is damaged.
  • differences of at least 10% of the mean value Mi are considered as predetermined difference d.
  • the preferred operating events are the brake tests before or when the rail vehicle starts its journey, where easily reproducible conditions prevail, where, for example, weather-related events during the journey on the track that could affect the movement of the brake piston are (at least largely) absent. It is important to reliably record sharp increases in the curves shown in Figure 3 during the evaluation, which indicate damage to the actuator.

Landscapes

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Abstract

Ein pneumatischer Aktuator eines Schienenfahrzeugbremse weist ein Aktuatorgehäuse (21) auf, einen in dem Aktuatorgehäuse (21) angeordneten Bremskolben (3), der mit einem Betätigungsstößel (4) und einer Rückstellfeder (9) gekoppelt ist, wobei der Bremskolben (3) durch Beaufschlagung einer Betriebsbremskammer (23) mit Druckluft aus einer Lösestellung in eine Zuspannstellung bewegbar ist und durch Entlüften mithilfe der Rückstellfeder (7) zurück in die Lösestellung bewegbar ist, eine mit einer inneren Mechanik des Aktuators gekoppelte Positionserkennungseinrichtung (5), ein Drucksensor (6) zur Erfassung des Luftdrucks in der Betriebsbremskammer (23), eine mit der Positionserkennungseinrichtung (5) und dem Drucksensor (6) verbundene Auswerteeinheit (8), wobei die Positionserkennungseinrichtung (5) eingerichtet ist, die Lösestellung des Bremskolbens (3) zu erfassen, die Auswerteeinheit (8) eingerichtet ist, eine Reaktionszeit (t) zwischen dem Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks (p) und dem Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens (3) über eine Vielzahl von Bremsvorgängen nach erfolgter Zuspannung zu erfassen, abzuspeichern und zu vergleichen. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Schadenserkennung eines pneumatischen Aktuators einer Schienenfahrzeugbremse beschrieben.

Description

Pneumatischer Aktuator einer Schienenfahrzeugbremse und Verfahren zur Schadenserkennung eines pneumatischen Aktuators
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Aktuator einer Schienenfahrzeugbremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Schadenserkennung eines pneumatischen Aktuators einer solchen Schienenfahrzeugbremse.
Pneumatischen Aktuatoren sind sicherheitsrelevante Bauteile von Schienenfahrzeugbremsen, da mit diesen die für einen Bremsvorgang notwendige Kraft bereitgestellt wird, mit der beispielsweise an Bremszangen angebrachte Bremsklötze gegen eine Bremsscheibe angedrückt werden.
Wichtig ist daher, solche pneumatischen Aktuatoren regelmäßig auf Schäden zu überprüfen. Dazu finden üblicherweise regelmäßige Probezerlegungen in vorbestimmten Überholungsintervallen statt.
Solchen Probezerlegungen können allerdings nur einen Überblick über den Zustand einzelner Aktuatoren geben. Aus diesen auf einzelnen Probezerlegungen basierenden Befunden muss dann auf den Zustand anderer Aktuatoren geschlossen werden.
Individuelle Vorhersagen für einzelne Aktuatoren sind insofern nicht möglich, so dass stets eine gewisse Sicherheit zu berücksichtigen ist, um zu verhindern, dass einzelne Aktuatoren vorzeitig ausfallen.
Darüber hinaus erfordert die Beurteilung solcher auf Probezerlegungen basierender Befundungen eine große Erfahrung des die Befundungen durchführenden Fachpersonals.
Wünschenswert wäre es, die oben beschriebene kosten- und ressourcenaufwändige präventive Instandhaltung solcher Aktuatoren durch eine zustands- bzw. funktionsabhängige Überholung zu ersetzen. Da die aus dem Stand der Technik bekannten pneumatischen Aktuatoren in der Regel aber keine Kraftsensoren aufweisen, ist eine direkte Messung und Beurteilung des Zustands der einzelnen Aktuatoren nicht möglich.
Bekannt sind Aktuatoren mit einfachen Sensoren bzw. Schaltern, die beispielsweise durch Erkennen des gelösten Zustands einer Bremse als Überwachung des Aktuators eingesetzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen pneumatischen Aktuator für Schienenfahrzeugbremsen bereitzustellen, mit dem eine möglichst einfache Schadensfrüherkennung ohne Zerlegung des Aktuators ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch einen durch einen pneumatischen Aktuator einer Schienenfahrzeugbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Schadenserkennung eines pneumatischen Aktuators einer Schienenfahrzeugbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Der erfindungsgemäße pneumatische Aktuator weist ein Aktuatorgehäuse auf sowie einen in dem Aktuatorgehäuse angeordneten Bremskolben, der mit einem Betätigungsstößel und einer Rückstellfeder gekoppelt ist.
Der Bremskolben ist durch Beaufschlagung einer Betriebsbremskammer mit Druckluft aus einer Lösestellung in eine Zuspannstellung bewegbar und durch Entlüften mithilfe der Rückstellfeder zurück in die Lösestellung bewegbar.
Der pneumatische Aktuator weist des Weiteren eine mit einer inneren Mechanik des Aktuators gekoppelte Positionserkennungseinrichtung sowie einen Drucksensor zur Erfassung des Luftdrucks in der Betriebsbremskammer auf sowie eine mit der Positionserkennungseinrichtung und dem Drucksensor verbundene Auswerteeinheit.
Die Positionserkennungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Lösestellung des Bremskolbens zu erfassen. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, eine Reaktionszeit zwischen dem Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks und dem Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens über eine Vielzahl von Bremsvorgängen nach erfolgter Zuspannung zu erfassen, abzuspeichern und zu vergleichen. Das Abspeichern und Vergleichen kann dabei sowohl fahrzeugseitig über die Auswerteeinheit als auch streckenseitig über eine drahtlos mit der Auswerteeinheit verbundene Speicherund Vergleichseinheit durchgeführt werden.
Mit einem solchermaßen ausgebildeten pneumatischen Aktuator ist in einfacher Weise durch Auswerten einer in der Auswerteeinheit abgespeicherten Bremshistorie ermöglicht, einen Schaden am Aktuator zu erkennen, da die Rückstellzeit nach erfolgter Bremsung aus der Bremsstellung zurück in die Lösestellung sich verlängert, sobald an dem pneumatischen Aktuator ein Schaden oder Verschleiß auftritt, der sich durch eine verlängerte Rückstellzeit bemerkbar macht.
Von Vorteil ist außerdem, dass trotz einer Toleranz von Bauteilen bei jeweiligen einzelnen Aktuatoren, mit der Folge, dass die Position in verschiedenen Aktuatoren nicht immer identisch sind, die Zeitdauern, die der jeweilige Bremskolben eines pneumatischen Aktuators für die Rückstellung in seine Lösestellung braucht, nicht mit einem vorbestimmten Absolutwert verglichen werden, sondern mit dem Wert des jeweiligen individuellen pneumatischen Aktuators im Neuzustand.
Da sich die Positionen der jeweiligen Bauteile eines individuellen pneumatischen Aktuators nicht verändern, kann diese Reaktionszeit als Ausgangsmaß verwendet werden. Sobald sich ein Schaden an dem einzelnen pneumatischen Aktuator einstellt, wird sich diese Reaktionszeit verlängern, so dass diese verlängerte Reaktionszeit als Indikator für einen Schaden an dem Aktuator verwendet werden kann.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist die Positionserkennungseinrichtung einen Schalter und einen mit dem Bremskolben gekoppelten Stift auf, wobei der Stift den Schalter bei Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens aktiviert. Ein solcher Schalter und Stift sind als kostengünstige Bauteile verfügbar und in einfacher Weise am pneumatischen Aktuator montierbar.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Positionserkennungseinrichtung mit einem Stellergehäuse gekoppelt.
Denkbar ist auch, nach einer weiteren Ausführungsvariante, die die Positionserkennungseinrichtung mit dem Bremskolben zu koppeln.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante ist der Drucksensor in einem Gleitschutzventil oder einem Relaisventil des pneumatischen Systems der Schienenfahrzeugbremse angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schadenserkennung eines pneumatischen Aktuators einer Schienenfahrzeugbremse weist die folgenden Verfahrensschritte auf: a) Erfassen und Abspeichern einer vorbestimmten ersten Anzahl von Zeitdauerwerten einer Bewegung des Bremskolbens nach erfolgtem Bremsvorgang ab Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks in der Betriebsbremskammer bis zum Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens, b) Berechnen eines ersten Mittelwertes der abgespeicherten Zeitdauerwerte aus der vorbestimmten ersten Anzahl von Zeitdauerwerten, c) Erfassen und Abspeichern einer vorbestimmten zweiten Anzahl von Zeitdauerwerten der Bewegung des Bremskolbens nach erfolgtem Bremsvorgang ab Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks in der Betriebsbremskammer bis zum Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens, d) Berechnen eines zweiten Mittelwertes der abgespeicherten Zeitdauerwerte aus der vorbestimmten zweiten Anzahl von Zeitdauerwerten, e) Vergleichen der beiden Mittelwerte der abgespeicherten Zeitdauerwerte, f) Ausgabe einer Warnmeldung, sofern der zweite Mittelwert um eine vorbestimmte Differenz größer ist als der erste Mittelwert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt der vorbestimmte Luftdruck in der Betriebsbremskammer für den Start der Zeitmessung etwa 1000 hPa. In einer vorteilhaften Weiterbildung entspricht die erste Anzahl von Zeitdauerwerten einer Anzahl von über die Dauer von mindestens einem Jahr im Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs durchgeführten Bremsvorgängen.
Durch die Erfassung von Zeitdauerwerten über einen solche Zeitraum von mindestens einem Jahr wird ein zuverlässiger Ausgangswert für die Reaktionszeit geschaffen, wobei sich in den erfassten Werten auch jahreszeitlich bzw. witterungsabhängig bedingte Änderungen niederschlagen.
Die zweite Anzahl von Zeitdauerwerten entspricht bevorzugt einer Anzahl von über die Dauer von mindestens einer Woche im Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs durchgeführten Bremsvorgängen.
Damit ist gewährleistet, dass einzelne Abweichungen von Zeitdauerwerten nicht sofort als Schadenindikator bewertet werden.
Für die Berechnen des ersten Mittelwertes der abgespeicherten Zeitdauerwerte in Verfahrensschritt b) werden bevorzugt ausschließlich Zeitdauerwerte von Bewegungen des Bremskolbens bezogen auf bestimmte Betriebsereignisse herangezogen.
Vorzugsweise handelt es sich bei den bestimmten Betriebsereignissen um Bremsproben vor bzw. bei Fahrtantritt des Schienenfahrzeugs, bei denen im Gegensatz zu Bremsvorgängen auf der Fahrtstrecke und insbesondere auf unterschiedlichen Fahrtstrecken besser reproduzierbare Bedingungen vorherrschen. Als weitere bestimmte Betriebsereignisse kommen beispielsweise auch Haltebremsungen an Haltestellen/Stationen/Bahnhöfen in Frage. Solche Haltebremsungen sind ebenfalls gut reproduzierbar und werden sehr häufig ausgeführt.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische teilgeschnittene Ansicht eines pneumatischen Aktuators mit Positionserkennungseinrichtung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht der Positionserkennungseinrichtung und Figur 3 ein beispielhaftes Messdiagramm für Reaktionszeiten des Bremskolbens über die Lebensdauer des pneumatischen Aktuators hinweg für mehrere individuelle pneumatische Aktuatoren.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Aktuators, der Bremskolben, Betriebsbremskammer, Positionserkennungseinrichtung und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 insgesamt eine Ausführungsvariante eines pneumatischen Aktuators einer Schienenfahrzeugbremse bezeichnet.
Der pneumatische Aktuator 2 weist ein Aktuatorgehäuse 21 auf sowie einen in dem Aktuatorgehäuse 21 angeordneten Bremskolben 3, der mit einem Betätigungsstößel 4 und einer Rückstellfeder 9 gekoppelt ist.
Der Bremskolben 3 begrenzt auf einer Seite einer Betriebsbremskammer 23, die über ein Druckluftventil mit Druckluft aus einer Lösestellung in eine Zuspannstellung bewegbar ist. Dazu wir die Betriebsbremskammer 23 mit Druckluft befüllt.
Zusammen mit dem Bremskolben 3 wird dabei der Betätigungsstößel 4 durch eine Öffnung im Aktuatorgehäuse 21 gegen ein Getriebe gedrückt, das vorzugsweise mit Bremszangen in Verbindung steht, an deren Enden Bremsklötze angeordnet sind, die in der Zuspannstellung an einer Bremsscheibe der Schienenfahrzeugbremse zur Anlage kommen.
Nach erfolgter Bremsung wird durch Entlüften der Betriebsbremskammer 23 der Bremskolben 3 zurück in die Lösestellung bewegt. Dazu drückt die Rückstellfeder 7 den Bremskolben 3 zurück in die Lösestellung.
Wie in Figur 1 weiter zu erkennen ist, ist eine Positionserkennungseinrichtung 5 mit einer inneren Mechanik des Aktuators 2 gekoppelt, die in einer vergrößerten Ansicht in Figur 2 dargestellt ist. Die Positionserkennungseinrichtung 5 kann dabei beispielsweise mit einer Stelleinrichtung 9 oder auch mit dem Bremskolben 3 gekoppelt sein.
Weiter ist ein Drucksensor 6 vorgesehen, der der Erfassung des Luftdrucks in der Betriebsbremskammer 23 dient. Der Drucksensor 6 ist dabei vorzugsweise in einem Gleitschutzventil oder einem Relaisventil des pneumatischen Systems der Schienenfahrzeugbremse angeordnet.
Die Positionserkennungseinrichtung 5 und der Drucksensor 6 sind mit einer Auswerteeinheit 8 verbunden, vorzugsweise über eine elektrische Kabelverbindung oder auch kabellos.
Die Positionserkennungseinrichtung 5 ist so eingerichtet, dass mit dieser die Lösestellung des Bremskolbens 3 zu erfassen ist.
Dazu ist, wie in Figur 2 beispielhaft dargestellt ist, die Positionserkennungseinrichtung 5 mit einem Schalter 51 und einem mit dem Bremskolben 3 gekoppelten Stift 52 ausgebildet.
Der Stift 52 aktiviert dabei den Schalter 51 bei Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens 3. Wie in Figur 1 und Figur 2 weiter zu erkennen ist, ist dazu insbesondere am Stift 52 ein Betätigungssteg 53 befestigt, der den Schalter 51 hintergreift und bei Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens 3 an ein Schaltelement 56 stößt und damit den Schalter 51 aktiviert.
Die Positionserkennungseinrichtung 5 kann auch in anderer Gestalt ausgeführt sein, beispielsweise als Lichtschranke oder dergleichen.
Wichtig ist, dass die Positionserkennungseinrichtung 5 ein Signal an die Auswerteeinheit 8 gibt, das als Endsignal für eine Zeiterfassung dient.
Die Auswerteeinheit 8 ist dabei so eingerichtet, eine Reaktionszeit t zwischen dem Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks p und dem Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens 3 über eine Vielzahl von Bremsvorgängen nach erfolgter Zuspannung zu erfassen, abzuspeichern und zu vergleichen. Das Abspeichern und Vergleichen kann dabei sowohl fahrzeugseitig über die Auswerteeinheit 8 als auch streckenseitig über eine drahtlos mit der Auswerteeinheit 8 verbundene Speicher- und Vergleichseinheit (nicht dargestellt) durchgeführt werden.
Über diese Auswerteeinheit 8 bzw. die drahtlos mit der Auswerteeinheit 8 verbundene Speicher- und Vergleichseinheit erfolgt dabei ein Verfahren zur Schadenserkennung eines pneumatischen Aktuators einer Schienenfahrzeugbremse mit den folgenden Verfahrensschritten:
In einem Verfahrensschritt a) erfolgt zunächst das Erfassen und Abspeichern einer vorbestimmten ersten Anzahl m von Zeitdauerwerten t einer Bewegung des Bremskolbens 3 nach erfolgtem Bremsvorgang ab Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks in der Betriebsbremskammer 23 bis zum Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens 3.
Das Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens 3 wird dabei durch das Signal des Schalters 51 bereitgestellt.
In der Auswerteeinheit 8 erfolgt sodann als Verfahrensschritt b) die Berechnung eines ersten Mittelwertes Mi der abgespeicherten Zeitdauerwerte t aus der vorbestimmten ersten Anzahl m von Zeitdauerwerten t.
Diese erste Anzahl m von Zeitdauerwerten t liegt dabei bevorzugt in einem Bereich von über die Dauer von mindestens einem Jahr im Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs durchgeführten Bremsvorgängen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Zeitdauern innerhalb dieses Messfensters, ohne Fremdeinwirken auf den pneumatischen Aktuator, in diesem Anfangsbereich relativ gleich sind. Als Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs wird dabei eine Nutzung des Schienenfahrzeugs über ca. 320 bis 350 Tagen pro Jahr verstanden.
Figur 3 zeigt dazu ein beispielhaftes Messdiagramm für Reaktionszeiten individueller Aktuatoren über deren jeweilige Lebensdauer hinweg.
Der in Figur 3 eingerahmte Bereich deutet einen Bereich der Lebensdauer für zumindest zwei der vier dargestellten Aktuatoren an, in dem die Reaktionszeiten gegenüber den vorangegangenen Reaktionszeiten deutlich ansteigen. Die weiteren beiden Meßkurven steigen erst in einem Bereich hinter dem einge- rahmten Bereich merklich an, so dass die Lebensdauer der diesen Meßkurven zugeordneten Aktuatoren deutlich länger ist als die Lebensdauer der Aktuatoren, bei denen die Reaktionszeiten bereits nach weniger durchgeführten Bremsvorgängen merklich ansteigt.
Verfahrensschritt c) betrifft das Erfassen und Abspeichern einer vorbestimmten zweiten Anzahl n2 von Zeitdauerwerten t der Bewegung des Bremskolbens 3 nach erfolgtem Bremsvorgang ab Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks in der Betriebsbremskammer 23 bis zum Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens 3.
Dies bedeutet, dass nach einer vorbestimmten Anzahl von Bremsvorgängen, aus denen ein Referenzwert für die Reaktionszeit ermittelt wurde, fortlaufend die Zeitdauerwerte nach einem jeweiligen Bremsvorgang erfasst und abgespeichert werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt d) wird ein zweiter Mittelwertes M2 der abgespeicherten Zeitdauerwerte t aus der vorbestimmten zweiten Anzahl n2 von Zeitdauerwerten t ermittelt.
Dies bedeutet, dass für die Indikation eines Schadens am pneumatischen Aktuator nicht ein einzelner Reaktionszeitmesswert herangezogen wird, sondern eine Mehrzahl vorzugsweise über einen Zeitraum von mindestens einer Woche im Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs erfassten Messwerten gemittelt werden und diese sodann in einem Verfahrensschritt e) mit dem Mittelwert Mi, der den Referenzwert darstellt, verglichen werden.
Liegt der zweite Mittelwert M2 um eine vorbestimmte Differenz d über dem ersten Mittelwert Mi, erfolgt in einem Verfahrensschritt f) die Ausgabe einer Warnmeldung dahingehend, dass der pneumatische Aktuator beschädigt ist.
Als vorbestimmte Differenz d werden hier insbesondere Differenzen von mindestens 10% des Mittelwert Mi betrachtet.
Anstelle der Erfassung der Messwerte im Normalbetrieb, sprich während der Fahrten des Schienenfahrzeugs ist es nach einer bevorzugten Ausführungsvariante auch denkbar, für die Berechnen des ersten Mittelwertes der abgespeicherten Zeitdauerwerte in Schritt b) ausschließlich Zeitdauerwerte t von Bewe- gungen des Bremskolbens 3 bezogen auf bestimmte Betriebsereignisse heranzuziehen.
Als bevorzugte Betriebsereignisse werden dabei die Bremsproben vor bzw. bei Fahrtantritt des Schienenfahrzeugs erachtet, bei denen gut reproduzierbare Bedingungen vorherrschen, bei denen beispielsweise witterungsbedingte Ereignisse während der Fahrt auf der Strecke, die sich auf die die Bewegung des Bremskolbens auswirken können, (zumindest weitgehend) ausbleiben. Wichtig ist, bei der Auswertung stärkere Anstiege der in Figur 3 gezeigten Kurven, die auf einen Schaden am Aktuator hindeuten, zuverlässig zu erfassen.
Aktuator Aktuatorgehäuse Boden Betriebsbremskammer Bremskolben Betätigungsstößel Positionserkennungseinrichtung Schalter Stift Betätigungssteg Gehäuse Führungsaufnahme Schaltelement Drucksensor Rückstellfeder Auswerteeinheit Stellergehäuse

Claims

Ansprüche
1 . Pneumatischer Aktuator (2) einer Schienenfahrzeugbremse, aufweisend
- ein Aktuatorgehäuse (21 ),
- einen in dem Aktuatorgehäuse (21 ) angeordneten Bremskolben (3), der mit einem Betätigungsstößel (4) und einer Rückstellfeder (7) gekoppelt ist,
- wobei der Bremskolben (3) durch Beaufschlagung einer Betriebsbremskammer (23) mit Druckluft aus einer Lösestellung in eine Zuspannstellung bewegbar ist und durch Entlüften mithilfe der Rückstellfeder (7) zurück in die Lösestellung bewegbar ist,
- eine mit einer inneren Mechanik des Aktuators (2) gekoppelte Positionserkennungseinrichtung (5),
- ein Drucksensor (6) zur Erfassung des Luftdrucks,
- eine mit der Positionserkennungseinrichtung (5) und dem Drucksensor
(6) verbundene Auswerteeinheit (8), dadurch gekennzeichnet, dass
- die Positionserkennungseinrichtung (5) eingerichtet ist, die Lösestellung des Bremskolbens (3) zu erfassen,
- die Auswerteeinheit (8) eingerichtet ist, eine Reaktionszeit (t) zwischen dem Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks (p) und dem Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens (3) über eine Vielzahl von Bremsvorgängen nach erfolgter Zuspannung zu erfassen, abzuspeichern und zu vergleichen.
2. Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserkennungseinrichtung (5) einen Schalter (51 ) und einen mit dem Bremskolben (3) gekoppelten Stift (52) aufweist, wobei der Stift den Schalter (51 ) bei Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens (3) aktiviert.
3. Pneumatischer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserkennungseinrichtung (5) mit einem Stellergehäu- se (9) gekoppelt ist.
4. Pneumatischer Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserkennungseinrichtung (5) mit dem Bremskolben (3) gekoppelt ist.
5. Pneumatischer Aktuator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) in einem Gleitschutzventil oder einem Relaisventil des pneumatischen Systems der Schienenfahrzeugbremse angeordnet ist.
6. Verfahren zur Schadenserkennung eines pneumatischen Aktuators einer Schienenfahrzeugbremse gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten:
- a) Erfassen und Abspeichern einer vorbestimmten ersten Anzahl (m) von Zeitdauerwerten (t) einer Bewegung des Bremskolbens (3) nach erfolgtem Bremsvorgang ab Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks in der Betriebsbremskammer (23) bis zum Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens (3),
- b) Berechnen eines ersten Mittelwertes (M-i) der abgespeicherten Zeitdauerwerte (t) aus der vorbestimmten ersten Anzahl (m) von Zeitdauerwerten (t),
- c) Erfassen und Abspeichern einer vorbestimmten zweiten Anzahl (n2) von Zeitdauerwerten (t) der Bewegung des Bremskolbens (3) nach erfolgtem Bremsvorgang ab Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks in der Betriebsbremskammer (23) bis zum Erreichen der Lösestellung des Bremskolbens (3),
- d) Berechnen eines zweiten Mittelwertes (M2) der abgespeicherten Zeitdauerwerte (t) aus der vorbestimmten zweiten Anzahl (n2) von Zeitdauerwerten (t),
- e) Vergleichen der beiden Mittelwerte (M-i, M2) der abgespeicherten Zeitdauerwerte (t),
- f) Ausgabe einer Warnmeldung, sofern der zweite Mittelwert (M2) um eine vorbestimmte Differenz (d) größer ist als der erste Mittelwert (M-i).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Luftdruck in der Betriebsbremskammer (23) für den Start der Zeitmessung etwa 1000 hPa beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl (m) von Zeitdauerwerten (t) einer Anzahl von über die Dauer von mindestens einem Jahr im Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs durchgeführten Bremsvorgängen entspricht.
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anzahl (n2) von Zeitdauerwerten (t) einer Anzahl von über die Dauer von mindestens einer Woche im Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs durchgeführten Bremsvorgängen entspricht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnen des ersten Mittelwertes (M-i) der abgespeicherten Zeitdauerwerte (t) in Schritt b) ausschließlich Zeitdauerwerte (t) von Bewegungen des Bremskolbens (3) bezogen auf bestimmte Betriebsereignisse herangezogen werden.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Betriebsereignisse Bremsproben vor bzw. bei Fahrtantritt des Schienenfahrzeugs und/oder Haltebremsungen an Haltestel- len/Stationen/Bahnhöfen des Schienenfahrzeugs sind.
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