WO2024056349A1 - Drehwinkelerfassungssystem für eine drehwinkelerfassung eines rotatorischen bremsantriebs für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Drehwinkelerfassungssystem für eine drehwinkelerfassung eines rotatorischen bremsantriebs für ein schienenfahrzeug Download PDF

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WO2024056349A1
WO2024056349A1 PCT/EP2023/073359 EP2023073359W WO2024056349A1 WO 2024056349 A1 WO2024056349 A1 WO 2024056349A1 EP 2023073359 W EP2023073359 W EP 2023073359W WO 2024056349 A1 WO2024056349 A1 WO 2024056349A1
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electronics
path
rotation angle
detection system
angle detection
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PCT/EP2023/073359
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Alexander Jung
Ulf Friesen
Cheng Liu
Richard GRUNDWÜRMER
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Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
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Definitions

  • Angle of rotation detection system for detecting the angle of rotation of a rotary brake drive for a rail vehicle
  • the present invention relates to a rotation angle detection system for a rotation angle detection of a rotary brake drive for a rail vehicle as well as a braking system for a rail vehicle and a rail vehicle with such a rotation angle detection system.
  • electromechanical brake actuators such as brake cylinders
  • brake cylinders are designed in such a way that electrical energy is converted into mechanical energy using an electric motor.
  • the brake actuator or brake cylinder When the brake actuator or brake cylinder is actuated, the rotor of the electric motor is set into a rotational movement. This rotation or the associated drive torque is transmitted via a shaft to a spindle nut installed in or on it.
  • An axial fixation of the spindle nut results in a feed movement of the spindle, as an example of a converter, from a rotary movement into a linear movement.
  • a mechanical transmission stage causes the caliper levers to move, which leads to the brake pads being placed on a brake disc and to the build-up of a contact pressure on the pads.
  • the motor rotates in the opposite direction and thus resets the screw drive.
  • a rotary angle sensor is used to record the rotor position.
  • SIL4 Safety Integrity Level
  • a rotation angle detection system for detecting the rotation angle of a rotary brake drive for a rail vehicle has at least one sensor unit for detecting a rotation angle, which is operatively connectable to the rotary brake drive, and at least one electronic main path and at least one electronic safety path per sensor unit, wherein the at least one Electronics main path and the at least one electronics security path can each be operatively connected to the at least one sensor unit as a single path, wherein the at least one electronics main path and the at least one electronics security path each have at least one signal processing unit.
  • the basic idea of the present invention is therefore based on the fact that instead of two or more complete sensor paths, which have both the sensor unit itself and a signal processing unit, for example corresponding signal processing electronics, a sensor unit with two or more signal processing units is used in order to achieve redundancy , wherein at least one of the signal processing units is assigned to an electronics main path and at least one of the signal processing units is assigned to an electronics safety path.
  • the electronics main path and the electronics safety path are separate individual paths that are connected in parallel to each other or in principle run separately.
  • the main electronics path can be understood as the electronics path that is operatively connected to the sensor unit during trouble-free operation in order to be able to conduct sensor signals or other signals, such as control signals or the like, unidirectionally or bidirectionally. Accordingly, the electronics safety path can only be operatively connected to the sensor unit if a fault prevents or otherwise disrupts transmission via the main electronics path.
  • the electronics main path and the electronics safety path can be permanently or at least temporarily operatively connected to the sensor unit at the same time, so that a plausibility check of the transmitted signals is possible or even if the main electronics path fails, the signals can be sent without delay via the electronics safety path are transferable.
  • the operational connectivity of the electronics main path and the electronics safety path involves both a direct and indirect connection of the individual paths for signal transmission.
  • the operational connection can also relate to an actual activation of the individual paths or the respective signal processing unit.
  • at least one of the signal processing units can, for example, be constantly physically connected to the sensor unit, with an operational connection, strictly speaking, only taking place when the corresponding signal processing unit is activated.
  • the operational connectivity of the sensor unit with the rotary brake drive can include both a direct and an indirect connection.
  • the connection can be mechanical and/or signaling.
  • the sensor unit can thus generate at least one signal representing an angle of rotation, both in direct contact and via optical, acoustic and / or electrical or electromagnetic signals in interaction with the rotary brake drive, which is sent to the main electronics path and / or electronics safety path respective signal processing unit can be forwarded.
  • the rotation angle detection system By designing the rotation angle detection system with a sensor unit with redundant individual paths, a reduction in the required installation space can be supported, in particular by the fact that the respective Signal processing units can be implemented using small microelectronic and/or highly integrated components, which require a comparatively small amount of space even when the individual paths are redundant.
  • the redundant execution of the individual paths i.e. the electronics safety path with regard to the main electronics path or respective signal processing units, can refer to an identical functional execution or also to a redundancy of predetermined, in particular safety-relevant functions.
  • the sensor unit is equipped with a higher level of reliability than the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path.
  • the sensor unit has captive properties in relation to greater reliability.
  • the sensor unit such as a single sensor element, is designed to be correspondingly simple, reliable and fail-safe in order to achieve the highest possible level of fail-safety.
  • This can be done, for example, through suitable measures such as a durable mechanical design, reinforced insulation, larger cable cross-sections and/or the use of aging-resistant materials.
  • the sensor unit is designed in such a way that its properties are “captive” over a defined period of use or even over its entire service life.
  • the term “captive properties” refers to a failure that cannot be assumed. Since the signal processing units or the individual paths associated with them are designed redundantly, at least in predefined functionalities, functionalities with lower reliability can be relocated to these individual paths. Especially with regard to a signal processing unit with corresponding components that are usually comparatively more complex and have a higher probability of failure, the higher probability of failure can be at least partially compensated for by the redundancy.
  • the signal processing unit of the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path has at least one signal converter.
  • sensor signals transmitted by the sensor unit can be converted via the at least one signal converter into signals that can be processed by further signal processing components.
  • the signal converter can be, for example, an A/D converter that converts an analog signal from the sensor unit into a digital format.
  • the signal processing unit of the at least one electronics main path and/or the at least one electronics security path has at least one signal processing unit.
  • the signal from the sensor unit which was optionally previously converted via the signal converter, is further processed by the signal processing unit.
  • the further processing can, among other things, be a calculation into a different size taking into account further signal inputs and/or another form of signal processing in order to determine a rotation angle of the rotary brake drive based on the signal from the sensor unit.
  • the signal processing unit of the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path has at least one signal output unit.
  • the signal output unit outputs the angle of rotation of the rotary brake drive determined based on the signal from the sensor unit.
  • the signal output unit can be a separate unit of the signal processing unit or can also be integrated in the above signal processing unit. Conversely, the signal output unit can also include signal processing functions.
  • the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path have or has at least one signal switch, via which the at least one signal processing unit can be operatively connected to the at least one sensor unit.
  • the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path can be selectively connected to the sensor unit and disconnected again via such a signal switch. If an error in the at least one main electronics path and/or the at least one electronics safety path could be transferred to the sensor unit or could otherwise have a negative effect on the sensor unit, this is prevented by separating the faulty individual path.
  • the signal switch can also be used to make a targeted connection to the sensor unit.
  • the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path have or has at least one energy supply unit that can be operatively connected to the at least one sensor unit.
  • the sensor unit therefore does not necessarily require its own energy supply, but can be supplied with energy via the at least one main electronics path and/or the at least one electronics safety path. If both the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path have at least one power supply unit or a corresponding connection to a power supply unit, the reliability can be further increased.
  • the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path have or has at least one power supply switch, via which the at least one power supply unit can be operatively connected to the at least one sensor unit. Similar to the signal switch, a targeted connection and disconnection of the respective energy supply unit can also take place here.
  • the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path and/or the at least one signal switch and/or the at least one power supply switch can be controlled via a control signal from a control unit.
  • Such a control unit preferably comprises a monitoring function or is at least connected to a corresponding monitoring unit in terms of signals in order to control the at least one signal switch and/or the at least one power supply switch via a control signal in the event of a failure or error of an individual path or a signal processing unit or energy supply unit.
  • the control can be designed in such a way that the at least one main electronics path is activated first, and the at least one electronics safety path is only activated in the absence of feedback or in accordance with an otherwise detected error.
  • the control unit can then also control the at least one signal switch and/or the at least one power supply switch.
  • the at least one signal switch and/or the at least one power supply switch can also be controlled via the respective at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path.
  • the control unit can be part of the rotation angle detection system, for example part of the at least one main electronics path and/or the at least one electronics safety path, or else an external control unit.
  • the sensor unit is a resolver or has at least one resolver.
  • a resolver is a rotation angle sensor, which, like an electric motor, has a rotor and a stator.
  • the rotor of the resolver can be made of a material that has good magnetic conductivity and can form the magnetic inference for the magnetic field generated by the stator. If you look at them Winding in the stator of the resolver, two different areas can be distinguished.
  • the first area corresponds to a rotary transformer, with the winding here being arranged concentrically around the rotor.
  • the winding structure corresponds to the structure of a motor winding with two phases, which, however, are not connected to one another.
  • the two winding areas are spatially separated from each other and magnetically coupled only through the rotor and the stator yoke.
  • the field winding of the resolver is excited with a sine or square wave, high-frequency voltage, typically in the range of 2 kHz to 10 kHz.
  • the alternating magnetic field is transmitted by the rotor exclusively to the measuring windings and its amplitude is modulated.
  • the voltages in the measuring windings can be used as evaluation variables.
  • a sine wave and a cosine wave are then given as output signals. Since the magnetic excitation of the rotor occurs with an alternating voltage of constant amplitude, it induces a voltage in the measuring windings, the amplitude of which is independent of the speed of the brake drive shaft.
  • the amplitudes of the voltages in the measuring windings therefore only depend on the rotor angle or the position of the rotor or the shaft.
  • the resolver Due to the structure of the resolver, which does not use any mechanical components with wear behavior, such as ball bearings, or any electronic components such as microprocessors, semiconductors or capacitors with solid electrolytes, the resolver itself offers a very high level of reliability.
  • the at least one electronics main path and/or the at least one electronics safety path have or have at least one resolver digital converter.
  • the resolver can be operated in a simple manner as a sensor unit. Since a resolver digital converter is a microprocessor-like electronic component that has a complex structure and/or is less reliable, there is at least one resolver digital converter in the at least one Electronics main path as well as in which at least one electronics safety path is provided.
  • the at least one resolver-digital converter is designed to magnetically excite a rotor of the resolver, in particular with an alternating voltage with a constant amplitude, and to receive sine and cosine signals from a stator of the resolver.
  • the control or excitation signals for the resolver can be transmitted through the resolver-digital converter and, conversely, output signals representing the angle of rotation can be received from the resolver.
  • the at least one resolver-digital converter can be designed to generate the appropriate excitation signal for the resolver.
  • the at least one resolver-digital converter can be designed to not only receive the two output signals of the resolver, i.e. the sine and cosine signals, but also to further process them and to use an angle of rotation of the rotary brake drive or an output signal representing this angle of rotation as a measured variable Example to pass on to a higher-level system via a digital interface.
  • the at least one resolver digital converter or a further signal processing unit is designed to determine the rotation angle position from the sine and cosine signals of the stator of the resolver, in particular taking into account a number of pole pairs of the resolver.
  • the resolver signals i.e. the sine and cosine signals
  • the resolver signals are evaluated, for example, by forming the arc rod, whereby the electrical rotation angle position can be output.
  • the number of pole pairs of the resolver output as a mechanical angle of rotation position is also possible.
  • a diagnosis of the resolver is possible using the two output signals and the use of trigonometric calculations.
  • the present invention relates to a braking system for a rail vehicle, which has at least one brake actuator for applying a braking force, at least one rotary brake drive for actuating the brake actuator and at least one rotation angle detection system described above.
  • the present invention relates to a rail vehicle with at least one rotation angle detection system described above and/or a braking system described above, wherein at least the sensor unit is arranged in a bogie of the rail vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a rotation angle detection system for a rail vehicle according to an exemplary first embodiment
  • Fig. 2 is a schematic representation of a rotation angle detection system for a rail vehicle according to an exemplary second embodiment.
  • the rotation angle detection system 1 shows a schematic representation of a rotation angle detection system 1 for a rail vehicle according to an exemplary first embodiment.
  • the rotation angle detection system 1 has a sensor unit 30, which can detect the rotation angle of a rotary brake drive (not shown) of a rail vehicle.
  • the rotation angle detection system is arranged in a bogie, here for example contained in an electromechanical brake caliper, which is arranged in a bogie of the rail vehicle.
  • the rotation angle detection system 1 can also only be partially arranged in the brake caliper or in the bogie.
  • the rotation angle detection system 1 has an electronics main path 10 and an electronics safety path 20, each of which is connected to the sensor unit 30 as individual paths.
  • the electronics main path 10 and the electronics safety path 20 each have a signal converter 14, 24, a signal processing unit 15, 25 and a signal output unit 16, 26 as parts of a signal processing unit, which is formed from these components, which process the sensor signal of the sensor unit .
  • the electronics main path 10 and the electronics safety path 20 each have an energy supply unit 11, 21 in order to be able to supply the sensor unit with energy.
  • the sensor unit 30 is connected to the energy supply by the respective energy supply unit 11, 21 via a respective energy supply switch 12, 22.
  • the sensor unit for signal processing is connected via the respective signal converters 14, 24, the respective signal processing units 15, 25 and the respective signal output units 16 , 26 via a respective signal switch 13, 23.
  • the signal switches 13, 23 and the power supply switches 12, 22 are controlled by a respective control signal 17, 27, which is provided by a control unit 40.
  • the control signal 17 is used to control the signal switch 13 and the power supply switch 12 of the electronics main path 10, while the signal switch 23 and the signal switch 23 are used via the control signal 27 Power supply switch 22 of the electronics safety path 20 can be controlled.
  • the control unit 40 If the rotation angle detection and power supply is carried out, for example, via the main electronics path and an error or failure is detected during execution, the control unit 40 outputs a control signal 17 in order to open the signal switch 13 and the power supply switch 12 and thus a respective connection to the sensor unit 30 to separate. In addition, the control unit 40 outputs a control signal 27 to the electronics safety path 20 in this regard in order to close the signal switch 23 and the power supply switch 22, so that the sensor unit 30 is connected to the electronics safety path 20. If a failure or error only affects the energy supply, only the corresponding energy supply switches 12, 22 can be switched. Likewise, only the signal switches 13, 23 can be switched if the respectively active energy supply unit 11, 21 is not affected by the error or failure.
  • the electronics main path 10 and the electronics safety path 20 have identical functional scopes in order to realize complete redundancy of the electronics main path 10 and the electronics safety path 20.
  • the electronics main path 10 and the electronics safety path 20 can also only have partially identical functional scopes, for example in order to design only safety-relevant functions redundantly.
  • the rotation angle detection system 1 therefore has no redundant sensor units with respective electronic paths for signal processing, but the redundancy is shifted to the signal processing through the individual paths, which are at least partially redundant through the main electronic path 10 and the electronic safety path 20, each with the non-redundant sensor unit 30 can be connected.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a rotation angle detection system 1 'for a rail vehicle according to an exemplary second embodiment.
  • the rotation angle detection system 1 'of the second embodiment differs from the rotation angle detection system 1 of the first embodiment in that the Sensor unit in the second embodiment is formed by a resolver 30 '.
  • the energy supply takes place in the form of an excitation signal for the resolver 30' and the signal processing takes place in accordance with sine signals and cosine signals received from the resolver 30' in the electronic main path 10 'and electronic safety path 20, each connected to the resolver 30''via a resolver digital converter 18, 28 provided in the electronics main path 10' and the electronics safety path 20'.
  • the excitation signal is either from the resolver digital converter 18 in the electronics main path 10' or the resolver Digital converter 28 in the electronic safety path 20 'can be transferred to the resolver 30' depending on the circuit of a respective excitation signal switch 13a', 23a'.
  • the resolver 30' outputs sine signals and cosine signals.
  • the sine signals are either sent to the resolver digital converter 18 in the main electronics path 10' or to the resolver digital Transducer 28 is transmitted in the electronics safety path 20'.
  • the cosine signals are, depending on the switch position of a cosine signal switch 13c', 23c' arranged both in the electronics main path 10 'and in the electronics safety path 20', either to the resolver-digital converter 18 in the electronics main path 10' or transmitted to the resolver digital converter 28 in the electronics security path 20'.
  • it can also be provided, for example for control reasons, to transmit the cosine signals to both the resolver digital converter 18 in the main electronics path 10' or the resolver digital converter 28 in the electronics safety path 20'.
  • the respective resolver digital converter 18, 28 is designed in such a way that the resolver digital converter 18, 28 calculates a rotation angle of the rotary brake drive from the transmitted sine and cosine signals by forming the arc rod determines and outputs, for example a higher-level control unit such as the
  • Control signal (electronic safety path)

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehwinkelerfassungssystem (1, 1´) für eine Drehwinkelerfassung eines rotatorischen Bremsantriebs für ein Schienenfahrzeug, aufweisend: zumindest eine Sensoreinheit (30, 30´) zur Erfassung eines Drehwinkels, die operativ mit dem rotatorischen Bremsantrieb verbindbar ist, sowie zumindest einen Elektronik-Hauptpfad (10, 10´) und zumindest einen Elektronik- Sicherheitspfad (20, 20´) pro Sensoreinheit (30, 30´), wobei der zumindest eine Elektronik-Hauptpfad (10, 10´) und der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad (20, 20´) jeweils als Einzelpfad operativ mit der zumindest einen Sensoreinheit (30, 30´) verbindbar ist, wobei der zumindest eine Elektronik-Hauptpfad (10, 10´) und der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad (20, 20´) jeweils zumindest eine Signalaufbereitungseinheit (14, 15, 16, 18, 24, 25, 16, 28) aufweisen.

Description

BESCHREIBUNG
Drehwinkelerfassungssystem für eine Drehwinkelerfassung eines rotatorischen Bremsantriebs für ein Schienenfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehwinkelerfassungssystem für eine Drehwinkelerfassung eines rotatorischen Bremsantriebs für ein Schienenfahrzeug sowie ein Bremssystem für eine Schienenfahrzeug und ein Schienenfahrzeug mit einem solchen Drehwinkelerfassungssystem .
Bei Schienenfahrzeugen sind beispielsweise elektromechanische Bremsaktuatoren, wie Bremszylinder, derart gestaltet, dass mithilfe eines Elektromotors elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Bei der Betätigung des Bremsaktuators bzw. Bremszylinders wird der Rotor des Elektromotors in eine rotatorische Bewegung versetzt. Diese Rotation bzw. das damit verbundene Antriebsmoment wird über eine Welle auf eine in oder an dieser eingebaute Spindelmutter übertragen. Durch eine axiale Fixierung der Spindelmutter resultiert eine Vorschubbewegung der Spindel als Beispiel eines Wandlers von einer rotatorischen Bewegung in eine lineare Bewegung. In einem weiteren Schritt kommt es mittels einer mechanischen Übersetzungsstufe zu einer Bewegung der Zangenhebel, was zu einem Anlegen der Bremsbeläge an einer Bremsscheibe und zum Aufbau einer Anpresskraft der Beläge führt. Zum Lösen der Bremse dreht der Motor in der umgekehrten Richtung und stellt damit den Gewindetrieb zurück.
Für die Ansteuerung des Elektromotors, beispielsweise eine permanentmagneterregte Synchronmaschine oder auch kurz PMSM, wird ein Drehwinkelgeber zur Erfassung der Rotorlage eingesetzt. Zur Erreichung einer hohen Ausfallsicherheit des Antriebssystems, wie bei einem Sicherheitsintegritätslevel 4 (SIL4 ("Safety Integrity Level') werden daher häufig mindestens zwei Gebersystem verwendet, da im Falle des Ausfalls eines Gebersystems somit eine Redundanz besteht.
Aufgrund der beengten Raumverhältnisse für eine entsprechende Installation und auch unter Kostengesichtspunkten sind jedoch zwei oder mehr Sensoren und Komponenten nur sehr schwer oder gar nicht realisierbar. Dies trifft insbesondere auf ein Bremsaktuatorgehäuse eines Schienenfahrzeugs zu, welches aufgrund der Platzverhältnisse im Drehgestell in seinen maximalen Abmessungen limitiert ist.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen ist es somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere im Hinblick auf den erforderlichen Bauraum, verbessertes Drehwinkelerfassungssystem zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß weist ein Drehwinkelerfassungssystem für eine Drehwinkelerfassung eines rotatorischen Bremsantriebs für ein Schienenfahrzeug, zumindest eine Sensoreinheit zur Erfassung eines Drehwinkels, die operativ mit dem rotatorischen Bremsantrieb verbindbar ist, sowie zumindest einen Elektronik-Hauptpfad und zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfad pro Sensoreinheit, wobei der zumindest eine Elektronik-Hauptpfad und der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad jeweils als Einzelpfad operativ mit der zumindest einen Sensoreinheit verbindbar ist, auf, wobei der zumindest eine Elektronik-Hauptpfad und der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad jeweils zumindest eine Signalaufbereitungseinheit aufweisen.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung basiert somit darauf, dass anstatt zwei oder mehr vollständigen Sensorpfaden, die sowohl die Sensoreinheit an sich als auch eine Signalaufbereitungseinheit, beispielsweise eine entsprechende Signalverarbeitungselektronik, aufweisen, eine Sensoreinheit mit zwei oder mehr Signalaufbereitungseinheiten verwendet wird, um eine Redundanz zu erreichen, wobei jeweils zumindest eine der Signalaufbereitungseinheiten einem Elektronik-Hauptpfad und jeweils zumindest eine der Signalaufbereitungseinheiten einem Elektronik- Sicherheitspfad zugeordnet ist.
Der Elektronik-Hauptpfad und der Elektronik-Sicherheitspfad sind voneinander getrennte Einzelpfade, die parallel zueinander geschaltet sind oder auch grundsätzlich getrennt verlaufen. Der Elektronik-Hauptpfad kann dabei als der Elektronikpfad verstanden werden, der im störungsfreien Betrieb mit der Sensoreinheit operativ verbunden ist, um hierüber Sensorsignale oder auch weitere andere Signale, wie Ansteuerungssignale oder dergleichen, unidirektional oder bidirektional leiten zu können. Entsprechend kann der Elektronik-Sicherheitspfad nur dann mit der Sensoreinheit operativ verbunden sein bzw. werden, wenn eine Störung eine Übertragung über den Elektronik-Hauptpfad unterbindet oder anderweitig stört. Alternativ können der Elektronik-Hauptpfad und der Elektronik-Sicherheitspfad dauerhaft oder zumindest zeitweise gleichzeitig operativ mit der Sensoreinheit verbunden sein, so dass eine Plausibilitätsprüfung der übertragenen Signale ermöglicht wird oder aber auch bei Ausfall des Elektronik-Hauptpfads die Signale ohne Verzögerung über den Elektronik-Sicherheitspfad übertragbar sind. Die operative Verbindbarkeit des Elektronik-Hauptpfads und des Elektronik-Sicherheitspfads betrifft sowohl eine direkte als auch indirekte Verbindung der Einzelpfade zur Signalübertragung. Zudem kann sich die operative Verbindung auch auf eine tatsächliche Aktivierung der Einzelpfade bzw. der jeweiligen Signalaufbereitungseinheit beziehen. Mit anderen Worten kann zumindest eine der Signalaufbereitungseinheiten beispielsweise konstant physisch mit der Sensoreinheit verbunden sein, wobei eine operative Verbindung streng genommen erst mit Aktivierung der entsprechenden Signalaufbereitungseinheit erfolgt.
Die operative Verbindungbarkeit der Sensoreinheit mit dem rotatorischen Bremsantrieb kann gleichermaßen eine direkte wie indirekte Verbindung umfassen. Die Verbindung kann mechanisch und/oder signaltechnisch erfolgen. Die Sensoreinheit kann somit sowohl im direkten Kontakt als auch über optische, akustische und/oder elektrische bzw. elektromagnetische Signale in Interaktion mit dem rotatorischen Bremsantrieb zumindest ein einen Drehwinkel repräsentierendes Signal generieren, das über den Elektronik-Hauptpfad und/oder Elektronik-Sicherheitspfad an die jeweilige Signalaufbereitungseinheit weitergeleitet werden kann.
Durch die Ausgestaltung des Drehwinkelerfassungssystems mit einer Sensoreinheit mit redundanten Einzelpfaden kann eine Reduzierung des erforderlichen Bauraums insbesondere dadurch unterstützt werden, dass die jeweiligen Signalaufbereitungseinheiten durch kleine mikroelektronische und/oder hochintegrierte Bauteile realisiert werden können, die selbst bei redundanter Ausführung der Einzelpfade einen vergleichsweisen geringen Platzbedarf aufweisen. Die redundante Ausführung der Einzelpfade, also des Elektronik-Sicherheitspfads im Hinblick auf den Elektronik-Hauptpfad bzw. jeweiliger Signalaufbereitungseinheiten, kann sich auf eine identische Funktionsausführung oder aber auch auf eine Redundanz vorbestimmter, insbesondere sicherheitsrelevanter Funktionen beziehen.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Sensoreinheit mit einer höheren Ausfallsicherheit ausgestattet als der zumindest eine Elektronik Hauptpfad und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad. Insbesondere weist die Sensoreinheit in Bezug auf die höhere Ausfallsicherheit unverlierbare Eigenschaften auf.
Demnach wird die Sensoreinheit, wie beispielsweise ein einzelnes Sensorelement, entsprechend einfach, zuverlässig und ausfallsicher ausgeführt, um eine möglichst hohe Ausfallsicherheit zu erreichen. Dies kann zum Beispiel durch geeignete Maßnahmen, wie eine dauerfeste mechanische Auslegung, eine verstärkte Isolation, größere Leitungsquerschnitte und/oder die Verwendung alterungsresistenter Materialien, erfolgen. Insbesondere wird die Sensoreinheit so ausgeführt, dass ihre Eigenschaften über einen definierten Einsatzzeitraum oder auch über ihre gesamte Lebensdauer "unverlierbar" sind. Der Begriff der "unverlierbaren Eigenschaften" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf einen nicht anzunehmenden Ausfall. Da die Signalaufbereitungseinheiten bzw. damit in Verbindung stehenden Einzelpfade zumindest in vordefinierten Funktionalitäten redundant ausgeführt sind, können Funktionalitäten mit geringerer Ausfallsicherheit auf diese Einzelpfade verlegt werden. Gerade im Hinblick auf eine Signalaufbereitungseinheit mit entsprechenden Komponenten in meist vergleichsweise höherer Komplexität, die eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen, kann die höhere Ausfallwahrscheinlichkeit durch die Redundanz zumindest teilweise kompensiert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Signalaufbereitungseinheit des zumindest einen Elektronik Hauptpfads und/oder des zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfads zumindest einen Signalwandler auf. Über den zumindest einen Signalwandler können beispielsweise von der Sensoreinheit übermittelte Sensorsignale in durch weitere Signalaufbereitungskomponenten verarbeitbare Signale umgewandelt werden. Der Signalwandler kann zum Beispiel ein A/D-Wandler sein, der ein analoges Signal der Sensoreinheit in ein digitales Format umwandelt.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Signalaufbereitungseinheit des zumindest einen Elektronik Hauptpfads und/oder des zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfads zumindest eine Signalverarbeitungseinheit auf.
Beispielsweise wird durch Signalverarbeitungseinheit das optional zuvor über den Signalwandler konvertierte Signal der Sensoreinheit weiter verarbeitet. Die weitere Verarbeitung kann unter anderem eine Berechnung in eine andere Größe unter Berücksichtigung weiterer Signaleingänge sein und/oder eine andere Form der Signalverarbeitung, um auf Basis des Signals der Sensoreinheit einen Drehwinkel des rotatorischen Bremsantriebs zu bestimmen.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Signalaufbereitungseinheit des zumindest einen Elektronik Hauptpfads und/oder des zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfads zumindest eine Signalausgabeeinheit auf.
Die Signalausgabeeinheit gibt den basierend auf dem Signal der Sensoreinheit ermittelten Drehwinkel des rotatorischen Bremsantriebs aus. Die Signalausgabeeinheit kann eine separate Einheit der Signalausbereitungseinheit sein oder aber auch in der vorstehenden Signalverarbeitungseinheit integriert sein. Umgekehrt kann die Signalausgabeeinheit auch Signalverarbeitungsfunktionen umfassen.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen oder weist der zumindest eine Elektronik Hauptpfad und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad zumindest einen Signalschalter auf, über den die zumindest eine Signalaufbereitungseinheit operativ mit der zumindest einen Sensoreinheit verbindbar ist. Über einen solchen Signalschalter können oder kann der zumindest eine Elektronik Hauptpfad und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad somit wahlweise mit der Sensoreinheit verbunden und wieder getrennt werden. Sofern ein Fehler in dem zumindest einen Elektronik Hauptpfad und/oder dem zumindest einen Elektronik- Sicherheitspfad auf die Sensoreinheit übertragbar wäre bzw. sich anderweitig negativ auf die Sensoreinheit auswirken könnte, wird dies durch eine Trennung des fehlerbehafteten Einzelpfads unterbunden. Zudem kann über den Signalschalter auch die gezielte Verbindung mit der Sensoreinheit erfolgen. So kann beispielsweise zunächst nur ein Einzelpfad mit der Sensoreinheit verbunden werden, wobei dann bei entsprechendem Ausfall dieses Einzelpfads oder aus anderen Gründen der andere Einzelpfad über den Signalschalter zugeschaltet oder auf diesen umgeschaltet wird. Der Begriff des Zuschaltens bezieht sich auf die Verbindung beider Einzelpfade, während bei einem Umschalten der vorherige Einzelpfad getrennt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen oder weist der zumindest eine Elektronik Hauptpfad und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad zumindest eine Energieversorgungseinheit auf, die operativ mit der zumindest einen Sensoreinheit verbindbar ist.
Die Sensoreinheit benötigt somit nicht zwangsweise eine eigene Energieversorgung, sondern kann über den zumindest einen Elektronik Hauptpfad und/oder den zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfad mit Energie versorgt werden. Wenn sowohl der zumindest eine Elektronik Hauptpfad und/oder der zumindest eine Elektronik- Sicherheitspfad zumindest eine Energieversorgungseinheit oder eine entsprechende Anbindung an eine Energieversorgungseinheit aufweisen, so kann die Ausfallsicherheit weiter erhöht werden.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen oder weist der zumindest eine Elektronik Hauptpfad und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad zumindest einen Energieversorgungsschalter auf, über den die zumindest eine Energieversorgungseinheit operativ mit der zumindest einen Sensoreinheit verbindbar ist. Vergleichbar zum Signalschalter kann somit auch hier eine gezielte Verbindung und Trennung der jeweiligen Energieversorgungseinheit erfolgen.
Insbesondere ist/sind der zumindest eine Elektronik Hauptpfad und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad und/oder der zumindest eine Signalschalter und/oder der zumindest eine Energieversorgungsschalter über ein Ansteuerungssignal einer Ansteuerungseinheit ansteuerbar.
Eine solche Ansteuerungseinheit umfasst bevorzugt eine Überwachungsfunktion oder ist zumindest signaltechnisch mit einer entsprechenden Überwachungseinheit verbunden, um im Falle eines Ausfalls oder Fehlers eines Einzelpfades bzw. einer Signalaufbereitungseinheit oder Energieversorgungseinheit den zumindest einen Signalschalter und/oder den zumindest einen Energieversorgungsschalter über ein Ansteuerungssignal anzusteuern. Die Ansteuerung kann derart ausgebildet sein, dass zunächst der zumindest eine Elektronik-Hauptpfad angesteuert wird, und erst bei ausbleibender Rückmeldung oder gemäß einem anderweitig detektierten Fehler der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad angesteuert wird. Hierzu korrespondierend kann die Ansteuerungseinheit dann auch den zumindest einen Signalschalter und/oder den zumindest einen Energieversorgungsschalter ansteuern. Die Ansteuerung des zumindest einen Signalschalters und/oder des zumindest einen Energieversorgungsschalters kann auch über den jeweiligen zumindest einen Elektronik Hauptpfad und/oder der zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfad erfolgen. Die Ansteuerungseinheit kann Teil des Drehwinkelerfassungssystems, beispielsweise Teil des zumindest einen Elektronik Hauptpfads und/oder des zumindest einen Elektronik- Sicherheitspfads sein, oder aber auch eine externe Ansteuerungseinheit.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Sensoreinheit ein Resolver oder weist zumindest einen Resolver auf.
Ein Resolver ist ein Drehwinkelsensor, wobei dieser, ähnlich wie ein Elektromotor, einen Rotor und einen Stator aufweist. Der Rotor des Resolvers kann aus einem magnetisch gut leitfähigen Material ausgebildet sein und den magnetischen Rückschluss für das vom Stator erzeugte magnetische Feld bilden. Betrachtet man die Wicklung im Stator des Resolvers, so können zwei unterschiedliche Bereiche unterschieden werden. Der erste Bereich entspricht einem Drehtransformator, wobei die Wicklung hier konzentrisch um den Rotor angeordnet ist. Im zweiten Bereich entspricht der Wicklungsaufbau dem Aufbau einer Motorwicklung mit zwei Phasen, die jedoch miteinander nicht verbunden sind. Die beiden Wicklungsbereiche sind räumlich voneinander getrennt und magnetisch nur durch den Rotor und den Statorrückschluss gekoppelt. Beispielsweise wird die Erregerwicklung des Resolvers mit einer Sinus- oder rechteckförmigen, hochfrequenten Spannung angeregt, typischerweise im Bereich von 2 kHz bis 10 kHz. Das magnetische Wechselfeld wird dabei durch den Rotor ausschließlich auf die Messwicklungen übertragen und in seiner Amplitude moduliert. Als Auswertegrößen können die Spannungen in den Messwicklungen herangezogen werden. Als Ausgangssignale werden dann eine Sinusschwingung und eine Cosinusschwingung angegeben. Da die magnetische Erregung des Rotors mit einer Wechselspannung konstanter Amplitude erfolgt, induziert sie in den Messwicklungen eine Spannung, deren Amplitude unabhängig von der Drehzahl der Welle des Bremsantriebs ist. Die Amplituden der Spannungen in den Messwicklungen hängen somit nur von dem Rotorwinkel bzw. der Position des Rotors oder der Welle ab.
Aufgrund des Aufbaus des Resolvers, bei dem keine mechanischen Komponenten mit Verschleißverhalten, wie zum Beispiel Kugellager, sowie keine elektronischen Bestandteile, wie beispielsweise Mikroprozessoren, Halbleiter oder Kondensatoren mit Festelektrolyt, zum Einsatz kommen, bietet der Resolver selbst eine sehr hohe Ausfallsicherheit.
Insbesondere weisen oder weist der zumindest eine Elektronik Hauptpfad und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad zumindest einen Resolver-Digital-Wandler auf.
Durch die Verwendung zumindest eines Resolver-Digital-Wandlers kann der Resolver als Sensoreinheit in einfacher Weise betrieben werden. Da es sich bei einem Resolver- Digital-Wandler um eine mikroprozessorähnliche Elektronikkomponente handelt, die einen komplexen Aufbau aufweist und/oder mit geringerer Ausfallsicherheit belegt ist, ist zumindest jeweils ein Resolver-Digital-Wandler sowohl in dem zumindest einen Elektronik Hauptpfad als auch in dem zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfad vorgesehen.
Gemäß einer Weiterbildung ist der zumindest eine Resolver-Digital-Wandler dazu ausgebildet, einen Rotor des Resolvers magnetisch, insbesondere mit einer Wechselspannung mit konstanter Amplitude, anzuregen und Sinus- und Cosinussignale eines Stators des Resolvers zu empfangen.
Gemäß der vorstehend angeführten Funktionsweise des Resolvers können somit die Ansteuerungs- bzw. Erregungssignale für den Resolver durch den Resolver-Digital- Wandler übertragen und umgekehrt von dem Resolver den Drehwinkel repräsentierende Ausgangssignale empfangen werden. Entsprechend kann der zumindest eine Resolver-Digital-Wandler für die Erzeugung des passenden Erregungssignals für den Resolver ausgelegt sein. Zudem kann der zumindest eine Resolver-Digital-Wandler dazu ausgelegt sein, die beiden Ausgangssignale des Resolvers, also die Sinus- und Cosinussignale, nicht nur zu empfangen, sondern auch weiterzuverarbeiten und einen Drehwinkel des rotatorischen Bremsantriebs oder ein diesen Drehwinkel repräsentierendes Ausgangssignal als Messgröße zum Beispiel über eine digitale Schnittstelle an ein übergeordnetes System weiterzugeben.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der zumindest eine Resolver-Digital-Wandler oder eine weitere Signalaufbereitungseinheit dazu ausgebildet, aus den Sinus- und Cosinussignalen des Stators des Resolvers, insbesondere unter Berücksichtigung einer Polpaarzahl des Resolvers, die Drehwinkelposition zu bestimmen.
Die Auswertung der Resolversignale, also der Sinus- und Cosinussignale, erfolgt beispielweise über die Bildung des Arcustangens, wodurch die elektrische Drehwinkelposition ausgegeben werden kann. Durch Einbeziehung der Polpaarzahl des Resolvers ist auch die Ausgabe als mechanische Drehwinkelposition möglich. Weiterhin ist eine Diagnose des Resolvers durch die beiden Ausgangssignale und die Anwendung von trigonometrischen Berechnungen möglich. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, das zumindest einen Bremsaktuator zur Aufbringung einer Bremskraft, zumindest einen rotatorischen Bremsantrieb zur Betätigung des Bremsaktuators sowie zumindest ein vorstehend beschriebenes Drehwinkelerfassungssystem aufweist.
Die bei vorstehender Beschreibung des Drehwinkelerfassungssystems beschriebenen Merkmale betreffen gleichermaßen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bremssystems und umgekehrt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Schienenfahrzeug mit zumindest einem vorstehend beschriebenen Drehwinkelerfassungssystem und/oder einem vorstehend beschriebenen Bremssystem, wobei zumindest die Sensoreinheit in einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs angeordnet ist.
Die bei vorstehender Beschreibung des Drehwinkelerfassungssystems beschriebenen Merkmale betreffen gleichermaßen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs und umgekehrt.
Die vorstehend und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind nicht begrenzend auf den Gegenstand der Erfindung anzusehen. Vielmehr können weitere erfindungsgemäße Gegenstände durch Ergänzen, Weglassen oder Vertauschen einzelner Merkmale erhalten werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Im Einzelnen zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drehwinkelerfassungssystems für ein Schienenfahrzeug gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform; und Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Drehwinkelerfassungssystems für ein Schienenfahrzeug gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Drehwinkelerfassungssystems 1 für ein Schienenfahrzeug gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform. Das Drehwinkelerfassungssystem 1 weist eine Sensoreinheit 30 auf, die den Drehwinkel eines rotatorischen Bremsantriebs (nicht gezeigt) eines Schienenfahrzeugs erfassen kann. Das Drehwinkelerfassungssystem ist hierzu in einem Drehgestell angeordnet, hier beispielsweise in einer elektromechanischen Bremszange enthalten, die in einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Drehwinkelerfassungssystem 1 auch nur teilweise in dem in der Bremszange oder auch im Drehgestell angeordnet sein.
Zudem weist das Drehwinkelerfassungssystem 1 einen Elektronik-Hauptpfad 10 sowie einen Elektronik-Sicherheitspfad 20 auf, die jeweils als Einzelpfade mit der Sensoreinheit 30 verbunden sind. Der Elektronik-Hauptpfad 10 und der Elektronik- Sicherheitspfad 20 weisen jeweils einen Signalwandler 14, 24, eine Signalverarbeitungseinheit 15, 25 und eine Signalausgabeeinheit 16, 26 als Teile einer Signalaufbereitungseinheit, die aus diesen Komponenten gebildet wird, auf, die das Sensorsignal der Sensoreinheit aufbereiten. Des Weiteren weisen der Elektronik- Hauptpfad 10 und der Elektronik-Sicherheitspfad 20 jeweils eine Energieversorgungseinheit 11 , 21 auf, um die Sensoreinheit jeweils mit Energie versorgen zu können. Die Verbindung der Sensoreinheit 30 zur Energieversorgung durch die jeweilige Energieversorgungseinheit 11 , 21 erfolgt über einen jeweiligen Energieversorgungsschalter 12, 22. Vergleichbar erfolgt die Verbindung der Sensoreinheit zur Signalaufbereitung über die jeweiligen Signalwandler 14, 24, die jeweiligen Signalverarbeitungseinheiten 15, 25 und die jeweiligen Signalausgabeeinheiten 16, 26 über einen jeweiligen Signalschalter 13, 23. Die Signalschalter 13, 23 und die Energieversorgungsschalter 12, 22 werden durch ein jeweiliges Ansteuerungssignal 17, 27, das von einer Steuerungseinheit 40 bereitgestellt wird, angesteuert. Das Ansteuerungssignal 17 dient dabei der Ansteuerung des Signalschalters 13 und des Energieversorgungsschalters 12 des Elektronik-Hauptpfads 10, während über das Ansteuerungssignal 27 der Signalschalter 23 und der Energieversorgungsschalter 22 des Elektronik-Sicherheitspfads 20 angesteuert werden. Wird die Drehwinkelerfassung und Energieversorgung beispielsweise über den Elektronik-Hauptpfad ausgeführt und bei der Ausführung ein Fehler oder Ausfall detektiert, gibt die Steuerungseinheit 40 ein Ansteuerungssignal 17 aus, um den Signalschalter 13 und den Energieversorgungsschalter 12 zu öffnen und damit eine jeweilige Verbindung zu der Sensoreinheit 30 zu trennen. Zudem gibt die Steuerungseinheit 40 diesbezüglich ein Ansteuerungssignal 27 an den Elektronik- Sicherheitspfad 20 aus, um den Signalschalter 23 und den Energieversorgungsschalter 22 zu schließen, so dass die Sensoreinheit 30 mit dem Elektronik-Sicherheitspfad 20 verbunden wird. Sofern ein Ausfall oder Fehler nur die Energieversorgung betrifft, können auch nur die entsprechenden Energieversorgungsschalter 12, 22 umgeschaltet werden. Ebenso können nur die Signalschalter 13, 23 umgeschaltet werden, wenn die jeweils aktive Energieversorgungseinheit 11 , 21 von dem Fehler oder Ausfall nicht betroffen ist.
Der Elektronik-Hauptpfad 10 und der Elektronik-Sicherheitspfad 20 weisen hier identische Funktionsumfänge auf, um eine vollständige Redundanz des Elektronik- Hauptpfads 10 und des Elektronik-Sicherheitspfads 20 zu realisieren. In alternativen Ausführungsformen können der Elektronik-Hauptpfad 10 und der Elektronik- Sicherheitspfad 20 aber auch nur teilweise identische Funktionsumfänge aufweisen, um beispielsweise lediglich sicherheitsrelevante Funktionen redundant auszubilden.
Gemäß den vorstehenden Ausführungen weist das Drehwinkelerfassungssystem 1 somit keine redundanten Sensoreinheiten mit jeweiligen Elektronikpfaden zur Signalaufbereitung auf, sondern die Redundanz verlagert sich auf die Signalaufbereitung durch die durch den Elektronik-Hauptpfad 10 und den Elektronik- Sicherheitspfad 20 zumindest teilweise redundant ausgebildeten Einzelpfade, die jeweils mit der nicht redundant ausgeführten Sensoreinheit 30 verbindbar sind.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Drehwinkelerfassungssystems 1 ' für ein Schienenfahrzeug gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform. Das Drehwinkelerfassungssystem 1 ' der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Drehwinkelerfassungssystem 1 der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Sensoreinheit in der zweiten Ausführungsform durch einen Resolver 30' ausgebildet wird. Zudem erfolgt in dem Drehwinkelerfassungssystem 1 ' die Energieversorgung in Form eines Erregungssignals für den Resolver 30' sowie die Signalaufbereitung gemäß von dem Resolver 30' empfangener Sinussignale und Cosinussignale in dem jeweils mit dem Resolver 30' verbundenen Elektronik- Hauptpfad 10' und Elektronik- Sicherheitspfad 20' über einen jeweils in dem Elektronik- Hauptpfad 10' und dem Elektronik-Sicherheitspfad 20' vorgesehenen Resolver-Digital-Wandler 18, 28. Das Erregungssignal ist entweder von dem Resolver-Digital-Wandler 18 im Elektronik- Hauptpfad 10' oder dem Resolver-Digital-Wandler 28 im Elektronik-Sicherheitspfad 20' je nach Schaltung eines jeweiligen Erregungssignalschalters 13a', 23a' an den Resolver 30' übertragbar. Korrespondierend zum Erregungssignal in Verbindung mit dem aktuellen Drehwinkel des rotatorischen Bremsantriebs gibt der Resolver 30' Sinussignale und Cosinussignale aus. Die Sinussignale werden je nach Schalterstellung eines sowohl im Elektronik- Hauptpfad 10' als auch im Elektronik- Sicherheitspfad 20' angeordneten Sinussignalschalters 13b', 23b' wahlweise an den Resolver-Digital-Wandler 18 im Elektronik-Hauptpfad 10' oder den Resolver-Digital- Wandler 28 im Elektronik-Sicherheitspfad 20'übertragen. In alternativen Ausführungsformen kann beispielsweise aus Kontrollgründen auch vorgesehen sein, die Sinussignale sowohl an den Resolver-Digital-Wandler 18 im Elektronik-Hauptpfad 10' als auch an den Resolver-Digital-Wandler 28 im Elektronik-Sicherheitspfad 20' zu übermitteln. Zur Übertragung der Sinussignale vergleichbar werden die Cosinussignale je nach Schalterstellung eines sowohl im Elektronik- Hauptpfad 10' als auch im Elektronik-Sicherheitspfad 20' angeordneten Cosinussignalschalters 13c', 23c' wahlweise an den Resolver-Digital-Wandler 18 im Elektronik-Hauptpfad 10' oder den Resolver-Digital-Wandler 28 im Elektronik-Sicherheitspfad 20' übertragen. In alternativen Ausführungsformend kann ebenfalls beispielsweise aus Kontrollgründen auch vorgesehen sein, die Cosinussignale sowohl an den Resolver-Digital-Wandler 18 im Elektronik-Hauptpfad 10' oder den Resolver-Digital-Wandler 28 im Elektronik- Sicherheitspfad 20' zu übermitteln.
Der jeweilige Resolver-Digital-Wandler 18, 28 ist jeweils derart ausgebildet, dass der Resolver-Digital-Wandler 18, 28 aus den übertragenen Sinus- und Cosinussignalen durch Bildung des Arcustangens einen Drehwinkel des rotatorischen Bremsantriebs bestimmt und ausgibt, beispielsweise eine übergeordnete Steuereinheit, wie die
Steuereinheit 40.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 , r Drehwinkelerfassungssystem
10, 10' Elektronik-Hauptpfad
11 Energieversorgungseinheit (Elektronik-Hauptpfad)
12 Energieversorgungsschalter (Elektronik-Hauptpfad)
13 Signalschalter (Elektronik-Hauptpfad)
13a' Erregungssignalschalter (Elektronik-Hauptpfad)
13b' Sinussignalschalter (Elektronik-Hauptpfad)
13c' Cosinussignalschalter (Elektronik-Hauptpfad)
14 Signalwandler (Elektronik-Hauptpfad)
15 Signalverarbeitungseinheit (Elektronik-Hauptpfad)
16 Signalausgabeeinheit (Elektronik-Hauptpfad)
17 Ansteuerungssignal (Elektronik-Hauptpfad)
18 Resolver-Digital-Wandler (Elektronik-Hauptpfad)
20, 20' Elektronik-Sicherheitspfad
21 Energieversorgungseinheit (Elektronik-Sicherheitspfad)
22 Energieversorgungsschalter (Elektronik-Sicherheitspfad)
23 Signalschalter (Elektronik-Sicherheitspfad)
23a' Erregungssignalschalter (Elektronik-Sicherheitspfad)
23b' Sinussignalschalter (Elektronik-Sicherheitspfad)
23c' Cosinussignalschalter (Elektronik-Sicherheitspfad)
24 Signalwandler (Elektronik-Sicherheitspfad)
25 Signalverarbeitungseinheit (Elektronik-Sicherheitspfad)
26 Signalausgabeeinheit (Elektronik-Sicherheitspfad)
27 Ansteuerungssignal (Elektronik-Sicherheitspfad)
28 Resolver-Digital-Wandler (Elektronik-Sicherheitspfad)
30 Sensoreinheit
30' Resolver
40 Steuerungseinheit

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') für eine Drehwinkelerfassung eines rotatorischen Bremsantriebs für ein Schienenfahrzeug, aufweisend: zumindest eine Sensoreinheit (30, 30') zur Erfassung eines Drehwinkels, die operativ mit dem rotatorischen Bremsantrieb verbindbar ist, sowie zumindest einen Elektronik-Hauptpfad (10, 10') und zumindest einen Elektronik- Sicherheitspfad (20, 20') pro Sensoreinheit (30, 30'), wobei der zumindest eine Elektronik-Hauptpfad (10, 10') und der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad (20, 20') jeweils als Einzelpfad operativ mit der zumindest einen Sensoreinheit (30, 30') verbindbar ist, wobei der zumindest eine Elektronik-Hauptpfad (10, 10') und der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad (20, 20') jeweils zumindest eine Signalaufbereitungseinheit (14, 15, 16, 18, 24, 25, 16, 28) aufweisen.
2. Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach Anspruch 1 , wobei die Sensoreinheit (30, 30') mit einer höheren Ausfallsicherheit ausgestattet ist, insbesondere unverlierbare Eigenschaften aufweist, als der zumindest eine Elektronik Hauptpfad (10, 10') und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad (20, 20').
3. Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signalaufbereitungseinheit des zumindest einen Elektronik Hauptpfads (10, 10') und/oder des zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfads (20, 20') zumindest einen Signalwandler (14, 18, 24, 28) aufweist.
4. Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalaufbereitungseinheit des zumindest einen Elektronik Hauptpfads (10, 10') und/oder des zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfads (20, 20') zumindest eine Signalverarbeitungseinheit (15, 18, 25, 28) aufweist.
5. Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalaufbereitungseinheit des zumindest einen Elektronik Hauptpfads (10, 10') und/oder des zumindest einen Elektronik-Sicherheitspfads (20, 20') zumindest eine Signalausgabeeinheit (16, 18, 26, 28) aufweist.
6. Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Elektronik Hauptpfad (10, 10') und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad (20, 20') zumindest einen Signalschalter (13, 13a', 13b', 13c', 23, 23a', 23b', 23c') aufweisen oder aufweist, über den die zumindest eine Signalaufbereitungseinheit (14, 15, 16, 18, 24, 25, 16, 28) operativ mit der zumindest einen Sensoreinheit (30, 30') verbindbar ist.
7. Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Elektronik Hauptpfad (10, 10') und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad (20, 20') zumindest eine Energieversorgungseinheit (11 , 21 ) aufweisen oder aufweist, die operativ mit der zumindest einen Sensoreinheit (30, 30') verbindbar ist.
8. Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Elektronik Hauptpfad (10, 10') und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad (20, 20') zumindest einen Energieversorgungsschalter (12, 22) aufweisen oder aufweist, über den die zumindest eine Energieversorgungseinheit (11 , 21 ) operativ mit der zumindest einen Sensoreinheit (30, 30') verbindbar ist.
9. Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach Anspruch 6 oder 8, wobei der zumindest eine Elektronik Hauptpfad (10, 10') und/oder der zumindest eine Elektronik- Sicherheitspfad (20, 20') und/oder der zumindest eine Signalschalter (13, 13a', 13b', 13c', 23, 23a', 23b', 23c') und/oder der zumindest eine Energieversorgungsschalter (12, 22) über ein Ansteuerungssignal (17, 27) einer Ansteuerungseinheit (18, 40) ansteuerbar ist/sind.
10. Drehwinkelerfassungssystem (1 ') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (30') ein Resolver (30') ist oder zumindest einen Resolver (30') aufweist.
11 . Drehwinkelerfassungssystem (1 ') nach Anspruch 10, wobei der zumindest eine Elektronik Hauptpfad (10, 10') und/oder der zumindest eine Elektronik-Sicherheitspfad (20, 20') zumindest einen Resolver-Digital-Wandler (18, 28) aufweisen oder aufweist.
12. Drehwinkelerfassungssystem (1 ') nach Anspruch 11 , wobei der zumindest eine Resolver-Digital-Wandler (18, 28) dazu ausgebildet ist, einen Rotor des Resolvers (30') magnetisch, insbesondere mit einer Wechselspannung mit konstanter Amplitude, anzuregen und Sinus- und Cosinussignale eines Stators des Resolvers (30') zu empfangen.
13. Drehwinkelerfassungssystem (1 ') nach Anspruch 12, wobei der zumindest eine Resolver-Digital-Wandler (18, 28) oder eine weitere Signalaufbereitungseinheit (14, 15, 16, 24, 25, 16) dazu ausgebildet ist, aus den Sinus- und Cosinussignalen des Stators des Resolvers (30'), insbesondere unter Berücksichtigung einer Polpaarzahl des Resolvers (30'), die Drehwinkelposition zu bestimmen.
14. Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, aufweisend: zumindest einen Bremsaktuator zur Aufbringung einer Bremskraft, zumindest einen rotatorischen Bremsantrieb zur Betätigung des Bremsaktuators sowie zumindest ein Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Schienenfahrzeug mit zumindest einem Drehwinkelerfassungssystem (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder einem Bremssystem nach Anspruch 14, wobei zumindest die Sensoreinheit (30, 30') in einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs angeordnet ist.
PCT/EP2023/073359 2022-09-12 2023-08-25 Drehwinkelerfassungssystem für eine drehwinkelerfassung eines rotatorischen bremsantriebs für ein schienenfahrzeug WO2024056349A1 (de)

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