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Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremsaktuator und ein elektromechanisches Bremssystem mit einem solchen elektromechanischen Bremsaktuator, insbesondere einen elektromechanischen Bremsaktuator und ein elektromechanisches Bremssystem mit einem solchen elektromechanischen Bremsaktuator für ein Schienenfahrzeug.
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Im Stand der Technik sind elektromechanische Bremsaktuatoren für Schienenfahrzeuge bekannt, die sowohl mit Energie als auch mit Steuersignalen versorgt werden. Aus der Druckschrift
DE 10 2017 215 289 A1 ist ein solcher elektromechanischer Bremsaktuator bekannt. Der elektromechanische Bremsaktuator weist einen separaten Versorgungsanschluss auf, über den der elektromechanische Bremsaktuator von einer Energieversorgungseinrichtung mit Energie versorgt wird, und einen separaten Steuerungsanschluss, über den der elektromechanische Bremsaktuator mit Steuersignalen von einer Steuerungsvorrichtung versorgt wird, wobei eine Steuerung und eine Überwachung der elektromechanischen Bremsaktuatoren erfolgt.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines konventionellen elektromechanischen Bremssystems 1 aus dem Stand der Technik. Das elektromechanische Bremssystem 1 weist einen elektromechanischen Bremsaktuator 2, eine Steuerungsvorrichtung 3 und eine Energieversorgungseinrichtung 4 auf. Dabei ist für die Versorgung mit Energie jedes Gerät zwangsweise mit üblicherweise zwei Leitungen der Spannungsversorgung verbunden, wobei die Leitungen in einer Anschlussleitung 5 vorgesehen sind.
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Ferner wird eine Signalübertragung 6 zu den elektromechanischen Bremsaktuatoren elektrisch über Strom- bzw. Spannungssignale realisiert. Zur Signalübertragung werden inzwischen auch typische Feldbusse wie z.B. CAN, bei denen die Signale beispielsweise über Kupferkabel übertragen werden, eingesetzt. Elektrische Signale sind jedoch störungsanfällig weshalb Maßnehmen gegen die Störungen, wie etwa eine Kabelschirmung, ergriffen werden müssen. Gerade in Schienenfahrzeugen sind jedoch die Anforderungen aus Sicherheitsgründen hoch, so dass Maßnahmen hinsichtlich der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) gegen Streufelder, wie beispielsweise vom Fahrmotor, getroffen werden müssen. Darüber hinaus sind Maßnahmen wegen Anforderungen aufgrund von Störungen durch große Leitungslängen üblich, und auch die Stromzuleitung zu einer elektromagnetischen (EM)-Bremse verursacht ebenfalls Interferenzen.
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Daraus ergeben sich die Nachteile, dass große Aufwendungen für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) getroffen werden müssen, und, trotz der Verwendung von Datenbussystemen, komplexe Kabelstränge angefertigt und verlegt werden müssen, was die Herstellungs- und Montagekosten erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Nachteile auszuräumen, und einen elektromechanischen Bremsaktuator und ein elektromechanisches Bremssystem bereitzustellen, die einen wirtschaftlichen und störungssicheren Betrieb von Bremsen für Schienenfahrzeuge ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch einen elektromechanischen Bremsaktuator gemäß Anspruch 1, ein elektromechanisches Bremssystem gemäß Anspruch 7 und ein Schienenfahrzeug gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein elektromechanischer Bremsaktuator, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, bereitgestellt. Der elektromechanische Bremsaktuator ist mit einer bremsenden Komponente, die dazu konfiguriert ist, mit einer zu bremsenden Komponente zusammenzuwirken, um eine Bremswirkung zu erzeugen, einem Mittel zum Aktivieren der bremsenden Komponente, das dazu konfiguriert ist, die bremsende Komponente zu aktivieren und zu deaktivieren, und einer Logikeinheit, die dazu konfiguriert ist, das Mittel zum Aktivieren der bremsenden Komponente zu steuern, versehen. Der elektromechanische Bremsaktuator weist eine Anschlussleitung mit einzelnen Leitungen auf, wobei eine einzelne Leitung jeweils dazu konfiguriert ist, sowohl eine Verbindung mit einer Steuerungsvorrichtung zum Ansteuern der Logikeinheit mit Steuersignalen als auch eine Verbindung mit einer Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen des elektromechanischen Bremsaktuators mit Energie bereitzustellen.
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Durch einen solchen elektromechanischen Bremsaktuator ist es möglich, über die einzelnen Leitungen der Anschlussleitung sowohl die Energieversorgung als auch die Steuerung der Logikeinheit des elektromechanischen Bremsaktuators durchzuführen. Dadurch ist es möglich, Leitungen einzusparen und Kabelstränge zu vereinfachen, und auch Maßnahmen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit können reduziert werden, so dass Beschaffungs- und Herstellkosten verringert werden können und der elektromechanische Bremsaktuator trotzdem sicher angesteuert werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des elektromechanischen Bremsaktuators ist die bremsende Komponente ein Anpressteil, die zu bremsende Komponente eine Bremsscheibe und das Mittel zum Aktivieren der bremsenden Komponente ist dazu konfiguriert, das Anpressteil zu der Bremsscheibe hin und von dieser weg zu bewegen.
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In dieser Ausgestaltung kann eine wirksame und kostengünstige Bremse bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektromechanischen Bremsaktuators weist der elektromechanische Bremsaktuator ein Gehäuse auf, die Logikeinheit ist in dem oder an dem Gehäuse angeordnet, und eine Anschlusseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, eine lösbare Verbindung in der Anschlussleitung bereitzustellen, ist in oder an dem Gehäuse vorgesehen.
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Dadurch kann der elektromechanische Bremsaktuator in einer modularen Bauform als abgeschlossene Einheit bereitgestellt werden. Die Komponenten des elektromechanischen Bremsaktuators sind geschützt untergebracht und der elektromechanische Bremsaktuator kann an ein beispielsweise vorab eingebautes Versorgungskabel angeschlossen werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektromechanischen Bremsaktuators weist die Anschlusseinrichtung eine Steckvorrichtung auf.
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Durch die Steckvorrichtung ist es einfach möglich, den elektromechanischen Bremsaktuator mit dem Versorgungskabel zu verbinden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektromechanischen Bremsaktuators weist der elektromechanische Bremsaktuator eine Separationsvorrichtung auf, die ausgebildet ist, eine durch die einzelnen Leitungen bereitgestellte Energieversorgung und Signalübertragung auf eine Versorgungsleitung und eine Steuerleitung aufzutrennen.
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Bei dem Vorsehen der Separationsvorrichtung können die durch die Anschlussleitung bereitgestellten Steuersignale und die bereitgestellte Energieversorgung voneinander getrennt werden und an die jeweiligen Bestimmungsorte zugeführt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektromechanischen Bremsaktuators weist der elektromechanische Bremsaktuator einen Energiespeicher und eine Energierückgewinnungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, in einer Bremszange elastisch gespeicherte Energie zurückzugewinnen, auf.
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Durch das Vorsehen der Energierückgewinnungsvorrichtung in Verbindung mit dem Energiespeicher kann Energie zurückgewonnen werden, um Energie einzusparen. Des Weiteren kann die Abschlussleitung mit geringeren Querschnitten dimensioniert werden, da Verbrauchsspitzen durch den Energiespeicher abgedeckt werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein elektromechanisches Bremssystem für ein Schienenfahrzeug einen elektromechanischen Bremsaktuator, eine Steuerungsvorrichtung, eine Energieversorgungseinrichtung und eine Kombinationsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine durch die Energieversorgungseinrichtung bereitgestellte Energieversorgung und durch die Steuerungsvorrichtung bereitgestellte Steuersignale zu kombinieren und in die Anschlussleitung einzuleiten, auf.
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Ein solches elektromechanisches Bremssystem ermöglicht es, über die einzelnen Leitungen der Anschlussleitung sowohl die Energieversorgung als auch die Steuerung der Logikeinheit des elektromechanischen Bremsaktuators durchzuführen. Dadurch ist es möglich, Leitungen einzusparen und Kabelstränge zu vereinfachen, und auch Maßnahmen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit können reduziert werden, so dass Beschaffungs- und Herstellkosten verringert werden können und das elektromechanische Bremssystem trotzdem sicher funktioniert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektromechanischen Bremssystems weist das elektromechanische Bremssystem ein kombiniertes Versorgungs- und Datenbussystem auf, das dazu ausgebildet ist, mit damit verbundenen Einrichtungen zumindest eines von Energie und Steuerungssignalen auszutauschen.
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Durch das kombinierte Versorgungs- und Datenbussystem können mehrere mit dem kombinierten Versorgungs- und Datenbussystem verbundene Einrichtungen mit Energie und Steuersignalen versorgt werden, ohne dass weitere Verbindungen zur Versorgung oder zur Steuerung erforderlich sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektromechanischen Bremssystems weist das elektromechanische Bremssystem mehrere Steuerungsvorrichtungen auf, und das kombinierte Versorgungs- und Datenbussystem ist dazu ausgebildet, die Steuerungssignale zwischen zumindest zwei von den Steuerungsvorrichtungen auszutauschen.
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Somit ist es möglich, dass auch mehrere Steuerungsvorrichtungen über das kombinierte Versorgungs- und Datenbussystem kommunizieren und darüber versorgt werden, ohne dass weitere Verbindungen zur Versorgung oder zur Kommunikation erforderlich sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektromechanischen Bremssystems weist es mehrere elektromechanische Bremsaktuatoren auf, und das kombinierte Versorgungs- und Datenbussystem ist dazu ausgebildet, die Steuerungssignale zwischen zumindest einer Steuerungsvorrichtung und den mehreren elektromechanischen Bremsaktuatoren auszutauschen.
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Dadurch ist es möglich, mehrere elektromechanische Bremsaktuatoren mit Steuersignalen von einer Steuerungsvorrichtung oder von mehreren Steuerungsvorrichtungen zu steuern, ohne dass ein zusätzlicher Verdrahtungsaufwand für eine Energie- oder Signalübertragung erforderlich ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des elektromechanischen Bremssystems ist das elektromechanische Bremssystem ein elektromechanisches Bremssystem eines Schienenfahrzeugs und gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Schienenfahrzeug das elektromechanische Bremssystem auf.
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In dem mit dem elektromechanischen Bremssystem ausgerüsteten Schienenfahrzeug können die Vorteile, dass Leitungen eingespart und Kabelstränge vereinfacht werden können, und auch Maßnahmen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit reduziert werden können, so dass Beschaffungs- und Herstellkosten verringert werden können und der elektromechanische Bremsaktuator trotzdem sicher angesteuert werden, in dem Schienenfahrzeug realisiert werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
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Insbesondere zeigt:
- 1 eine Prinzipskizze eines konventionellen elektromechanischen Bremssystems aus dem Stand der Technik;
- 2 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremssystems; und
- 3 ein Blockschaltbild eines elektromechanischen Bremsaktuators gemäß der Erfindung.
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremssystems 1. Das elektromechanische Bremssystem 1 weist einen elektromechanischen Bremsaktuator 2, eine Steuerungsvorrichtung 3 und eine Energieversorgungseinrichtung 4 auf. Das elektromechanische Bremssystem 1 wird in einem Schienenfahrzeug verwendet. Alternativ kann es aber auch in einem anderen Fahrzeug, beispielsweise einem Nutzfahrzeug, verwendet werden.
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Das elektromechanische Bremssystem 1 weist ferner eine Kombinationsvorrichtung 7 auf, die dazu ausgebildet ist, eine durch die Energieversorgungseinrichtung 4 bereitgestellte Energieversorgung und durch die Steuerungsvorrichtung 3 bereitgestellte Steuersignale zu kombinieren und in die Anschlussleitung 5 einzuleiten, um so die Versorgung des elektromechanischen Bremsaktuators 2 und die Signalübertragung 6 zu dem elektromechanischen Bremsaktuator 2 durchzuführen. Beispielsweise weist die Kombinationsvorrichtung 7 einen Modulator auf, mittels dem die Steuersignale auf eine Versorgungsspannung aufmoduliert werden.
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Die Anschlussleitung 5 ist Bestandteil eines kombinierten Versorgungs- und Datenbussystems des elektromechanischen Bremssystems 1. Mit dem Versorgungs- und Datenbussystem sind die Energieversorgungseinrichtung 4, die Steuerungsvorrichtung 3, der elektromechanische Bremsaktuator 2 und optional weitere Einrichtungen, nämlich weitere Steuerungsvorrichtungen 3' und/oder weitere elektromechanische Bremsaktuatoren 2', verbunden. Optional können auch weitere Energieversorgungseinrichtungen vorgesehen sein. Über das Versorgungs- und Datenbussystem werden die damit verbundenen Einrichtungen versorgt sowie die Steuerungssignale zwischen den Steuerungsvorrichtungen 3, 3' und zwischen den Steuerungsvorrichtungen 3, 3' und den Bremsaktuatoren 2, 2' sowie gegebenenfalls vorgesehenen anderen weiteren Einrichtungen ausgetauscht. In alternativen Ausführungsformen ist kein kombiniertes Versorgungs- und Datenbussystem vorgesehen, sondern lediglich die Anschlussleitung 5 zwischen der Steuerungsvorrichtung 3, der Energieversorgungseinrichtung 4 und dem elektromechanischen Bremsaktuator 2.
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3 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremsaktuators 2. Der elektromechanische Bremsaktuator 2 weist ein Anpressteil als eine bremsende Komponente 9 und eine Bremsscheibe als eine zu bremsende Komponente 10 auf, um eine Bremswirkung zu erzeugen. Der elektromechanische Bremsaktuator 2 weist ferner ein Mittel 11 zum Aktivieren der bremsenden Komponente 9 auf. Das Mittel 11 zum Aktivieren der bremsenden Komponente 9 aktiviert und deaktiviert die bremsende Komponente 9. In dieser Ausführungsform weist das Mittel 11 zum Aktivieren der bremsenden Komponente 9 einen Spindeltrieb auf, der das Anpressteil zu der Bremsscheibe hin und von dieser weg bewegt. Alternativ kann ein Linearantrieb vorgesehen sein.
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Der elektromechanische Bremsaktuator 2 weist außerdem ein Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 umgibt Komponenten des elektromechanischen Bremsaktuators 2. In einer alternativen Ausführungsform ist kein Gehäuse 12 vorgesehen, sondern die Komponenten sind beispielsweise in einer anderen Baugruppe angeordnet.
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Darüber hinaus weist der elektromechanische Bremsaktuator 2 eine Logikeinheit 13 auf. Die Logikeinheit 13 steuert das Mittel 11 zum Aktivieren der bremsenden Komponente 9 basierend auf den Steuersignalen. Die Logikeinheit 13 ist in dem Gehäuse 12 angeordnet. Alternativ ist die Logikeinheit 13 an dem Gehäuse angeordnet oder in das Mittel 11 zum Aktivieren der bremsenden Komponente 9 integriert.
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Außerdem weist der elektromechanische Bremsaktuator 2 die Anschlussleitung 5 auf. Die Anschlussleitung 5 ist mit einzelnen Leitungen versehen. In dieser Ausführungsform ist eine Anschlusseinrichtung 14 für die Anschlussleitung 5 an dem Gehäuse 12 vorgesehen, um eine lösbare Verbindung in der Anschlussleitung 5 bereitzustellen. Im Speziellen weist die Anschlusseinrichtung 14 eine Steckvorrichtung 20 auf. In alternativen Ausführungsformen weist die Anschlusseinrichtung 14 eine andere Verbindungsvorrichtung, beispielsweise eine Klemmeinrichtung, auf, oder die Anschlusseinrichtung 14 ist nicht an dem Gehäuse 12 vorgesehen, sondern beispielsweise als eine Steckverbindung am Ende des Anschlusskabels 5 vorgesehen.
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Eine einzelne Leitung des Anschlusskabels 5 stellt sowohl eine Verbindung mit der Steuerungsvorrichtung 3 zum Ansteuern der Logikeinheit 13 mit Steuersignalen als auch eine Verbindung mit der Energieversorgungseinrichtung 4 zum Versorgen des elektromechanischen Bremsaktuators 2 mit Energie bereit.
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Der elektromechanische Bremsaktuator 2 weist darüber hinaus auch eine Separationsvorrichtung 15 auf. Die Separationsvorrichtung 15 trennt die durch die einzelnen Leitungen bereitgestellte Energieversorgung und Signalübertragung 6 auf eine Versorgungsleitung 16 und eine Steuerleitung 17 auf. Die Separationsvorrichtung kann beispielsweise einen Demodulator aufweisen. Die Versorgungsleitung 16 an der Separationsvorrichtung 15 und weitere Versorgungsleitungen sind mittels durchgezogener Linien dargestellt, wobei nicht alle Versorgungsleitungen mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Steuerleitung 17 an der Separationsvorrichtung 15 und weitere Steuerleitungen sind mittels gestrichelter Linien dargestellt, wobei nicht alle Steuerleitungen mit einem Bezugszeichen versehen sind.
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Ferner ist der elektromechanische Bremsaktuator 2 mit einem Energiespeicher 8 und einer Leistungselektronik mit Rückspeiseelektronik, nämlich einer Energierückgewinnungsvorrichtung 18 versehen. Durch das Vorsehen des Energiespeichers 8 können Spitzen einer erforderlichen Leistung gepuffert werden. Der Energiespeicher 8 ist ein Akkumulator, oder alternativ ein anderer Energiespeicher, wie etwa ein Kondensator. Durch die Leistungselektronik mit Rückspeiseelektronik kann eine in einer Bremszange elastisch gespeicherte Energie rekuperiert, also rückgewonnen werden. In alternativen Ausführungsformen ist der elektromechanische Bremsaktuator 2 nicht mit dem Energiespeicher 8 und/oder der Energierückgewinnungsvorrichtung 18 versehen.
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Außerdem ist der elektromechanische Bremsaktuator 2 mit einer Anpresskrafterfassungseinheit 19 versehen, die eine Ist-Anpresskraft des Anpressteils an der Bremsscheibe erfasst. Dadurch kann eine Regelung einer Anpresskraft oder eine Nachspeisung des elektromechanischen Bremsaktuators 2 bewirkt werden.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromechanisches Bremssystem
- 2
- elektromechanischer Bremsaktuator
- 3
- Steuerungsvorrichtung
- 4
- Energieversorgungseinrichtung
- 5
- Anschlussleitung
- 6
- Signalübertragung
- 7
- Kombinationsvorrichtung
- 8
- Energiespeicher
- 9
- bremsende Komponente
- 10
- zu bremsende Komponente
- 11
- Mittel zum Aktivieren der bremsenden Komponente
- 12
- Gehäuse
- 13
- Logikeinheit
- 14
- Anschlusseinrichtung
- 15
- Separationsvorrichtung
- 16
- Versorgungsleitung
- 17
- Steuerleitung
- 18
- Energierückgewinnungsvorrichtung
- 19
- Anpresskrafterfassungseinheit
- 20
- Steckvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017215289 A1 [0002]
