DE112009000583B4

DE112009000583B4 - Schienenfahrzeugbremsvorrichtung, Schienenfahrzeug und Verfahren

Info

Publication number: DE112009000583B4
Application number: DE112009000583.7T
Authority: DE
Inventors: Dr. Wulf Eckard; Norbert Zander
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: RU2450944C1; SE536164C2; CN102015393B; DE102008015873A1; CN102015393A; WO2009118350A3; DE112009000583A5; SE1050989A1; WO2009118350A2

Abstract

Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) umfassend: – eine Tragstruktur (2), – ein Fahrwerk (3), – mindestens eine Bremseinheit (4), die an der Tragstruktur (2) befestigt ist und eine Bremskraft auf eine Reibfläche (5) eines rotierenden Elements (6) des Fahrwerks (3) überträgt, – mindestens einen Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e), der derart an der Bremseinheit (4) oder an der Tragstruktur (2) angeordnet ist, dass er eine Reibungskraft zwischen der Bremseinheit (4) und der Reibfläche (5) oder eine daraus resultierende Kraft messen kann, und – eine Steuereinrichtung (16), die derart ausgebildet ist, dass sie vom jeweiligen Belastungssensor (7a; 7b; 7c; 7d; 7e) empfangene Ist-Werte mit vorbestimmten Soll-Werten vergleichen kann, dadurch gekennzeichnet, – dass der Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) eingerichtet ist, die Reibungskraft zwischen der Bremseinheit (4) und der Reibfläche (5) oder die daraus resultierende Kraft bei einer Bremsprobe zu messen, und – dass die Steuereinrichtung (16) eingerichtet ist, bei einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert, die größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, eine Betätigung der Bremseinheit (4) zur Reduzierung des Vereisungsgrads der Bremseinheit (4) auszulösen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schienenfahrzeugbremsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13. Eine entsprechende Schienenfahrzeugbremsvorrichtung, ein entsprechendes Schienenfahrzeug und ein entsprechendes Verfahren sind beispielsweise bekannt aus der DE 29 23 454 A1 .
Schienenfahrzeuge sind traditionell mit Backenbremsen, insbesondere Klotzbremsen, und neuere Fahrzeuge mit Scheibenbremsen ausgerüstet.
Unter einer Backenbremse ist eine mechanische Bremse zu verstehen, bei der das jeweilige Rad des Fahrwerks durch Andrücken einer oder mehrerer Bremsbacken abgebremst wird. Über die jeweilige Bremsbacke wird ein radialer Druck auf eine Reibfläche des Rades, häufig auf die Lauffläche, ausgeübt. In der Regel werden zwei gegenüberliegende Bremsklötze angepresst. Wird nur ein einzelner Bremsklotz angepresst, spricht man von einer Klotzbremse. Der jeweilige Bremsklotz bzw. -belag ist über eine bewegliche Mechanik, das so genannte Bremsgestänge, mit einem pneumatischen, hydraulischen, elektrischen, mechanischen oder elektromagnetischen Antrieb verbunden. In der Regel wird bei Schienenfahrzeugen eine Druckluftbetätigung verwendet.
Bei einer Scheibenbremse wird die Bremskraft nicht radial, sondern quer dazu, also in axialer Richtung, auf eine Reibfläche einer Bremsscheibe übertragen, die fest mit der Achse des jeweiligen Rades des Fahrwerks verbunden ist. In der Regel werden zum Abbremsen des Rades die Bremsklötze bzw. Bremsbeläge von beiden Seiten an die Bremsscheibe gepresst. Die Bremsklötze sind in einer Bremszange, auch Bremssattel genannt, angebracht, die die Bremsscheibe teilweise umgibt. Ein Bremskolben, der vom jeweiligen Bremsantrieb bewegt wird, überträgt die Bremskraft über das Bremsgestänge der Bremszange an die Bremsklötze. Bei einer solchen Scheibenbremse entsteht eine Reaktionskraft, welche unmittelbar als Reibkraft an der Bremsscheibe auftritt und dann als Abstützkraft von ein oder mehreren weiteren Bauteilen aufgenommen wird.
Beim Betrieb von Schienenfahrzeugen unter winterlichen Bedingungen kann es in Abhängigkeit von der Konstruktion, der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, den Schneebedingungen und den Windverhältnissen zu Schneeanlagerungen und Vereisungen der Bremsgestänge und der Reibflächen der Bremseinheiten kommen.
Die traditionellen Klotzbremsen zeigen dabei eine im Vergleich zu Scheibenbremsen geringere Neigung zur Vereisung, weil wenigstens ein Reibpartner, nämlich die Lauffläche des Rades, bei jeder Radumdrehung beim Schienenkontakt vom Eis befreit werden kann. Gleichwohl besteht aber auch bei Klotzbremsen die Gefahr der Vereisung des Bremsgestänges.
Scheibenbremsen sind noch anfälliger gegenüber Vereisung, da hier keiner der Reibpartner automatisch vom Eis befreit werden kann. Bei bestimmten, nicht vorhersehbaren Witterungsbedingungen kann es insbesondere bei Scheibenbremsen zu so starken Vereisungen der Bremsgestänge und Reibflächen kommen, dass die Wirkung der Bremseinheit deutlich eingeschränkt oder sogar aufgehoben wird. Diese Vereisungen können einzelne Bremseinheiten bis hin zu allen Bremseinheiten des Schienenfahrzeugs betreffen. Solche Bremsausfälle sind nicht rechtzeitig erkennbar und stellen somit ein akutes Sicherheitsproblem im Eisenbahnverkehr dar.
Im Stand der Technik werden Bremseinheiten von Schienenfahrzeugen während der Fahrt nicht ausreichend überwacht. Allenfalls ist eine elektronische Überwachung der Bremszylinderdrücke durch eine Steuereinrichtung vorgesehen. Eine solche Überwachung ist beispielsweise bekannt aus der RU 2 298 501 C1 . Dabei baut sich bei vereisten oder schwergängigen Bremsgestängen bzw. Bremszangen zwar ein ordnungsgemäßer Bremszylinderdruck auf. Jedoch werden die Kräfte im schwergängigen Bremsgestänge abgebaut, ohne eine entsprechende Bremswirkung zu erzielen. Bei vereisten Reibflächen wird ebenfalls nur eine geringe Wirkung erzielt, weil die aufgebrachten Kräfte bei dem relativ geringen Reibwert der vereisten Reibflächen nur zu einer geringen Verzögerung führen können. Der Energieeintrag ist dabei relativ gering, so dass es erst nach einer relativ langen Zeit zum Abschmelzen der vereisten Flächen kommt.
Es ist auch bekannt, vor Fahrtantritt eine Bremsprobe aus geringer Geschwindigkeit durchzuführen. Damit soll beurteilt werden, ob eine ausreichende Bremswirkung erzielt wird. Größer als das Problem der subjektiven Beurteilung der Bremswirkung ist die Tatsache, dass sich der Zustand der Bremsen während der anschließenden Fahrt jederzeit und nicht vorhersehbar verschlechtern kann.
Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist es bekannt, während der Fahrt von einem elektronischen System in bestimmten Zeitabständen eine kurze Bremsprobe einleiten zu lassen. Die Fahrzeugverzögerung wird ermittelt, wodurch eine im Augenblick vorliegende Verschlechterung der Bremswirkung diagnostizierbar ist. Der Zustand der Bremsen kann sich aber wie gesagt während der weiteren Fahrt jederzeit wieder verschlechtern.
Um ein allmähliches Vereisen der einzelnen Bauteile der Bremseinheit, insbesondere des Bremsgestänges, während der Fahrt zu vermeiden, werden die Bremseinheiten in regelmäßigen Abständen von Hand oder elektronisch betätigt. Durch die Bewegung der einzelnen Bauteile soll ein Eisansatz verhindert werden. Um einen wirksamen Betätigungsalgorithmus zu finden, sind allerdings umfangreiche Feldversuche erforderlich. Weil der Vereisungsvorgang jedoch von vielschichtigen klimatischen Bedingungen abhängt, ist der erforderliche Betätigungsalgorithmus ebenfalls witterungsabhängig. Eine häufige Anwendung dieses Verfahrens führt außerdem zu einem erhöhten Energieverbrauch und zu fahrplanrelevanten Zeitverlusten.
Bei der eingangs genannten DE 29 23 454 A1 wird während eines regulären Bremsvorgangs die tatsächliche Reibungskraft oder ein entsprechender Ist-Wert ermittelt, unmittelbar mit einem Soll-Wert verglichen und, wenn eine Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert festgestellt wurde, die Bremskraft unmittelbar angepasst. Nachteilig hieran ist, dass lediglich auf einen aktuellen Betriebszustand reagiert werden kann. Ferner kann es trotz einer unmittelbaren Reaktion auf den tatsächlichen Betriebszustand in Form einer Erhöhung der Bremskraft vorkommen, insbesondere bei einer Vereisung der Bremseinheit, dass keine ausreichende Reibkraft erzeugt werden kann, um das Schienenfahrzeug ausreichend schnell abzubremsen, so dass die Betriebssicherheit reduziert ist.
Die DE 101 11 076 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sicherstellung der Bremswirkung von in einem Personenkraftfahrzeug angeordneten Bremsaktuatoren. Dabei werden die Bremswirkung beeinträchtigende Beläge entfernt, wenn eine Aktivierungsbedingung erfüllt ist, beispielsweise die Betätigung eines Scheibenwischers oder die Erfassung von Nässe durch einen Sensor. Die Entfernung der Beläge erfolgt dann dadurch, dass die Bremsaktuatoren so angesteuert werden, dass Bremsbeläge an die Bremsscheibe angelegt werden, wodurch keine für den Fahrer wahrnehmbare oder eine für den Fahrer kaum wahrnehmbare Fahrzeugverzögerung eingestellt werden soll.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schienenfahrzeugbremsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die Betriebssicherheit eines Schienenfahrzeugs verbessert. Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Indem ein oder mehrere Belastungssensoren an der Bremseinheit montiert sind, ist es möglich, bei einer Bremsprobe die Belastungen in den jeweiligen Bauteilen der Bremseinheit zu messen, die sich als Reaktion auf die Bremskraft ergeben, die auf die Reibfläche des rotierenden Elements, beispielsweise einer Bremsscheibe oder eines Rades, übertragen wird. Neben der Reibungskraft selbst kann dies etwa eine Abstützkraft in Bauteilen sein, welche mit der Bremseinheit verbunden sind. Diese Abstützkraft kann in eine andere Richtung wirken als die Kraft, mit der die Bremseinheit an die Reibfläche gedrückt wird. Da sich die Größe und der Verlauf der jeweiligen Belastung, gemeint sind Kräfte, Momente, Dehnungen, mechanische Spannungen etc., abhängig vom Vereisungsgrad der Bremseinheit ändert, ist es möglich, die gemessenen Belastungen mit vorher festgelegten Soll-Werten zu vergleichen und daraus auf den Grad der Vereisung und die Bremswirkung zu schließen. Mit anderen Worten kann erkannt werden, wenn trotz aufgebrachter Aktionskraft eine Bremsanordnung nicht wirkt, weil der zwischen den Reibpartnern real bestehende Reibwert teilweise oder auf nahe Null reduziert ist, was beispielsweise durch Vereisung verursacht sein kann. Bei der vorliegenden Lösung dagegen wird der Belastungssensor so angeordnet, dass er eine aus der tatsächlichen Bremswirkung oder Bremsnichtwirkung resultierende Reaktionskraft detektieren kann. Diese Reaktionskraft kann beispielsweise aus der tatsächlichen Reibung zwischen den Bremsbauteilen resultieren.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Belastungssensor am Bremsgestänge der Bremseinheit angeordnet, da das Bremsgestänge unabhängig von der Bremsenart relativ hohe Belastungen aufgrund der Reaktionskräfte bei einer Bremsung aufnimmt und weiterleitet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Bremseinheit Bestandteil einer Scheibenbremse oder Backenbremse, insbesondere Klotzbremse. Für den Fall einer Scheibenbremse ist es denkbar, dass der Belastungssensor an einem Bauteil der Bremszange, insbesondere am Halter und/oder an mindestens einem Hebel und/oder an mindestens einem Gelenk, angeordnet ist. Es ist auch möglich, alternativ oder zusätzlich den Belastungssensor an mindestens einem Bremsklotz der Bremseinheit anzuordnen. Auch kann der Belastungssensor zwischen der Bremseinheit und der Tragstruktur, die insbesondere einen Drehgestellrahmen aufweist, beispielsweise an der Verbindungsstelle zwischen dem Halter der Bremszange und dem Drehgestellrahmen, angeordnet werden. Auch ist eine Anordnung des Belastungssensors an einem Verbindungselement, beispielsweise einer Schraube, vorstellbar, das die Bremseinheit mit der Tragstruktur verbindet. All diese Bauteile der Bremseinheit nehmen eine Belastung als Reaktion auf die Bremskraft auf und verformen sich entsprechend oder ändern ggf. ihre Temperatur. Diese Reaktionskraft kann als Reibungskraft auf die Bremseinheit wirken und beispielsweise eine Abstützkraft sein. Die Abstützkraft kann in eine andere Richtung gerichtet sein als die Bremskraft und kann entsprechend durch eine andere Messung von der Bremskraft unterschieden werden. Entsprechend ist es möglich, in diesen Bauteilen Kräfte, Momente, Dehnungen und/oder mechanische Spannungen, insbesondere eine Biegung, zu ermitteln, wobei der ermittelte Wert der Reaktionskraft für die Belastung, der so genannte Ist-Wert, ein Indiz dafür ist, wie stark der Grad der Vereisung der Bremseinheit ist und ob damit eine Reduzierung der Bremswirkung einhergeht.
Als Belastungssensor sind abhängig von der Art der zu messenden Belastung und dem Anbringungsort des Belastungssensors verschiedene Sensortypen denkbar. Beispielsweise kann ein Belastungssensor in Form eines Dehnungssensors auf der Oberfläche eines der überwachten Bauteile, insbesondere auf der Oberfläche eines Bauteils der Bremszange, vorzugsweise auf dem Halter und/oder auf einem der Hebel, platziert werden. Es ist auch denkbar, zwischen einzelnen Bauteilen eine Kraftmessscheibe, einen Messdübel, einen Kraftaufnehmer oder einen Drucksensor anzuordnen. Eine Kraftmessscheibe kann beispielsweise zwischen der Tragstruktur, insbesondere dem Drehgestellrahmen, und der Bremseinheit, insbesondere dem Halter einer Bremszange, angeordnet werden, so dass Relativbewegungen zwischen Bremseinheit und Tragstruktur auf den Belastungssensor übertragen werden. Insbesondere ist ein Dehnungsmessstreifen als Belastungssensor oder als Bestandteil eines Belastungssensors verwendbar. Je nach Ausrichtung eines Dehnungsmessstreifens kann zwischen der Messung der aktiven Bremskraft und der Messung der reaktiven Kraft, welche als Folge der Reibungskraft entsteht und zur tatsächlichen Bremswirkung in Bezug steht, unterschieden werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist je abbremsbarem Rad des Fahrwerks mindestens ein Belastungssensor vorgesehen. Vorzugsweise sind mehrere Bauteile der Bremseinheit mit einem solchen Belastungssensor versehen. Auf diese Weise kann jedes Rad des Fahrwerks hinsichtlich Veränderungen seiner Bremswirkung sicher überprüft werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sie vom jeweiligen Belastungssensor empfangene Ist-Werte mit vorbestimmten, insbesondere gespeicherten, Soll-Werten vergleichen kann. Insbesondere kann die Steuereinrichtung Ist-Werte der aktiven Bremskraft sowie Ist-Werte der reaktiven Reibungskraft empfangen und vergleichen. Das Ergebnis eines solchen Vergleichs und/oder die gemessenen Ist-Werte können über eine Anzeigeeinrichtung beispielsweise im Führerstand angezeigt werden und vorzugsweise ein Notfallprogramm auslösen, bei dem eine oder mehrere Bremsproben und/oder Betätigungen des Bremsgestänges durchgeführt werden. Es ist nicht mehr erforderlich, vor Fahrtantritt oder während der Fahrt regelmäßig Bremsproben durchzuführen oder das Bremsgestänge zu betätigen, da dies erfindungsgemäß nur noch im Bedarfsfall, wenn die Vereisung einen bestimmten Grad überschritten hat, erfolgt.
Unabhängig von der zuvor beschriebenen Art der Überwachung der Bremswirkung können zusätzlich weitere Überwachungssysteme vorgesehen sein, beispielsweise eine elektronische Überwachung der Bremszylinderdrücke.
Die Aufgabe wird ferner gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch die Merkmale von Patentanspruch 12. Schließlich wird die Aufgabe gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch die Merkmale von Patentanspruch 13.
Indem eine Belastung in einer Bremseinheit ermittelt wird, die eine Reaktion auf eine auf eine Reibfläche übertragene Bremskraft darstellt, und indem naturgemäß die Höhe und der Verlauf der Belastung abhängig von dem Grad der Vereisung der Bremseinheit ist, wird ermöglicht, dass eine die Bremswirkung reduzierende Vereisung rechtzeitig erkannt wird und im Bedarfsfall Gegenmaßnahmen, beispielsweise eine oder mehrere Bremsproben oder Betätigungen des Bremsgestänges, durchgeführt werden können.
Wie zuvor beschrieben wird gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens die Belastung mittels mindestens eines an der Bremseinheit angeordneten Belastungssensors ermittelt. Bei einem solchen Belastungssensor kann es sich um einen Dehnungssensor, eine Kraftmessscheibe, einen Messdübel, einen Kraftaufnehmer oder einen Drucksensor handeln. Auch die kombinierte Verwendung verschiedener Sensorarten ist möglich. Vorzugsweise wird als Belastungssensor oder als Teil des Belastungssensors ein Dehnungsmessstreifen eingesetzt. Wie bereits beschrieben kann je nach Ausrichtung eines Dehnungsmessstreifens zwischen der Messung der aktiven Bremskraft und der Messung der reaktiven Kraft, welche als Folge der Reibungskraft entsteht und zur tatsächlichen Bremswirkung in Bezug steht, unterschieden werden.
Der Belastungssensor überträgt gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen der ermittelten Belastung entsprechenden Ist-Wert an eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung den Ist-Wert mit einem vorbestimmten, insbesondere gespeicherten, Soll-Wert vergleicht und eine evtl. Abweichung ermittelt. Insbesondere kann die Steuereinrichtung Ist-Werte der aktiven Bremskraft sowie Ist-Werte der reaktiven Reibungskraft empfangen und vergleichen. Die Abweichung und/oder der Ist-Wert können angezeigt werden und zum Anlass genommen werden, um im Bedarfsfall eine der Vereisung entgegenwirkende Maßnahme, zum Beispiel eine Bremsprobe oder die Betätigung des Bremsgestänges, auszulösen. Ein solches Notfallprogramm wird insbesondere dann ausgelöst, wenn die Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, der wie die Soll-Werte ebenfalls in der Steuereinrichtung gespeichert sein kann.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Schienenfahrzeugbremsvorrichtung, das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel einer an einem Schienenfahrzeug montierten Bremseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung und
2a) bis d) typische Diagramme während der Überwachung der Bremseinheit aus 1.
1 zeigt eine Einrichtung 1 zur Überwachung der Bremswirkung bei einem Schienenfahrzeug (nicht dargestellt). Im vorliegenden Fall ist an einem Teil der Tragstruktur 2 des Fahrzeugs, hier an einem Drehgestellrahmen 8, eine Bremseinheit 4 mittels Verbindungselementen 15 montiert, wobei die Bremseinheit 4 eine Bremskraft auf eine Reibfläche 5 eines rotierenden Elements 6 des hier nur teilweise dargestellten Fahrwerks 3 des Fahrzeugs überträgt. Das rotierende Element 6 ist im vorliegenden Fall eine Bremsscheibe 9, die fest mit einer rotierenden und ein Rad des Fahrwerks 3 antreibenden Welle befestigt ist.
An der Bremseinheit 4, die im in 1 dargestellten Fall eine Bremszange 10 umfasst, sind mehrere Belastungssensoren 7a, 7b, 7c, 7d und 7e angeordnet, von denen einige als Dehnungsmessstreifen 18a, 18b, 18c, 18d ausgebildet sind und einer von einer Kraftmessscheibe 17 gebildet wird.
Ein Dehnungsmessstreifen 18a ist dabei auf der Oberfläche eines Hebels 12a der Bremszange 10 und ein weiterer Dehnungsmessstreifen 18b auf der Oberfläche des gegenüberliegenden Hebels 12b der Bremszange 10 positioniert. Zwei weitere Dehnungsmessstreifen 18c und 18d sind auf der Oberfläche des Halters 11 der Bremszange 10 angeordnet, welcher über Gelenke 13a und 13b mit den Hebeln 12a und 12b verbunden ist.
Die Kraftmessscheibe 17 ist an der Verbindungsstelle zwischen Drehgestellrahmen 8 und der Bremszange 10 bzw. dem Halter 11 um das bolzenförmige Verbindungselement 15 herum angeordnet, welches die Bremszange 10 mit dem Drehgestellrahmen 8 verbindet.
Bei einer Bremsung werden über eine Zylinder-Kolben-Anordnung 19, die druckbeaufschlagt wird, die beiden Hebel 12a und 12b der Bremszange 10 aufeinander zubewegt, so dass die Bremsklötze 14a und 14b, die an den Hebeln 12a und 12b montiert sind, auf die Reibflächen 5 der Bremsscheibe 9 drücken. Abhängig von der Bremskraft, mit der die Bremsklötze 14a und 14b auf die Reibflächen 5 der Bremsscheibe 9 drücken, entstehen Belastungen in den einzelnen Teilen der Bremszange 10, insbesondere in den Hebeln 12a und 12b sowie im Halter 11. Auch wird die Bremszange 10 als Reaktion auf die Bremskraft relativ zum Drehgestellrahmen 8 bewegt, was zu Belastungen im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Drehgestellrahmen 8 und Bremszange 10 führt. Darüber hinaus entstehen abhängig von der Reaktionskraft, also in Folge der Reibungskraft zwischen den Reibflächen 5 und der Bremsscheibe 9, ebenfalls Belastungen in den einzelnen Teilen der Bremszange 10 und wiederum auch in den Hebeln 12a und 12b sowie im Halter 11. Diese Belastungen haben regelmäßig eine andere Richtung als die Belastungen durch die aktive Bremskraft.
Die einzelnen Belastungen, also Reaktionskräfte, sind dadurch messbar, dass sich die mit den Belastungssensoren versehenen Bauteile entsprechend der auf die Bremsscheibe 9 übertragenen Bremskraft verformen. So wird eine Biegung des Hebels 12a als Folge der Reibungskraft von dem Dehnungsmessstreifen 18a und eine Biegung des Hebels als Folge der Reibungskraft 12b von dem Dehnungsmessstreifen 18b erfasst und ein der ermittelten Belastung entsprechender Ist-Wert an eine Steuereinrichtung 16 übertragen. Eine Biegung im Halter 11 als Folge der Reibungskraft wird wiederum von den Dehnungsmessstreifen 18c und 18d erfasst, wobei ebenfalls entsprechende Ist-Werte an die Steuereinrichtung 16 übertragen werden. Die Kraftmessscheibe 17 erfasst die Kraft, mit der die Bremszange 10 an den Drehgestellrahmen 8 gedrückt wird, und überträgt ebenfalls einen entsprechenden Ist-Wert an die Steuereinrichtung 16.
In der Steuereinrichtung 16 sind Soll-Werte gespeichert, mit denen die ermittelten Ist-Werte verglichen werden. Da sich die Größe und der Verlauf der Belastungen als Folge der Reibungskraft in den einzelnen Bauteilen der Bremszange 10 mit zunehmendem Grad der Vereisung ändern und immer mehr von dem Verhalten bei Normaltemperaturen abweichen, ändern sich mit zunehmender Vereisung auch die Messwerte im Falle einer Bremsung, die von den Belastungssensoren ermittelt und an die Steuereinheit 16 übertragen werden.
Die Steuereinrichtung 16 ermittelt, beispielsweise in regelmäßigen Abständen oder auf Anforderung eines Benutzers, durch Vergleich der Ist-Werte mit den entsprechenden Soll-Werten eine eventuelle Abweichung und zeigt diese an. Ist die ermittelte Abweichung größer als ein vorbestimmter Grenzwert, wird die Bremseinheit 4 zur Reduzierung des Vereisungsgrads für einen bestimmten Zeitraum einmalig oder mehrmalig betätigt.
2 zeigt schematisch ein Diagramm, in welchem über eine bestimmte Zeit die Bremswirkung anhand der Bremszylinderdrücke (2b)), welche der aktiven Bremskraft entsprechen, einerseits und anhand der Dehnung an der Oberfläche der Bremszange (2c) und d)), welche der reaktiven Reibungskraft entspricht, andererseits dargestellt ist.
2a) stellt die Abnahme der Geschwindigkeit (in km/h) des Schienenfahrzeugs bei einer Bremsung über die Zeit (in Sekunden) dar.
2b) zeigt die Änderung des Drucks (in bar) im Bremszylinder während der Bremsung, also die aktive Bremskraft. Dabei stellt die gestrichelte Linie einen vorgegebenen Soll-Wert-Verlauf und die durchgezogene Linie die tatsächliche Druckänderung, also den Ist-Wert-Verlauf, dar. Bei Vergleich der 2a) und b) ist zu erkennen, dass zu Beginn der Bremsung der Bremszylinderdruck schlagartig bis zu einem Maximalwert ansteigt und dann über den gesamten Zeitraum der Bremsung bis zum Stillstand des Schienenfahrzeugs konstant bleibt. Ferner ist zu erkennen, dass der tatsächliche Druckverlauf dem optimalen Druckverlauf entspricht und keine nennenswerten Abweichungen vorliegen.
2c) zeigt die Änderung der Dehnung (in 10^–3 mV/V) an der Oberfläche der Hebel 12a und 12b als Folge der reaktiven Reibungskraft über die Zeit, und zwar erfasst durch die Dehnungsmessstreifen 18a und 18b. Entsprechend ist in 2d) die Änderung der Dehnung an der Oberfläche des Halters 11 der Bremszange 10 über die Zeit dargestellt.
In den 2c) und d) ist zu erkennen, dass trotz einer in 2b) nicht erkennbaren Abweichung des Ist-Druck-Verlaufs vom Soll-Druck-Verlauf dennoch eine deutliche Abweichung im Dehnungsverhalten der Bauteile der Bremszange 10 vorliegt, was auf einen bestimmten Grad der Vereisung der Bauteile schließen läßt. Durch die Vereisung liegt ein niedrigerer Reibungskoeffizient zwischen den Reibflächen 5 und der Bremsscheibe 9 vor, wodurch eine geringere Reaktionskraft entsteht und folglich eine geringere Dehnung. So ist auch in den 2c) und d) der Soll-Wert-Verlauf anhand einer gestrichelten Linie dargestellt und der Ist-Wert-Verlauf der Dehnung an der Oberfläche der jeweiligen Bauteile durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Dabei ist zu Beginn der Bremsung eine relativ große Veränderung der Dehnung als Reaktion auf die Bremskraft feststellbar, wobei die Änderung im Idealfall (Soll-Wert-Verlauf), in welchem keine Vereisung der Bauteile vorliegt, größer als bei den tatsächlichen Bedingungen (Ist-Wert-Verlauf) ist. Bis zum Stillstand des Schienenfahrzeugs verändern sich die Reaktionskräfte und damit die gemessenen Dehnungen kaum, gehen aber mit Stillstand des Fahrzeugs wieder auf 0 zurück, da dann keine Relativbewegung mehr zwischen den Bremsklötzen 14a und 14b und der Bremsscheibe 9 stattfindet.
Die in den 2a) bis d) dargestellte Grafik zeigt, dass eine Überwachung der Bremszylinderdrücke allein nicht geeignet ist, eine Reduzierung der Bremswirkung aufgrund Vereisung der Bauteile der Bremseinheit 4 anzuzeigen. Die Anordnung von Belastungssensoren an Bauteilen der Bremseinheit 4 zeigt dabei deutlich den Unterschied zwischen der Reaktionskraft im Idealzustand und der Reaktionskraft im tatsächlichen Zustand auf. Auf diese Weise können rechtzeitig Maßnahmen gegen die Vereisung getroffen werden, wodurch langfristig eine optimale Bremswirkung erhalten bleibt.

Claims

Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) umfassend: – eine Tragstruktur (2), – ein Fahrwerk (3), – mindestens eine Bremseinheit (4), die an der Tragstruktur (2) befestigt ist und eine Bremskraft auf eine Reibfläche (5) eines rotierenden Elements (6) des Fahrwerks (3) überträgt, – mindestens einen Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e), der derart an der Bremseinheit (4) oder an der Tragstruktur (2) angeordnet ist, dass er eine Reibungskraft zwischen der Bremseinheit (4) und der Reibfläche (5) oder eine daraus resultierende Kraft messen kann, und – eine Steuereinrichtung (16), die derart ausgebildet ist, dass sie vom jeweiligen Belastungssensor (7a; 7b; 7c; 7d; 7e) empfangene Ist-Werte mit vorbestimmten Soll-Werten vergleichen kann, dadurch gekennzeichnet, – dass der Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) eingerichtet ist, die Reibungskraft zwischen der Bremseinheit (4) und der Reibfläche (5) oder die daraus resultierende Kraft bei einer Bremsprobe zu messen, und – dass die Steuereinrichtung (16) eingerichtet ist, bei einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert, die größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, eine Betätigung der Bremseinheit (4) zur Reduzierung des Vereisungsgrads der Bremseinheit (4) auszulösen.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) einen Drehgestellrahmen (8) aufweist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Element (6) eine Bremsscheibe (9) oder ein Rad ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) am Bremsgestänge der Bremseinheit (4) angeordnet ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (4) Bestandteil einer Scheibenbremse oder Backenbremse ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) an einem Bauteil der Bremszange (10) angeordnet ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) an mindestens einem Bremsklotz (14a, 14b) der Bremseinheit (4) angeordnet ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) zwischen der Bremseinheit (4) und der Tragstruktur (2) angeordnet ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) an einem Verbindungselement (15) angeordnet ist, das die Bremseinheit (4) mit der Tragstruktur (2) verbindet.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) ein Dehnungssensor, eine Kraftmessscheibe (17), ein Messdübel, ein Kraftaufnehmer oder ein Drucksensor ist.
Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass je abbremsbarem Rad des Fahrwerks (3) mindestens ein Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) vorgesehen ist.
Schienenfahrzeug umfassend eine Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren, wobei – eine Belastung in einer Bremseinheit (4) oder in einer Tragstruktur (2) eines Schienenfahrzeugs oder zwischen Bremseinheit (4) und Tragstruktur (2) als Folge einer Reibungskraft, die von einer Reibfläche (5) eines rotierenden Elements (6) eines Fahrwerks (3) auf die Bremseinheit (4) des Schienenfahrzeugs übertragen wird, ermittelt wird und – ein der ermittelten Belastung entsprechender Ist-Wert mit einem vorbestimmten Soll-Wert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der Ist-Wert bei einer Bremsprobe ermittelt wird, und – bei einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert, die größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, eine Betätigung der Bremseinheit (4) zur Reduzierung des Vereisungsgrads der Bremseinheit (4) ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung mittels mindestens eines an der Bremseinheit (4) angeordneten Belastungssensors (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich des Ist-Werts mit dem Soll-Wert, und das Auslösen der Betätigung der Bremseinheit (4) bei einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert, die größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, durch eine Steuereinrichtung (1) erfolgt, an die der Belastungssensor (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) den Ist-Wert überträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert und/oder die Abweichung angezeigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug eine Schienenfahrzeugbremsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.