EP3077672A1 - Kompressorsystem und verfahren zum betrieb des kompressorsystems in abhängigkeit der aktuellen situation des schienenfahrzeugs - Google Patents

Kompressorsystem und verfahren zum betrieb des kompressorsystems in abhängigkeit der aktuellen situation des schienenfahrzeugs

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EP3077672A1
EP3077672A1 EP14808923.8A EP14808923A EP3077672A1 EP 3077672 A1 EP3077672 A1 EP 3077672A1 EP 14808923 A EP14808923 A EP 14808923A EP 3077672 A1 EP3077672 A1 EP 3077672A1
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EP
European Patent Office
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compressor
speed
pressure
rail vehicle
control device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14808923.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Kipp
Gert Assmann
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Publication of EP3077672A1 publication Critical patent/EP3077672A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F04B49/08—Regulating by delivery pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
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    • F04B2205/05—Pressure after the pump outlet

Definitions

  • Compressor system and method for operating the compressor system depending on the current situation of the rail vehicle
  • the invention relates to a compressor system for a rail vehicle, comprising a driven by an electric machine via a drive shaft compressor for generating compressed air for at least one compressed air tank, the electric machine at least indirectly via a control device for operating the electric machine with at least one between a maximum speed and a speed located at a minimum speed is controllable, wherein at least one pressure sensor for determining the pressure for the control device is further arranged in a compressed air-carrying line arranged downstream of the compressor. Furthermore, the invention also relates to a method for controlling the compressor system according to the invention.
  • Compressors in rail vehicles are subject to many and sometimes contradictory requirements, such as high delivery performance, sufficient switch-on durations, low noise emissions, low energy consumption, small installation space, and low start-up costs and life-cycle costs.
  • requirements such as high delivery performance, sufficient switch-on durations, low noise emissions, low energy consumption, small installation space, and low start-up costs and life-cycle costs.
  • the typical problem in designing a compressor is to find the best compromise between these requirements, which is acceptable in all operating conditions of the rail vehicle or during any situation of the rail vehicle.
  • compressors are used in rail vehicles, which are electrically driven. The compressors are operated in on / off operation between the lower engagement pressure and the upper shutdown pressure at a constant speed, the so-called rated speed.
  • the compressor is dimensioned so that a specified refilling time is reached and a minimum duty cycle during operation is not undershot.
  • the operation of the compressor does not distinguish between the different operating states of the rail vehicle.
  • the fan of the cooling system is subject to the same operating regime as the compressor, since the fan is usually driven directly by the compressor.
  • the compressor is operated at rated speed.
  • the rated speed is selected so that the compressor can be operated in continuous operation.
  • the size of the compressor is chosen so that in the distance operation does not fall below a minimum duty cycle and the maximum refill time is not exceeded.
  • the compressor is operated intermittently. The compressor is started when the pressure in the compressed air tank on the switch-on pressure has dropped. Once the shutdown pressure in the compressed air tank is reached, the compressor is operated at rated speed.
  • the compressor When the switch-off pressure is reached, the compressor is switched off and restarted only after a pressure drop to the switch-on pressure.
  • the drive motor In the case of the electrically driven rail vehicles, the drive motor is used as the electrodynamic brake during a braking phase. This produces electrical energy whose return to the grid is often not economically or partially impossible.
  • the compressor is operated intermittently as well as while driving. Since there is no dominant driving noise, noise emissions from the compressor and the fan should be avoided. Since the air suspension in the station has an increased demand for air due to the passengers getting in / out of passengers, this often leads to switching on the compressor and the fan, and thus to undesirable noise emissions during the station stop.
  • an actuator for continuously influencing the rotational speed of the electric machine between an electrical supply and the electric machine is arranged, wherein the control of the actuator in accordance with a sensor device comprising at least one sensor element for detecting at least one external boundary condition of the rail vehicle, via the control device , he follows.
  • the sensor device thus provides the control device of the compressor system information on the current operating situation of the rail vehicle and information on the current environmental conditions of the rail vehicle available.
  • Measurable parameters or boundary conditions are, for example, the sound level in the vicinity of the rail vehicle and the speed and acceleration of the rail vehicle.
  • the actuator is in the bathfiuss upstream of the electric machine and is thus upstream of the electric machine.
  • the actuator allows operation of the electric machine at different speeds.
  • frequency converters or inverters are suitable for this purpose.
  • the speed of the electric machine and thus the operation of the compressor is adjusted.
  • Situational boundary conditions are determined from measured variables, which are determined by the sensor elements of the sensor device and provided to the control device. Conceivable are measured variables such as time, speed, acceleration, temperature, vibration, humidity, sound and location.
  • the speed control of the compressor system offers in addition to the advantage of reduced energy consumption further advantages such as lower noise emissions in relevant situations and the absence of passive measures to reduce noise and a gentler operation of the compressor by a reduced speed and a reduced back pressure in the at least one compressed air tank.
  • the control device preferably controls, at least indirectly, a radiator fan with radiator fan arranged downstream of the compressor, wherein a speed of the radiator fan is continuously adjustable by the control device.
  • an actuator is preferably integrated in the cooler unit.
  • the actuator of the cooler unit is at least upstream.
  • the sensor device preferably comprises at least one GPS sensor for measuring a speed of the rail vehicle and at least one acceleration sensor for measuring an acceleration of the rail vehicle and at least one microphone for measuring a sound level in the surroundings of the rail vehicle.
  • the speed and the acceleration of the rail vehicle are internal boundary conditions, whereby the sound level represents an external boundary condition.
  • the speed via other sensors, such as a laser sensor aimed at the rails.
  • sensors such as a laser sensor aimed at the rails.
  • those skilled in the art also other not mentioned sensor units for measuring respective external and / or internal measurements or boundary conditions are known.
  • the compressor is operated in accordance with the sensor device with a variable, between the maximum speed and the minimum speed, each intermediate value engaging speed. Because the radiator unit is not directly or indirectly connected to the compressor is a separate control of the radiator unit and thus a separate adjustment of the speed of the radiator fan.
  • the compressor and the radiator fan can also be switched off.
  • the controller operates the compressor at a variable speed slightly above the minimum speed, the air pressure in the at least one compressed air tank being set slightly greater than the cut-in pressure.
  • the control device concludes that the rail vehicle is in line operation.
  • a maximum energy saving of the compressor priority which is achieved by the variable operation of the compressor with the minimum minimum speed.
  • the pressure curve can be monitored, so that the air pressure in the at least one compressed air tank is set almost constant, preferably one to two tenths bar above the switch-on of the compressor.
  • the speed of the electric machine and thus the speed of the compressor varies to keep the air pressure in the at least one compressed air tank almost constant.
  • the radiator fan of the radiator unit is operated in such a way that the lowest possible temperature of the compressed air at the outlet of the compressor is achieved within the desired temperature range.
  • control device operates at a negative acceleration, the compressor at a maximum speed until reaching a cut-off pressure of the compressor and feeds the at least one compressed air tank, the compressor is operated after reaching the cut-off at a variable speed, below the maximum speed ,
  • the speed of the compressor goes back into the range above the minimum speed and maintains the previously defined maximum pressure in the at least one compressed air tank upright until the end of the braking operation.
  • This offers the advantage of internal use of electrical energy in braking mode and allows energy savings, since a return of the electrical energy in the electrical network is not possible in any case. Therefore, in the braking operation of the compressor, the maximum energy recovery of the compressor is paramount. This is achieved in particular by a maximum feed of compressed air into the at least one compressed air tank during braking operation and by maintaining the maximum overpressure in at least one compressed air tank.
  • the compressor is switched off after completion of the negative acceleration and set on reaching the cut-in pressure to the minimum speed. This saves the compressor at the end of the braking phase in the following operation, the energy that was consumed during the braking phase.
  • the shutdown of the compressor or the setting of the minimum speed is maintained until the pressure in the at least one compressed air tank reaches the cut-in pressure of the compressor.
  • the control means intermittently operates the compressor between a shutdown when the pressure falls to the cut-in pressure and a minimum speed when the cut-off pressure is reached.
  • the compressor can be turned off or kept at minimum speed until the cut-in pressure in at least one compressed air tank is reached.
  • the radiator fan remains switched off as far as possible or is only operated so fast that the permissible maximum temperature in the compressor or at the compressed air outlet is not exceeded. This minimizes noise emissions from the compressor and radiator fan while stopping at the station.
  • the entire compressor system can be built space-saving as the There is no possibility of renouncing passive measures for sound insulation. Therefore, in the station mode of the compressor, the minimum sound emission of the compressor and the radiator fan are paramount. This is achieved in particular by the shutdown or operation of the compressor and the radiator fan at minimum speed.
  • the control device operates at standstill of the rail vehicle and a relatively high noise level in the vicinity of the rail vehicle, the compressor at the maximum speed until either the relatively high sound level drops again or the cut-off pressure is reached.
  • the high noise level when the rail vehicle is stationary which is generated for example by a passing freight train, can be used to increase the speed of the compressor and the radiator fan in this situation, thereby filling the at least one compressed air tank within a very short time. Perceptible noise emissions are avoided due to the high ambient noise level.
  • the control device is operated depending on the situation of the rail vehicle such that energy is saved for operating the compressor system and the noise emissions of the compressor system are lowered. Internally provided information regarding different operating conditions of the rail vehicle are useful, but not required.
  • Fig.l is a block diagram of the erfindungsmä type compressor system
  • FIG. 2 shows five contiguous diagrams, wherein a sound level, a speed and an acceleration of the rail vehicle as well as a speed and a pressure in the compressed air reservoir are plotted over time from top to bottom.
  • a compressor system for a rail vehicle has an electric machine 1 which drives a compressor 3 via a drive shaft 2 to generate compressed air.
  • the compressed air generated by the compressor 3 is passed via a compressed air-carrying line 6 to a cooler unit 9 with a radiator fan 14. Downstream of the radiator unit 9, a pressure sensor 7 and a temperature sensor 13b are arranged in the compressed air-carrying line 6.
  • the compressed air-carrying line 6 opens into a pre-separator 11 to which an air treatment plant 12 is connected downstream. The dried and particle-cleaned compressed air is then fed into a compressed air tank 4.
  • a temperature sensor 13 a which is arranged on the compressor 3, and the temperature sensor 13 b and the pressure sensor 7 all send the control device 5 the measured temperatures and the measured pressure. Furthermore, the control device 5 also receives signals from a sensor device 10.
  • the sensor device 10 comprises a GPS sensor 16 for measuring a speed v of the rail vehicle and an acceleration sensor 17 for measuring an acceleration b of the rail vehicle and a sound sensor 18 for measuring a sound level s in the vicinity of the rail vehicle.
  • the control device 5 is adapted to both control the speed of the radiator unit 9 and to direct signals to an actuator 8.
  • the actuator 8 has two outputs and thus also sets the speed of the radiator fan 14 by the control device 5.
  • the actuator 8 for continuously influencing the rotational speed of the electric machine 1 between an electrical supply 15 and the electric machine 1 is arranged.
  • the control of the actuator 8 takes place in accordance with the sensor device 10 via the control device. 5
  • the air pressure in the compressed-air reservoir 4 can be adjusted via the rotational speed of the compressor 3.
  • the fourth diagram, seen from above, illustrates the course of the rotational speed over time
  • the fifth diagram, seen from above, illustrates the course of the air pressure in the compressed air reservoir 4 over time.
  • the first three diagrams seen from above depict the course of a sound level in the vicinity of the rail vehicle, a speed and an acceleration of the rail vehicle.
  • the timeline of the five diagrams is synchronized with each other and essentially divided into three operating modes.
  • the control device 5 operates the compressor 3 at a variable speed slightly above the minimum speed i lies.
  • the air pressure in the compressed air tank 4 is set slightly larger than the cut-in pressure e.
  • the control device 5 operates at a negative acceleration b during the braking operation B, the compressor 3 with a maximum speed m until reaching a cut-off pressure a of the compressor 3 and feeds the at least one compressed air tank 4.
  • the compressor 3 is after reaching the cut-off a operated at a variable speed, below the maximum speed m.
  • the control device 5 operates the compressor 3 intermittently between a shutdown of the compressor 3 when the pressure falls to the cut-in pressure e and a minimum speed i when reaching the compressor Shutdown pressure a. With an increase in the sound level s in the vicinity of the rail vehicle to a relatively high value of the compressor 3 is operated at the maximum speed m until the relatively high sound level s decreases again.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem für ein Schienenfahrzeug, umfassend einen von einer elektrischen Maschine (1) über eine Antriebswelle (2) angetriebenen Kompressor (3) zur Erzeugung von Druckluft für mindestens einen Druckluftbehälter (4), wobei die elektrische Maschine (1) zumindest mittelbar über eine Regelungseinrichtung (5) zum Betrieb der elektrischen Maschine (1) mit zumindest einer zwischen einer maximalen Drehzahl (m) und einer minimalen Drehzahl (i) befindlichen Drehzahl ansteuerbar ist, wobei ferner in einer stromabwärts vom Kompressor (3) angeordneten druckluftführenden Leitung (6) zumindest ein Drucksensor (7) zur Bestimmung des Drucks für die Regelungseinrichtung (5) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist ein Stellglied (8) zur kontinuierlichen Beeinflussung der Drehzahl der elektrischen Maschine (1) zwischen einer elektrischen Versorgung (15) und der elektrischen Maschine (1) angeordnet, wobei die Ansteuerung des Stellglieds (8) nach Maßgabe einer Sensoreinrichtung (10), umfassend mindestens ein Sensorelement (16) zur Erfassung zumindest einer externen Randbedingung des Schinenfahrzeugs, über die Regelungseinrichtung (5),erfolgt. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Kompressorsystems, wobei der Kompressor (3) nach Maßgabe der Sensoreinrichtung (10) mit einer variablen, zwischen der maximalen Drehzahl (m) und der minimalen Drehzahl (i), jeden Zwischenwert einnehmenden Drehzahl, betrieben wird.

Description

Kompressorsystem und Verfahren zum Betrieb des Kompressorsystems in Abhängigkeit der aktuellen Situation des Schienenfahrzeugs
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem für ein Schienenfahrzeug, umfassend einen von einer elektrischen Maschine über eine Antriebswelle angetriebenen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft für mindestens einen Druckluftbehälter, wobei die elektrische Maschine zumindest mittelbar über eine Regelungseinrichtung zum Betrieb der elektrischen Maschine mit zumindest einer zwischen einer maximalen Drehzahl und einer minimalen Drehzahl befindlichen Drehzahl ansteuerbar ist, wobei ferner in einer stromabwärts vom Kompressor angeordneten druckluftführenden Leitung zumindest ein Drucksensor zur Bestimmung des Drucks für die Regelungseinrichtung angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Kompressorsystems. HINTERGRUND DER ERFINDUNG
An Kompressoren in Schienenfahrzeugen werden vielfältige, teilweise konträre Anforderungen gestellt, wie beispielsweise eine hohe Lieferleistung, ausreichende Ein- schaltdauern, geringe Schallemissionen, ein niedriger Energieverbrauch, ein kleiner Bauraum sowie niedrige Einstands- und Life-Cycle-Kosten. Dabei gibt es je nach Betriebszustand oder Situation des Schienenfahrzeugs stark unterschiedliche Anforderungsprofile an den Kompressor. Die typische Problemstellung bei der Auslegung eines Kompressors ist, den besten Kompromiss zwischen diesen Anforderungen zu finden, der in allen Betriebszuständen des Schienenfahrzeugs oder während jeder Situation des Schienenfahrzeugs akzeptabel ist. In der Regel werden in Schienenfahrzeugen Kompressoren eingesetzt, die elektrisch angetrieben werden. Die Kompressoren werden in Ein-/ Ausschaltbetrieb zwischen dem unteren Einschaltdruck und dem oberen Abschaltdruck mit einer konstanten Drehzahl, der sogenannten Nenndrehzahl, betrieben. Der Kompressor wird so dimensioniert, dass eine vorgegebene Auffüllzeit erreicht und eine minimale Einschaltdauer im Betrieb nicht unterschritten wird.
Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik geht hervor, dass der Betrieb des Kompressors nicht zwischen den unterschiedlichen Betriebszuständen des Schienenfahrzeugs unterscheidet. Der Lüfter des Kühlsystems unterliegt dabei dem gleichen Betriebsregime wie der Kompressor, da der Lüfter in der Regel direkt vom Kompressor mit angetrieben wird. Während einer Auffüllphase wird der Kompressor bei Nenndrehzahl betrieben. Die Nenndrehzahl ist so gewählt, dass der Kompressor im Dauerbetrieb betrieben werden kann. Ferner ist die Baugröße des Kompressors so gewählt, dass im Streckenbetrieb eine minimale Einschaltdauer nicht unterschritten und die maximale Auffüllzeit nicht überschritten wird. Im Streckenbetrieb wird der Kompressor intermittierend betrie- ben. Dabei wird der Kompressor gestartet wenn der Druck im Druckluftbehälter auf den Einschaltdruck abgefallen ist. Sobald der Abschaltdruck im Druckluftbehälter erreicht ist, wird der Kompressor mit Nenndrehzahl betrieben. Bei Erreichen des Abschaltdrucks wird der Kompressor ausgeschaltet und erst nach einem Druckabfall bis auf den Einschaltdruck erneut gestartet. Bei den elektrisch angetriebenen Schie- nenfahrzeugen wird während einer Bremsphase der Antriebsmotor als elektrodynamische Bremse eingesetzt. Hierbei entsteht elektrische Energie, deren Rückspeisung ins Netz häufig nicht wirtschaftlich oder teilweise nicht möglich ist. Während eines Stationsbetriebs, bei dem das Schienenfahrzeug am Bahnhof hält, wird der Kompressor ebenso wie während der Fahrt intermittierend betrieben. Da kein dominantes Fahrgeräusch vorhanden ist, sollten Schallemissionen des Kompressors und des Lüfters vermieden werden. Da die Luftfederung im Bahnhof einen erhöhten Luftbedarf wegen dem Ein-/ Aussteigen der Fahrgäste aufweist führt dies häufig zum Einschalten des Kompressors und des Lüfters, und damit zu unerwünschten Schallemissionen während des Halts am Bahnhof. Darüber hinaus werden Schienenfahrzeuge, insbe- sondere im Nahverkehr, häufig in der Nähe von Wohngebieten aufgerüstet abgestellt, um beispielsweise ein Einfrieren zu vermeiden. Schallemissionen sind hierbei soweit als möglich zu vermeiden. Aufgrund von Leckagen erreicht der Druck in den Druckluftbehältern in einer Nacht mehrfach den unteren Einschaltdruck des Kompressors, so dass ein Nachfüllen erforderlich ist und der Kompressor intermittierend bei Nenn- drehzahl betrieben wird. Ferner treten neben den Schallemissionen des Kompressors hierbei weitere Geräusche wie z.B. das störende Entlüftungsgeräusch des Lufttrockners auf.
Eine Information über den jeweiligen Betriebszustand des Schienenfahrzeugs ist in vielen Fällen für die Regelung des Kompressors nicht zugänglich. Sofern Informationen über den jeweiligen Betriebszustand des Schienenfahrzeugs vorliegen muss eine Abstimmung mit der Regelung des Kompressors vorgenommen werden, sodass ein einfaches Aufrüsten nicht möglich ist. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kompressorsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Kompressorsystems dahingehend zu optimieren, dass ein energieeffizienter und Schallemissionen senkender Betrieb des Kompressorsystems in Abhängigkeit der aktuellen Situation des Schienenfahrzeugs erfolgt und somit keine Informationen über einen Betriebszustand des Schienenfahrzeugs erfordert.
Die Aufgabe wird vorrichtungstechnisch ausgehend von einem Kompressorsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe gemäß Anspruch 4 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor. Erfindungsgemäß ist ein Stellglied zur kontinuierlichen Beeinflussung der Drehzahl der elektrischen Maschine zwischen einer elektrischen Versorgung und der elektrischen Maschine angeordnet, wobei die Ansteuerung des Stellglieds nach Maßgabe einer Sensoreinrichtung, umfassend mindestens ein Sensorelement zur Erfassung zumindest einer externen Randbedingung des Schienenfahrzeugs, über die Rege- lungseinrichtung, erfolgt. Die Sensoreinrichtung stellt somit der Regelungseinrichtung des Kompressorsystems Informationen zur aktuellen Betriebssituation des Schienenfahrzeugs sowie Informationen zu den aktuellen Umgebungsbedingungen des Schienenfahrzeugs zur Verfügung. Messbare Messgrößen oder Randbedingungen sind beispielsweise der Schallpegel in der Umgebung des Schienenfahrzeugs sowie die Geschwindigkeit und Beschleunigung des Schienenfahrzeugs.
Mit anderen Worten befindet sich das Stellglied im Leistungsfiuss stromaufwärts der elektrischen Maschine und ist somit der elektrischen Maschine vorgeschaltet. Das Stellglied erlaubt einen Betrieb der elektrischen Maschine mit unterschiedlichen Drehzahlen. Dazu eignen sich insbesondere Frequenzumrichter oder Wechselrichter. Je nach Frequenz wird die Drehzahl der elektrischen Maschine und somit der Betrieb des Kompressors angepasst. Durch die Ansteuerung des Stellglieds nach Maßgabe der Sensoreinrichtung erfolgt eine situative Regelung des Kompressorsystems über die Regelungseinrichtung. Situative Randbedingungen werden aus Messgrößen, wel- che von den Sensorelementen der Sensoreinrichtung ermittelt und der Regelungseinrichtung bereitgestellt werden, ermittelt. Denkbar sind Messgrößen wie Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Temperatur, Vibration, Luftfeuchtigkeit, Schall und Ort. Die Drehzahlregelung des Kompressorsystems bietet neben den Vorteil des reduzierten Energieverbrauchs weitere Vorteile wie beispielsweise eine geringere Schallemissionen in relevanten Situationen sowie der Verzicht auf passive Maßnahmen zur Schallreduzierung und einen schonenderen Betrieb des Kompressors durch eine reduzierte Drehzahl und einen reduzierten Gegendruck in dem mindestens einen Druckluftbehälter. Vorzugsweise steuert die Regelungseinrichtung zumindest mittelbar eine stromabwärts des Kompressors angeordnete Kühlereinheit mit Kühlerlüfter an, wobei eine Drehzahl des Kühlerlüfters kontinuierlich durch die Regelungseinrichtung einstellbar ist. Dazu ist in der Kühlereinheit vorzugsweise ein Stellglied integriert. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Stellglied der Kühlereinheit zumindest vorgeschaltet ist. Durch eine situative Regelung der Drehzahl des Kühlerlüfters kann der Wassereintrag in einem nachgeschalteten Lufttrockner reduzierter werden, wodurch ein Luftverbrauch des Lufttrockners ebenfalls sinkt.
Des Weiteren bevorzugt umfasst die Sensoreinrichtung mindestens einen GPS- Sensor zur Messung einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs sowie mindestens einen Beschleunigungssensor zur Messung einer Beschleunigung des Schienenfahrzeugs und mindestens ein Mikrofon zur Messung eines Schallpegels in der Umgebung des Schienenfahrzeugs. Dabei stellen die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Schienenfahrzeugs interne Randbedingungen dar, wobei der Schallpegel eine externe Randbedingung darstellt. Es ist jedoch auch denkbar die Geschwindig- keit über andere Sensoren, wie beispielsweise einen auf die Schienen gerichteten Lasersensor zu messen. Darüber hinaus sind dem Fachmann auch andere hier nicht genannte Sensor einheiten zur Messung jeweiliger externer und/oder interner Messgrößen oder Randbedingungen bekannt.
Verfahrenstechnisch wird der Kompressor nach Maßgabe der Sensoreinrichtung mit einer variablen, zwischen der maximalen Drehzahl und der minimalen Drehzahl, jeden Zwischenwert einnehmenden Drehzahl, betrieben. Dadurch, dass die Kühlereinheit weder direkt noch mittelbar mit dem Kompressor verbunden ist erfolgt eine separate Ansteuerung der Kühlereinheit und somit eine separate Einstellung der Drehzahl des Kühler lüfters. Vorteilhafterweise können der Kompressor und der Kühlerlüfter auch abgeschaltet werden.
Vorzugsweise betreibt die Regelungseinrichtung bei einem relativ hohen Schallpegel und einer annähernd konstant hohen Geschwindigkeit den Kompressor mit einer variablen Drehzahl, geringfügig oberhalb der minimalen Drehzahl, wobei der Luftdruck in dem mindestens einen Druckluftbehälter geringfügig größer als der Einschaltdruck eingestellt wird. Somit schließt die Regelungseinrichtung aufgrund der durch die unterschiedlichen Sensorelemente der Sensoreinrichtung bereitgestellten unterschiedlichen Informationen darauf, dass sich das Schienenfahrzeug in einem Streckenbetrieb befindet. Im Streckenbetrieb des Kompressors ist eine maximale Energieeinsparung des Kompressors vorrangig, die durch den variablen Betrieb des Kompressors mit der mindestens minimalen Drehzahl erzielt wird. Mithin wird nur so viel Druckluft vom Kompressor erzeugt, wie zur Einstellung des Luftdrucks, der geringfügig größer als der Einschaltdruck ist, in dem mindestens einen Druckluftbehälter nötig ist.
Über den Drucksensor kann der Druckverlauf überwacht werden, so dass der Luftdruck in dem mindestens einen Druckluftbehälter nahezu konstant, vorzugsweise ein bis zwei Zehntel bar oberhalb des Einschaltdrucks des Kompressors eingestellt wird. Je nach aktuellen Druckluftverbrauch variiert die Drehzahl der elektrischen Maschine und somit die Drehzahl des Kompressors, um den Luftdruck in den mindestens einen Druckluftbehälter nahezu konstant zu halten. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass durch einen geringeren Gegendruck in dem mindestens einen Druckluftbehälter der Energieverbrauch reduziert wird und der Kompressor schonender betrieben wird. Daraus resultiert ferner eine geringere Betriebstemperatur des Kompressors, wodurch die Kühlung des Kompressors ebenfalls geringer ausfällt. Ferner wird der Kühlerlüfter der Kühlereinheit so betrieben, dass in- nerhalb des angestrebten Temperaturbereichs eine möglichst niedrige Temperatur der Druckluft am Ausgang des Kompressors erzielt wird. Dies bietet den Vorteil eines höheren Anteils an flüssigem Wasser und eines geringeren Anteils an Wasserdampf in der Druckluft. Das flüssige Wasser kann in einem Vorabscheider separiert werden, während der Wasserdampf im Lufttrockner abgeschieden wird. Somit wird der Was- sereintrag im Trockenmittel reduziert, wodurch ein kleinerer Anteil der Druckluft zur Regeneration benötigt wird.
Besonders bevorzugt betreibt die Regelungseinrichtung bei einer negativen Beschleunigung den Kompressor mit einer maximalen Drehzahl bis zum Erreichen ei- nes Abschaltdrucks des Kompressors und speist den mindestens einen Druckluftbehälter, wobei der Kompressor nach Erreichen des Abschaltdrucks mit einer variablen Drehzahl, unterhalb der maximalen Drehzahl, betrieben wird.
Mit anderen Worten wird die verfügbare elektrische Energie während des Bremsbe- triebs des Schienenfahrzeugs zum vollständigen Auffüllen des mindestens einen
Druckluftbehälters genutzt. Anschließend geht die Drehzahl des Kompressors zurück in den Bereich oberhalb der minimalen Drehzahl und erhält den zuvor definierten Maximaldruck in dem mindestens einen Druckluftbehälter aufrecht bis zum Ende des Bremsbetriebs. Dies bietet den Vorteil der internen Nutzung der elektrischen Energie im Bremsbetrieb und ermöglicht eine Energieeinsparung, da eine Rückspeisung der elektrischen Energie in das elektrische Netz nicht in jedem Fall möglich ist. Daher ist im Bremsbetrieb des Kompressors die maximale Energierückgewinnung des Kompressors vorrangig. Diese wird insbesondere durch eine maximale Einspeisung von Druckluft in den mindestens einen Druckluftbehälter während des Bremsbetriebs und durch eine Aufrechterhaltung des maximalen Überdrucks im mindestens einen Druckluftbehälter erreicht.
Besonders bevorzugt wird der Kompressor nach Beenden der negativen Beschleunigung abgeschaltet und bei Erreichen des Einschaltdrucks auf die minimale Drehzahl eingestellt. Dadurch spart der Kompressor am Ende der Bremsphase im folgenden Betrieb die Energie ein, die während der Bremsphase verbraucht wurde. Das Abschalten des Kompressors oder die Einstellung der minimalen Drehzahl wird solange beibehalten bis der Druck in den mindestens einen Druckluftbehälter den Einschaltdruck des Kompressors erreicht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel betreibt die Regelungseinrichtung bei Stillstand des Schienenfahrzeugs und einem relativ niedrigen Schallpegel in der Umgebung des Schienenfahrzeugs den Kompressor intermittierend zwischen einer Abschaltung beim Abfallen des Druckes auf den Einschaltdruck und einem Betrieb mit der mini- malen Drehzahl beim Erreichen des Abschaltdrucks.
Somit kann bei Stillstand in einem Stationsbetrieb oder Over-Night-Standby-Betrieb der Kompressor ausgeschaltet werden oder auf minimale Drehzahl gehalten werden bis der Einschaltdruck im mindestens einen Druckluftbehälter erreicht wird. Wäh- rend des Stationsbetriebs kann somit zumeist ein Betrieb des Kompressors vermieden werden. Der Kühlerlüfter bleibt soweit möglich abgeschaltet oder wird nur so schnell betrieben, dass die zulässige Maximaltemperatur im Kompressor oder am Druckluftausgang nicht überschritten wird. Dadurch werden während des Halts am Bahnhof Schallemissionen durch den Kompressor und den Kühlerlüfter minimiert. Ferner kann das gesamte Kompressorsystem bauraumsparender gebaut werden da die Möglichkeit des Verzichts auf passive Maßnahmen zur Schalldämmung entfällt. Daher sind im Stationsbetrieb des Kompressors die minimale Schallemission des Kompressors und des Kühlerlüfters vorrangig. Diese wird insbesondere durch die Abschaltung oder den Betrieb des Kompressors und des Kühlerlüfters bei minimaler Drehzahl erreicht.
Vorteilhafterweise betreibt die Regelungseinrichtung bei Stillstand des Schienenfahrzeugs und einem relativ hohen Schallpegel in der Umgebung des Schienenfahrzeugs den Kompressor mit der maximalen Drehzahl bis entweder der relativ hohe Schallpegel wieder sinkt oder der Abschaltdruck erreicht wird. Dadurch kann der hohe Schallpegel bei stehendem Schienenfahrzeug, der beispielsweise durch einen vorbeifahrenden Güterzug erzeugt wird, genutzt werden, um in dieser Situation die Drehzahl Kompressors und des Kühlerlüfters zu erhöhen und dadurch innerhalb kürzester Zeit den mindestens einen Druckluftbehälter zu füllen. Wahrnehmbare Schallemissionen werden aufgrund des hohen Schallpegels der Umgebung vermieden.
Aufgrund der Ermittlung im Wesentlichen externer Informationen und Randbedingungen durch die Sensoreinrichtung des Schienenfahrzeugs, wird die Regelungseinrichtung je nach Situation des Schienenfahrzeugs derart betrieben, dass Energie zum Betreiben des Kompressorsystems eingespart wird und die Schallemissionen des Kompressorsystems gesenkt werden. Intern bereitgestellte Informationen bezüglich unterschiedlicher Betriebszustände des Schienenfahrzeugs sind dienlich, jedoch nicht erforderlich. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig.l ein Blockschaltbild des erfindungsmäßen Kompressorsystems, und
Fig.2 fünf zusammenhängende Diagramme, wobei von oben nach unten ein Schall- pegel, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung des Schienenfahrzeugs sowie eine Drehzahl und ein Druck im Druckluftbehälter über die Zeit aufgetragen sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜH- RUNGSFORM
Gemäß Figur 1 weist ein Kompressorsystem für ein Schienenfahrzeug eine elektrische Maschine 1 auf, die über eine Antriebswelle 2 einen Kompressor 3 zur Erzeugung von Druckluft antreibt. Die vom Kompressor 3 erzeugte Druckluft wird über eine druckluftführende Leitung 6 zu einer Kühlereinheit 9 mit einem Kühlerlüfter 14 geleitet. Stromabwärts der Kühlereinheit 9 sind in der druckluftführenden Leitung 6 ein Drucksensor 7 und ein Temperatursensor 13b angeordnet. Desweiteren mündet die druckluftführende Leitung 6 in einen Vorabscheider 11 dem eine Luftaufbereitungsanlage 12 nachgeschaltet ist. Die getrocknete und von Partikel gesäuberte Druckluft wird dann in einem Druckluftbehälter 4 gespeist. Ein Temperatursensor 13 a, der am Kompressor 3 angeordnet ist, sowie der Temperatursensor 13b und der Drucksensor 7 senden allesamt der Regelungseinrichtung 5 die gemessenen Temperaturen und den gemessenen Druck zu. Ferner erhält die Regelungseinrichtung 5 auch von einer Sensoreinrichtung 10 Signale. Die Sensoreinrichtung 10 umfasst ei- nen GPS-Sensor 16 zur Messung einer Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs sowie einen Beschleunigungssensor 17 zur Messung einer Beschleunigung b des Schienenfahrzeugs und einen Schallsensor 18 zur Messung eines Schallpegels s in der Umgebung des Schienenfahrzeugs. Darüber hinaus ist die Regelungseinrichtung 5 dazu geeignet, sowohl die Drehzahl der Kühlereinheit 9 zu steuern als auch Signale an ein Stellglied 8 zu leiten. Das Stellglied 8, das als Frequenzumrichter ausgebildet ist, stellt die Drehzahl der elektrischen Maschine 1 und somit die Drehzahl des Kompressors 3 ein. Ferner verfügt das Stellglied 8 über zwei Ausgänge und stellt so auch die Drehzahl des Kühlerlüfters 14 durch die Regelungseinrichtung 5 ein. Dabei ist das Stellglied 8 zur kontinuierlichen Beeinflussung der Drehzahl der elektrischen Maschine 1 zwischen einer elektrischen Versorgung 15 und der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Die Ansteuerung des Stellglieds 8 erfolgt nach Maßgabe der Sensoreinrichtung 10 über die Regelungseinrichtung 5.
Gemäß Figur 2 wird ersichtlich, dass über die Drehzahl des Kompressors 3 der Luft- druck in dem Druckluftbehälter 4 einstellbar ist. Das vierte Diagramm von oben gesehen veranschaulicht den Verlauf der Drehzahl über die Zeit und das fünfte Diagramm von oben gesehen veranschaulicht den Verlauf des Luftdrucks in dem Druckluftbehälter 4 über die Zeit. Die ersten drei Diagramme von oben gesehen bilden den Verlauf eines Schallpegels in der Umgebung des Schienenfahrzeugs, einer Ge- schwindigkeit und einer Beschleunigung des Schienenfahrzeugs ab. Die Zeitachse der fünf Diagramme ist miteinander synchronisiert und im Wesentlichen in drei Betriebsarten unterteilt. Einem Streckenbetrieb N, einem Bremsbetrieb B sowie einem Stationsbetrieb S. Dabei betreibt die Regelungseinrichtung 5 in dem Streckenbetrieb N, der einen relativ hohen Schallpegel s und eine annähernd konstant hohen Geschwindigkeit v aufweist den Kompressor 3 mit einer variablen Drehzahl, die geringfügig oberhalb der minimalen Drehzahl i liegt. Der Luftdruck in dem Druckluftbehälter 4 wird geringfügig größer als der Einschaltdruck e eingestellt. Demgegenüber betreibt die Regelungseinrichtung 5 bei einer negativen Beschleunigung b während des Bremsbetriebs B den Kompressor 3 mit einer maximalen Drehzahl m bis zum Erreichen eines Abschaltdrucks a des Kompressors 3 betreibt und speist den mindestens einen Druckluftbehälter 4. Der Kompressor 3 wird nach Errei- chen des Abschaltdrucks a mit einer variablen Drehzahl, unterhalb der maximalen Drehzahl m betrieben.
Bei Stillstand des Schienenfahrzeugs und einem relativ niedrigen Schallpegel s in der Umgebung des Schienenfahrzeugs betreibt die Regelungseinrichtung 5 den Kom- pressor 3 intermittierend zwischen einer Abschaltung des Kompressors 3 beim Abfallen des Druckes auf den Einschaltdruck e und einem Betrieb mit der minimalen Drehzahl i beim Erreichen des Abschaltdrucks a. Bei einer Erhöhung des Schallpegels s in der Umgebung des Schienenfahrzeugs auf einen relativ hohen Wert wird der Kompressor 3 mit der maximalen Drehzahl m betrieben bis der relativ hohe Schall- pegel s wieder sinkt.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass der Kompressor 3 eine Vielzahl von Druckluftbehältern 4 speist.
Bezugszeichenliste
1 elektrischen Maschine
2 Antriebswelle
3 Kompressor
4 Druckluftbehälter
5 Regelungseinrichtung
6 druckluftführende Leitung
7 Drucksensor
8 Stellglied
9 Kühlereinheit
10 Sensoreinrichtung
11 Vorabscheider
12 Luftaufbereitungsanlage
13a, 13b Temperatursensor
14 Kühlerlüfter
15 elektrische Versorgung
16 GPS-Sensor
17 Beschleunigungssensor
18 Mikrofon a Abschaltdruck
e Einschaltdruck
i minimale Drehzahl
m maximale Drehzahl
b Beschleunigung
V Geschwindigkeit
s Schallpegel
B Bremsbetrieb
N Streckenbetrieb
S Stationsbetrieb

Claims

A n s p r ü c h e
1. Kompressorsystem für ein Schienenfahrzeug, umfassend einen von einer elektrischen Maschine (1) über eine Antriebswelle (2) angetriebenen Kompressor (3) zur Erzeugung von Druckluft für mindestens einen Druckluftbehälter (4), wobei die elektrische Maschine (1) zumindest mittelbar über eine Regelungseinrichtung (5) zum Betrieb der elektrischen Maschine (1) mit zumindest einer zwischen einer maximalen Drehzahl (m) und einer minimalen Drehzahl (i) befindlichen Drehzahl ansteuerbar ist, wobei ferner in einer stromabwärts vom Kompressor (3) angeordneten druckluftführenden Leitung (6) zumindest ein Drucksensor (7) zur Bestimmung des Drucks für die Regelungseinrichtung (5) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied (8) zur kontinuierlichen Beeinflussung der Drehzahl der elektrischen Maschine (1) zwischen einer elektrischen Versorgung (15) und der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist, wobei die Ansteuerung des Stellglieds (8) nach Maßgabe einer Sensoreinrichtung (10), umfassend mindestens ein Sensorelement (16) zur Erfassung zumindest einer externen Randbedingung des Schinenfahrzeugs, über die Regelungseinrichtung (5), erfolgt.
2. Kompressorsystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (5) zumindest mittelbar eine stromabwärts des Kompressors (3) angeordnete Kühlereinheit (9) mit Kühlerlüfter (14) ansteuert, wobei eine Drehzahl des Kühlerlüfters (14) kontinuierlich durch die Regelungseinrichtung einstellbar ist.
3. Kompressorsystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (10) mindestens einen GPS- Sensor (16) zur Messung einer Geschwindigkeit (v) des Schienenfahrzeugs sowie mindestens einen Beschleunigungssensor (17) zur Messung einer Beschleunigung (b) des Schienenfahrzeugs und/oder mindestens ein Mikrofon (18) zur Messung eines Schallpegels (s) in der Umgebung des Schienenfahrzeugs umfasst.
4. Verfahren zur Steuerung eines Kompressorsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (3) nach Maßgabe der Sensoreinrichtung (10) mit einer variablen, zwischen der maximalen Drehzahl (m) und der minimalen Drehzahl (i), jeden Zwischenwert einnehmenden Drehzahl, betrieben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (5) bei einem relativ ho- hen Schallpegel (s) und einer annähernd konstant hohen Geschwindigkeit (v) den Kompressor (3) mit einer variablen Drehzahl, geringfügig oberhalb der minimalen Drehzahl (i) betreibt, wobei der Luftdruck in dem mindestens einen Druckluftbehälter (4) geringfügig größer als der Einschaltdruck (e) eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (5) bei einer negativen Beschleunigung (b) den Kompressor (3) mit einer maximalen Drehzahl (m) bis zum Erreichen eines Abschaltdrucks (a) des Kompressors (3) betreibt und den mindestens einen Druckluftbehälter (4) speist, wobei der Kompressor (3) nach Erreichen des Abschaltdrucks (a) mit einer variablen Drehzahl, unterhalb der maximalen Drehzahl (m), betrieben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (3) nach Beenden der negativen Beschleunigung (b) abgeschaltet wird und bei Erreichen des Einschaltdrucks (e) auf die minimale Drehzahl (i) eingestellt wird.
8. Verfahrens nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (5) bei Stillstand des Schienenfahrzeugs und einem relativ niedrigen Schallpegel (s) in der Umgebung des Schienenfahrzeugs den Kompressor (3) intermittierend zwischen einer Abschaltung beim Abfallen des Druckes auf den Einschaltdruck (e) und einem Betrieb mit der minimalen Drehzahl (i) beim Erreichen des Abschaltdrucks (a) betreibt.
9. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (5) bei Stillstand des Schienenfahrzeugs und einem relativ hohen Schallpegel (s) in der Umgebung des
Schienenfahrzeugs den Kompressor (3) mit der maximalen Drehzahl (m) betreibt bis entweder der relativ hohe Schallpegel (s) wieder sinkt oder der Abschaltdruck (a) erreicht wird.
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