AT528023B1 - Modulare Bremsvorrichtung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein modulare Bremsvorrichtung (1) zur Umwandlung der im Wesentlichen translatorischen Energie eines Schienenfahrzeugs (6), insbesondere einer Gleisbaumaschine, mit einem Bremsmodul (42) zur Umwandlung in eine andere mechanische Energie und/oder Wärme und/oder mit einem Bremsmodul (41, 411, 412) zur Umwandlung in elektrische Energie, wobei vorgesehen ist, diese elektrische Energie mittels Transformator (31, 311) und Stromabnehmer (7) in ein streckenseitiges elektrisches Versorgungssystem rückzuführen und/oder mittels Stromwandler in eine fahrzeugseitige elektrische Speichervorrichtung (32) zu speichern und/oder mittels elektrischen Leistungswiderständen in Wärme umzuwandeln, wobei ein weiteres Bremsmodul (41, 16) zur vollständigen oder teilweisen Übertragung der translatorische kinetische Energie des Schienenfahrzeugs (6) an ein fahrzeugseitiges Fluidsystems (15, 20) eingerichtet ist.

Description

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Beschreibung

MODULARE BREMSVORRICHTUNG FÜR SCHIENENFAHRZEUGE

[0001] Die Erfindung betrifft eine Gleisbaumaschine mit zumindest einem hydraulisch angetriebenen Arbeitsaggregat mit mit einer modularen Bremsvorrichtung zur Umwandlung der im Wesentlichen translatorischen Energie der Gleisbaumaschine, mit einem Bremsmodul zur Umwandlung in eine andere mechanische Energie und/oder Wärme und/oder mit einem Bremsmodul zur Umwandlung in elektrische Energie, wobei vorgesehen ist, diese elektrische Energie mittels Transformator und Stromabnehmer in ein streckenseitiges elektrisches Versorgungssystem rückzuführen und/oder mittels Stromwandler in eine fahrzeugseitige elektrische Speichervorrichtung Zu speichern und/oder mittels elektrischen Leistungswiderständen in Wärme umzuwandeln.

[0002] Gleisbaumaschinen mit speziellen Arbeitsvorrichtungen, die dazu vorgesehen sind, Gleismodule zu verlegen und/oder zu verbinden und/oder eine bestehende Gleislage zu vermessen und/oder zu berichtigen, besitzen eine nennenswerte Masse.

[0003] Diese Masse wirkt verteilt auf Gewichtskräfte über die Radsätze der Fahrwerke auf die Schienen, wenn das Schienenfahrzeug auf einem Fahrweg eines Schienennetzes steht oder fährt.

[0004] Ein charakteristischer Wert für die Masse einer Gleisbaumaschine beträgt 100t oder 10° kg.

[0005] Gleisbaummaschinen, die aus mehreren Fahrzeugen oder Fahrzeugteilen mit Arbeitsaggregaten und/oder anderen funktionellen Modulen zu einem Schienenfahrzeugverband zusammengestellt sind, besitzen eine Masse in der Größenordnung des Zehnfachen des charakteristischen Werts, wohingegen die Masse kleiner, kompakter Gleisbaumaschinen weniger als ein Zehntel dieses Werts beträgt.

[0006] Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei der Verzögerung eines Schienenfahrzeugs ebenso wie bei der Beschleunigung neben der translatorischen Bewegungsänderung der gesamten Schienenfahrzeugmasse auch zu berücksichtigen ist, dass bei Teilen des Schienenfahrzeugs, insbesondere bei den rotierenden Radsätzen, eine rotatorische Bewegungsänderung auftritt.

[0007] Dieser zusätzlich zu berücksichtigende Anteil der rotierenden Massen wird in der Regel mit einem Drehmassenfaktor berücksichtigt, der gemäß der Fachliteratur, wie in Joachim Ihme (?*2019), Schienenfahrzeugtechnik, Seite 112 angegeben, beispielsweise zwischen 1,03 und 1,10 liegen kann.

[0008] Bedingt durch diesen charakteristischen Wert der Schienenfahrzeugmasse und den davon abgeleiteten Werten der Gewichtskräfte müssen hohe Bremskräfte aufgewendet und Bremsleistungen abgeführt werden, um die Geschwindigkeit einer auf einem Schienenfahrweg bewegten Maschine zu verringern oder deren weitere Beschleunigung aufgrund von Kraftwirkungen, deren Ursache außerhalb des Fahrzeugs liegt, zu verhindern.

[0009] Solche Kraftwirkungen können beispielsweise dann auftreten, wenn der Schienenfahrweg eine nennenswerte Steigung aufweist.

[0010] Diese Kraftwirkungen entsprechen dann näherungsweise der gesamten Gewichtskraft, die sich aufgrund der Masse des Schienenfahrzeugs und der Erdbeschleunigung ergibt, multipliziert mit der Steigung als Vorfaktor.

[0011] Die Bremskräfte werden in Gleisbaumaschinen üblicherweise analog zu anderen Ausführungsformen von Schienenfahrzeugen mit Bremsvorrichtungen aufgebracht, die nach dem Prinzip von Reibungsbremsen wie Klotzbremsen oder Scheibenbremsen arbeiten.

[0012] Die Ansteuerung dieser Reibungsbremsen kann dabei nach verschiedenen Prinzipien erfolgen.

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[0013] Bei Schienenfahrzeugen der Vollbahnen wird der Bremsvorgang gemäß WO 2020/ 069737 A1 in der Regel durch eine veränderte Druckluftverteilung im Bremssystem mittels pneumatisch betriebener Komponente, die als Bremszange oder Bremssattel bezeichnet wird, aktiviert.

[0014] Diese Komponente wirkt auf ein Bremselement, das in Reibverbindung entweder mit auf einer Radsatzwelle angebrachten Bremsscheibe oder aber direkt mit einer Radlauffläche gebracht wird.

[0015] US 2008083576 A1 offenbart einen Anhänger zur Speicherung von Energie für eine Lokomotive, der ein hydraulisches Energiespeichersystem umfasst, das ausgelegt ist, jene Energie aufzunehmen und wiederzuverwenden, die normalerweise im dynamischen Bremsbetrieb verloren geht.

Der Anhänger ist vorzugsweise dazu eingerichtet Funktionen bereitzustellen, die geeignet sind, eine von der Mehrzahl der Lokomotiven zu ersetzen, die einen Güterzug ziehen. Bremsmethoden und Methoden zur Aufnahme und Wiederverwendung dynamischer Bremsenergie auf langen Streckenanstiegen werden ebenfalls offengelegt.

[0016] In DE 3122898 A1 ist die dort beschriebene Arbeits-Bremsanlage des Schienenfahrwerkes einer fahrbaren Gleisbaumaschine hydraulisch ausgebildet und besteht aus einem Bremsklotz und einem doppeltwirkenden Bremszylinder, während EP 4190648 A1 ein Bremssystem mit einem elektromechanischen Bremsaktuator offenbart.

[0017] Die translatorische Bewegungsenergie am Beginn des Bremsvorgangs einer auf dem Schienenfahrweg bewegten Maschine wird bei Bremsvorrichtungen, die auf dem Prinzip der Reibungsbremse beruhen, praktisch gänzlich in Wärme umgewandelt.

[0018] Die Aktivierung der mechanischen Reibungsbremse führt dabei zu einem unvermeidlichen Verschleiß der Bremsbeläge.

[0019] Auf Steilstrecken besteht bei diesen Bremsvorrichtungen das zusätzliche Risiko der Überhitzung.

[0020] Sind die Gleisbaumaschinen teilweise oder gänzlich mit elektrischen Antrieben ausgestattet, können diese in einem Generatorbetrieb die translatorische Bewegungsenergie der Maschine in elektrische Energie umwandeln.

[0021] WO 2020/069737 A1 offenbart ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug mit einer Mehrzahl von Radsätzen, wobei jeder Radsatz ein erstes Rad und ein zweites Rad und eine sie verbindende Radsatzwelle umfasst und wobei wenigstens ein Bremsmodul des Bremssystems einer Radsatzwelle zugeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Rotationsenergie der Radsatzwelle in elektrische Energie umzuwandeln und dadurch das Schienenfahrzeug abzubremsen.

[0022] Diese elektrische Energie kann einerseits zum Wiederaufladen fahrzeugseitiger elektrischer Energiespeicher wie Akkumulatoren oder Batterieanordnungen verwendet werden.

[0023] Andererseits kann die vorliegende elektrische Energie bei vorhandenem fahrzeugseitigem Stromabnehmer in eine streckenseitige elektrische Versorgungseinrichtung, beispielsweise eine Oberleitung oder eine Stromschiene, rückübertragen werden.

[0024] Besteht weder eine entsprechende streckenseitige Versorgungeinrichtung noch ein weiterer Ladebedarf der fahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher, kann die elektrische Energie durch einen elektrischen Widerstand in Wärme umgewandelt werden.

[0025] Wird zumindest eine Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise ein Dieselmotor, als Antriebseinheit der Gleisbaumaschine eingesetzt, so kann die translatorische Bewegungsenergie teilweise durch Abstützung auf dieser abgebaut werden.

[0026] Die weitere Bremsung der Gleisbaumaschinen erfolgt dann über die beschriebene mechanische Bremsvorrichtung.

[0027] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine modulare Bremsvorrichtung eingangs

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genannter Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.

[0028] Insbesondere soll gegenüber dem Stand der Technik der Verschleiß der Bremsvorrichtung verringert werden.

[0029] Weiters ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb der modularen Bremsvorrichtung offenzulegen.

[0030] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch den Anspruch 1 und den Anspruch 7.

[0031] Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

[0032] Beim Verzögern wird dem gesamten Schienenfahrzeug oder einem Teil davon durch einen Verbraucher, insbesondere einen Aktuator, Energie entzogen.

[0033] Die Gleisbaumaschine umfasst Fahrwerke, die überwiegend für den Betrieb auf einem Schienenfahrweg als Schienenfahrwerke ausgebildet sind.

[0034] Wird diese Maschine oder ein Maschinenteil, insbesondere ein Arbeitsaggregat, hydraulisch angetrieben, so kann die Energie direkt in das Fluidsystem eingespeist werden.

[0035] Handelt es sich um einen elektrischen Fahrantrieb und sind weder Oberleitung noch Akkumulator verfügbar, so wird die Energie an einen Elektromotor mit angebauter Fluidpumpe abgegeben und Energie in das Fluidsystem eingespeist, statt sie in Wärme umzuwandeln.

[0036] Ist eine Rückumwandlung in eine für den Antrieb geeignete Energieform nicht gewünscht, wird die Energie in Form von Wärme ins Fluidsystem eingebracht.

[0037] Erfüllt werden diese Anforderungen durch eine Gleisbaumaschine mit zumindest einem hydraulisch angetriebenen Arbeitsaggregat und mit einer modulare Bremsvorrichtung zur Umwandlung der im Wesentlichen translatorischen Energie einer Gleisbaumaschine, mit einem Bremsmodul zur Umwandlung in eine andere mechanische Energie und/oder Wärme und/oder mit einem Bremsmodul zur Umwandlung in elektrische Energie, wobei vorgesehen ist, diese elektrische Energie mittels Transformator und Stromabnehmer in ein streckenseitiges elektrisches Versorgungssystem rückzuführen und/oder mittels Stromwandler in eine fahrzeugseitige elektrische Speichervorrichtung zu speichern und/oder mittels elektrischen Leistungswiderständen in Wärme umzuwandeln, wobei ein weiteres Bremsmodul zur vollständigen oder teilweisen Übertragung der translatorische kinetische Energie der Gleisbaumaschine an ein fahrzeugseitiges Fluidsystem eingerichtet ist.

[0038] Das Fluidsystem ist dabei nicht auf ein hydraulisches System beschränkt.

[0039] Auch ein reines Wassersystem oder ein pneumatisches System eignet sich als Verbraucher des beschriebenen weiteren Bremsmoduls der Bremsvorrichtung.

[0040] In einer bevorzugten Weiterbildung der modularen Bremsvorrichtung ist das weitere Bremsmodul dazu vorgesehen, die translatorische Energie der Gleisbaumaschine direkt in das fahrzeugseitige Fluidsystem einzuspeisen.

[0041] Eine solche direkte Energieumwandlung ist insbesondere dann möglich, wenn die Maschine durch Fluidtechnik angetrieben wird.

[0042] In einer alternativen Variante der modularen Bremsvorrichtung ist das weitere Bremsmodul dazu vorgesehen, die translatorische Energie der Gleisbaumaschine einstufig oder mehrstufig in andere Energieformen wie elektrische, mechanische, thermische oder pneumatische Energie umzuformen und die Energieform der letzten Umwandlungsstufe zum Betrieb des fahrzeugseitigen Fluidsystems zu verwenden.

[0043] Diese Variante der modularen Bremsvorrichtung kommt insbesondere dann zur Anwendung, wenn die Maschine durch andere Antriebsarten betrieben wird.

[0044] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, in einem vollständig passiven Betriebszustand des Fluidsystems, in dem dieses keine weitere Energie mehr aufnehmen kann, die eingespeiste Energie

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in Wärme umzuwandeln.

[0045] Dieser Betriebszustand liegt beispielsweise dann vor, wenn kein Arbeitsaggregat aktiviert ist, um als Verbraucher zu wirken, und alle Fluidspeicher aufgeladen sind.

[0046] Vorzugsweise ist bei der modularen Bremsvorrichtung für die Umwandlung der in das Fluidsystems eingespeisten Energie in Wärme ein Ventil, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil, vorgesehen.

[0047] Es ist günstig für die modulare Bremsvorrichtung vorzusehen, die überschüssige Wärme des Fluidsystems an die Umgebung abzugeben.

[0048] Zur Wärmeabgabe wird beispielsweise ein Öl-Kühler verwendet.

[0049] Ein solcher Öl-Kühler ist in der Regel schon in der Maschine vorhanden und muss nicht eigens für die Adaptierung der Bremsvorrichtung eingebaut werden.

[0050] Die Verwendung auf der Maschine vorhandener Komponenten wie Fluidkühlern und Fluidpumpen ist ein weiterer Vorteil der gegenständlichen modularen Bremsvorrichtung.

[0051] Eine derartige direkte oder indirekte Rückspeisung der Bremsenergie einer Gleisbaumaschine in ein fahrzeugseitiges Fluidsystem spart aber auch Gewicht und Kosten durch Entfall oder Reduktion der sonst nötigen Bremswiderstände, steigert die Effizienz aufgrund der Rekuperation von Energie vor allem während des Arbeitsbetriebs und vermindert die Gefahr der Überhitzung der reibungsbehafteten Bremsen.

[0052] Ein Verfahren zum Betreiben dieser modularen Bremsvorrichtung sieht im Fall des Bremsbetriebs, in dem die überwiegend translatorische Energie des bewegten Schienenfahrzeugs in andere Energieformen umgewandelt wird, vor, dass zunächst, falls vorhanden, das Bremsmodul zur Umwandlung in elektrische Energie, daraufhin das Bremsmodul zum Betrieb eines fahrzeugseitigen Fluidsystems und erst danach das Bremsmodul zur Umwandlung in andere mechanische Energie und/oder Wärme aktiviert wird.

[0053] Es ist dabei günstig, dass die gestaffelte Aktivierung der Bremsmodule in Abhängigkeit von Betriebsgrößen wie der momentanen translatorischen Geschwindigkeit der Gleisbaumaschine, der Bremskräfte und/oder der Bremsleistung auf Basis eines vorgegebenen Bremsverlaufs erfolgt.

[0054] Ein solcher Bremsverlauf ist beispielsweise der Verlauf der Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit über der Zeit nach Betätigung der modularen Bremsvorrichtung.

[0055] In einer alternativen Variante ist vorgesehen, dass die Aktivierung aller in der Gleisbaumaschine vorhandenen Bremsmodule in bestimmten Betriebsfällen, beispielsweise bei der Auslösung einer Notbremsung oder Schnellbremsung, gleichzeitig erfolgt.

[0056] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

[0057] Fig. 1 Energieflüsse und Steuersignale bei Fahrbetrieb und Bremsbetrieb [0058] Fig. 2 Eine Variante des Schemas aus Fig. 1 [0059] Fig. 3 Eine Variante des Schemas aus Fig. 2

[0060] Fig. 4 Eine Gleisbaumaschine mit Stromabnehmer auf einem Schienenfahrweg mit der erfindungsgemäßen modularen Bremsvorrichtung

[0061] Fig. 5 Eine weitere Gleisbaumaschine auf einem geneigten Schienenfahrweg [0062] Fig. 6 Ein erstes Antriebskonzept für die Gleisbaumaschine [0063] Fig. 7 Ein alternatives Antriebskonzept für eine Gleisbaumaschine

[0064] Fig. 8 Ein hydraulischer Schaltkreis für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung

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[0065] Fig. 9 Verschiedene Bremskurven bei konstanter Bremsleistung bzw. konstanter Bremskraft

[0066] Fig. 10 Bremsleistungsverlauf für gleichbleibende Geschwindigkeit bei Streckenabschnitt mit Abstieg konstanter Neigung

[0067] Fig. 11 Bremskurve bei Schnellbremsung unter gleichzeitigem Einsatz aller verfügbaren Bremsmodule

[0068] In Figur 1 sind die Energieflüsse 34 und 43 zwischen den primären Energiewandlern 3 und den Verbrauchern 4 einer Gleisbaumaschine 6 für den Fahrbetrieb ohne Verzögerung und für den Fahrbetrieb mit Verzögerung bzw. für den Bremsbetrieb schematisch dargestellt.

[0069] Im Fahrbetrieb ohne Verzögerung besteht ausschließlich ein Energiefluss 34, der Energie von den primären Energiewandlern 3 zu den Verbrauchern 4 überträgt.

[0070] Primäre Energiewandler 3 sind in diesem Zusammenhang beispielsweise die fahrzeugseitigen Transformatoren 31, 311, die die von einer Energieversorgungseinrichtung außerhalb der Gleisbaumaschine 6 über Stromabnehmer 7 in das Fahrzeug 6 eingeleitete elektrische Energie in die fahrzeugseitig benötigten Spannungsniveaus umwandelt.

[0071] Primärer Energiewandler 3 kann alternativ auch ein mit Diesel oder einem anderen Kraftstoff betriebenes Antriebsaggregat 33 sein oder aber eine Brennstoffzelle.

[0072] Auch ein fahrzeugseitiger elektrischer Energiespeicher 32, wie ein Akkumulator oder eine Batteriemodulanordnung, wird in dem dargestellten Zusammenhang als primärer Energiewandler 3 betrachtet.

[0073] Als Verbraucher 4 sind beispielsweise elektromechanische Wandler wie Motoren 411, 412 für die Traktionsvorrichtung 41 des Fahrzeugs 6 oder Pumpen 16 für das Fluidsystem 15 anzusehen.

[0074] Im Bremsbetrieb und im Fahrbetrieb mit Verzögerung kann bei geeigneter Konzeption und Ausstattung der primären Energiewandler 3 und der Verbraucher 4 Energie in die entgegengesetzte Richtung rückübertragen werden, wie dass in Figur 1 durch den Energiefluss 43 dargestellt ist.

[0075] Die Betriebsarten der primären Energiewandler 3 sowie der Verbraucher 4 und die Steuerung der Energieflüsse 34 und 43 zwischen diesen beiden Aggregatkategorien erfolgt dabei über Steuersignale 23 und 24 einer Steuerungsvorrichtung 2 als Teil einer zentralen Maschinensteuerung.

[0076] Insbesondere gehört die Steuerungsvorrichtung 2 mit dem primären Energiewandler 3 und dem Verbraucher 4 zum regenerativen Teil des modularen Bremssystems 1.

[0077] Figur 2 zeigt eine Variante dieses regenerativen modularen Bremssystems 1 mit zwei Verbrauchern 41 und 42 statt dem Verbraucher 4.

[0078] Die Energieflüsse 341, 413 und 342 zwischen dem primären Energiewandler 3 und den Verbrauchern 41, 42 sowie der Energiefluss 4142 zwischen den Verbrauchern 41 und 42 werden dabei durch die Steuersignale 23 und 241 bzw. 242 der Steuerungsvorrichtung 2 kontrolliert.

[0079] Die Energieflüsse 341 und 342 im Fahrbetrieb ohne Verzögerung übertragen bei diesem Schema Energie vom primären Energiewandler 3 zu den Verbrauchern 41 und 42.

[0080] Dies entspricht der Energieübertragung des Energieflusses 34 der Figur 1.

[0081] Der Verbraucher 41 ist beispielsweise ein Traktionsantrieb 41, während der Verbraucher 42 ein Aktor 16 des Fluidsystems 15 ist.

[0082] Im Bremsbetrieb oder im Fahrbetrieb mit Verzögerung kann dann vom Verbraucher 41 einerseits Energie mit dem Energiefluss 413 an den primären Energiewandler 3 übertragen werden oder mit dem Energiefluss 4142 andererseits auch an den Verbraucher 42.

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[0083] In Figur 3 erfolgt der Energieaustausch zwischen dem primären Energiewandler 3 und den Verbrauchern 41 und 42 mittels einer fahrzeugseitigen Energieschnittstelle 5, die vorzugsweise elektrische Energie mittels der Energieflüsse 35, 415 und 425 aufnimmt und mittels des Energieflusses 53 an den primären Energiewandler 3 sowie mittels der Energieflüsse 541 und 542 an die Verbraucher 41 und 42 abgibt.

[0084] Das Steuersignal 25 der Steuerungsvorrichtung 2 wirkt dabei auf die Energieschnittstelle 5.

[0085] Eine Variante einer solchen Energieschnittstelle 5 ist als Schnittstellenvorrichtung in AT 521386 A4 offenbart.

[0086] In Figur 4 ist eine Ausführungsform der modularen Bremsvorrichtung 1 mit regenerativem Teil in einem Schienenfahrzeug 6 mit Stromabnehmer 7 und Schienenfahrwerk 9 auf einem Schienenfahrweg 10 dargestellt.

[0087] Die Steuerungsvorrichtung 2 kontrolliert und/oder überwacht die Energieflüsse zwischen den primären Energiewandlern 31 und 32, den Verbrauchern 41 und 42 sowie der Schnittstellenvorrichtung 5 mittels der Steuersignale 231, 232, 241, 242 und 25.

[0088] Die Energie kann im nicht verzögerten Fahrbetrieb einerseits aus einer nicht dargestellten Oberleitung mittels des Stromabnehmers 7 des Schienenfahrzeuges 6 und des Transformators 31 über die Leitung 315 oder andererseits von der elektrischen Speichervorrichtung 32 über die Leitung 325 an die Schnittstellenvorrichtung 5 übertragen werden.

[0089] Im Fall des Bremsbetriebs oder des Fahrbetriebs mit Verzögerung der Gleisbaumaschine 6 kehrt sich die Richtung des Energieflusses über die Leitungen 31 und 32 zumindest teilweise um, wie das in Figur 3 dargestellt ist.

[0090] Von der Schnittstellenvorrichtung 5 wird mittels der Leitung 425 im Fall des unverzögerten Fahrbetriebs Energie an den Traktionsantrieb 42 mit den Antriebsmotoren 421 und 422 übertragen.

[0091] Diese beiden Motoren 421 und 422 treiben die Achsen des Fahrwerks 9 an.

[0092] Weiters wird mittels der Leitung 415 auch das mechanische Bremsmodul 42 mit den auf die Laufflächen der Antriebsräder wirkenden Bremsklötzen 411 und 412 mit Energie versorgt.

[0093] Im Bremsbetrieb oder Fahrbetrieb mit Verzögerung der Gleisbaumaschine 6 ist es bei geeigneter Konfiguration des Traktionsantriebs 42 möglich, dass Energie der translatorischen Bewegung der Gleisbaumaschine 6 mit Hilfe der Rotationsenergie der Achsen und mittels eines Generatorbetriebs der Antriebsmotoren 421 und 422 über die Leitung 425 an die Schnittstellenvorrichtung 5 übertragen wird.

[0094] Diese aus dem Abbremsen bzw. Verzögern des Gleisbaumaschine 6 erhaltene Energie dient beispielsweise zum Laden des elektrischen Energiespeichers 32 über die Leitung 325 bei umgekehrtem Energiefluss, ausgehend von der Schnittstellenvorrichtung 5 oder zur Rückspeisung von elektrischer Energie in das nicht dargestellte streckenseitige Versorgungsnetz über die Leitung 315 mittels des fahrzeugseitigen primären Energiewandlers 31 und des als Pantograph ausgeführten Stromabnehmers 7.

[0095] Figur 5 zeigt das Gleisbaumaschine 6 aus Figur 4 in einer erweiterten Variante, wobei der zusätzliche Schienenfahrzeugteil mit drei Schienenfahrwerken 9A, 9B und 9C und mit den für eine Gleisbaumaschine 6 kennzeichnenden Arbeitsaggregaten 11 ausgestattet ist.

[0096] Die Arbeitsaggregate 11 werden insbesondere im Arbeitsbetrieb von der Schnittstellenvorrichtung 5 über die Leitung 511 mit Energie versorgt.

[0097] Eine Steuerleitung 211 ist von der Steuerungsvorrichtung 2 durch die Schnittstellenvorrichtung 5 zu den Arbeitsaggregaten 11 geführt, um die Energieflüsse zwischen der Schnittstellenvorrichtung 5 und den Arbeitsaggregaten 11 zu überwachen und zu kontrollieren.

[0098] Arbeitsaggregate 11 dienen einerseits zur Herstellung und zur Instandhaltung des Schie-

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nenfahrweges 10, sind also beispielsweise Stopfaggregate, vorzugsweise in Kombination mit einem Hebe- und Richtaggregat und/oder Schienenschleifvorrichtungen und/oder Vorrichtungen und Aggregate zur Herstellung und Erneuerung der verschiedenen Lagen des Oberbaus.

[0099] Andererseits werden Arbeitsaggregate 11 aber auch verwendet, um die Oberleitungen zur Versorgung von Gleisbaumaschinen 6 zu errichten, Instand zu halten oder zu inspizieren oder um eine aktuelle Gleislage des Schienenfahrwegs 10 zu vermessen.

[00100] Die Gleisbaumaschine 6 bewegt sich in Figur 5 auf dem Schienenfahrweg 10 in die durch den Pfeil 12 angezeigte Richtung.

[00101] Der Schienenfahrweg 10 ist in dieser Fahrtrichtung 12 abwärts geneigt.

[00102] Die Gesamtgewichtskraft F1 der Gleisbaumaschine 6 teilt sich in einem solchen Fall auf in eine Komponente F-,, die in Fahrtrichtung 12 wirkt und eine Komponente F3, deren Kraftwirkung sich verteilt auf die Schienenfahrwerke 9, 9A, 9B, 9C normal zum Schienenfahrweg 10 entfaltet.

[00103] Das Verhältnis zwischen der Gesamtgewichtskraft F1 und der Komponente F>, die in Fahrtrichtung 12 als externe Antriebskraft wirkt, ergibt sich dabei zu

F,= Fi sina=Fı'a

[00104] Dabei entspricht a als Winkel, vorzugsweise im Bogenmaß, dem Abstieg des Schienenfahrweges 10 in Fahrtrichtung 12 und damit dem Anstieg gegen die Fahrtrichtung 12.

[00105] Der Anstieg eines Schienenfahrweges 10 wird in der Regel in % angegeben, wobei Steigungen des Schienenfahrweges 10, die von Schienenfahrzeugen allein aufgrund der Wirkung des Rad-Schiene-Kontakts befahren werden, unterhalb von 30% bleiben.

[00106] Für diese Werte der Steigung des Schienenfahrweges 10 ist die oben eingeführte Annahme, dass für kleine Winkel der Sinus eines Winkels gleich dem Winkel ist, eine praktische und brauchbare Näherung.

[00107] Figur 6 zeigt ein Antriebskonzept 131 einer Gleisbaumaschine 6.

[00108] Dabei ist ein Modul 31 dazu vorgesehen, elektrische Energie, die mit einem Stromabnehmer 7 von der Oberleitung eines streckenseitigen Versorgungseinrichtung eingespeist wird, mit einem Transformatormodul 311 auf die fahrzeugseitigen elektrischen Spannungsniveaus umzuwandeln, um damit die Verbrauchermodule 43 zu versorgen.

[00109] Diese Verbrauchermodule 43 umfassen verschiedene Funktionseinheiten, insbesondere Stromrichter, aber auch elektrische Lasteinheiten zur Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme, und sind mit verschiedenen Arten von Arbeitsaggregate 11 verbunden, für die sie einen nennenswerten Teil der erhaltenen Energie bereitstellen.

[00110] Ein nicht dargestelltes Modul ist bei diesem Antriebskonzept zur Erdung und Trennung des Moduls 31 vorgesehen.

[00111] Alternativ zu dem mittels des Stromabnehmers 7 mit dem streckenseitigen Versorgungsnetz verbundenen Transformatormodul 31, 311 kann die von den Verbrauchermodulen 43 ben6tigte Energie auch von einem Akkumulator Modul 32 zur Verfügung gestellt werden.

[00112] Für den Wechsel der Energiebereitstellung der Verbrauchermodule 43 vom Transformator Modul 31 auf das Akkumulator Modul 32, ist es notwendig, die elektrischen Verbindungsleitungen mittels der dargestellten Leistungsschaltern umzuschalten.

[00113] Schließlich ist auch ein Modul 33 mit einem Dieselmotor 331 und einem elektrischen Generator 332 zur Energiebereitstellung vorgesehen.

[00114] Dieses Modul 33 überträgt, nach Herstellung einer elektrischen Verbindung zu den Verbrauchermodulen 43 mit den vorgesehenen Leistungsschaltern, elektrische Energie von seinem elektrischen Generator 332 mittels der Verbrauchermodule 43 an die verschiedenen Arbeitsaggregate 11.

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[00115] Über eine gemeinsame mechanische Welle ist mit diesem Modul 33 auch eine nicht dargestellte Hydraulikpumpe als weiterer Verbraucher verbunden.

[00116] Figur 7 zeigt ein alternatives Antriebskonzept 132 einer Gleisbaumaschine 6.

[00117] Ein Verbrauchermodul 43 mit Stromrichter und elektrischem Widerstand wird entweder von einem Transformatormodul 31, 311 oder von einem Modul 33, das ein Dieselaggregat 331 in Kombination mit einem elektrischen Generator 332 umfasst, versorgt.

[00118] Über eine elektrische Verbindungsleitung, die ein Filtermodul 14 enthält, ist das Verbrauchermodul 43 mit einem Traktionsmodul 41 verbunden, das einen Stromrichter, drei Traktionsmotorpaare und einen elektrischen Bremswiderstand umfasst.

[00119] Parallel zu diesem Traktionsmodul 41 ist mittels eines weiteren Filtermoduls 14 eine Gleichstromschnittstellenvorrichtung 5 an das Verbrauchermodul 43 angeschaltet und entlang der Gleichstromschnittstellenvorrichtung 5 ist eine, in weiten Grenzen konfigurierbare, Anzahl an Arbeitsaggregatmodulen 11 angeordnet.

[00120] Die Gleichstromschnittstellenvorrichtung 5 stellt eine Gleichspannung eines definierten Spannungspegels zur Verfügung.

[00121] Vorzugsweise liegt dieser Spannungspegel zwischen 500VDC und 1000VDC.

[00122] Es ist besonders günstig, wenn der Spannungspegel der Gleichstromschnittstellenvorrichtung 5 zwischen 700VDC und 800 VDC liegt und beispielsweise Us=750VDC beträgt.

[00123] Die Filtermodule 14 dienen im dargestellten Antriebskonzept 132 dazu, im Stromkreis auftretende Resonanzfrequenzen fr in einen Frequenzbereich B;(f1,f2) zu verschieben, der für die vorliegenden Anwendung unkritisch ist.

[00124] Ein solcher Frequenzbereich B; liegt vorzugsweise oberhalb von f1=100 Hz und unterhalb von f2=1 kHz und besonders bevorzugt zwischen f1=150 Hz und f2=250 Hz.

[00125] Figur 8 stellt eine Ausführungsform eines hydraulischen Schaltkreises 15 für das erfindungsgemäße Bremsmodul einer modularen Bremsvorrichtung 1 dar.

[00126] Im Bremsbetrieb oder Fahrbetrieb mit Verzögerung, der insbesondere auch ein Arbeitsbetrieb auf einem geneigten Schienenfahrweg 10 gemäß Figur 5 sein kann, wird Energie aus dem fahrzeugseitigen elektrischen Netz, insbesondere mittels einer elektrischen Schnittstellenvorrichtung 5 und eines elektrohydraulischen Wandlers 16, der einen elektrischen Motor 161 sowie eine mittels gemeinsamer Welle verbundene hydraulische Pumpe 162 umfasst, in ein hydraulisches Leitungsnetz 20 übertragen.

[00127] Der elektrohydraulische Wandler 16 fördert im Betriebsfall Hydraulikmedium aus dem Tank 17, mittels des hydraulischen Leitungsnetzes 20, an nicht dargestellte hydraulische Verbraucher 4, 11 wie beispielsweise rotatorisch oder linear wirkende hydraulische Aktoren.

[00128] Ein Rückschlagventil 18 ist dabei zwischen dem elektrohydraulischen Wandler 16 und dem hydraulischen Leitungsnetz 20 vorgesehen, um einen Rückstrom des Hydraulikmediums in den Tank 17 über die Leitungsabschnitte 1618 und 1716 zu verhindern.

[00129] Wird ein Druckgrenzwert pmax des Hydraulikmediums im hydraulischen Leitungsnetz 20 überschritten, spricht ein Druckbegrenzungsventil 19 an und verbindet das Leitungsnetzwerk 20 mittels der Leitungsabschnitte 2019 und 1917 fluidleitend mit dem Tank 17.

[00130] Der Druckgrenzwert pmax kann mit dem im hydraulischen Schaltkreis 15 verwendeten direkt gesteuerten Druckbegrenzungsventil 19, innerhalb eines spezifizierten Bereichs, mechanisch verstellt werden.

[00131] In Fig. 9 sind verschieden Bremskurven auf Basis eines einfachen Modells für den Bremsvorgang einer translatorisch mit der Geschwindigkeit v(t) bewegten Gleibaumaschine 6 im Vergleich dargestellt.

[00132] Dabei wird angenommen, dass im Verlauf des Bremsvorgangs zunächst die Bremsleis-

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tung P konstant gehalten wird und sobald eine vorgegeben Mindestgeschwindigkeit v(t)[00133] Bei der auf dem dargestellten Diagramm weiter links liegenden Kurve beträgt die konstante Bremsleistung P=P+ im zeitlichen Verlauf zwischen der Ausgangsgeschwindigkeit v(to)=vo und der für die Umschaltung der Bremsvorrichtung maßgeblichen Geschwindigkeit Vmin[00134] Unterhalb der Geschwindigkeit vmin wird die Bremskraft F=F+41 konstant gehalten bis zum vollkommenen Stillstand des Schienenfahrzeugs 6, der durch v(t1)=0 charakterisiert ist. [00135] Diese Bremskraft F11 ist so bemessen, dass zum Umschaltzeitpunkt 21 bei Unterschreitung der Geschwindigkeitsschwelle v(t)[00136] In der zweiten dargestellten Kurvenschar gilt für die Bremsleistung P=P>; im oberen Teil der Bremskurve P2[00137] Ist die ab dem Umschaltzeitpunkt 22 unterhalb der Geschwindigkeit vmin angewandte Bremskraft F=F22 größer als P2/vmin SO ist die Bremszeit Tg2 kürzer als Tg23=t23-to für den punktiert dargestellten Fall des weiteren Aufbringens einer konstanten Bremsleistung P2 bei Geschwindigkeiten unterhalb von vmin bis zum Stillstand. [00138] Demgegenüber führt eine Bremskraft F=F23, die geringer als P2/vmin Ist, unterhalb der Geschwindigkeit vmin Zu einer Bremszeit Tg3, die sowohl länger als die Bremszeit Tg2 als auch als die Bremszeit Teg23 ist, die bei der ausschließlichen Anwendung konstanter Bremsleitung P2 auftritt. [00139] In der unteren Hälfte der Figur 10 ist ein mit der Steigung a abwärts geneigter Abschnitt des Schienenfahrwegs 10 zwischen den Koordination x1 und x2 dargestellt. Vor und nach diesem geneigten Abschnitt liegen ebene, nicht geneigte Abschnitte des Schienenfahrwegs 10. [00140] Die Höhe ho über einem Referenzniveau verringert sich bei diesem abwärts geneigten Schienenabschnitt 10 von der Position x4 bis zur Position xz um die Höhendifferenz Ah. [00141] Die Aufgrund der Abwärtsneigung des Schienenfahrwegabschnitts 10 in Figur 5 dargestellte zusätzlich wirkende Antriebskraft F2 kann in diesem Fall zur Beibehaltung einer konstanten Arbeitsgeschwindigkeit v(t)=vo durch eine dargestellte Bremsleistung P(v,a) kompensiert werden. [00142] Figur 11 zeigt einen Bremskurvenverlauf, bei dem die Bewegungsenergie der Gleisbaumaschine 6 im Fall der Auslösung einer Schnellbremsung zum Zeitpunkt to gleichzeitig mit Bremsmodulen, bei denen die Bremsleistung P konstant gehalten wird, und Bremsmodulen, bei denen die Bremskraft F konstant gehalten wird, abgebaut wird. [00143] In diesem Fall ist die Bremszeit Tg=t1-to kürzer als bei ausschließlicher Anwendung einer der beiden Bremsmethoden, entweder mit konstanter Bremsleistung P oder mit konstanter Bremskraft F, aber auch als bei der in Figur 9 dargestellten sequenziellen Anwendung beider Bremsmethoden. [00144] Durch die Patentansprüche sind auch weitere Ausführungsformen der modularen Bremsvorrichtung mitumfasst.

[00134] Unterhalb der Geschwindigkeit vmin wird die Bremskraft F=F+41 konstant gehalten bis zum vollkommenen Stillstand des Schienenfahrzeugs 6, der durch v(t1)=0 charakterisiert ist.

[00135] Diese Bremskraft F11 ist so bemessen, dass zum Umschaltzeitpunkt 21 bei Unterschreitung der Geschwindigkeitsschwelle v(t)[00136] In der zweiten dargestellten Kurvenschar gilt für die Bremsleistung P=P>; im oberen Teil der Bremskurve P2[00137] Ist die ab dem Umschaltzeitpunkt 22 unterhalb der Geschwindigkeit vmin angewandte Bremskraft F=F22 größer als P2/vmin SO ist die Bremszeit Tg2 kürzer als Tg23=t23-to für den punktiert dargestellten Fall des weiteren Aufbringens einer konstanten Bremsleistung P2 bei Geschwindigkeiten unterhalb von vmin bis zum Stillstand. [00138] Demgegenüber führt eine Bremskraft F=F23, die geringer als P2/vmin Ist, unterhalb der Geschwindigkeit vmin Zu einer Bremszeit Tg3, die sowohl länger als die Bremszeit Tg2 als auch als die Bremszeit Teg23 ist, die bei der ausschließlichen Anwendung konstanter Bremsleitung P2 auftritt. [00139] In der unteren Hälfte der Figur 10 ist ein mit der Steigung a abwärts geneigter Abschnitt des Schienenfahrwegs 10 zwischen den Koordination x1 und x2 dargestellt. Vor und nach diesem geneigten Abschnitt liegen ebene, nicht geneigte Abschnitte des Schienenfahrwegs 10. [00140] Die Höhe ho über einem Referenzniveau verringert sich bei diesem abwärts geneigten Schienenabschnitt 10 von der Position x4 bis zur Position xz um die Höhendifferenz Ah. [00141] Die Aufgrund der Abwärtsneigung des Schienenfahrwegabschnitts 10 in Figur 5 dargestellte zusätzlich wirkende Antriebskraft F2 kann in diesem Fall zur Beibehaltung einer konstanten Arbeitsgeschwindigkeit v(t)=vo durch eine dargestellte Bremsleistung P(v,a) kompensiert werden. [00142] Figur 11 zeigt einen Bremskurvenverlauf, bei dem die Bewegungsenergie der Gleisbaumaschine 6 im Fall der Auslösung einer Schnellbremsung zum Zeitpunkt to gleichzeitig mit Bremsmodulen, bei denen die Bremsleistung P konstant gehalten wird, und Bremsmodulen, bei denen die Bremskraft F konstant gehalten wird, abgebaut wird. [00143] In diesem Fall ist die Bremszeit Tg=t1-to kürzer als bei ausschließlicher Anwendung einer der beiden Bremsmethoden, entweder mit konstanter Bremsleistung P oder mit konstanter Bremskraft F, aber auch als bei der in Figur 9 dargestellten sequenziellen Anwendung beider Bremsmethoden. [00144] Durch die Patentansprüche sind auch weitere Ausführungsformen der modularen Bremsvorrichtung mitumfasst.

[00137] Ist die ab dem Umschaltzeitpunkt 22 unterhalb der Geschwindigkeit vmin angewandte Bremskraft F=F22 größer als P2/vmin SO ist die Bremszeit Tg2 kürzer als Tg23=t23-to für den punktiert dargestellten Fall des weiteren Aufbringens einer konstanten Bremsleistung P2 bei Geschwindigkeiten unterhalb von vmin bis zum Stillstand.

[00138] Demgegenüber führt eine Bremskraft F=F23, die geringer als P2/vmin Ist, unterhalb der Geschwindigkeit vmin Zu einer Bremszeit Tg3, die sowohl länger als die Bremszeit Tg2 als auch als die Bremszeit Teg23 ist, die bei der ausschließlichen Anwendung konstanter Bremsleitung P2 auftritt.

[00139] In der unteren Hälfte der Figur 10 ist ein mit der Steigung a abwärts geneigter Abschnitt des Schienenfahrwegs 10 zwischen den Koordination x1 und x2 dargestellt.

Vor und nach diesem geneigten Abschnitt liegen ebene, nicht geneigte Abschnitte des Schienenfahrwegs 10.

[00140] Die Höhe ho über einem Referenzniveau verringert sich bei diesem abwärts geneigten Schienenabschnitt 10 von der Position x4 bis zur Position xz um die Höhendifferenz Ah.

[00141] Die Aufgrund der Abwärtsneigung des Schienenfahrwegabschnitts 10 in Figur 5 dargestellte zusätzlich wirkende Antriebskraft F2 kann in diesem Fall zur Beibehaltung einer konstanten Arbeitsgeschwindigkeit v(t)=vo durch eine dargestellte Bremsleistung P(v,a) kompensiert werden.

[00142] Figur 11 zeigt einen Bremskurvenverlauf, bei dem die Bewegungsenergie der Gleisbaumaschine 6 im Fall der Auslösung einer Schnellbremsung zum Zeitpunkt to gleichzeitig mit Bremsmodulen, bei denen die Bremsleistung P konstant gehalten wird, und Bremsmodulen, bei denen die Bremskraft F konstant gehalten wird, abgebaut wird.

[00143] In diesem Fall ist die Bremszeit Tg=t1-to kürzer als bei ausschließlicher Anwendung einer der beiden Bremsmethoden, entweder mit konstanter Bremsleistung P oder mit konstanter Bremskraft F, aber auch als bei der in Figur 9 dargestellten sequenziellen Anwendung beider Bremsmethoden.

[00144] Durch die Patentansprüche sind auch weitere Ausführungsformen der modularen Bremsvorrichtung mitumfasst.

Claims (9)

A ‚hes AT 528 023 B1 2025-09-15 Ss N Patentansprüche

1. Gleisbaumaschine (6) mit zumindest einem hydraulisch angetriebenen Arbeitsaggregat (11) und mit einer modularen Bremsvorrichtung (1) zur Umwandlung der im Wesentlichen translatorischen Energie der Gleisbaumaschine (6), mit einem Bremsmodul (42) zur Umwandlung in eine andere mechanische Energie und/oder Wärme und/oder mit einem Bremsmodul (41, 411, 412) zur Umwandlung in elektrische Energie, wobei vorgesehen ist, diese elektrische Energie mittels Transformator (31, 311) und Stromabnehmer (7) in ein streckenseitiges elektrisches Versorgungssystem rückzuführen und/oder mittels Stromwandler in eine fahrzeugseitige elektrische Speichervorrichtung (32) zu speichern und/oder mittels elektrischen Leistungswiderständen in Wärme umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Bremsmodul (41, 16) zur vollständigen oder teilweisen Übertragung der translatorischen kinetischen Energie der Gleisbaumaschine (6) vollständig oder teilweise an ein fahrzeugseitiges Fluidsystem (15, 20) des Arbeitsaggregats (11) eingerichtet ist, wobei in einem vollständig passiven Betriebszustand des Fluidsystems (15, 20), bei dem das Arbeitsaggregat nicht aktiviert ist und in dem dieses keine weitere Energie mehr aufnehmen kann, vorgesehen ist, die eingespeiste Energie in Wärme umzuwandeln.

2. Gleisbaumaschine (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bremsmodul (41, 16) vorgesehen ist, die translatorische Energie der Gleisbaumaschine (6) direkt in das fahrzeugseitige Fluidsystem (15, 20) einzuspeisen.

3. Gleisbaumaschine (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bremsmodul (41, 16) vorgesehen ist, die translatorische Energie der Gleisbaumaschine (6) einstufig oder mehrstufig in andere Energieformen wie elektrische, mechanische, thermische oder pneumatische Energie umzuformen und die Energieform der letzten Umwandlungsstufe zum Betrieb des fahrzeugseitigen Fluidsystems (15, 20) zu verwenden.

4. Gleisbaumaschine (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Umwandlung der in das Fluidsystems (15, 20) eingespeiste Energie in Wärme ein Ventil (19), insbesondere ein Druckbegrenzungsventil, vorgesehen ist.

5. Gleisbaumaschine (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen ist, überschüssige Wärme des Fluidsystems (15, 20) an die Umgebung abzugeben.

6. Gleisbaumaschine (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abgabe der überschüssigen Wärme des Fluidsystems (15, 20) an die Umgebung eine Kühlvorrichtung, insbesondere ein Öl-Kühler vorgesehen ist.

7. Verfahren zum Betreiben einer Gleisbaumaschine (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall des Bremsbetriebs, in dem die im Wesentlichen translatorische Energie einer bewegten Gleisbaumaschine (6) in andere Energieformen umgewandelt wird, zunächst, falls vorhanden, das Bremsmodul zur Umwandlung in elektrische Energie (41, 411, 412), daraufhin das Bremsmodul zum Betrieb eines fahrzeugseitigen Fluidsystems (41, 16) und erst danach das Bremsmodul (42) zur Umwandlung in andere mechanische Energie und/oder Wärme aktiviert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gestaffelte Aktivierung der Bremsmodule (4, 41, 411, 412, 42, 16) in Abhängigkeit von Betriebsgrößen wie der momentanen translatorischen Geschwindigkeit (v(t), vo, Vmin) der Gleisbaumaschine (6), der Bremskräfte (F, F11, F21, F23) und/oder der Bremsleistung (P, P+, P2, P(v,a)) auf Basis eines vorgegebenen Bremsverlaufs erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung aller in der Gleisbaumaschine (6) vorhandenen Bremsmodule (4, 41, 411, 412, 42, 16) in bestimmten Betriebsfällen, beispielsweise bei der Auslösung einer Notbremsung oder Schnellbremsung, gleichzeitig erfolgt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 10 / 15