EP2547568B1

EP2547568B1 - Verfahren und vorrichtung zur zuglängenerkennung

Info

Publication number: EP2547568B1
Application number: EP11710157.6A
Authority: EP
Inventors: Walter Schlosser; Christoph Strasser; Götz WIEDMANN
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: CN102822032A; AU2011229236A1; EP2547568A1; AU2011229236B2; ES2586578T3; WO2011113856A1; CN102822032B; RU2561481C2; DE102010011949A1; RU2012144281A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Zuglängenerkennung bei einem aus vielen Wagen bestehenden Zugverband, der über eine pneumatische Bremsanlage nach Maßgabe des Drucks in einer von Wagen zu Wagen gekuppelten Hauptluftleitung HL in mehreren Bremsstufen gebremst wird, deren Druck p_HL und Durchfluss V̇ sowie die Umgebungstemperatur T sensortechnisch entlang der Zeitachse erfasst werden, woraus mittels elektronischer Auswerteeinheit schließlich die Zuglänge L berechnet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine das Verfahren umsetzende Vorrichtung sowie einen Zugverband, in dem eine solche Vorrichtung verbaut ist.
Die Hauptluftleitung HL in Zugverbänden wird in erster Linie zum Auslösen der pneumatisch betriebenen Bremse genutzt, welche im Sinne einer Signalübertragung durch Verminderung des Drucks in die Bremsstellung kommen und bei Druckanstieg gelöst werden. Die Hauptluftleitung HL, welche entlang aller Wagen eines Zugverbandes verläuft kann auch zur Gewinnung von Informationen über zugspezifische Eigenschaften genutzt werden. So ist es möglich, die Hauptluftleitung HL hinsichtlich einer Zugtrennung zu überwachen. Hierbei wird eine Kontrolle des nachgespeisten Volumenstroms und der Druckverhältnisse während des Fahrens mit gelösten Bremsen, beim Bremsen und während des Lösens durchgeführt. Grundlage für die Erkennung von Zugtrennungen oder für die Längenerkennung der

Hauptluftleitung HL und damit des gesamten Zugverbandes sind charakteristische Eigenschaften der Bremsanlage, wie beispielsweise die maximale Nachspeisung der Hauptluftleitung HL aufgrund der maximalen Leckage des Systems und der typischen längenabhängigen Durchschlagzeit, in welcher eine Änderung der Druckverhältnisse erkannt werden kann.

Diese und andere charakteristische Eigenschaften einer pneumatischen Bremsanlage stützen sich vorzugsweise auf genormten Festlegungen der Hauptluftleitung HL, um eine allgemein gültige Anwendbarkeit zu ermöglichen. Abgeleitet von diesen Eigenschaften werden Schwellwerte und Gradienten für die Durchflusswerte und Druckwerte definiert, welche über eine signaltechnische Verarbeitung Rückschlüsse auf die Zuglänge oder die Durchgängigkeit der Hauptluftleitung HL zulassen. Wird beispielsweise festgestellt, dass die Durchgängigkeit der Hauptluftleitung HL nicht gegeben ist, so kann als störende Ursache hierfür auf ein geschlossenes Absperrventil innerhalb der Hauptluftleitung HL zwischen zwei Wagen rückgeschlossen werden.
Aus der DE 199 02 777 A1 geht eine technische Lösung zur Überwachung der Zugvollständigkeit hervor, welche mittels eines Druckluftsensors und eines Durchflussmessers zur Ermittlung des Volumenstroms in der Hauptluftleitung HL eine Meldung über den Zustand des Zugverbandes abgibt. Die Hauptluftleitung des Zugverbandes verläuft üblicherweise durch alle angeschlossenen Wagen und kann beispielsweise am Relaisventil auf dem Triebfahrzeug sensortechnisch überwacht werden, wobei Richtung und Menge des Volumenstroms an Druckluft durch an sich bekannte Sensoren gemessen werden. Insgesamt herrscht im stationären Zustand der Bremsanlage ein Gleichgewicht zwischen Ein- und Ausströmen der Luftmenge. Die einströmende Druckluft ersetzt dabei lediglich die durch Undichtigkeiten ausströmende Luft aus der Bremsanlage, welche über die gesamte Länge der Hauptluftleitung HL austritt. Falls gebremst wird, wird der Luftdruck in der Hauptluftleitung HL definiert in meist mehreren Bremsstufen abgesenkt.
Zur Überwachung der Zugvollständigkeit werden die Messwerte der die Hauptluftleitung HL überwachenden Sensoren einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt, welche die erfassten Messwerte mit vorbestimmten Werten der jeweiligen Betriebsgrößen für einen entsprechenden Betriebszustand des Zugverbandes vergleicht. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wird auf die Vollständigkeit des Zuges geschlossen. Hierbei erfolgt die Auswertung und Gewinnung der Messwerte zur Bestimmung der Zugvollständigkeitsinformation lediglich an einer einzigen Stelle des Zugverbandes, vorzugsweise im Triebfahrzeug des Zuges, so dass weitere Einrichtungen zur Erfassung von Betriebsgrößen der Hauptluftleitung HL an anderen Stellen des Zugverbandes - insbesondere am Zugschluss - nicht erforderlich sind.
Allerdings hat diese Überwachung der Zugvollständigkeit den Nachteil, dass hierdurch gleichzeitig nicht präzise festgestellt werden kann, welche Zuglänge vorliegt. Die Kenntnisse der Zuglänge ist beispielsweise für die Feststellung sogenannter schwarzer Wagen von Nutzen. Die Reihung der Wagen und die Eigenschaften sind in der Regel anhand einer Wagenliste bekannt. Abgeleitet von der Wagenliste werden die wesentlichen Informationen für den Triebfahrzeugführer, wie Bremseigenschaften, auf einem sogenannten Bremszettel zusammengestellt. Ferner ist die Zuglänge beim Fahrbetrieb auf häufig befahrenen Strecken wichtig, um beispielsweise Sicherheitsabstände einhalten zu können.
Aus DE 199 33 798 A1 geht ein Verfahren zur Zuglängenerkennung vor, bei welchen direkt die Länge des Zuges gemessen und an das Triebfahrzeug übermittelt wird. Hierzu werden Volumen und Drucksignale in der Hauptluftleitung HL sensortechnisch ermittelt, wobei insbesondere ein zeitnahes Übermitteln von Informationen über den letzten Wagen des Zugverbandes an das Triebwerkzeug folgt. Anschließend überprüft eine Auswerteeinrichtung, ob die Volumen- und Drucksignale und daraus abgeleitete physikalischen Größen einem bekannten in der Auswerteeinheit abgespeicherten Sollwertbereich für die Zuglänge entsprechen. Hiervon abhängig wird ein Signal ausgegeben, welches die Information liefert, ob die gemessenen Werte innerhalb der abgespeicherten Sollwertbereiche liegen. Ferner wird vorgeschlagen, die in der Auswerteeinheit des Triebfahrzeuges abzuspeichernde Länge des zu vermessenden Zugverbandes von einem Zuglängenmesser zu ermitteln und an das Triebfahrzeug zu übermitteln. Die Zuglänge kann daneben auch von einem Achszähler beim Anfahren oder beim Verlassen eines Bahnhofes gemessen und an das Triebfahrzeug übermittel werden. Somit wird hier eine stationäre Messeinrichtung an der Strecke zur Zuglängenmessung aktiviert.
All diese Maßnahmen erscheinen recht aufwändig, da außerhalb des Triebfahrzeuges, nämlich im letzten Wagen oder sogar außerhalb des Zugverbandes platzierte Sensoren zur Gewinnung von Messwerten zwecks Zuglängenerkennung verwendet werden.
Aus DE 100 09 324 A1 geht dagegen ein Verfahren zur triebwerkbasierten Bestimmung der Zuglänge eines Zugverbandes hervor, bei dem allein die physikalischen Zustandsgrößen Druck, Durchfluss und Temperatur der Luft in der Hauptluftleitung HL im Bereich des Triebfahrzeuges gemessen werden, wobei aus einer definierten Abfolge von über das Führerbremsventil im Zugfahrzeug oder andere geeignete Aktoren Druckänderungen in der Hauptluftleitung HL erzeugt werden, die damit einhergehende Strömungen zeitlich integriert und während konstant gehaltenen Drucks - also deren stationärer Zustände - die Leckagerate ermittelt sowie aus diesen Größen das Volumen der Hauptluftleitung HL berechnet wird, woraus sich auf die Zuglänge rückschließen lässt.
Zwar berücksichtigt diese Berechnungsmethode die systembedingt vorhandene Leckage der Bremsanlage, jedoch bleiben andere Störgrößen, wie etwa lokale Entlüftungen im Bereich der den einzelnen Bremszylindern der Wagen zugeordneten Steuerventile während deren Beschleunigung unberücksichtigt. Denn die Steuerventile sorgen zur Bremsbeschleunigung in der ersten Bremsstufe für eine vorübergehend zusätzliche Entlüftung der Hauptluftleitung HL.
Diese Maßnahme führt allerdings zu ungenauen Messergebnissen bei der Bestimmung der Zuglänge.
Aus der DE 101 12 920 A1 ist ein Verfahren zur Zugvollständigkeitsüberwachung bekannt, das sich eines am Ende des Zuges an die Hauptluftleitung angeschlossenen Überdruckventils bedient, durch das bei Regelbetriebsdruck stets eine gewisse Menge Luft je Zeiteinheit entweicht. Wird der Druck in der Hauptluftleitung beim Bremsen abgesenkt, schließt das Überdruckventil, so dass der Volumenstrom abnimmt. Dies wiederum zeigt an, dass der letzte Wagen mit dem Überdruckventil noch mitgeführt wird. Wird der Druck wieder auf den Regelbetriebsdruck erhöht, kehrt das Überdruckventil in seine Öffnungsstellung zurück, und der zunehmende Volumenstrom zeigt an, dass der letzte Wagen noch mitgeführt wird.
Die DE 198 28 906 C1 offenbart ein weiteres Verfahren zur Überprüfung der Vollständigkeit eines Zuges, bei dem Druck- und Strömungswerte in der Hauptluftleitung mit Fahrzuständen und Bedienhandlungen des Zugführers korreliert werden. Auf diese Weise werden Druckänderungen, die vom Zugführer ausgelöst wurden, klar von solchen Druckänderungen unterschieden, die von einer plötzlichen Leckage der Hauptluftleitung durch Wagenabriss herrühren.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Zuglängenerkennung zu schaffen, bei welcher allein mit zugverbandinterner Sensorik eine präzise Längenbestimmung möglich ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Hinsichtlich einer zu dem Verfahren korrespondierenden Vorrichtung wird auf Anspruch 9 verwiesen. In Anspruch 11 ist ein diese Vorrichtung enthaltener Zugverband angegeben.
Die Erfindung schließt die Lösung ein, dass die sensortechnische Messgrößenerfassung erst ab dem stationären Zustand einer bestehenden Bremsstufe I. während der Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe II. durchgeführt wird, bis wieder ein stationärer Zustand innerhalb dieser Bremsstufe II. erreicht ist. Durch nachfolgendes Aufintegrieren des Durchflusses während des Entlüftens der Hauptluftleitung HL zur Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe II. wird unter Berücksichtigung des im Anfangs- und Endzustand herrschenden Drucks sowie der Umgebungstemperatur das Volumen der Hauptluftleitung HL berechnet. Aus dem so berechneten Volumen kann in an sich bekannter Weise schließlich bei bekanntem Leitungsquerschnitt der Hauptluftleitung HL auf deren Länge und damit auf die Zuglänge L geschlossen werden. Dabei wird bei zuvor zumindest einmaliger Bestimmung des Volumens (V) der Hauptluftleitung (HL) als Korrekturwert das Luftvolumen (V), welches durch Bremsbeschleunigungsverluste der einzelnen den Bremszylindern (7) zugeordneten Steuerventile (6) aus dem gelösten Zustand der Bremsanlage verlorengeht, rechentechnisch bei der Ermittlung der Zuglänge (L) eliminiert.
Über folgenden formelmäßigen Zusammenhang kann das Volumen konkret ermittelt werden: $V = \frac{T * p_{n}}{T_{n}} * \frac{\int_{t 1}^{t 2} V_{N} * dt}{|\int_{t 1}^{t 2} d_{p} * dt|} = \frac{T * p_{n}}{T_{n}} * \frac{\int_{t 1}^{t 2} V_{N} * dt}{|p (t_{2}) - p (t_{1})|}$
Aus $L = \frac{V}{Q}$
ergibt sich schließlich die Leitungslänge und damit die Zuglänge L des Zugverbandes. Der Querschnitt der Hauptluftleitung HL und der Kupplungen ist im Allgemeinen bekannt.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann somit bei jeder Bremsanforderung, die nicht aus dem gelösten Zustand erfolgt, die Leitungslänge überprüft werden. Damit kann die Durchgängigkeit der Hauptluftleitung HL überprüft und ein geschlossener Absperrhahn detektiert werden. Wird die Leitungslängenbestimmung in die Bremsprobe vor Beginn der Fahrt integriert, kann das System eine Warnung über eine abweichende Zuglänge im Vergleich zu den Angaben im Bremszettel ausgeben. Wurden beispielsweise nach der Bremsprobe weitere Wagen mit einem geschlossenen Absperrhahn an den Zugverband angehängt, wird beim Anschluss des Triebfahrzeugs am anderen Ende zur Richtungsänderung dieser Fehler erkannt.
Um den korrekten Volumenstrom zu erfassen, muss bei oben vorgestelltem Verfahren die Leckage mitbetrachtet werden. Bei Einbremsung aus einer bestehenden Bremsstufe wird die Hauptluftleitung HL mit Ausnahme der Leckage komplett über die Führerbremsanlage entlüftet, und somit von der Durchflussmessung erfasst. Die Leckagerate muss zusätzlich zum Volumenstrom addiert werden. Es gilt folgender Zusammenhang: $V_{N_{gesamt}} = V_{N_{Mess}} + V_{N_{Leckage}}$
Die Leckagerate ist vom Druckniveau in der Hauptluftleitung HL abhängig. Zur Berechnung wird die Leckage als eine Düse in der Hauptluftleitung HL mit konstantem Düsenquerschnitt betrachtet, die gegen Atmosphäre entlüftet.
Aus dem Volumenstrom V̇ = A * (2 * R * T)^0,5 * Y und der Beziehung $V_{N} = \frac{V * p_{1} * T_{N}}{p_{N} * T}$
ergibt sich mit dem Durchflusskoeffizienten Y folgender Ausdruck: $V_{N} = A * \frac{T_{N}}{p_{N} * T} * {(2 * 287 * T)}^{0, 5} * 60 * 10^{- 3} * Y * p_{1}$
$[\frac{l}{\min}]$
mit A in mm² mit T_N = 293,15K und p_N = 1,013 barA, wobei gilt: $Y = {(\frac{k}{k - 1} * {(\frac{p_{2}}{p_{1}})}^{\frac{2}{k}} - {(\frac{p_{2}}{p_{1}})}^{\frac{k + 1}{k}})}^{0, 5},$
wenn $\frac{p_{2}}{p_{1}} > 0, 528$
mit k=1,402, sonst Y=0,484. p₁ entspricht dabei dem Absolutdruck vor, p₂ dem Absolutdruck nach der Düse und T der Temperatur. Bei R = 287 $\frac{J}{kg * K}$
handelt es sich um die allgemeine Gaskonstante.
Nach Bestimmen der Leckrate bei einem konstanten Druckniveau kann somit über den formellen Zusammenhang [III] der konstante Düsenquerschnitt A in Abhängigkeit der Temperatur ermittelt werden. V_NLeckage kann somit aus dem gemessenen Druckverlauf in der Hauptluftleitung HL näherungsweise berechnet werden.
Ein Vorteil des Verfahrens resultiert aus der Maßnahme, dass die in die Hauptluftleitung HL einströmende Luft während des Erstauffüllens der Bremsanlage außer acht gelassen wird. Denn beim Erstauffüllen strömt die Luft nicht nur in die Hauptluftleitung HL, sondern ebenfalls in die Arbeitskammern der Steuerventile sowie in diverse Vorratsbehälter der Wagen. Dabei kann das Volumen der Vorratsbehälter der einzelnen Wagen variieren, so dass praktisch eine berechentechnische Korrektur dieser Störgröße nicht möglich ist. Zusätzlich ist meist der Ausgangszustand der Arbeitskammer der Steuerventile und der Vorratsbehälter nicht bekannt. Das Verfahren schließt die hieraus resultierenden Messfehler vollständig aus. Zur Lösung dieses Problematik sieht das Verfahren im Prinzip vor, die Durchflussmenge der Luft erst im aufgefüllten Zustand, beispielsweise nach Erstauffüllung während der Fahrt oder in einem beliebigen stationären Zustand der Hauptluftleitung HL, bei welcher der Druck p_HL konstant ist, erfasst wird. Durch den Ausschluss der Beschleunigungswirkung vermeidet das Verfahren eine unbekannte Durchflussgröße, was zu einem genaueren Messergebnis führt.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zur Ermittlung der Zuglänge während des Belüftens der Hauptluftleitung HL die sensortechnische Messgrößenerfassung nur bis zum Erreichen des Drucks des an die Hauptluftleitung angeschlossenen Vorratsluftbehälters durchgeführt wird. Während eines solchen Einleitungsbetriebs ist bei gängigen Bremsauslegungen also auch die Auswertung des Füllvorgangs der Hauptluftleitung bis zum Einsetzen der Vorratsbehälternachspeisung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich. Der Durchfluss wird dabei bis zu einem Druckwert unterhalb des Vorratsbehälterdrucks ausgewertet. Bei diesem Vorgang wird vorteilhafterweise die unbekannte Vorratsbehältergröße ausgeschlossen.
Gemäß einer die Erfindung im Hinblick auf ein präzises Messergebnis weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass beim Leitungsquerschnitt, welcher mit dem ermittelten Volumen der Hauptluftleitung HL zur Kalkulation der Zuglänge herangezogen wird, sowohl der Querschnitt der durch die einzelnen Wagen verlaufenden Hauptluftleitung HL als auch der Querschnitt der dazwischen angeordneten Leitungskupplungen berücksichtigt wird. Die Zuglänge L ergibt sich - wie vorstehend angeführt - aus Division des ermittelten Volumens der Hauptluftleitung HL durch den Leitungsquerschnitt Q.
Zur rechentechnischen Kompensation der Leckage als weitere Störgröße innerhalb der Bremsanlage wird vorgeschlagen, dass zusätzlich die hierdurch im stationären Zustand herbeigeführte Volumenströmung innerhalb der Hauptluftleitung HL gemessen wird, so dass diese Messgröße zur rechentechnischen Eliminierung der Störgröße als Korrekturwert bei der Ermittlung der Zuglänge genutzt werden kann. Der zur Berechnung notwendige Durchflusskoeffizent kann vereinfacht im Bereich 0,45 bis 0,5 festgelegt werden, wenn das Druckverhältnis p2 zu p1 den Wert Y=0,484 +/- 10% ergibt. Auch bei einem Verhältnis größer diesem Wert bleibt der Fehler relativ gering, da mit abnehmendem Druck in der Hauptluftleitung HL auch die Leckage abnimmt. Ist die Leckage der pneumatischen Bremsanlage berechnet oder festgelegt, kann durch Einbeziehung in die Berechnung der Zuglänge ein qualitativ besseres Ergebnis erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird bei zuvor zumindest einmaliger Bestimmung des Volumens der Hauptluftleitung HL als Korrekturwert das Luftvolumen, welches durch Bremsbeschleunigungsverluste der einzelnen im Bremszylinder zugeordneten Steuerventile aus dem gelösten Zustand der Bremsanlage verloren geht, rechentechnisch bei der Ermittlung der Zuglänge eliminiert. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, dass die Beschleunigungswirkung der Steuerventile der Bremsanlage zu Ermittlung der Länge der Hauptluftleitung HL ausgeschlossen werden. Wird nun das Leitungsvolumen allerdings einmalig bestimmt, beispielsweise im Zuge einer Bremsprobe vor der Abfahrt des Zugverbandes, kann der hieraus resultierende Fehler bei jetzt bekannten Volumen ermittelt werden. Der Hintergrund dafür ist, dass während der Zugfahrt beim Einbremsen die Zuglänge auch bei Bremsanforderungen aus dem gelösten Zustand überprüft werden kann, um den Abriss eines Zugteils oder einen geschlossenen Absperrhahn zu detektieren. Vorzugsweise sollte zur Durchführung dieser Maßnahme zumindest ein Druck von ca. 0,1 bar über eine Düse entlüftet werden, bis die Beschleunigungswirkung in den einzelnen Steuerventilen anspricht. Die Beschleunigungswirkung entnimmt nun ca. einen Druck von 0,3bar lokal aus der Hauptluftleitung HL. Anschließend ist die Wirkung abgeschlossen und die Steuerventile sind absolut empfindlich. Über diesen Zusammenhang ist nun eine annähernde Berechnung der dadurch verlorengegangenen Luftmenge über die ideale Gasgleichung möglich. Es gilt: $p_{vorher} * V_{vorher} = p_{danach} * V_{danach}$
Gemäß eine andere die Erfindung weiterbildenden Maßnahme kann die Volumenbestimmung der Hauptluftleitung HL auch im sogenannten Zweileitungsbetrieb erfolgen. Beim Zweileitungsbetrieb werden Vorratsbehälter, welche in der Größe variieren können, und weitere Druckluftverbraucher über eine separate Druckluftleitung, die Hauptbehälterleitung HB gefüllt. Die Hauptbehälterleitung HB verläuft entlang des Zugverbandes parallel zu Hauptluftleitung HL. Somit kann das erfindungsgegenständliche Verfahren beim Zweileitungsbetrieb auch im Belüftungsfall nach Erstauffüllen angewandt werden, weil keine unbekannten Volumengrößen existieren. Mit anderen Worten erfolgt die Bestimmung des Volumens der Hauptluftleitung HL also während des Lösens der Bremsen in Folge Belüftung der Hauptluftleitung HL.
Der Füllvorgang der Hauptluftleitung HL kann zwischen zwei beliebigen stationären Zuständen über das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Zuglänge ausgewertet werden. Da keine Beschleunigungswirkung beim Belüftungsvorgang auftritt, muss lediglich die Leckage als Störfaktor mitberücksichtigt werden. Im Gegensatz zur Volumenbestimmung über die Entlüftung muss im Zweileitungsbetrieb die Leckage in Abhängigkeit des Drucks vom gemessenen Volumenstrom subtrahiert werden. Man erhält also: ${\dot{V}}_{Ngesamt} = {\dot{V}}_{Nmess} + {\dot{V}}_{Nleckage}$
Im Rahmen der Sensortechnik sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwei separate Sensoren 2b und 2b' zur Bestimmung des Durchflusses V̇ vorgesehen. Während der erste Sensor 2b beim Wechsel zwischen den stationären Zuständen, also beim Übergang von einer Bremsstufe zu nächst höheren Bremsstufe zum Einsatz kommt, wird der zweite Sensor 2b' nur im stationären Zustand zwecks Leckagemessung genutzt. Da der Wechsel zwischen stationären Zuständen einen wesentlich höheren Durchfluss V̇ erzeugt, ist der erste Sensor 2b größer dimensioniert als der zweite Sensor 2b', welcher demgegenüber nur sehr kleine Durchflüsse V̇ zu ermitteln hat. Durch die hierdurch verwendeten unterschiedlichen Messbereiche steigt die Genauigkeit der Bestimmung der Durchflüsse V̇ insgesamt. Dabei muss allerdings zwischen Einleitungsbetrieb und Zweileitungsbetrieb unterschieden werden. Im Zweileitungsbetrieb kann im Belüftungsfall ein Sensor durchaus ausreichend sein, der sowohl Leckage und Belüftungsvorgänge misst oder zwei Sensoren mit gleichem Querschnitt in Reihe, Der Leckagesensor benötigt dabei einen geringeren Messbereich und kann dadurch eine höhere Genauigkeit erzielen.
Beim Einleitungsbetrieb mit Leckagemessung sind zwingend zwei Sensoren notwendig bzw. ein Gerät das bidirektionales Messen ermöglicht, da der Durchfluss beim Einbremsen dem Durchfluss bei der Leckagemessung entgegengesetzt ist. Auch hier gilt, dass der Querschnitt der Hauptluftleitung HL nicht verengt werden darf und der Leckagesensor einen geringeren Messbereich erfordert und damit eine höhere Genauigkeit erzielbar ist.
Die elektronische Auswerteeinheit 4 berücksichtigt bei der Ermittlung der Zuglänge hinsichtlich des Leitungsquerschnitts sowohl den Querschnitt der durch die einzelnen Wagen la bis 1c verlaufenden Hauptluftleitung HL als auch den Querschnitt der dazwischen angeordneten Leitungskupplungen 5, um genauere Rechenergebnisse zu erreichen.
In jedem einzelnen Wagen la bis 1c ist mindestens ein Steuerventil 6 mit hieran angeschlossenen pneumatischen Bremszylinder 7 zur Betätigung der Bremsen angeordnet.
Zum Zwecke der Bremsbeschleunigung entweicht auch Luftvolumen aus den Steuerventilen 6, das als Korrekturwert erfassbar ist, um diese rechentechnisch bei der Ermittlung der Zuglänge zu berücksichtigen.
Gemäß Figur 2 erfolgt die Zuglängenerkennung vorzugsweise, indem ausgehend von einem stationären Zustand der Bremsanlage, welcher durch die anliegende Bremsstufe I. entsteht. Zunächst eine sensortechnische Messgrößenerfassung der physikalischen Werte Druck p_HL, Durchfluss V̇ der Hauptluftleitung HL sowie der Umgebungstemperatur T erfolgt, und zwar während der Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe II. Bis wieder ein stationärer Zustand eingestellt ist.
Anschließend erfolgt ein Aufintegrieren des so ermittelten Durchflusses V̇ unter Berücksichtigung der Anfangs- und Endzustände des herrschenden Drucks p_HL sowie der Umgebungstemperatur T gemäß vorstehend angegebener Gleichung [I]. Als Rechenergebnis ergibt sich das Volumen V der Hauptluftleitung HL. Hieraus wird durch die ebenfalls vorstehend angegebene Rechenbeziehung bei bekanntem Leitungsquerschnitt Q der Hauptluftleitung HL deren Länge berechnet, welcher der Zuglänge L entspricht.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. Es ist auch möglich, weitere störende Einflussgrößen zu ermitteln und als Korrekturwerte rechentechnisch zu berücksichtigen, damit eine präzise Zuglängenerkennung realisiert werden kann.

Bezugszeichenliste

1: Wagen
2: Sensor
3: Triebfahrzeug
4: Auswerteeinheit
5: Leitungskupplung
6: Steuerventil
7: Bremszylinder
8: Vorratsluftbehälter

HL: Hauptluftleitung
HB: Hauptbehälterleitung
V: Volumen der Hauptluftleitung
Q: Leitungsquerschnitt der Hauptluftleitung
p_HL: Druck in Hauptluftleitung
V̇: Durchfluss durch die Hauptluftleitung
T: Umgebungstemperatur
L: Zuglänge

Claims

Verfahren zur Zuglängenerkennung bei einem aus vielen Wagen (1a - 1 c) bestehenden Zugverband, der über eine pneumatische Bremsanlage nach Maßgabe des Drucks in einer von Wagen (1a) zu Wagen (1c) geschleiften Hauptluftleitung (HL) in mehreren Bremsstufen gebremst wird, deren Druck (p_HL) und Durchfluss (V̇) sowie die Umgebungstemperatur (T) sensortechnisch entlang der Zeitachse erfasst werden, woraus mittels elektronischer Auswerteeinheit (4) die Zuglänge (L) berechnet wird, wobei die sensortechnische Messgrößenerfassung ab dem stationären Zustand einer bestehenden Bremsstufe (I.) während der Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) durchgeführt wird, bis wieder ein stationärer Zustand erreicht ist, wonach durch Aufintegrieren des Durchflusses (V̇) während des Entlüftens der Hauptluftleitung (HL) zur Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) unter Berücksichtigung des im Anfangs- und Endzustand herrschenden Drucks (p_HL) sowie der Umgebungstemperatur (T) das Volumen (V) der Hauptluftleitung (HL) berechnet wird, um hieraus bei bekanntem Leitungsquerschnitt (Q) die der Hauptluftleitungslänge entsprechende Zuglänge (L) zu ermitteln,
dadurch gekennzeichnet, dass bei zuvor zumindest einmaliger Bestimmung des Volumens (V) der Hauptluftleitung (HL) als Korrekturwert das Luftvolumen (V), welches durch Bremsbeschleunigungsverluste der einzelnen den Bremszylindern (7) zugeordneten Steuerventile (6) aus dem gelösten Zustand der Bremsanlage verlorengeht, rechentechnisch bei der Ermittlung der Zuglänge (L) eliminiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Zuglänge (L) während des Belüftens der Hauptluftleitung (HL) die sensortechnische Messgrößenerfassung nur bis zum Erreichen des Drucks (p_HL) des an die Hauptluftleitung (HL) angeschlossenen Vorratsluftbehälters (8) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Leitungsquerschnitt (Q) sowohl der Querschnitt der durch die einzelnen Wagen (1a - 1c) verlaufenden Hauptluftleitung (HL) als auch der Querschnitt der dazwischen angeordneten Leitungskupplungen (5) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass im stationären Zustand der durch Leckage der pneumatischen Bremsanlage herbeigeführte Volumenstrom (V̇ _Nleck) gemessen wird, um diese Messgröße zur rechentechnischen Eliminierung der Störgröße als Korrekturwert bei der Ermittlung der Zuglänge (L) zu nutzen.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einen Zweileitungsbetrieb, bei welchem die Druckluftverbraucher über eine separate Hauptbehälterleitung (HB) befüllt werden, wogegen die Hauptluftleitung (HL) exklusiv dem Bremsen dient, die Bestimmung des Volumens (V) der Hauptluftleitung (HL) während des Lösens der Bremsen infolge Belüftung der Hauptluftleitung (HL) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der die Leckage der Bremsanlage repräsentierende Korrekturwert in Abhängigkeit des Druck (p_HL) vom gemessenen Durchfluss (V̇) subtrahiert wird.
Vorrichtung zur Zuglängenerkennung bei einem aus vielen Wagen (1a - 1c) bestehenden Zugverband, dessen pneumatische Bremsanlage nach Maßgabe des Drucks in einer von Wagen (1a) zu Wagen (1b) geschleiften Hauptluftleitung (HL) in mehreren Bremsstufen bremst, wobei Sensoren (2a - 2c) den Druck (p_HL) und den Durchfluss (V̇) sowie die Umgebungstemperatur (T) entlang der Zeitachse erfassen, woraus eine elektronische Auswerteeinheit (4) die Zuglänge (L) berechnet, wobei die Auswerteeinheit (4) die sensortechnische Messgrößenerfassung ab dem stationären Zustand einer bestehenden Bremsstufe (I.) während der Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) durchführt, bis wieder ein stationärer Zustand erreicht ist, um durch Aufintegrieren des Durchflusses (V̇) während des Entlüftens der Hauptluftleitung (HL) zur Ausführung der nächstfolgenden Bremsstufe (II.) unter Berücksichtigung des im Anfangs- und Endzustand herrschenden Drucks (p_HL) sowie der Umgebungstemperatur (T) das Volumen (V) der Hauptluftleitung (HL) zu berechnen, um hieraus bei bekanntem Leitungsquerschnitt (Q) die der Hauptluftleitungslänge entsprechende Zuglänge (L) zu ermitteln,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen des Durchflusses (V̇) der Hauptluftleitung (HL) während des Wechsels zwischen den stationären Zuständen der Sensor (2b) zum Einsatz kommt, während zur Leckagemessung in einem stationären Zustand ein demgegenüber kleiner dimensionierter zweiter Sensor (2b') zum Einsatz kommt und dass die elektronische Auswerteeinheit (4) dazu ausgebildet ist, bei zuvor zumindest einmaliger Bestimmung des Volumens (V) der Hauptluftleitung (HL) als Korrekturwert das Luftvolumen (V), welches durch Bremsbeschleunigungsverluste der einzelnen den Bremszylindern (7) zugeordneten Steuerventile (6) aus dem gelösten Zustand der Bremsanlage verlorengeht, rechentechnisch bei der Ermittlung der Zuglänge (L) zu eliminieren.
Zugverband mit vielen Wagen (1a - 1c), die jeweils durch eine pneumatische Bremsanlage nach Maßgabe einer durchgeschleiften Hauptluftleitung (HL) bremsbar sind, umfassend eine Vorrichtung zur Zuglängenerkennung nach Anspruch 7.