WO2009118350A2 - Device for monitoring braking action - Google Patents
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Abstract
Description
Vorrichtung zur Überwachung der Bremswirkung Device for monitoring the braking effect
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Bremswirkung, wobei die Vorrichtung eine Tragstruktur, ein Fahrwerk, mindestens eine Bremseinheit, die an der Tragstruktur befestigt ist und eine Bremskraft auf eine Reibflache eines rotierenden Elements des Fahrwerks übertragt, sowie mindestens einen Belastungssensor aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Überwachung der Bremswirkung eines solchen Fahrzeugs.The present invention relates to a device for monitoring the braking effect, wherein the device has a support structure, a chassis, at least one brake unit, which is attached to the support structure and transmits a braking force to a friction surface of a rotating element of the chassis, and at least one load sensor. Furthermore, the invention relates to a vehicle with a corresponding device and a corresponding method for monitoring the braking effect of such a vehicle.
Schienenfahrzeuge sind traditionell mit Backenbremsen, insbesondere Klotzbremsen , und neuere Fahrzeuge mit Scheibenbremsen ausgerüstet.Rail vehicles are traditionally equipped with shoe brakes, especially block brakes, and newer vehicles with disc brakes.
Unter einer Backenbremse ist eine mechanische Bremse zu verstehen, bei der das jeweilige Rad des Fahrwerks durch Andrucken einer oder mehrerer Bremsbacken abgebremst wird. Über die jeweilige Bremsbacke wird ein radialer Druck auf eine Reibflache des Rades, häufig auf die Laufflache, ausgeübt. In der Regel werden zwei gegenüberliegende Bremsklotze angepresst. Wird nur ein einzelner Bremsklotz angepresst, spricht man von einer Klotzbremse. Der jeweilige Bremsklotz bzw. -belag ist über eine bewegliche Mechanik, das so genannte Bremsgestange, mit einem pneumatischen, hydraulischen, elektrischen, mechanischen oder elektromagnetischen Antrieb verbunden. In der Regel wird bei Schienenfahrzeugen eine Druckluftbetatigung verwendet. Bei einer Scheibenbremse wird die Bremskraft nicht radiai, sondern quer dazu, also in axialer Richtung, auf eine Reibfläche einer Bremsscheibe übertragen, die fest mit der Achse des jeweiligen Rades des Fahrwerks verbunden ist. In der Regel werden zum Abbremsen des Rades die Bremsklotze bzw. Bremsbelage von beiden Seiten an die Bremsscheibe gepresst . Die Bremsklotze sind in einer Bremszange, auch Bremssattel genannt, angebracht, die die Bremsscheibe teilweise umgibt. Ein Bremskolben, der vom jeweiligen Bremsantrieb bewegt wird, übertragt die Bremskraft über das Bremsgestange der Bremszange an die Bremsklotze. Bei einer solchen Scheibenbremse entsteht eine Reaktionskraft, welche unmittelbar als Reibkraft an der Bremsscheibe auftritt und dann als Abstutzkraft von ein oder mehreren weiteren Bauteilen aufgenommen wird.A shoe brake is understood to mean a mechanical brake in which the respective wheel of the chassis is braked by pressing one or more brake shoes. About the respective brake shoe, a radial pressure on a friction surface of the wheel, often on the tread, exercised. As a rule, two opposing brake pads are pressed. If only a single brake pad is pressed, it is called a pad brake. The respective brake pad or pad is connected via a movable mechanism, the so-called brake rod, with a pneumatic, hydraulic, electrical, mechanical or electromagnetic drive. As a rule, a compressed air actuation is used in rail vehicles. In a disc brake, the braking force is not radiai, but transversely to it, ie in the axial direction, transmitted to a friction surface of a brake disc, which is firmly connected to the axis of the respective wheel of the chassis. As a rule, the brake pad or brake pads are pressed from both sides to the brake disc for braking the wheel. The brake pads are in a brake calliper, also called caliper, attached, which surrounds the brake disc partially. A brake piston, which is moved by the respective brake drive, transmits the braking force via the brake rod of the brake calliper to the brake pad. In such a disc brake, a reaction force arises, which occurs directly as a friction force on the brake disc and is then absorbed as Abstutzkraft of one or more other components.
Beim Betrieb von Schienenfahrzeugen unter winterlichen Bedingungen kann es m Abhängigkeit von der Konstruktion, der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, den Schneebedingungen und den Windverhältnissen zu Schneeanlagerungen und Vereisungen der Bremsgestange und der Reibflachen der Bremseinheiten kommen .When operating rail vehicles under wintry conditions, depending on the design, the temperature, the humidity, the snow conditions and the wind conditions, snow accumulations and icing of the brake rod and the friction surfaces of the brake units may occur.
Die traditionellen Klotzbremsen zeigen dabei eine im Vergleich zu Scheibenbremsen geringere Neigung zur Vereisung, weil wenigstens ein Reibpartner, nämlich die Laufflache des Rades, bei jeder Radumdrehung beim Schienenkontakt vom Eis befreit werden kann. Gleichwohl besteht aber auch bei Klotzbremsen die Gefahr der Vereisung des Bremsgestanges.The traditional block brakes show a lower tendency to icing compared to disc brakes, because at least one friction partner, namely the tread of the wheel, can be freed from the ice at each wheel rotation when rail contact. However, there is also the danger of icing of the brake linkage in block brakes.
Scheibenbremsen sind noch anfalliger gegenüber Vereisung, da hier keiner der Reibpartner automatisch vom Eis befreit werden kann. Bei bestimmten, nicht vorhersehbaren Witterungsbedingungen kann es insbesondere bei Scheibenbremsen zu so starken Vereisungen der Bremsgestange und Reibflachen kommen, dass die Wirkung der Bremseinheit deutlich eingeschränkt oder sogar aufgehoben wird. DieseDisc brakes are even more susceptible to icing, since none of the friction partners automatically free from the ice can be. In certain, unpredictable weather conditions, it can lead to such strong icing of the brake rod and friction surfaces, especially in disc brakes that the effect of the brake unit is significantly reduced or even repealed. These
Vereisungen können einzelne Bremseinheiten bis hin zu allen Bremseinheiten des Schienenfahrzeugs betreffen. Solche Bremsausfalle sind nicht rechtzeitig erkennbar und stellen somit ein akutes Sicherheitsproblem im Eisenbahnverkehr dar.Icing can affect individual brake units up to all brake units of the rail vehicle. Such brake failures are not recognizable in time and thus represent an acute safety problem in rail transport.
Im Stand der Technik werden Bremseinheiten von Schienenfahrzeugen wahrend der Fahrt nicht ausreichend überwacht. Allenfalls ist eine elektronische Überwachung der Bremszylinderdrucke durch eine Steuereinrichtung vorgesehen. Eine solche Überwachung ist beispielsweise bekannt aus der RU 2 298 501 Cl. Dabei baut sich bei vereisten oder schwergangigen Bremsgestangen bzw. Bremszangen zwar ein ordnungsgemäßer Bremszylinderdruck auf. Jedoch werden die Kräfte im schwergangigen Bremsgestange abgebaut, ohne eine entsprechende Bremswirkung zu erzielen. Bei vereistenIn the prior art, brake units of rail vehicles are not adequately monitored during the journey. At best, an electronic monitoring of the brake cylinder pressures is provided by a control device. Such monitoring is known for example from RU 2 298 501 Cl. Although a proper brake cylinder pressure builds up on icy or heavy-duty brake rods or brake calipers. However, the forces are reduced in the heavy-duty brake rod, without achieving a corresponding braking effect. When iced
Reibflachen wird ebenfalls nur eine geringe Wirkung erzielt, weil die aufgebrachten Kräfte bei dem relativ geringen Reibwert der vereisten Reibflachen nur zu einer geringen Verzögerung fuhren können. Der Energieeintrag ist dabei relativ gering, so dass es erst nach einer relativ langen Zeit zum Abschmelzen der vereisten Flachen kommt.Friction surfaces is also achieved only a small effect, because the applied forces at the relatively low coefficient of friction of icy friction surfaces can only lead to a slight delay. The energy input is relatively low, so that it comes only after a relatively long time to melting the icy surfaces.
Es ist auch bekannt, vor Fahrtantritt eine Bremsprobe aus geringer Geschwindigkeit durchzuführen. Damit soll beurteilt werden, ob eine ausreichende Bremswirkung erzielt wird. Großer als das Problem der subjektiven Beurteilung der Bremswirkung ist die Tatsache, dass sich der Zustand der Bremsen wahrend der anschließenden Fahrt jederzeit und nicht vorhersehbar verschlechtern kann.It is also known to perform a low-speed brake test before driving. This is to assess whether a sufficient braking effect is achieved. Bigger than the problem of subjective assessment of the braking effect is the fact that the condition of the Braking during the subsequent ride can deteriorate at any time and unpredictably.
Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist es bekannt, wahrend der Fahrt von einem elektronischen System in bestimmtenAs a further security measure, it is known while driving from an electronic system in certain
Zeitabstanden eine kurze Bremsprobe einleiten zu lassen. Die Fahrzeugverzogerung wird ermittelt, wodurch eine im Augenblick vorliegende Verschlechterung der Bremswirkung diagnostizierbar ist. Der Zustand der Bremsen kann sich aber wie gesagt wahrend der weiteren Fahrt jederzeit wieder verschlechtern .Time intervals to initiate a short brake test. The vehicle delay is determined, whereby a currently present deterioration of the braking effect can be diagnosed. However, the state of the brakes can, as I said, worsen again at any time during the further journey.
Um ein allmähliches Vereisen der einzelnen Bauteile der Bremseinheit, insbesondere des Bremsgestanges, wahrend der Fahrt zu vermeiden, werden die Bremseinheiten in regelmäßigen Abstanden von Hand oder elektronisch betätigt. Durch die Bewegung der einzelnen Bauteile soll ein Eisansatz verhindert werden. Um einen wirksamen Betatigungsalgorithmus zu finden, sind allerdings umfangreiche Feldversuche erforderlich. Weil der Vereisungsvorgang jedoch von vielschichtigen klimatischen Bedingungen abhangt, ist der erforderliche Betatigungsalgorithmus ebenfalls witterungsabhangig . Eine häufige Anwendung dieses Verfahrens fuhrt außerdem zu einem erhöhten Energieverbrauch und zu fahrplanrelevanten Zeitverlusten.In order to avoid a gradual icing of the individual components of the brake unit, in particular the brake link, while driving, the brake units are operated at regular intervals by hand or electronically. By the movement of the individual components an ice accumulation should be prevented. In order to find an effective operation algorithm, however, extensive field tests are required. However, because the icing process depends on complex climatic conditions, the required actuation algorithm is also weather dependent. Frequent use of this method also leads to increased energy consumption and timetable-relevant time losses.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug, eine entsprechende Bremseinheit und ein Verfahren anzugeben, mit welchem die Überwachung der Bremswirkung verbessert wird. Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelost, dass der mindestens eine Belastungssensor derart an der Bremseinheit oder an der Tragstruktur angeordnet ist, dass er eine Reibungskraft zwischen der Bremseinheit und der Reibfläche oder eine daraus resultierende Kraft messen kann.It is therefore an object of the present invention to provide a vehicle, a corresponding brake unit and a method with which the monitoring of the braking effect is improved. The previously derived and indicated object is achieved according to a first teaching of the present invention in a device of the type mentioned in that the at least one load sensor is arranged on the brake unit or on the support structure, that it has a frictional force between the brake unit and the friction surface or can measure a resultant force.
Indem ein oder mehrere Belastungssensoren an der Bremse] nheit montiert sind, ist es möglich, bei einer Bremsprobe oder einer regulären Bremsung die Belastungen in den jeweiligen Bauteilen der Bremseinheit zu messen, die sich als Reaktion auf die Bremskraft ergeben, die auf die Reibfläche des rotierenden Elements, beispielsweise einer Bremsschen be oder eines Rades, übertragen wird. Neben der Reibungskraft selbst kann dies etwa eine Abstutzkraft m Bauteilen sein, welche mit der Bremseinheit verbunden sind. Diese Abstutzkraft kann m eine andere Richtung wirken als die Kraft, mit der die Bremseinheit an die Reibfläche gedruckt wird. Da sich die Große und der Verlauf der jeweiligen Belastung, gemeint sind Kräfte, Momente, Dehnungen, mechanische Spannungen etc., abhangig vom Vereisungsgrad der Bremseinheit ändert, ist es möglich, die gemessenen Belastungen mit vorher festgelegten Soll-Werten zu vergleichen und daraus auf den Grad der Vereisung und die Bremswirkung zu schließen. Mit anderen Worten kann erkannt werden, wenn trotz aufgebrachter Aktionskraft eine Bremsanordnung nicht wirkt, weil der zwischen den Reibpartnern real bestehende Reibwert teilweise oder auf nahe Null reduziert ist, was beispielsweise durch Vereisung verursacht sein kann. Bei der vorliegenden Losung dagegen wird der Belastungssensor so angeordnet, dass er eine aus der tatsachlichen Bremswirkung oder Bremsnichtwirkung resultierende Reaktionskraft detektieren kann. Diese Reaktionskraft kann beispielsweise aus der tatsachlichen Reibung zwischen den Bremsbauteilen resultieren.By mounting one or more load sensors on the brake assembly, it is possible to measure, in a brake test or regular braking, the loads in the respective components of the brake unit resulting in response to the braking force applied to the friction surface of the rotating body Elements, such as a Bremsschen be or a wheel is transmitted. In addition to the frictional force itself, this can be about a Abstutzkraft m components, which are connected to the brake unit. This Abstutzkraft m can act in a different direction than the force with which the brake unit is printed on the friction surface. Since the size and the course of the respective load, meaning forces, moments, strains, mechanical stresses, etc., changes depending on the degree of icing of the brake unit, it is possible to compare the measured loads with predetermined target values and from there to the Degree of icing and to close the braking effect. In other words, it can be recognized if, despite the action force applied, a brake arrangement does not act because the coefficient of friction actually existing between the friction partners is reduced in part or to near zero, which can be caused for example by icing. In the present solution, on the other hand, the load sensor is arranged to be one of the actual braking effect or brake non-action can detect the resulting reaction force. For example, this reaction force may result from the actual friction between the brake components.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist der Belastungssensor am Bremsgestange der Bremseinheit angeordnet, da das Bremsgestange unabhängig von der Bremsenart relativ hohe Belastungen aufgrund der Reaktionskrafte bei einer Bremsung aufnimmt und weiterleitet.According to one embodiment of the device according to the invention, the load sensor is arranged on the brake rod of the brake unit, since the brake rod, regardless of the type of brake absorbs relatively high loads due to the reaction forces during braking and forwards.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist die Bremseinheit Bestandteil einer Scheibenbremse oder Backenbremse, insbesondere Klotzbremse. Für den Fall einer Scheibenbremse ist es denkbar, dass der Belastungssensor an einem Bauteil der Bremszange, insbesondere am Halter und/oder an mindestens einem Hebel und/oder an mindestens einem Gelenk, angeordnet ist . Es 3 st auch möglich, alternativ oder zusatzlich den Belastungssensor an mindestens einem Bremsklotz der Bremseinheit anzuordnen. Auch kann der Belastungssensor zwischen der Bremseinheit und der Tragstruktur, die insbesondere einen Drehgestellrahmen aufweist, beispielsweise an der Verbindungsstelle zwischen dem Halter der Bremszange und dem Drehgestellrahmen, angeordnet werden. Auch ist eine Anordnung des Belastungssensors an einem Verbindungselement, beispielsweise einer Schraube, vorstellbar, das die Bremseinheit mit der Tragstruktur verbindet. All diese Bauteile der Bremseinheit nehmen eine Belastung als Reaktion auf die Bremskraft auf und verformen sich entsprechend oder andern ggf. ihre Temperatur. Diese Reaktionskraft kann als Reibungskraft auf dieAccording to a further embodiment of the device according to the invention, the brake unit is part of a disc brake or shoe brake, in particular block brake. In the case of a disc brake, it is conceivable that the load sensor is arranged on a component of the brake caliper, in particular on the holder and / or on at least one lever and / or on at least one joint. It is also possible to alternatively or additionally arrange the load sensor on at least one brake pad of the brake unit. Also, the load sensor between the brake unit and the support structure, which in particular has a bogie frame, for example, at the junction between the holder of the brake calliper and the bogie frame, are arranged. An arrangement of the load sensor on a connecting element, for example a screw, is conceivable, which connects the brake unit to the support structure. All these components of the brake unit absorb a load in response to the braking force and deform accordingly or otherwise, if necessary, their temperature. This reaction force can act as a frictional force on the
Bremseinheit wirken und beispielsweise eine Abstutzkraft sein. Die Abstutzkraft kann in eine andere Richtung gerichtet sein als die Bremskraft und kann entsprechend durch eine andere Messung von der Bremskraft unterschieden werden. Entsprechend ist es möglich, in diesen Bauteilen Kräfte, Momente, Dehnungen und/oder mechanische Spannungen, insbesondere eine Biegung, zu ermitteln, wobei der ermittelte Wert der Reaktionskraft für die Belastung, der so genannte Ist-Wert, ein Indiz dafür ist, wie stark der Grad der Vereisung der Bremseinheit ist und ob damit eine Reduzierung der Bremswirkung einhergeht.Act brake unit and, for example, be a Abstutzkraft. The Abstutzkraft can be directed in a different direction be as the braking force and can be distinguished accordingly by another measurement of the braking force. Accordingly, it is possible to determine in these components forces, moments, strains and / or mechanical stresses, in particular a bend, wherein the determined value of the reaction force for the load, the so-called actual value, an indication of how strong the degree of icing of the brake unit is and whether this is accompanied by a reduction of the braking effect.
Als Belastungssensor sind abhängig von der Art der zu messenden Belastung und dem Anbringungsort des Belastungssensors verschiedene Sensortypen denkbar. Beispielsweise kann ein Belastungssensor in Form eines Dehnungssensors auf der Oberfläche eines der überwachtenAs a load sensor, depending on the type of load to be measured and the mounting location of the load sensor different types of sensors are conceivable. For example, a stress sensor in the form of a strain sensor on the surface of one of the monitored
Bauteile, insbesondere auf der Oberfläche eines Bauteils der Bremszange, vorzugsweise auf dem Halter und/oder auf einem der Hebel, platziert werden. Es ist auch denkbar, zwischen einzelnen Bauteilen eine Kraftmessscheibe, einen Messdübel, einen Kraftaufnehmer oder einen Drucksensor anzuordnen. Eine Kraftmessscheibe kann beispielsweise zwischen der Tragstruktur, insbesondere dem Drehgestellrahmen, und der Bremseinheit, insbesondere dem Halter einer Bremszange, angeordnet werden, so dass Relativbewegungen zwischen Bremseinheit und Tragstruktur auf den Beiastungssensor übertragen werden. Insbesondere ist ein Dehnungsmessstreifen als Belastungssensor oder als Bestandteil eines Belastungssensors verwendbar. Je nach Ausrichtung eines Dehnungsmessstreifens kann zwischen der Messung der aktiven Bremskraft und der Messung der reaktiven Kraft, welche als Folge der Reibungskraft entsteht und zur tatsächlichen Bremswirkung in Bezug steht, unterschieden werden. Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der erf indungsgemaßen Vorrichtung ist ]e abbremsbarem Rad des Fahrwerks mindestens ein Belastungssensor vorgesehen. Vorzugsweise sind mehrere Bauteile der Bremseinheit mit einem solchen Belastungssensor versehen. Auf diese Weise kann jedes Rad des Fahrwerks hinsichtlich Veränderungen seiner Bremswirkung sicher überprüft werden.Components, in particular on the surface of a component of the brake caliper, preferably on the holder and / or on one of the levers are placed. It is also conceivable to arrange a force measuring disk, a measuring plug, a load cell or a pressure sensor between individual components. A force measuring disk can be arranged, for example, between the supporting structure, in particular the bogie frame, and the brake unit, in particular the holder of a brake caliper, so that relative movements between the brake unit and the supporting structure are transmitted to the loading sensor. In particular, a strain gauge can be used as a load sensor or as part of a load sensor. Depending on the orientation of a strain gauge, a distinction can be made between the measurement of the active braking force and the measurement of the reactive force which arises as a result of the friction force and related to the actual braking effect. According to yet another embodiment of the device according to the invention, at least one load sensor is provided for the wheel to be braked. Preferably, a plurality of components of the brake unit are provided with such a load sensor. In this way, each wheel of the chassis can be safely checked for changes in its braking effect.
Bei der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine Steuereinrichtung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sie vom jeweiligen Belastungssensor empfangene Ist-Werte mit vorbestimmten, insbesondere gespeicherten, Soll-Werten vergleichen kann. Insbesondere kann die Steuereinrichtung Ist-Werte der aktiven Bremskraft sowie Ist-Werte der reaktiven Reibungskraft empfangen und vergleichen. Das Ergebnis eines solchen Vergleichs und/oder die gemessenen Ist-Werte können über eine Anzeigeeinrichtung beispielsweise im Fuhrerstand angezeigt werden und vorzugsweise ein Notfallprogramm auslosen, bei dem eine oder mehrere Bremsproben und/oder Betätigungen des Bremsgestanges durchgeführt werden. Es ist nicht mehr erforderlich, vor Fahrtantritt oder wahrend der Fahrt regelmäßig Bremsproben durchzufuhren oder das Bremsgestange zu betätigen, da dies erfindungsgemaß nur noch imIn the device according to the invention a control device is provided according to a further embodiment, which is designed such that it can compare actual values received from the respective load sensor with predetermined, in particular stored, desired values. In particular, the control device can receive and compare actual values of the active braking force as well as actual values of the reactive friction force. The result of such a comparison and / or the measured actual values can be displayed via a display device, for example in the Fuhrerstand and preferably trigger an emergency program in which one or more brake samples and / or operations of the brake linkage are performed. It is no longer necessary to carry out regular brake tests or to actuate the brake rod before departure or during the journey, since according to the invention this is only possible in the
Bedarfsfall, wenn die Vereisung einen bestimmten Grad überschritten hat, erfolgt.If necessary, if the icing has exceeded a certain degree takes place.
Unabhängig von der zuvor beschriebenen Art der Überwachung der Bremswirkung können zusatzlich weitereRegardless of the type of monitoring of the braking effect described above may be additional
Uberwachungssysteme vorgesehen sein, beispielsweise eine elektronische Überwachung der Bremszylinderdrucke. Die Aufgabe wird ferner gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung gelost durch ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, umfassend eine Vorrichtung wie sie zuvor beschrieben wurde. Diese Vorrichtung weist zur Überwachung der Bremswirkung mindestens einen Belastungssensor auf, wie er zuvor detailliert beschrieben wurde .Monitoring systems be provided, for example, an electronic monitoring of the brake cylinder pressures. The object is further achieved according to a second teaching of the present invention by a vehicle, in particular a rail vehicle, comprising a device as described above. This device has at least one load sensor for monitoring the braking effect, as previously described in detail.
Schließlich wird die Aufgabe gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung gelost durch ein Verfahren zur Überwachung der Bremswirkung eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, vorzugsweise umfassend eine wie zuvor beschriebene Vorrichtung, wobei eine Belastung in einer Bremseinheit oder in einer Tragstruktur oder zwischenFinally, the object is achieved according to a third teaching of the present invention by a method for monitoring the braking effect of a vehicle, in particular rail vehicle, preferably comprising a device as described above, wherein a load in a brake unit or in a support structure or between
Bremseinheit und Tragstruktur als Folge einer Reibungskraft, die von einer Reibflache eines rotierenden Elements eines Fahrwerks auf die Bremseinheit des Fahrzeugs übertragen ward, ermittelt wird.Brake unit and support structure as a result of a frictional force, which was transmitted from a friction surface of a rotating element of a landing gear on the brake unit of the vehicle, is determined.
Indem eine Belastung in einer Bremseinheit ermittelt wird, die eine Reaktion auf eine auf eine Reibfläche übertragene Bremskraft darstellt, und indem naturgemäß die Hohe und der Verlauf der Belastung abhangig von dem Grad der Vereisung der Bremseinheit ist, wird ermöglicht, dass eine die Bremswirkung reduzierende Vereisung rechtzeitig erkannt wird und im Bedarfsfall Gegenmaßnahmen, beispielsweise eine oder mehrere Bremsproben oder Betätigungen des Bremsgestanges, durchgeführt werden können.By detecting a load in a brake unit that is a reaction to a braking force transmitted to a friction surface, and by naturally the height and the course of the load being dependent on the degree of icing of the brake unit, it is possible to have a brake action reducing icing is detected in good time and countermeasures, for example, one or more brake samples or actuations of the brake linkage can be performed if necessary.
Wie zuvor beschrieben wird gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens die Belastung mittels mindestens eines an der Bremseinheit angeordneten Belastungssensors ermittelt. Ben einem solchen Belastungssensors kann es sich um einen Dehnungssensor, eine Kraftmessscheibe, einen Messdubel, einen Kraftaufnehmer oder einen Drucksensor handeln. Auch die kombinierte Verwendung verschiedener Sensorarten ist möglich. Vorzugsweise wird a_ s Belastungssensor oder als Teil des Belastungssensors ein Dehnungsmessstreifen eingesetzt. Wie bereits beschrieben kann je nach Ausrichtung eines Dehnungsmessstreifens zwischen der Messung der aktiven Bremskraft und der Messung der reaktiven Kraft, welche als Folge der Reibungskraft entsteht und zur tatsachlichen Bremswirkung in Bezug steht, unterschieden werden.As described above, according to one embodiment of the method, the load is applied by means of at least one of the Brake unit arranged load sensor determined. Such a load sensor can be a strain sensor, a force measuring disk, a measuring doubler, a load cell or a pressure sensor. The combined use of different types of sensors is possible. Preferably, a strain gauge or a strain gauge is used as part of the stress sensor. As already described, depending on the orientation of a strain gauge, a distinction can be made between the measurement of the active braking force and the measurement of the reactive force which arises as a result of the friction force and is related to the actual braking effect.
Der Be] astungssensor übertragt gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens einen der ermittelten Belastung entsprechenden Ist-Wert an eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung den Ist-Wert mit einem vorbestimmten, insbesondere gespeicherten, Soll- Wert vergleicht und eine evtl. Abweichung ermittelt. Insbesondere kann die Steuereinrichtung Ist-Werte der aktiven Bremskraft sowie Ist-Werte der reaktiven Reibungskraft empfangen und vergleichen. Die Abweichung und/oder der Ist- Wert können angezeigt werden und zum Anlass genommen werden, um im Bedarfsfall eine der Vereisung entgegenwirkende Maßnahme, zum Beispiel eine Bremsprobe oder die Betätigung des Bremsgestanges, auszulosen. Ein solches Notfallprogramm wird insbesondere dann ausgelost, wenn die Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert großer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, der wie die Soll-Werte ebenfalls in der Steuereinrichtung gespeichert sein kann. Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfmdungsgemaße Fahrzeug, die erfindungsgemaße Bremseinheit und das erfindungsgemaße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:According to yet another embodiment of the method according to the invention, the exposure sensor transmits an actual value corresponding to the determined load to a control device, wherein the control device compares the actual value with a predetermined, in particular stored, desired value and determines a possible deviation. In particular, the control device can receive and compare actual values of the active braking force as well as actual values of the reactive friction force. The deviation and / or the actual value can be displayed and used as an opportunity to trigger, if necessary, an anti-icing measure, for example a brake test or the actuation of the brake linkage. Such an emergency program is triggered, in particular, when the deviation between the actual value and the desired value is greater than a predetermined limit value, which, like the desired values, can likewise be stored in the control device. There are now a large number of possibilities for designing and developing the vehicle according to the invention, the brake unit according to the invention and the method according to the invention. For this purpose, on the one hand, reference is made to the claims subordinate to claim 1, on the other hand to the description of exemplary embodiments in conjunction with the drawing. In the drawing shows:
Fig. 1 ein Ausfuhrungsbe Lspiel einer an einem Schienenfahrzeug montierten Bremseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung undFig. 1 is a Ausfuhrungsbe Lspiel a mounted on a rail vehicle brake unit according to the present invention and
Fig. 2a) bis d) typische Diagramme wahrend der Überwachung der Bremseinheit aus Fig. 1.FIGS. 2 a) to d) show typical diagrams during the monitoring of the brake unit from FIG. 1.
Fig. 1 zeigt eine Einrichtung 1 zur Überwachung der Bremswirkung bei einem Schienenfahrzeug (nicht dargestellt) . Im vorliegenden Fall ist an einem Teil der Tragstruktur 2 des Fahrzeugs, hier an einem Drehgestellrahmen 8, eine Bremseinheit 4 mittels Verbindungselementen 15 montiert, wobei die Bremseinheit 4 eine Bremskraft auf eine Reibflache 5 eines rotierenden Elements 6 des hier nur teilweise dargestellten Fahrwerks 3 des Fahrzeugs überträgt. Das rotierende Element 6 ist im vorliegenden Fall eine Bremsscheibe 9, die fest mit einer rotierenden und ein Rad des Fahrwerks 3 antreibenden Welle befestigt ist.Fig. 1 shows a device 1 for monitoring the braking effect in a rail vehicle (not shown). In the present case, a brake unit 4 is mounted by means of connecting elements 15 to a part of the support structure 2 of the vehicle, here on a bogie frame 8, wherein the brake unit 4 a braking force on a friction surface 5 of a rotating element 6 of the chassis 3 of the vehicle shown here only partially transfers. The rotating member 6 is in this case a brake disc 9, which is fixedly secured to a rotating and a wheel of the chassis 3 driving shaft.
An der Bremseinheit 4, die im in Fig. 1 dargestellten Fall eine Bremszange 10 umfasst, sind mehrere Belastungssensoren 7a, 7b, 7c, 7d und 7e angeordnet, von denen einige alsOn the brake unit 4, which includes a brake caliper 10 in the case shown in Fig. 1, a plurality of load sensors 7a, 7b, 7c, 7d and 7e are arranged, some of which as
Dehnungsmessstreifen 18a, 18b, 18c, 18d ausgebildet sind und einer von einer Kraftmessscheibe 17 gebildet wird. Ein Dehnungsmessstreifen 18a ist dabei auf der Oberflache eines Hebels 12a der Bremszange 10 und ein weiterer Dehnungsmessstreifen 18b auf der Oberflache desStrain gauges 18a, 18b, 18c, 18d are formed and one of a force plate 17 is formed. A strain gauge 18a is on the surface of a lever 12a of the brake caliper 10 and another strain gauge 18b on the surface of the
5 gegenüberliegenden Hebels 12b der Bremszange 10 positioniert. Zwei weitere Dehnungsmessstreifen 18c und 18d sind auf der Oberflache des Halters 11 der Bremszange 10 angeordnet, welcher über Gelenke 13a und 13b mit den Hebeln 12a und 12b verbunden ist.5 opposite lever 12 b of the brake caliper 10 is positioned. Two further strain gages 18c and 18d are arranged on the surface of the holder 11 of the brake caliper 10, which is connected via joints 13a and 13b to the levers 12a and 12b.
-0-0
Die Kraftmessscheibe 17 ist an der Verbindungsstelle zwischen Drehgestellrahmen 8 und der Bremszange 10 bzw. dem Halter 11 um das bolzenformige Verbindungselement 15 herum angeordnet, welches die Bremszange 10 mit dem Drehgestellrahmen 8The force plate 17 is disposed at the junction between the bogie frame 8 and the brake caliper 10 and the holder 11 around the bolt-shaped connecting element 15 around which the brake caliper 10 with the bogie frame. 8
15 verbindet .15 connects.
Bei einer Bremsung werden über eine Zylinder-Kolben-Anordnung 19, die druckbeaufschlagt wird, die beiden Hebel 12a und 12b der Bremszange 10 aufeinander zubewegt, so dass dieDuring braking, the two levers 12a and 12b of the brake caliper 10 are moved towards each other via a cylinder-piston assembly 19, which is pressurized, so that the
20 Bremsklotze 14a und 14b, die an den Hebeln 12a und 12b montiert sind, auf die Reibflachen 5 der Bremsscheibe 9 drucken. Abhangig von der Bremskraft, mit der die Bremsklotze 14a und 14b auf die Reibflachen 5 der Bremsscheibe 9 drucken, entstehen Belastungen in den einzelnen Teilen der Bremszange20 brake pad 14 a and 14 b, which are mounted on the levers 12 a and 12 b, print on the friction surfaces 5 of the brake disc 9. Depending on the braking force with which the brake pads 14a and 14b print on the friction surfaces 5 of the brake disk 9, stresses in the individual parts of the brake caliper arise
25 10, insbesondere in den Hebeln 12a und 12b sowie im Halter 11. Auch wird die Bremszange 10 als Reaktion auf die Bremskraft relativ zum Drehgestellrahmen 8 bewegt, was zu Belastungen im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Drehgestellrahmen 8 und Bremszange 10 fuhrt. Darüber hinausAlso, the brake caliper 10 is moved in response to the braking force relative to the bogie frame 8, resulting in loads in the region of the junction between the bogie frame 8 and brake caliper 10. Furthermore
30 entstehen abhangig von der Reaktionskraft, also in Folge der Reibungskraft zwischen den Reibflächen 5 und der Bremsscheibe 9, ebenfalls Belastungen in den einzelnen Teilen der Bremszange 10 und wiederum auch in den Hebeln 12a und 12b sowie im Halter 11. Diese Belastungen haben regelmäßig eine andere Richtung als die Belastungen durch die aktive Bremskraft .Dependent on the reaction force, that is, as a result of the frictional force between the friction surfaces 5 and the brake disc 9, also loads in the individual parts of the Brake caliper 10 and again in the levers 12a and 12b and in the holder 11. These loads regularly have a different direction than the loads due to the active braking force.
Die einzelnen Belastungen, also Reaktionskrafte, sind dadurch messbar, dass sich die mit den Belastungssensoren versehenen Bauteile entsprechend der auf die Bremsscheibe 9 übertragenen Bremskraft verformen. So wird eine Biegung des Hebels 12a als Folge der Reibungskraft von dem Dehnungsmessstreifen 18a und eine Biegung des Hebels als Folge der Reibungskraft 12b von dem Dehnungsmessstreifen 18b erfasst und ein der ermittelten Belastung entsprechender Ist-Wert an eine Steuereinrichtung 16 übertragen. Eine Biegung im Halter 11 als Folge der Reibungskraft wird wiederum von den Dehnungsmessstreifen 18c und 18d erfasst, wobei ebenfalls entsprechende Ist-Werte an die Steuereinrichtung 16 übertragen werden. Die Kraftmessscheibe 17 erfasst die Kraft, mit der die Bremszange 30 an den Drehgestellrahmen 8 gedruckt wird, und übertragt ebenfalls einen entsprechenden Ist-Wert an die Steuereinrichtung 16.The individual loads, that is to say reaction forces, can be measured in that the components provided with the load sensors deform in accordance with the braking force transmitted to the brake disk 9. Thus, a deflection of the lever 12a due to the frictional force from the strain gauge 18a and a flexure of the lever due to the frictional force 12b are detected by the strain gauge 18b, and an actual value corresponding to the detected load is transmitted to a controller 16. A bend in the holder 11 as a result of the frictional force is in turn detected by the strain gauges 18c and 18d, wherein also corresponding actual values are transmitted to the control device 16. The force measuring disc 17 detects the force with which the brake caliper 30 is printed on the bogie frame 8, and also transmits a corresponding actual value to the control device 16.
In der Steuereinrichtung 16 sind Soll-Werte gespeichert, mit denen die ermittelten Ist-Werte verglichen werden. Da sich die Große und der Verlauf der Belastungen als Folge derIn the control device 16 setpoint values are stored, with which the determined actual values are compared. Since the Great and the course of burdens as a result of
Reibungskraft in den einzelnen Bauteilen der Bremszange 10 mit zunehmendem Grad der Vereisung andern und immer mehr von dem Verhalten bei Normaltemperaturen abweichen, andern sich mit zunehmender Vereisung auch die Messwerte im Falle einer Bremsung, die von den Belastungssensoren ermittelt und an die Steuereinheit 16 übertragen werden. Die Steuereinrichtung 16 ermittelt, beispielsweise in regelmäßigen Abstanden oder auf Anforderung eines Benutzers, durch Vergleich der Ist-Werte mit den entsprechenden Soll- Werten eine eventuelle Abweichung und zeigt diese an. Ist die ermittelte Abweichung großer als ein vorbestimmter Grenzwert, wird die Bremseinheit 4 zur Reduzierung des Vereisungsgrads für einen bestimmten Zeitraum einmalig oder mehrmalig betätigt .Frictional force in the individual components of the brake caliper 10 with increasing degree of icing change and deviate more and more from the behavior at normal temperatures, with increasing icing also the measured values change in the event of braking, which are determined by the load sensors and transmitted to the control unit 16. The control device 16 determines, for example at regular intervals or at the request of a user, by comparing the actual values with the corresponding desired values, a possible deviation and displays these. If the determined deviation is greater than a predetermined limit value, the brake unit 4 is actuated once or several times to reduce the degree of icing for a specific period of time.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Diagramm, in welchem über eine bestimmte Zeit die Bremswirkung anhand derFig. 2 shows schematically a diagram in which over a certain time the braking effect on the basis of
Bremszylinderdrucke (Fig. 2b)), welche der aktiven Bremskraft entsprechen, einerseits und anhand der Dehnung an der Oberflache der Bremszange (Fig. 2c) und d) ) , welche der reaktiven Reibungskraft entspricht, andererseits dargestellt ist.Brake cylinder pressures (Fig 2b)), which correspond to the active braking force, on the one hand and on the basis of the strain on the surface of the brake caliper (Fig. 2c) and d)), which corresponds to the reactive friction force, on the other hand is shown.
Fig. 2a) stellt die Abnahme der Geschwindigkeit (in km/h) des Schienenfahrzeugs bei einer Bremsung über die Zeit (in Sekunden) dar.Fig. 2a) represents the decrease in speed (in km / h) of the rail vehicle during braking over time (in seconds).
Fig. 2b) zeigt die Änderung des Drucks (in bar) im Bremszylinder wahrend der Bremsung, also die aktive Bremskraft. Dabei stellt die gestrichelte Linie einen vorgegebenen Soll-Wert-Verlauf und die durchgezogene Linie die tatsachliche Druckanderung, also den Ist-Wert-Verlauf, dar. Bei Vergleich der Figuren 2a) und b) ist zu erkennen, dass zu Beginn der Bremsung der Bremszylinderdruck schlagartig bis zu einem Maximalwert ansteigt und dann über den gesamten Zeitraum der Bremsung bis zum Stillstand des Schienenfahrzeugs konstant bleibt. Ferner ist zu erkennen, dass der tatsachliche Druckverlauf dem optimalen Druckverlauf entspricht und keine nennenswerten Abweichungen vorliegen.Fig. 2b) shows the change in pressure (in bar) in the brake cylinder during braking, so the active braking force. In this case, the dashed line represents a predetermined nominal value curve and the solid line represents the actual pressure change, ie the actual value curve. Comparing FIGS. 2a) and b), it can be seen that the brake cylinder pressure is at the beginning of braking abruptly increases to a maximum value and then remains constant over the entire period of braking until the rail vehicle stops. It can also be seen that the actual pressure curve corresponds to the optimal pressure curve and there are no significant deviations.
Fig. 2c) zeigt die Änderung der Dehnung (in 10~JmV/V) an der Oberflache der Hebel 12a und 12b als Folge der reaktiven Reibungskraft über die Zeit, und zwar erfasst durch die Dehnungsmessstreifen 18a und 18b. Entsprechend ist in Fig. 2d) die Änderung der Dehnung an der Oberflache des Halters 11 der Bremszange 10 über die Zeit dargestellt.Fig. 2c) shows the change in elongation (in 10 ~ J mV / V) on the surface of the levers 12a and 12b as a result of the reactive frictional force over time as detected by the strain gages 18a and 18b. Accordingly, in Fig. 2d), the change of the elongation on the surface of the holder 11 of the brake caliper 10 is shown over time.
In den Figuren 2c) und d) ist zu erkennen, dass trotz einer in Fig. 2b) nicht erkennbaren Abweichung des Ist-Druck- Verlaufs vom Soll-Druck-Verlauf dennoch eine deutliche Abweichung im Dehnungsverhalten der Bauteile der Bremszange 10 vorliegt, was auf einen bestimmten Grad der Vereisung der Bauteile schließen laßt. Durch die Vereisung liegt ein niedrigerer Reibungskoeffizient zwischen den Reibflachen 5 und der Bremsscheibe 9 vor, wodurch eine geringere Reaktionskraft entsteht und folglich eine geringere Dehnung. So ist auch in den Figuren 2c) und d) der Soll-Wert- Ver] auf anhand einer gestrichelten Linie dargeste] It und der Ist-Wert-Verlauf der Dehnung an der Oberflache der jeweiligen Bauteile durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Dabei ist zu Beginn der Bremsung eine relativ große Veränderung der Dehnung als Reaktion auf die Bremskraft feststellbar, wobei die Änderung im Idealfall (Soll-Wert-Verlauf) , in welchem keine Vereisung der Bauteile vorliegt, großer a3 s bei den tatsachlichen Bedingungen (Ist-Wert-Verlauf) ist. Bis zum Stillstand des Schienenfahrzeugs verandern sich die Reaktionskrafte und damit die gemessenen Dehnungen kaum, gehen aber mit Stillstand des Fahrzeugs wieder auf 0 zurück, da dann keine Relativbewegung mehr zwischen den Bremsklötzen 14a und 14b und der Bremsscheibe 9 stattfindet.In FIGS. 2c) and d), it can be seen that, despite a deviation of the actual pressure curve from the desired pressure profile that is not discernible in FIG. 2b), there is nevertheless a clear deviation in the expansion behavior of the components of the brake caliper 10 to close a certain degree of icing of the components. Due to the icing, there is a lower coefficient of friction between the friction surfaces 5 and the brake disk 9, which results in a lower reaction force and consequently lower elongation. Thus, also in FIGS. 2c) and d), the nominal value Ver] is shown by a dashed line and the actual value profile of the elongation at the surface of the respective components is shown by a solid line. In this case, a relatively large change in the elongation in response to the braking force can be determined at the beginning of braking, the change in the ideal case (target value curve), in which there is no icing of the components, large a3 s in the actual conditions (actual Value history) is. Until the standstill of the rail vehicle, the reaction forces and thus the measured strains hardly change, but return to zero when the vehicle is stationary, because then no relative movement between the brake pads 14a and 14b and the brake disc 9 takes place.
Die in den Figuren 2a) bis d) dargestellte Grafik zeigt, dass eine Überwachung der Bremszylinderdrucke allein nicht geeignet ist, eine Reduzierung der Bremswirkung aufgrund Vereisung der Bauteile der Bremseinheit 4 anzuzeigen. Die Anordnung von Belastungssensoren an Bauteilen der Bremseinheit 4 zeigt dabei deutlich den Unterschied zwischen der Reaktionskraft im Idealzustand und der Reaktionskraft im tatsächlichen Zustand auf. Auf diese Weise können rechtzeitig Maßnahmen gegen die Vereisung getroffen werden, wodurch langfristig eine optimale Bremswirkung erhalten bleibt. The graph shown in Figures 2a) to d) shows that monitoring the brake cylinder pressures alone is not suitable to indicate a reduction of the braking effect due to icing of the components of the brake unit 4. The arrangement of load sensors on components of the brake unit 4 clearly shows the difference between the reaction force in the ideal state and the reaction force in the actual state. In this way, measures can be taken in time against the icing, which in the long term optimal braking effect is maintained.
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