TECH NISCH ES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, ins besondere für ein Vollbahn-Schienenfahrzeug. HINTERGRUN D DER ERFINDUNG

Für den Betrieb von Schienenfahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen der Vollbahn, bzw. Vollbahn-Eisenbahn, ist eine Vielzahl von Bremssystemen be- kannt. Weit verbreitet sind insbesondere die seit dem 1 9. Jahrhundert bekannten Druckluftbremsen. Bei diesen wird ausgehend von einem üblicherweise in einem Triebfahrzeug (z.B. Lokomotive) angeordneten Druckluftgenerator (Kompressor), Trocknungsanlagen und daran angeschlossene Druckbehälter über Druckluftlei tungen ein sich über einen Verbund mehrerer Schienenfahrzeuge erstreckendes Druckluftsystem aufgebaut. Druckluft dient in solchen Systemen als Energieträger und auch zur Steuerung eines Bremsvorgangs. Bei einem aktivierbaren Bremsvor- gang werden aufgrund veränderter Druckluftverteilung im Bremssystem mittels pneumatisch betriebener Bremszangen (bzw. Bremssattel) Bremsklötze bzw. Bremsbeläge in Reibverbindung mit auf den Radsatzwellen der Schienenfahrzeuge angeordneten Bremsscheiben gebracht oder auch z.B. Bremsklötze in Reibverbin- dung mit den Laufflächen der Räder gebracht. In Folge davon findet eine Umwand- lung der Rotationsenergie der Radsätze in thermische Energie statt, wodurch das Schienenfahrzeug, bzw. ein Verbund bestehend aus mehreren Schienenfahrzeugen, abgebremst wird. Diese Systeme benötigen einerseits einen relativ grossen In stallationsraum in den Triebfahrzeugen sowie verbundenen Wagen und sind ande- rerseits auch relativ wartungsintensiv. Ebenso müssen beim Rangieren besondere Vorkehrungen getroffen werden, um ein ungewolltes Bremsen zu verhindern.

Ein bedeutender Nachteil dieser konventionellen Bremssysteme besteht zudem auch darin, dass sie eine umfassende Quelle von potentiell gesundheitsbelasten- dem Feinstaub darstellen. Es wird geschätzt dass alleine in der Schweiz vom Schienenverkehr pro Jahr zwischen 800 und 1 200 Tonnen Feinstaub emittiert wird, wo- bei der grösste Teil davon seinen Ursprung in Bremsabrieb findet.

Ein weiterer Nachteil solcher konventioneller pneumatischer Bremssysteme ist, dass die während der Fahrt in einem Schienenfahrzeug vorhandene kinetische Energie beim Abbremsen als grösstenteils nicht nutzbare Wärme verloren geht. Ebenso führt die Erwärmung bspw. der Bremsscheiben zu sogenanntem Brems- Schwund - auch Fading genannt - was mit teilweise aufwendigen Gegenmass- nahmen etwa bei der Geometrie der Bremsscheibe kompensiert werden muss, um einer Verlängerung des Bremsweges entgegenwirken zu können. All dies führt dazu, dass die bestehenden Bremssysteme einen bedeutenden Kostenfaktor im Be- trieb von Schienenfahrzeugen im Bereich der Vollbahn ausmachen. Um die kinetische Energie während einem Bremsvorgang wenigstens in eine nutz- bare Form umwandeln zu können sind Triebfahrzeuge (Lokomotiven) mit soge- nannte Nutzbremsen bekannt. Diese Systeme sind jeweils so ausgelegt, dass sie insbesondere bei längeren Bergabfahrten und/oder bei hohen Fahrgeschwindig- keiten elektrisch, also via Motor, abgebremst werden können, wodurch auch mit ihnen verbundene weitere Schienenfahrzeuge abgebremst werden können. Gerade bei grösseren Verbunden von Schienenfahrzeugen ist ein solches elektrisches Abbremsen durch das T riebfahrzeug in vielen Situationen jedoch nicht ausreichend, weshalb zusätzliche Bremsleistung von der konventionellen Druckluftbremse be- nötigt wird. Ebenso weisen diese bekannten Nutzbremssysteme f ür T riebfahrzeuge bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten meist eine nicht ausreichende Bremsleistung auf, weshalb insbesondere z.B. bei der Einfahrt in Bahnhöfe meist hauptsächlich nur Druckluftbremssysteme zum Einsatz kommen können. Dies führt gerade auch im Nahverkehr zu einer schlechten Energieeffizienz der eingesetzten Schienenfahr- zeuge wie auch zu einer potentiell erhöhten Feinstaubpartikelkonzentration im Be- reich der Haltestellen aufgrund der verwendeten Reibungsbremsen.

Ein weiterer Nachteil bekannter Nutzbremsen von Triebfahrzeugen, insbesondere solcher für die Vollbahn, ist, dass die in solchen Triebfahrzeugen eingesetzten Elektromotoren wesentlich leistungsfähiger dimensioniert werden müssen, als wenn sie nur zum reinen Antrieb verwendet würden. Dies erhöht einerseits die Her- stellungskosten solcher Triebfahrzeuge. Andererseits weisen solche Triebfahrzeuge wegen der für Geschwindigkeitsaufnahme und Konstantfahrphasen nicht ganz optimalen Dimensionierung häufig einen niedrigen Wirkungsgrad ausserhalb der Ver zögerungsphasen (Bremsphasen) auf.

Die WO201 31 641 66 A1 wurde am 07.1 1 .201 3 im Namen der Siemens Aktien- gesellschaft veröffentlicht und zeigt eine Bremseinheit für ein Schienenfahrzeug mit einer Zuspanneinrichtung mit zwei Bremsarmen, welche mit Reibbelägen versehen und unter Einwirkung eines Betätigungselements zur Herstellung eines Reibschlus- ses zwischen den Reibbelägen und einer Bremsscheibe über der Bremsscheibe zu- spannbar sind. Bei Herstellung eines Reibschlusses während der Fahrt eines Schie- nenfahrzeugs wird aufgrund des Reibschlusses Rotationsenergie der Bremsscheibe in thermische Energie umgewandelt und dabei das Schienenfahrzeug abgebremst.

Die DE 1 0201 003251 6 A1 wurde am 02.02.201 2 im Namen der Knorr-Bremse für Schienenfahrzeuge GmbH veröffentlicht und zeigt eine Bremsvorrichtung eines Fahrzeugs beinhaltend eine Wirbelstromscheibenbremse mit einem drehfesten Stator und einem rotierenden Rotor. Der Rotor oder der Stator trägt eine Wir- belstrombahn und der Stator oder der Rotor trägt eine Magnetanordnung. Deren magnetische Feldlinien induzieren bei relativer Bewegung des Rotors gegenüber dem Stator in der Wirbelstrombahn Wirbelströme zur Erzeugung eines Bremsmo ments. Ebenso offenbart wird eine Reibungsscheibenbremse mit wenigstens einer Bremsscheibe und mit dieser Bremsscheibe zusammen wirkenden Bremsbelägen zur Erzeugung eines Bremsreibmoments zwischen der Bremsscheibe und den Bremsbelägen. Die Erfindung sieht vor, dass der Rotor der Wirbelstromscheiben- bremse durch die Bremsscheibe der Reibungsscheibenbremse gebildet wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Bremssystem zur Verfügung zu stellen, wel- ches wenigstens einen der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile be- kannter Bremssysteme behebt oder reduziert.

Dazu wird gemäss der Erfindung bei einem Schienenfahrzeug anstelle eines auf rei ner Reibungsbremse beruhenden Bremskonzepts wenigstens ein Teil der Brems- leistung von am Schienenfahrzeug angeordneten generatorischen Bremsmodulen bereitgestellt.

Ein erfindungsgemässes Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für ein Vollbahn-Schienenfahrzeug, wird in der Regel für ein Schienenfahrzeug mit ei- ner Mehrzahl N von Radsätzen verwendet. Dabei ist N eine natürliche Zahl grösser 1 , wobei bevorzugt gilt N=2, 4, 8 oder 1 2. Eine andere Anzahl von Radsätzen ist möglich. Ein Radsatz umfasst jeweils ein erstes Rad und ein zweites Rad, die mit einer Radsatzwelle verbunden sind. Grundsätzlich ist zwar auch eine Verwendung des erfindungsgemässen Bremssystems für Schienenfahrzeuge mit Einzelradauf hängung, respektive ohne Radsatzwelle, möglich. Jedoch hat sich gerade bei der Verwendung des Bremssystems im Bereich der Vollbahn gezeigt, dass das erfin- dungsgemässe Bremssystem besonders kostengünstig umsetzbar und auf die je- weiligen spezifischen Anforderungen skalierbar ist - insbesondere auch wegen der vorhandenen Radsatzwellen. Erfindungsgemäss umfasst das Bremssystem wenigstens ein einer Radsatzwelle zugeordnetes generatorisches Bremsmodul, das dazu eingerichtet ist Rotationsenergie der Radsatzwelle in elektrische Energie um- zuwandeln und dadurch das Schienenfahrzeug abzubremsen. Das bedeutet, dass das generatorische Bremsmodul wenigstens einen Teil der kinetischen Energie des sich in Bewegung befindlichen Schienenfahrzeugs und gegebenenfalls bei Bedarf auch wenigstens einen Teil der kinetischen Energie weiterer Schienenfahrzeuge ei- nes mit dem betreffenden Schienenfahrzeug zusammengeschlossenen Verbundes von Schienenfahrzeugen in elektrische Energie (bzw. Leistung) umwandeln kann. Mit anderen Worten kann das generatorische Bremsmodul in einem Rekuperati- onsmodus betrieben werden, in dem ein Betrag an elektrischer Bremsleistung re- kuperierbar ist. Bevorzugt erfolgt die Umwandlung von Rotationsenergie des Rad- satzes (bzw. kinetischer Energie eines Schienenfahrzeugs) in elektrische Energie mittels elektromagnetischer Induktion. Ein besonderer Vorteil eines solchen erfin- dungsgemässen Bremssystems liegt darin, dass bei Verwendung eines solchen Bremssystems auf die aus dem Stand der Technik bekannten aufwändigen Pneu matiksysteme bei Bedarf komplett verzichtet werden kann. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Bremssystems kann erzielt werden, wenn eine Aus- führungsform eines generatorischen Bremsmoduls wie hierin nachfolgend be- schrieben, verwendet wird.

Gemäss eine Ausführungsform der Erfindung kann ein generatorisches Bremsmo- dul auch als Antriebsmodul zum Antreiben eines ihm zugeordneten Radsatzes, und damit zur Erhöhung oder Beibehaltung der Geschwindigkeit wenigstens eines Schienenfahrzeugs verwendet werden. Dazu kann ein generatorisches Bremsmo- dul beispielsweise einen Elektromotor aufweisen, der - als Generator betrieben - Rotationsenergie des Radsatzes in elektrische Energie umzuwandeln und dadurch das Schienenfahrzeug abbremsen kann. Bevorzugt verfügt ein generatorisches Bremsmodul über standardisierte trennbare mechanische und/oder elektrische (bzw. elektronische) Schnittstellen, welche bei Bedarf einen einfachen Austausch des generatorischen Bremsmoduls ermöglichen. Dadurch können Unterhalt und/oder Reparatur und/oder Um-/Nachrüsten (bspw. Erhöhung der Bremsleistung) eines erfindungsgemässen Bremssystems wesentlich beschleunigt und vereinfacht werden, was die Stillstandzeiten von Schienenfahrzeugen verkleinert und einen effizienteren Betrieb ermöglicht.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems kommt das Bremssystem bei einem Wagen zum Einsatz, d.h. das Schienenfahrzeug ist z.B. ein Personenwagen oder ein Güterwagen. Es hat sich gezeigt, dass dadurch insbe- sondere bei Verwendung eines Verbunds mehrerer mit einem erfindungsgemässen Bremssystem ausgestatteter Schienenfahrzeuge ein besonders vorteilhafter Betrieb bzw. eine besonders effiziente Rückgewinnung der kinetischen Energie während einem Bremsvorgang erzielt werden kann. Eine Nutzbremse eines Triebfahrzeugs kann deshalb anders dimensioniert werden, was eine kostengünstigere und auch für den Fährbetrieb effizientere Dimensionierung des Fahrmotors eines Triebfahr- zeugs ermöglicht. Bei gewissen Ausführungsformen kann so sogar ganz auf eine Nutzbremse beim Triebfahrzeug verzichtet werden. Für gewisse Einsatzgebiete kann wenigstens einer Radsatzwelle eine Mehrzahl K generatorischer Bremsmodule zugeordnet werden. Dadurch kann die Brems- bzw. Beschleunigungsleistung bei Bedarf erhöht werden, ohne dass dafür zwingend un- terschiedliche Arten generatorischer Bremsmodule notwendig werden. Dies verrin- gert die Komponentenvielfalt und erlaubt damit einerseits die Senkung der Produk- tionskosten und andererseits eine Vereinfachung von Unterhalt und Wartung des Bremssystems. Ebenso kann dadurch eine Nach- bzw. Umrüstung von Schienen fahrzeugen etwa aufgrund von Umbauten oder einem neuen geographischen (ins besondere topologischen) Einsatzgebiet ermöglicht werden. Dies trifft insbeson- dere bei Ausführungsformen von Bremssystemen zu, welche mehrere im Wesent lichen identische generatorische Bremsmodule aufweisen. Insbesondere solche Ausführungsformen, die ausschliesslich generatorische Bremssysteme desselben Typs aufweisen. Ausführungsformen mit einer Mehrzahl K generatoririscher Bremsmodule können beispielsweise bei besonders schweren Schienenfahrzeugen verwendet werden. Ebenso kann eine solche Ausführungsform beispielweise bei Schienenfahrzeugen zum Einsatz in Hochgeschwindigkeitszügen Verwendung fin den. Ebenso kann eine solche Ausführungsform bei Schienenfahrzeugen eine Verwendung finden, welche beispielsweise auf Streckenverläufen mit hohen Steigun- gen, respektive Gefällen, zum Einsatz kommen. Dabei ist K eine natürliche Zahl grösser 1 , wobei K bevorzugt ist 2, 3, oder 4 ist. Eine höhere Anzahl generatori scher Bremsmodule ist möglich. Alternativ oder in Ergänzung können gemäss be stimmten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Bremssystems auch eine Mehrzahl K generatorischer Bremsmodule einer Radsatzwelle zugeordnet werden. wobei es sich bei den generatorischen Bremsmodulen um wenigstens zwei unterschiedliche Typen generatorischer Bremsmodule handelt. Insbesondere können sich solche Typen generatorischer Bremsmodule darin unterscheiden, dass ihre ma ximalen Wirkungsgrade bei unterschiedlichen Drehzahlen liegen. Durch die Ver- Wendung solch unterschiedlicher Typen generatorischer Bremsmodule kann bei solchen Ausführungsformen eines Bremssystems - aber auch bei anderen Ausfüh- rungsformen - eine aus mechanischer und auch energetischer Sicht optimale Bremsleistung sowohl bei hohen als auch tiefen Geschwindigkeiten gewährleistet werden. Um eine hohe Bremsleistung bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten eines Schienenfahrzeugs erhalten zu können, kann gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems ein Schienenfahrzeug also auch mehrere unterschiedliche generatorische Bremsmodule aufweisen, die jeweils für eine ma ximale Bremsleistung bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten ausgelegt sind. So kann z.B. ein erstes generatorisches Bremsmoduls für eine hohe Bremsleistung in einem Bereich hoher Fahrgeschwindigkeit ausgelegt sein und ein zweites gene ratorisches Bremsmoduls für eine hohe Bremsleistung in einem Bereich niedriger Fahrgeschwindigkeit ausgelegt sein. Bei Bedarf kann dazu wenigstens ein genera- torisches Bremsmodul auch mittels eines Getriebes bzw. eine Übersetzung mit ei- ner Radsatzwelle verbunden sein. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Mehrzahl K generatorischer Bremsmo dule, die einer Radsatzwelle zugeordnet sind besteht darin, dass dadurch bei Be- darf weitere Komponenten des Bremssystems, wie sie hierin beschrieben sind (so etwa Energiespeichermodule und/oder Umrichter und/oder Gleichrichter), örtlich relativ nahe beieinander angeordnet werden können, was den Unterhalt eines sol- chen Systems unter bestimmten Bedingungen vereinfachen kann. Ebenso können dadurch elektrische Leiter relativ kurz gehalten werden, was eine Kostenreduktion erlaubt und Übertragungsverluste reduziert. Gemäss einer Ausführungsform eines Bremssystems gemäss der vorliegenden Er findung ist nur einer Anzahl M < N von Radsatzwellen eines Schienenfahrzeugs je weils wenigstens ein generatorisches Bremsmodul zugeordnet ( M sei eine natürli che Zahl und es gelte N-M >0). D.h. in solchen Ausführungsformen eines erfin- dungsgemässen Bremssystems ist nicht allen Radsätzen eines Schienenfahrzeugs wenigstens ein generatorisches Bremsmodul zugeordnet. Solche Ausführungsfor- men können bei bestimmten Arten von Schienenfahrzeugen vorteilhaft sein, um bspw. eine bestimmte Gewichtsverteilung entlang der Längsachse (im Wesentli chen parallel zur Fahrtrichtung) des Schienenfahrzeugs zu erreichen. Bei solchen Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Bremssystems können insbeson- dere die Radsätze ohne zugeordnetes generatorisches Bremsmodul beispielsweise stattdessen über Scheibenbremsen (oder andere Typen konventioneller Bremsen) verfügen, insbesondere über solche mit elektromechanischer oder elektrohydrau- lischer Betätigung.

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, werden wenigstens zwei Radsatz- wellen jeweils wenigstens ein generatorisches Bremsmodul zugeordnet. Solche Ausführungsformen können vorteilhaft sein, um eine möglichst effiziente genera- torische Bremsung zu erhalten. Ebenso kann bei bestimmten Arten von Schienen- fahrzeugen dadurch eine besonders vorteilhafte Gewichtsverteilung entlang der Längsachse des Schienenfahrzeugs erreicht werden. Für bestimmte Arten von Schienenfahrzeugen sind allen N Radsatzwellen jeweils zwischen 1 bis K generato- rische Bremsmodule zugeordnet, wobei K eine natürliche Zahl grösser 0 ist, bevor- zugt ist K = 1 oder 2 oder 3 oder 4.

Die Betriebskosten sowohl eines einzelnen Schienenfahrzeugs, als auch eines Ver bunds von Schienenfahrzeugen können gesenkt werden, falls im Wesentlichen alle Radsätze des Schienenfahrzeugs oder des Verbunds von Schienenfahrzeugen im Wesentlichen identische Ausführungsformen mit wenigstens einem generatori- schen Bremsmodul und bevorzugt einer Scheiben- oder Feststellbremse (beson ders bevorzugt mit einem elektromechanischen oder hydraulischen Aktuator) sind. Dadurch kann insbesondere der Aufwand für Reparatur und Wartung, sowie die Lagerung von Ersatzteilen wesentlich gesenkt werden. Es ist erfindungsgemäss möglich, dass die verschiedenen Radsatzwellen eines Schienenfahrzeugs unterschiedliche Anzahl generatorischer Bremsmodule aufwei- sen können, wobei auch mehrere dieselbe Anzahl generatorischer Bremsmodule aufweisen können. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist das Brems- system so ausgebildet, dass wenigstens ein in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs weiter vorne angeordneter Radsatz über eine grössere Anzahl generatorischer Bremsmodule verfügt als wenigstens ein weiter hinten angeordneter Radsatz. Auf diese Weise kann eine höhere Bremsleistung bei den im Falle eines Abbremsens mit höheren Normalkraft belasteten Rädern erzeugt werden und dadurch die Gefahr eines Gleitens effizient vermieden werden, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird.

Ein besonders effizientes Bremssystem kann erzielt werden, wenn wenigstens ein generatorisches Bremsmodul auf einer ihm zugeordneten Radsatzwelle angeord net ist. Falls das generatorische Bremsmodul über eine Rotor-Anordnung, wie sie nachfolgend noch beschrieben wird, verfügt, so kann in einer solchen Ausfüh- rungsform die Rotationsachse der Rotor-Anordnung im Wesentlichen identisch mit der Rotationsachse der Radsatzwelle sein. In einer solchen Ausführungsform kann die Anzahl beweglicher Komponenten des erfindungsgemässen Bremssystems be- sonders niedrig gehalten werden. Somit kann einerseits der Aufwand für Wartung und Unterhalt des Bremssystems gesenkt und andererseits die Effizienz des Brems systems in bestimmten Fällen maximiert werden.

Alternativ oder in Ergänzung kann wenigstens ein generatorisches Bremsmodul mittelbar mit einer ihm zugeordneten Radsatzwelle rotatorisch verbunden sein. Eine solche mittelbare Verbindung kann beispielsweise über wenigstens ein Zahn rad erfolgen, so etwa über ein Getriebe bzw. eine Übersetzung umfassend mehrere Zahnräder. Ein solches Getriebe kann bspw. ein Planetengetriebe sein. Für beson- dere Anwendungen kann wenigstens ein generatorisches Bremsmodul so ange- ordnet sein, dass die ihm zugeordnete Radsatzwelle im Wesentlichen zwischen dem generatorischen Bremsmodul und dem Bahnkörper (Trassee) liegt. Eine sol- che Ausführungsform kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn das genera- torische Bremsmodul aufgrund besonders harscher Umweltbedingungen beson ders gut geschützt werden muss.

Gemäss einer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Bremssystems ist wenigs- tens einer Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs wenigstens eine Feststellbremse zugeordnet. Somit kann eine ausreichende Rollsicherung des Schienenfahrzeugs - bzw. eines wenigstens ein mit einem erfindungsgemässen Bremssystem ausgestat- teten Verbunds von Schienenfahrzeugen - gewährleistet werden.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Bremssystem we- nigstens einen Radsatz mit wenigstens einer Scheibenbremse auf, welche eine auf der Radsatzwelle angeordnete Bremsscheibe umfasst. Dadurch kann bei Bedarf ein Biending zwischen wenigstens einem generatorischen Bremsmodul und wenigstens einer Scheibenbremse durchgeführt werden, wodurch ein effizientes Bremsen in unterschiedlichen Situationen ermöglicht wird. Besonders gute Ergebnisse kön- nen erzielt werden, falls die wenigstens eine Scheibenbremse auch als Feststellbremse eingesetzt werden kann. Alternativ kann auch wenigstens eine Stirnseite eines ersten und/oder zweiten Rads eines Radsatzes als Bremsscheibe dienen. Je nach Anwendungsgebiet kann alternativ oder zusätzlich zu einer Scheibenbremse auch eine andere Art von Bremsvorrichtung, insbesondere einer Reibungsbremse, verwendet werden - bspw. eine Trommelbremse oder Klotzbremse. Ebenfalls ist anstelle oder zusätzlich zu einer solchen Reibungsbremse die Verwendung weiterer Bremstypen erfindungsgemäss möglich, so etwa von Wirbelstrombremsen. Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems verfügt die wenigstens eine Scheibenbremse (bzw. Reibungsbremse einer anderen Art) über einen elektromechanischen und/oder einen elektrohydraulischen Aktuator zum Betätigen eines mit der Bremsscheibe zusammenwirkenden Bremssattel. Ein mit einem solchen Bremssystem ausgestattetes Schienenfahrzeug kann im We sentlichen unabhängig von einem konventionellen pneumatischen Bremssystem betrieben werden. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung kann die für die Betätigung eines solchen Aktuators notwendige elektrische Energie wenigstens zeitweise von einem generatorischen Bremsmodul oder - falls vorhanden - einem Energiespeichermodul bezogen werden.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssys tems ist wenigstens ein generatorisches Bremsmodul im Wesentlichen auf einer Mittelebene zwischen dem ersten und dem zweiten Rad des zugeordneten Radsat- zes angeordnet und mit der entsprechenden Radsatzwelle mechanisch wirkver- bunden. Dadurch kann ein in Bezug auf die mechanische Belastung des Radsatzes und seiner Lagerung besonders vorteilhaftes Beschleunigen (bzw. Abbremsen und Geschwindigkeitszunahme) des Radsatzes bewirkt werden.

Alternativ oder in Ergänzung dazu kann wenigstens ein generatorisches Bremsmo- dul in einem ersten Abstand Ai, wobei gilt Ai>0, zu einer Mittelebene zwischen dem ersten und dem zweiten Rad des zugeordneten Radsatzes angeordnet und mit der entsprechenden Radsatzwelle mechanisch wirkverbunden sein. Eine solche Ausführungsform kann vorteilhaft sein, um mehrere generatorische Bremsmodule auf einer Radsatzwelle anzuordnen - insbesondere wenn mehrere Radsätze eines

Schienenfahrzeugs über jeweils wenigstens ein generatorisches Bremsmodul ver fügen sollen - wie nachfolgend noch genauer erläutert werden wird.

Gemäss einer für bestimmte Arten von Schienenfahrzeugen vorteilhafte Variante eines erfindungsgemässen Bremssystems ist die Gesamtheit aller generatorischen Bremsmodule eines Schienenfahrzeugs so angeordnet, dass bei Geradeausfahrt des Schienenfahrzeugs die Summe erster Abstände Ai der generatorischen Brems- module des Schienenfahrzeugs zu einer äquidistant zwischen den ersten und zwei- ten Rädern der N Radsätze angeordneten vertikalen Mittelebene ungefähr gleich Null ist. Auf diese Weise kann die bei einem Abbremsen und/oder einer Geschwin digkeitszunahme auf einen Bahnkörper wirkende Belastung reduziert werden. Als Referenzpunkte für die zweiten Abstände können hierbei die mittleren mechani- schen Angriffspunkte der von den generatorischen Bremsmodulen auf die Radsatz- welle übertragenen Kräfte dienen. Bei einer für gewisse Anwendungen vorteilhaften Ausführungsform eines erfin- dungsgemässen Bremssystems, welches über wenigstens eine Scheibenbremse verfügt, ist die Anzahl aller Scheibenbremsen so angeordnet, dass bei Geradeaus- fahrt des Schienenfahrzeugs die Summe zweiter Abstände Bi aller Bremsscheiben der Scheibenbremsen zu einer äquidistant zwischen den ersten und zweiten Rädern der N Radsätze angeordneten vertikalen Mittelebene ungefähr gleich Null ist. Al- ternativ oder in Ergänzung können auch andere Arten von Reibungsbremsen ver- wendet werden. Für bestimmte Anwendungen kann das Schienenfahrzeug wenigstens ein Drehgestell aufweisen, das wenigstens zwei Radsätze umfasst, wovon wenigstens ein Radsatz ein generatorisches Bremsmodul aufweist. Bei einem solchen Bremssys tems für ein wenigstens ein Drehgestell aufweisendes Schienenfahrzeug kann ein besonders effizientes Bremsen erzielt werden, wenn die Summe der dritter Ab- stände Ci der generatorischen Bremsmodule eines Drehgestells zu einer äquidistant zwischen den ersten und zweiten Rädern der wenigstens zwei Radsätze dieses Drehgestells angeordneten vertikalen Mittelebene ungefähr gleich Null ist. Auf diese Weise kann ein ungewolltes Verdrehen des Drehgestells während einer von den generatorischen Bremsmodulen erzeugten Abbremsung bzw. einer Geschwin- digkeitszunahme vermieden werden.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung eines solchen Bremssystems kann wenigs tens einer der Radsätze eines Drehgestells eine Bremsscheibe aufweisen, wobei die Summe der Abstände aller Bremsscheiben eines solchen Drehgestells zu einer äqui- distant zwischen den ersten und zweiten Rädern der wenigstens zwei Radsätze die- ses Drehgestells angeordneten vertikalen Mittelebene ungefähr gleich Null ist.

Bei Verwendung eines erfindungsgemässen Bremssystems bei einem Schienenfahrzeug mit wenigstens einem Drehgestell, kann gemäss einer Ausführungsform der Erfindung die von wenigstens einem generatorischen Bremsmodul bei Bedarf die erzeugbare elektrische Bremsleistung bei einem in Fahrtrichtung weiter vorne gelegenen Radsatz grösser als bei einem in Fahrtrichtung weiter hinten angeord- neten Radsatz sein. Auf diese Weise kann das Risiko von ungewolltem Gleiten von Radsätzen während einem Bremsvorgang reduziert werden.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brems- moduls weist wenigstens ein generatorisches Bremsmodul eine mit der zugeord- neten Radsatzwelle mechanisch wirkverbundene Rotor-Anordnung auf sowie eine mit dem zugeordneten Drehgestell drehfest wirkverbundene Stator-Anordnung auf.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemässen Bremssystems kann erzielt werden, wenn ein solches Bremssystem eine Rückspeisungseinrich- tung zur Einspeisung wenigstens eines Teils der von wenigstens einem generatori- schen Bremsmodul erzeugten elektrischen Energie in eine Fahrleitung (bzw. zugehöriges Bahnstromsystem) aufweist. Eine Fahrleitung kann bespielweise eine Oberleitung sein. Alternativ oder in Ergänzung kann die Rückspeisungseinrichtung eines erfindungsgemässen Bremssystems auch so eingerichtet sein, dass wenigstens ein Teil der von wenigstens einem generatorischen Bremsmodul erzeugten elektrischen Energie wenigstens teilweise über eine zentrale Rückspeisungseinrich- tung eines Verbunds von Schienenfahrzeugen in eine Fahrleitung eingespeist wer den kann. Dazu können mehrere generatorische Bremsmodule eines Bremssys- tems eines Schienenfahrzeugs und/oder eines Verbunds von Schienenfahrzeugen elektrisch verbunden sein. Eine solche Rückspeisungseinrichtung kann beispiels- weise die Rückspeisungseinrichtung einer elektrischen oder dieselelektrischen Lo- komotive mit Nutzbremse sein. Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Bremssystems mit Rückspeisungseinrichtung können also wenigstens zeitweise in der Art einer sogenannten Nutzbremse betrieben werden. Gute Resultate können erzielt werden, falls Rückspeisungseinrichtung des Brems- systems einen Umrichter aufweist.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems ver- fügt über eine Leistungssteuerung, welche wenigstens einen Teil der von wenigs- tens einem generatorischen Bremsmodul erzeugten elektrischen Energie einem Verbraucher zur Verfügung stellen kann. Dazu kann ein erfindungsgemässes Bremssystem bevorzugt einen Umrichter und/oder Gleichrichter aufweisen. Ge mäss einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemässe Bremssystem eine Leistungssteuerung, welche von wenigstens einem generatorischen Bremsmodul erzeugte oder falls vorhanden in einem Energiespeichermodul gespeicherte elekt- rische Energie einem Verbraucher zur Verfügung stellt. Verbraucher können insbesondere eine Klimaanlage (Heizung, Lüftung, Kühlung, Entfeuchtung) und/oder eine Beleuchtungseinrichtung und/oder persönliche Verbraucher von Passagieren (z.B. Netz- und Ladegeräte für persönliche elektrische Geräte wie Mobiltelefone oder tragbare Computer) und/oder eine Toilettenanlage sein. Ein Verbraucher kann im selben Schienenfahrzeug wie ein die elektrische Energie erzeugendes ge- neratorisches Bremsmodul angeordnet sein. Alternativ oder in Ergänzung kann bei Verwendung eines mit einem erfindungsgemässen Bremssystem ausgestatteten Schienenfahrzeugs in einem Verbund auch wenigstens ein in einem anderen Schie- nenfahrzeug des Verbunds angeordneter (zugeordneter) Verbraucher mit elektri scher Energie versorgt werden.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brems- Systems umfasst das Bremssystem wenigstens ein Energiespeichermodul zur Spei- cherung wenigstens eines Teils der von wenigstens einem generatorischen Brems- modul erzeugen elektrischen Energie. Gemäss einer Ausführungsform der Erfin dung ist jedem generatorischen Bremsmodul genau ein Energiespeichermodul zugeordnet. Alternativ oder in Ergänzung können wenigstens einem generatorischen Bremsmodul auch wenigstens zwei Energiespeichermodule zugeordnet sein. Eine solche Ausführungsform kann vorteilhaft sein, um etwa die Folgen im Falle eines Ausfalls eines Energiespeichermoduls reduzieren zu können. Bei einer solchen Aus führungsform eines Bremssystems können einem Energiespeichermodul insbeson- dere auch mehrere generatorische Bremsmodule zugeordnet werden. Ausfüh- rungsformen eines erfindungsgemässen Bremssystems mit Energiespeichermodul können also wenigstens zeitweise in der Art einer Nutzbremse auch ohne Rück- speisung in ein Bahnstromsystem betrieben werden - etwa bei einer zeitweisen Überlast in einem Bahnstromsystem. Ein Energiespeichermodul kann im/am selben Schienenfahrzeug wie ein zugeordnetes generatorisches Bremsmodul angeordnet sein. Alternativ kann ein Energiespeichermodul jedoch auch im/an einem anderen Schienenfahrzeug wie ein zugeordnetes generatorisches Bremsmodul angeordnet sein. Bevorzugt verfügt ein Energiespeichermodul über standardisierte trennbare me- chanische und/oder elektrische (bzw. elektronische) Schnittstellen, welche bei Be darf einen einfachen Austausch des Energiespeichermoduls ermöglichen. Dadurch können Unterhalt und/oder Reparatur und/oder Um-/Nachrüsten (bspw. Erhö- hung der Speicherkapazität) eines erfindungsgemässen Bremssystems wesentlich beschleunigt und vereinfacht werden, was die Stillstandzeiten von Schienenfahr- zeugen verkleinert und einen effizienteren Betrieb ermöglicht.

Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind jeweils die genera- torischen Bremsmodule (bzw. das generatorische Bremsmodul) eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs einem gemeinsamen einzelnen Energiespeichermodul o- der eine gemeinsamen Gruppe von Energiespeichermodulen zugeordnet. Bevor- zugt wird ein solches Energiespeichermodul oder eine solche gemeinsame Gruppe von Energiespeichermodulen an demselben Drehgestell wie das zugeordnete wenigstens eine generatorische Bremsmodul angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind jeweils alle generatorischen Bremsmodule eines Schienenfahrzeugs einem Energiespeichermodul oder einer Gruppe von Energiespeichermodulen zugeordnet.

Alternativ oder in Ergänzung können wenigstens einzelne Schienenfahrzeuge eines Verbunds von Schienenfahrzeugen, über Energiespeichermodule mit einer grösse- ren Energiespeicherkapazität verfügen und wenigstens einen Teil der von genera- torischen Bremsmodulen von mit dem erfindungsgemässen Bremssystem ausge- rüsteten Schienenfahrzeugen erzeugten elektrischen Energie in diesen Energiespei- chermodule gespeichert wird. Eine solche Ausgestaltung eines erfindungsgemäs- sen Bremssystems kann für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, da grössere Energiespeichermodule im Allgemeinen kostengünstiger herstellbar als mehrere kleinere Energiespeichermodule mit derselben Gesamtspeicherkapazität sind.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brems- systems ist das Bremssystem so eingerichtet, dass eine Verbund mehrerer Schie- nenfahrzeuge umfassend solche Bremssysteme ein autarkes Bremssystem bilden - d.h. dass gegebenenfalls ohne äussere Versorgung mit elektrischer Energie und/o- der Druckluft (bspw. von einem Triebfahrzeug) wenigstens zeitweilig ein Betrieb des Bremssystems möglich ist.

Gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn das Energiespeichermodul wenigs tens ein Energiespeicherelement aufweist, wobei das Energiespeicherelement aus- gewählt sei aus der Gruppe umfassend Batterie, Superkondensator und Schwung- rad. Andere Arten von Energiespeicherelementen sind erfindungsgemäss möglich.

Das Energiespeichermodul kann bei Bedarf einen Gleichrichter und/oder einen Wechselrichter aufweisen. Dadurch kann bei Bedarf einem generatorischen Brems- modul elektrische Energie zugeführt werden (wie nachfolgend beschrieben wird) und/oder elektrische Energie über eine Rückspeisungseinrichtung einem Bahnstromsystem zugeführt werden und/oder elektrische Energie einem Verbrau- cher im Schienenfahrzeug zur Verfügung gestellt werden.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brems- systems umfasst das Bremssystem eine Antriebssteuerung, welche elektrische Energie von einer Fahrleitung und/oder von wenigstens einem Energiespeichermo- dul an wenigstens einem generatorischen Bremsmodul zuführt, wobei das genera torische Bremsmodul als Elektromotor wirkt und die elektrische Energie in Rotati- onsenergie umwandelt und auf die dem wenigsten einen generatorischen Brems- modul zugeordnete Radsatzwelle überträgt. Auf diese Weise kann das Bremssys- tem als Antriebssystem genutzt werden und bspw. zuvor bei einem Bremsvorgang in elektrische Energie umgewandelte kinetische Energie eines Schienenfahrzeugs zur nachfolgenden Erhöhung der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs verwen- det werden.

Alternativ oder in Ergänzung kann ein erfindungsgemässes Bremssystem eine Dis- sipationsvorrichtung umfassen, welche wenigstens einen Teil der von wenigstens einem generatorischen Bremsmodul erzeugten elektrischen Energie in thermische Energie umwandelt. Auf diese Weise können elektrische Leistungsspitzen während einem Bremsvorgang bei Bedarf geglättet werden und eine ausreichende Brems- leistung auch dann sichergestellt werden, wenn die von wenigstens einem genera- torischen Bremsmodul erzeugte elektrische Energie nicht oder nicht vollständig in eine Fahrleitung und/oder ein Energiespeichermodul abgegeben werden kann. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Bremsleistung die Aufnah- mekapazität einer Fahrleitung oder eines Energiespeichermoduls (bzw. einer Gruppe von Energiespeichermodule) übersteigt. Eine solche Situation kann etwa bei längeren Gefällen oder bei Notbremsungen oder bei Überkapazitäten im Bahnstromsystem auftreten. Entsprechende Ausführungsformen eines erfindungs- gemässen Bremssystems Dissipationsvorrichtung können also wenigstens zeitweise in der Art einer Widerstandsbremse betrieben werden.

Die Dissipationsvorrichtung kann insbesondere einen ohmschen Lastwiderstand aufweisen, welcher die aufgenommene elektrische Leistung in thermische Energie (Wärme) umgewandelt. Ebenso kann die Dissipationsvorrichtung Mittel zur Ab- gabe der erzeugten thermischen Energie an die Umgebung aufweisen, insbeson dere mittels Wärmeleitung und Abstrahlung elektromagnetischer Wellen, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird. Ebenso kann die Dissipationsvorrichtung Mittel zur wenigstens kurzzeitigen Speicherung wenigstens eines Teils der erzeug- ten thermischen Energie aufweisen, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird.

Gemäss einer Ausführungsform umfasst die Dissipationsvorrichtung eine thermi- sche Masse, die wenigstens teilweise aus einem Material mit einer hohen spezifischen Wärmekapazität besteht. Die thermische Masse kann insbesondere ein Fest körper und/oder eine Flüssigkeit und/oder ein Salz mit einer sich im Bereich der zu erwartenden Betriebstemperaturen änderndem Aggregatszustand sein. Die ther- mische Masse kann direkt als ohmscher Widerstand wirken und/oder die thermi sche Masse kann thermisch mit einem ohmschen Widerstand verbunden sein, in welchem die von wenigstens einem generatorischen Bremsmodul erzeugte elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird.

Gute Resultate können erzielt werden, wenn die Dissipationsvorrichtung wenigs- tens eine Kühlrippe aufweist. Dadurch kann thermische Energie besonders effizient abgestrahlt werden und die Bremsleistung somit vergrössert werden. Thermische Energie kann insbesondere auch an ein Kühlmedium abgegeben werden, z.B. an Umgebungsluft (Atmosphäre) oder an eine Flüssigkeit (Kühlflüssigkeit, z.B. Öl). Erfindungsgemäss kann ein Bremssystem auch Mittel zur Erhöhung der Wärme- Übertragung mittels erzwungener Konvektion im Bereich einer Dissipationsvorrich- tung bzw. von Rippen aufweisen, etwa fluiddynamische Massnahmen zur Umlei tung der ein Schienenfahrzeug während der Fahrt umströmenden Luft. Ebenso ist die Verwendung eines Gebläses/Lüfters denkbar, so etwa eines elektrisch betrie- benen Lüfters. Eine wenigstens teilweise luftgekühlte Dissipationsvorrichtung oder wenigstens Teile davon kann somit mit Lüftern versehen oder auch eigenbelüftet sein.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems ist we nigstens ein Teil der Dissipationsvorrichtung im Bereich des Untergestells eines Schienenfahrzeugs angeordnet. Falls das Schienenfahrzeug wenigstens ein Dreh- gestell aufweist, so kann eine Dissipationsvorrichtung auch bevorzugt im Bereich des Drehgestells oder direkt am Drehgestell angeordnet werden. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung kann wenigstens ein Teil der Dissipationsvorrich- tung im Bereich eines Dachs eines Schienenfahrzeugs angeordnet werden (bzw. im Bereich der Oberseite des Schienenfahrzeugs), wodurch bei gewissen Arten von Schienenfahrzeugen eine effiziente Ableitung erwärmter Luft möglich wird.

Gemäss einer für bestimmte Arten von Schienenfahrzeugen vorteilhaften Ausge- staltung eines erfindungsgemässen Bremssystems ist wenigstens ein Teil der Dissi- pationsvorrichtung an oder auf einer Radsatzwelle angeordnet und mit dieser ro- tatorisch verbunden. Auf diese Weise kann während einem Bremsvorgang auf- grund der durch die Rotation erzeugten erzwungenen Konvention ein besserer Wärmetransfer an Umgebung erzeugt werden. Eine solche Ausführungsform kann insbesondere bei der nachträglichen Ausrüstung von Schienenfahrzeugen mit ei- nem erfindungsgemässen Bremssystem vorteilhaft sein, da bei solchen die Rad satzwellen und umliegenden Bauteile wegen den ansonsten montierten Scheiben- bremsen in den meisten Fällen bereits so eingerichtet sind, dass im Bereich der Rad satzwellen erzeugte thermische Energie keine Beschädigung des Schienenfahr- zeugs bewirkt. Gemäss einer für bestimmte Schienenfahrzeuge geeigneten Aus- führungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems werden auf wenigstens ei- ner Radsatzwelle wenigstens ein generatorisches Bremsmodul und wenigstens ein Teil einer Dissipationsvorrichtung angeordnet. Gemäss einer weiteren Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems wird wenigstens ein genera- torisches Bremsmodul auf einer ersten Radsatzwelle angeordnet und wenigstens eine mit dem generatorischen Bremsmodul wirkverbundene Dissipationsvorrich tung wird auf einer zweiten, von der ersten Radsatzwelle verschiedenen, Radsatz- welle angeordnet. Eine solche Ausführungsform kann vorteilhaft sein um genera- torische Bremsmodule vor thermischer Belastung zu schützen und auch, um die Abgabe der thermischen Energie von der Dissipationsvorrichtung zu maximieren.

Gemäss einer für bestimmte Schienenfahrzeuge vorteilhaften Ausführungsform ei- nes erfindungsgemässen Bremssystems ist wenigstens ein Teil der Dissipationsvor- richtung Teil einer Bremsscheibe einer Scheibenbremse. Dadurch kann ein höherer Grad von Funktionsintegration erzielt und gegebenenfalls Gewicht und Kosten ge senkt werden.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems weist wenigstens ein generatorisches Bremsmodul ein aktives Kühlsystem aufweist. Ein solches aktives Kühlsystem kann beispielsweise einen Kühlkreislauf mit einer Kühl flüssigkeit (z.B. Wasser) umfassen. Alternativ oder in Ergänzung kann ein genera- torisches Bremsmodul auch ein passives Kühlsystem aufweisen, so z.B. Kühlrippen.

Gemäss einer Ausführungsform umfasst ein generatorisches Bremsmodul eine in- tegrierte Feststellbremse und/oder eine integrierte Scheibenbremse.

In Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Bremssystems, welche wenigs- tens zwei Komponenten - ausgewählt aus der Gruppe von Energiespeichermodul, Rückspeisungseinrichtung und Dissipationsvorrichtung aufweisen - kann bei Be- darf auch ein erster Teil der von wenigstens einem generatorischen Bremsmodul erzeugten elektrischen Energie in ein Energiespeichermodul und/oder gegebenen- falls ein zweiter Teil über die Rückspeisungseinrichtung in ein Bahnstromsystem eingespeist werden und/oder gegebenenfalls ein dritter Teil über eine Dissipations- vorrichtung in Wärme umgewandelt werden. Die jeweiligen Anteile eines ersten Teils, eines zweiten Teils und eines dritten Teils an der gesamthaft erzeugten elektri schen Energie werden vorteilhaft von einer lokalen oder globalen Bremssteuerung bestimmt. Die Bestimmung der jeweiligen Anteile erfolgen vorzugsweise in Abhän gigkeit von der aktuellen elektrischen Leistung des generatorischen Bremsmoduls und oder der aktuellen Aufnahmefähigkeit des Bahnstromsystems (insbesondere die aktuelle Spannungshöhe im Bahnstromsystem) und/oder dem Ladestand und der Ladekapazität des Energiespeichermoduls und/oder der vom einer Dissipati- onsvorrichtung aktuell konsumierbaren elektrischen Leistung. Ebenso können dazu Informationen zu den aktuellen Leistungen anderer generatorischer Bremsmodule und/oder aktuelle Leistungsdaten einer möglichen Nutzbremse einer vorhandenen Lokomotive und/oder Informationen zu einem aktuellen Streckenprofil (insbeson- dere das Höhenprofil und die Distanz zu bevorstehenden Haltestellen). Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brems- systems umfasst das Bremssystem eine in einem Schienenfahrzeug angeordnete lokale Bremssteuerung, welche die Bremsleistung der generatorischen Bremsmo dule wenigstens dieses Schienenfahrzeugs überwacht und bei Abweichung von einem Sollwert die Bremsleistung der generatorischen Bremsmodule erhöht oder senkt. Eine solche Anpassung kann insbesondere durch eine Veränderung wenigs tens eines an einem generatorischen Bremsmodul angeschlossenen Lastwiderstan- des, z.B. durch die an ein Energiespeichermodul abgegebene elektrische Leistung und/oder Veränderung eines angeschlossenen ohmschen Widerstands einer Dis- sipationsvorrichtung, erfolgen. Alternativ oder in Ergänzung kann die lokale Brems steuerung auch die Bremsleistung wenigstens einer gegebenenfalls vorhandenen Scheibenbremse und/oder wenigstens einer gegebenenfalls vorhandenen Fest- stellbremse anpassen. Alternativ oder in Ergänzung kann eine lokale Bremssteue rung auch die Antriebsleistung wenigstens eines als Elektromotor auftretenden generatorischen Bremsmoduls oder einer Gruppe generatorischer Bremsmodule re- geln.

Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemässen Bremssystems besteht darin, dass ein mit einem solchen Bremssystem ausgerüstetes Schienenfahrzeug auch so aus gebildet sein kann, dass es wenigstens kurzzeitig auch selbständig Geschwindigkeit aufnehmen und abbremsen kann. Dies insbesondere dann, wenn es über ein wie hierin beschriebenes Energiespeichermodul verfügt und wenigstens ein generato- rische Bremsmodul als Elektromotor zum Antrieb eines Schienenfahrzeugs mittels vom Energiespeichermodul zur Verfügung gestellter elektrischer Energie ausgebil det ist. Solche Ausführungsformen sind insbesondere im Rangierbetrieb vorteilhaft, da sie eine Vielzahl zusätzlicher Freiheitsgrade bzw. Rangierstrategien möglichen und somit sowohl eine signifikante Reduktion der Rangierdauer als auch der benö- tigten Rangierlokomotiven ermöglichen. Ebenso kann gegebenenfalls auf einen Ablaufberg verzichtet werden. Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemässen Bremssystems, erstreckt sich das Bremssystem über einen Verbund mehrerer Schienenfahr- zeuge, wobei wenigstens zwei Schienenfahrzeuge ein generatorisches Bremsmo dul wie hierin beschrieben aufweisen. Insbesondere kann sich ein erfindungsge- mässes Bremssystem auf einen Verbund ausschliesslich Schienenfahrzeuge umfas- send jeweils wenigstens ein generatorisches Bremsmodul erstrecken, wobei ein Verbund zusätzlich auch ein herkömmliches Triebfahrzeug wie eine Lokomotive o- der ein Triebwagen umfassen kann.

Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems umfasst dieses eine globale Bremssteuerung welche die Bremsleistung und/oder die An triebsleistung der generatorischen Bremsmodule einer Mehrzahl von mit einem er- findungsgemässen Bremssystem ausgestatteten Schienenfahrzeugen überwacht und regelt. Gemäss einer Ausführungsform eines solchen erfindungsgemässen Bremssystems kann eine globale Bremssteuerung insbesondere auch die Vertei- lung der von generatorischen Bremsmodulen erzeugten elektrischen Energie auf eines oder mehrere Energiespeichermodule oder eine oder mehrere Dissipations- vorrichtungen oder eine oder mehrere Rückspeisungseinrichtungen regeln. Ebenso kann eine solche globale Bremssteuerung die Verteilung der von generatorischen der an Verbraucher gelieferten Energie steuern, bzw. die an die Verbraucher abge- gebene Leistung regeln, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird. Insbeson- dere kann eine globale Bremssteuerung auch ein Biending zwischen wenigstens ei nem generatorischen Bremsmodul und wenigstens einer Scheibenbremse steuern. Die vorgängig beschriebenen Funktionen einer globalen Bremssteuerung können auch wenigstens teilweise von einer (insbesondere wie hierin beschriebenen) loka- len Bremssteuerung ausgeführt werden.

Ausserdem ist die vorliegende Erfindung auf die Bereitstellung eines generatori- schen Bremsmoduls für ein wie hierin beschriebenes erfindungsgemässes Brems- System gerichtet.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das generatorische Brems modul eine Stator-Anordnung und eine bezüglich der Stator-Anordnung relativ drehbare Rotor-Anordnung, welche elektrische Energie mittels elektromagneti- scher Induktion erzeugen können. Dadurch können einem Schienenfahrzeug (bzw. einem Verbund bestehend aus Schienenfahrzeugen) auf einfache Weise sowohl eine generatorische Bremsleistung als auch eine elektrische Antriebsleistung zur Verfügung gestellt werden.

Gemäss einer besonders energieeffizienten Ausführungsform eines generatori- schen Bremsmoduls ist die Rotor-Anordnung so ausgebildet, dass sie auf einer Rad- satzwelle eines Schienenfahrzeugs angebracht werden kann. Insbesondere kann eine solche Ausführungsform eine Durchgangsöffnung zur Aufnahme einer Rad- satzwelle aufweisen. Besonders energieeffiziente Ausführungsformen können er- ziel werden, wenn die Rotationsachse der Rotor-Anordnung in auf einer Radsatz- welle montiertem Zustand identisch mit der Rotationsachse der Radsatzwelle ist. Die Rotor-Anordnung und die Radsatzwelle können in einer solchen Ausführungs- form unmittelbar rotatorisch miteinander verbindbar sein. Alternativ kann ein generatorisches Bremsmodul auch Mittel zur rotatorisch mittelbaren Verbindung mit einer Radsatzwelle aufweisen, so etwa ein Getriebe, wie z.B. ein Planetengetriebe.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines generatorischen Bremsmoduls bei welcher die Rotor-Anordnung so ausgebildet ist, dass sie rotatorisch mittelbar mit einer Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs verbunden werden kann ist es erfin- dungsgemäss auch möglich die Rotor-Anordnung nicht direkt auf Radsatzwelle an- zuordnen, sondern diese beispielsweise mittels Zahnrädern mit der Radsatzwelle zu verbinden. Gemäss einer Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemässes generatorisches Bremsmodul eine Stator-Anordnung, welche über wenigstens ein Befestigungs- mittel zur Befestigung an einem Drehgestell und/oder einem Untergestell eines Schienenfahrzeugs verfügt.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen generato- rischen Bremsmoduls umfasst dieses ein wenigstens teilweise staub- und wasser dichtes Gehäuse. Insbesondere können elektrische und /oder elektronische und/o- der mechanische Teile eines generatorischen Bremsmoduls in einem solchen Ge häuse staub- und/oder wasserdicht gekapselt sein. Gemäss einer Ausführungs- form eines erfindungsgemässen generatorischen Bremssystems verfügt dieses über ein wenigstens teilweise staub- und wasserdichtes Gehäuse das eine Durch- gangsöffnung zur Aufnahme einer Radsatzwelle aufweist, wobei das Gehäuse mit- tels wenigstens einer Rotationsdichtung an die Radsatzwelle anschliesst. Solche Ausführungsformen weisen eine besonders hohe Lebensdauer auf und sind auch unter besonders harschen Umweltbedingungen zuverlässig einsetzbar. Alternativ oder in Ergänzung kann das Gehäuse auch mittels wenigstens einer Rotationsdich- tung an eine wenigstens teilweise im Gehäuse angeordnete Rotor-Anordnung an- schliessen.

Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Radsatz gerichtet, der wenigstens ein generatorisches Bremsmodul wie hierin beschrieben aufweist. Bevorzugt weist der Radsatz wenigstens eine Feststell- und /oder Scheibenbremse in einer der hierin be- schriebenen Art auf.

Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Vollbahn-Schienenfahrzeug gerichtet, umfassend wenigstens ein Bremssystem und/oder wenigstens ein generatorisches Bremsmodul wie hierin beschrieben wird. Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Radsatz für ein Vollbahn-Schienen fahrzeug umfassend wenigstens ein generatorisches Bremsmodul wie hierin be- schrieben gerichtet.

Die vorliegende Erfindung ist auch auf die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs mit einem erfindungsgemässen Bremssystem ge- richtet. Gemäss einem solchen Verfahren umfasst ein Schienenfahrzeug eine Mehrzahl N von Radsätzen, wobei ein Radsatz jeweils ein erstes Rad und ein zweites Rad aufweist, die mit einer Radsatzwelle verbunden sind. Gemäss dem Verfah- ren umfasst das Bremssystem wenigstens ein einer Radsatzwelle zugeordnetes ge- neratorisches Bremsmodul, das dazu eingerichtet ist Rotationsenergie der Radsatz- welle in elektrische Energie umzuwandeln und dadurch das Schienenfahrzeug ab- zubremsen. Gemäss dem Verfahren ist dem generatorischen Bremsmodul wenigstens ein Energiespeichermodul zur Speicherung von elektrischer Energie zugeord- net, wobei während einem Bremsvorgang eine Bremssteuerung die aktuelle elekt- rische Bremsleistung des generatorischen Bremsmoduls sowie die aktuelle Spei- cherkapazität des wenigstens einen Energiespeichermoduls ermittelt. Die Brems- steuerung führt in Abhängigkeit von der aktuellen elektrischen Bremsleistung des generatorischen Bremsmoduls und der aktuellen Speicherkapazität des wenigstens einen Energiespeichermoduls dem Energiespeichermodul einen ersten Teil der vom generatorischen Bremsmodul erzeugten elektrischen Energie zu. Gemäss einer Variante eines solchen Verfahrens ermittelt die Bremssteuerung aus serdem die aktuelle über eine dem wenigstens einen generatorischen Bremsmodul zugeordnete Rückspeisungseinrichtung einem Bahnstromsystem zuführbare elektrischen Leistung. Die Bremssteuerung führt in Abhängigkeit davon sowie von der aktuellen elektrischen Bremsleistung des generatorischen Bremsmoduls und der aktuellen Speicherkapazität des wenigstens einen Energiespeichermoduls der Rückspeisungseinrichtung einen zweiten Teil der vom generatorischen Bremsmo- dul erzeugten elektrischen Energie zu. Gemäss einer Variante eines erfindungsgemässen Verfahrens ermittelt die Brems- steuerung die aktuelle von wenigstens einer dem generatorischen Bremsmodul zu- geordneten Dissipationsvorrichtung aufnehmbare elektrische Leistung. Die Brems steuerung führt in Abhängigkeit davon sowie in Abhängigkeit von der aktuellen elektrischen Bremsleistung des generatorischen Bremsmoduls und der aktuellen Speicherkapazität des wenigstens einen Energiespeichermoduls - und falls vorhan- den der aktuell dem Bahnstromsystem zuführbaren elektrischen Leistung, der we nigstens einen Dissipationsvorrichtung - einen dritten Teil der vom generatori- schen Bremsmodul erzeugten elektrischen Energie zu. Gemäss einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verfahrens ermittelt die Bremssteuerung die elektrische Bremsleistung wenigstens eines, vorzugsweise aber mehrerer, generatorischer Bremsmodule und verändert bei einem Abfallen der elektrischen Bremsleistung eines generatorischen Bremsmoduls den diesem zugeordneten Verbraucherwiderstand. Auf diese Weise kann auf relativ einfache Weise ein ungewolltes Blockieren von Rädern und folgendes Gleiten auf dem Gleis während einem Bremsvorgang verhindert werden. Eine solche Variante eines Ver fahrens ist insbesondere vorteilhaft, wenn auf einer Radsatzwelle sowohl genera- torische Bremsmodule als auch Reibungsbremsen (wie z.B. Scheibenbremsen) und/oder Wirbelstrombremsen angeordnet sind. Alternativ oder in Ergänzung kann die Bremssteuerung auch die von dem wenigstens einen generatorischen Bremsmodul erzeugte elektrische Frequenz und/oder Spannung bzw. Amplitude ermitteln bzw. überwachen. Gemäss einer Variante eines erfindungsgemässen Verfahrens regelt die Bremssteu- erung die Bremsleistung mehrerer generatorischer Bremsmodule derart, dass die Bremsleistung wenigstens eines in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs oder einer Komposition von Schienenfahrzeugen örtlich weiter vorne angeordneten genera- torischer Bremsmoduls höher ist als die wenigstens eines weiter hinten angeordne- ten generatorischen Bremsmoduls. Auf diese Weise kann in gewissen Situationen ein Gleiten von Rädern auf dem Gleis während dem Bremsvorgang vermieden wer- den.22

Anhand der in den nachfolgenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Beschreibung werden Aspekte der Erfindung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 ein Schienenfahrzeug mit einer Variante eines erfindungsgemässen

Bremssystems in einer perspektivischen Ansicht von oben;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Radsatzes für ein erfindungsgemäs- ses Bremssystem in einer perspektivischen Ansicht von oben;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Radsatzes für ein erfindungsge- mässes Bremssystem in einer perspektivischen Ansicht von oben;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Radsatzes für ein erfindungsge- mässes Bremssystem in einer perspektivischen Ansicht von oben; Fig. 5 ein Schienenfahrzeug mit einem erfindungsgemässen Bremssystem in einer Seitenansicht;

Fig. 6 ein Schienenfahrzeug mit einem erfindungsgemässen Bremssystem in einer Unteransicht; Fig. 7 ein Verbund zweier Schienenfahrzeuge mit erfindungsgemässen Bremssystemen in einer Seitenansicht;

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform eines Radsatzes für ein erfindungsge- mässes Bremssystem in einer perspektivischen Ansicht von oben.

Figur 1 zeigt schematisch ein Schienenfahrzeug 40, beispielsweise ein Vollbahn- Passagierwagen, welcher mit einer möglichen Ausführungsform eines erfindungs- gemässen Bremssystems 1 ausgestattet ist. Das Schienenfahrzeug 40 umfasst zwei Drehgestelle 30, auf welchen jeweils zwei Radsätze 1 0 montiert sind. Die Radsätze umfassen jeweils ein erstes Rad 1 1 und ein zweites Rad 1 2, die mit einer Radsatz welle 1 3 verbunden sind. Auf den vier Radsatzwelle 1 3 sind jeweils generatorische Bremsmodule 1 00 angeordnet, welche bei Bedarf Rotationsenergie der Radsatzwellen 1 3 in elektrische Energie umwandeln, was zu ein Abbremsen des Schienen- fahrzeug 40 bewirkt. Die schematisch dargestellten generatorischen Bremsmodule 1 00 verfügen jeweils über eine Stator-Anordnung 1 1 0 sowie eine mit der zugeord neten Radsatzwelle 1 3 drehfest (rotatorisch) wirkverbundene Rotor-Anordnung 1 20. Die Stator-Anordnungen 1 1 0 sind jeweils mit den ihnen zugeordneten Dreh- gestellen 30 mechanisch wirkverbunden (nicht im Detail gezeigt).

Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems 1 umfasst ausserdem ein, im Bereich des Untergestells des Schienenfahrzeugs 40 angeordnetes, Energiespeichermodul 400. Dieses ist mit den generatorischen Bremsmodulen 1 00 elektrisch verbunden und umfasst mehrere Batteriezellen (nicht dargestellt). Das Energiespeichermodul 400 ist so eingerichtet, dass wenigstens ein Teil der während einem Bremsvorgang von den generatorischen Brems- modulen 1 00 generierten elektrischen Energie darin gespeichert werden kann. Die dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems 1 weist ausserdem eine Antriebssteuerung auf (nicht explizit gezeigt), welche im Energie- speichermodul 500 gespeicherte elektrische Energie wieder den generatorischen Bremsmodulen 1 00 zuführen kann. Die generatorische Bremsmodule 1 00 können in einem solchen Betriebszustand als Elektromotoren wirken und die elektrische Energie in Rotationsenergie umwandeln, welche auf die ihnen jeweils zugeordne- ten Radsatzwellen 1 3 übertragen werden. Auf diese Weise kann die zuvor während einem Bremsvorgang in elektrische Energie umgewandelte kinetische Energie des Schienenfahrzeugs 40 wenigstens teilweise zur erneuten Geschwindigkeitszu nahme des Schienenfahrzeugs 40 verwendet werden.

Figur 2 bis Figur 4 zeigen schematisch jeweils unterschiedliche Ausführungsfor- men von Radsätzen 1 0 für ein Schienenfahrzeug mit erfindungsgemäss auf der Radsatzwelle 1 3 angeordneten generatorischen Bremsmodulen 1 00.

Wie in Figur 2 gezeigt kann gemäss einer ersten Ausführungsform ein einzelnes generatorisches Bremsmodul 1 00 einem Radsatz zugeordnet werden. In der ge- zeigten Ausführungsform weist das generatorische Bremsmodul eine Durchgangs- Öffnung zur Aufnahme der Radsatzwelle 1 3 auf. Diese ist so angeordnet, dass die Rotationsachse der vorhandenen Rotor-Anordnung 1 20 bei auf der Radsatzwelle 1 3 montiertem Zustand identisch mit der Rotationsachse der Radsatzwelle 1 3. Auf diese Weise ist eine besonders effiziente Kraftübertragung zwischen der Rotor-An- ordnung 1 20 und der Radsatzwelle 1 3 möglich.

Wie in Figur 3 gezeigt, können erfindungsgemäss auf einer Radsatzwelle 1 3 auch mehrere - hier drei - generatorische Bremsmodule 1 00 angeordnet werden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn hohe Brems- oder Antriebsleistun gen erforderlich sind.

Figur 4 zeigt eine weitere Variante eines Radsatzes 1 0, bei welchem erfindungs- gemäss ein generatorisches Bremsmodul 1 00 sowie parallel dazu eine Scheiben bremse 200 auf derselben Radsatzwelle 1 3 angeordnet sind. Die Scheibenbremse 200 umfasst eine auf der Radsatzwelle angeordnete Bremsscheibe 21 0 sowie eine z.B. an einem Drehgestell (nicht dargestellt) eines Schienenfahrzeugs befestigbare Bremszange 220. Die Scheibenbremse 200 dient dazu bei besonderen Betriebszu- ständen eines Schienenfahrzeugs, alternativ oder zusätzlich zum generatorischen Bremsmodul 1 00, eine bestimmte Bremsleistung über Reibung zur Verfügung zu stellen. Solche besondere Betriebszustände können beispielsweise Notbremsungen oder sehr langsame Fahrgeschwindigkeiten sein. Bei der in Figur 4 schematischen dargestellten Ausführungsform dient die Scheibenbremse 200 zudem gleichzeitig als Feststellbremse 300.

Figur 5 zeigt schematisch ein Schienenfahrzeug 40 mit einer weiteren Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemässen Bremssystems 1 . Das Bremssystem 1 um- fasst vier generatorische Bremsmodule 1 00, welche jeweils an den Radsätzen 1 0 des Schienenfahrzeugs 40 angeordnet sind. Die generatorischen Bremsmodule 400 sind wiederum mit insgesamt zwei Energiespeichermodulen 400 verbunden. Das in der Figur auf der linken Seite gezeigte erste Energiespeichermodul 400 ist am linken Drehgestell 30 angeordnet. Das zweite Energiespeichermodul 400 ist im Bereich des Untergestells des Schienenfahrzeugs 40 angeordnet. Ausserdem ver- fügt die dargestellte Variante eine erfindungsgemässen Bremssystems 1 über zwei Dissipationsvorrichtungen 500, um wenigstens einen Teil der von den generatori- schen Bremsmodulen 1 00 erzeugten elektrischen Energie in thermische Energie umwandeln zu können, falls die erzeugte elektrische Leistung von den Energiespei- chermodulen 400 nicht hinreichend abgenommen werden kann. Eine erste Dissi pationsvorrichtung 500 ist dazu am auf der rechten Seite abgebildeten Drehlager 30 angebracht, wodurch elektrische Energie räumlich relativ nahe zum Ort ihrer Erzeugung in Wärme umgewandelt werden kann und somit die Übertragung hoher elektrischer Ströme in der Nähe von Passagieren weitgehend reduziert werden kann. Eine zweite Dissipationsvorrichtung 500 ist auf der Oberseite des Schienen- fahrzeugs 500 angebracht, wodurch bei Bedarf eine effektive Wärmeübertragung an die umströmende Luft während der Fahrt und auch bei Stillstand des Schienen- fahrzeugs 40 gewährleistet werden kann. Ausserdem verfügt das gezeigt Brems- system 1 über eine Rückspeisungseinrichtung 600 zur Einspeisung wenigstens ei- nes Teils der von den generatorischen Bremsmodulen 1 00 erzeugten elektrischen Energie in eine Fahrleitung 61 0. Ebenfalls ist das erfindungsgemässe Bremssystem so ausgestaltet, dass mittels einer Leistungssteuerung (nicht separat dargestellt), ein Teil der von den generatorischen Bremsmodulen 1 00 erzeugten elektrischen Energie direkt oder indirekt aus einem oder beiden Energiespeichermodulen 400 einem Verbraucher 700 (hier eine Klimaanlage) zur Verfügung gestellt werden kann.

Figur 6 zeigt eine Variante einer erfindungsgemässen Anordnung generatorischer Bremsmodule 1 00 an vier Radsätzen 1 0. Die generatorischen Bremsmodule 1 00 5 sind dabei jeweils in einem ersten Abstand A1 , A2, A3 und A4 zu einer vertikalen Mittelebene E (parallel zur Ebene z/x) zwischen den ersten und dem zweiten Rä- dern 1 1 , 1 2 der ihnen zugeordneten Radsätze 1 0 angeordnet und mit den ent sprechenden Radsatzwelle 1 3 mechanisch wirkverbunden. Dabei sind die Ab stände so gewählt, dass bei einer wie gezeigten Geradeausfahrt des Schienenfahr- 1 o zeugs 40 die Summe erster Abstände A1 , A2, A3 und A4 zu vertikalen Mittelebene

E ungefähr gleich Null. Auf diese Weise kann ein mechanisch vorteilhaftes Bremsen gewährleistet werden.

Figur 7 zeigt einen Verbund 50 bestehend aus zwei Schienenfahrzeugen 40, wo- bei sich das Bremssystem 1 auf über beide Schienenfahrzeuge 40 des Verbunds 50 Ί 5 erstreckt. In beiden Schienenfahrzeugen 40 des Verbunds 50 ist jeweils ein Ener- giespeichermodul 400 angeordnet, welche gemeinsam eine Gruppe von Energie- speichermodulen 400 bilden, der bei Bedarf von jedem der acht generatorischen Bremsmodule 1 00 elektrische Energie zugeführt werden kann.

Figur 8 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen generatorischen 20 Bremsmoduls 1 00 das ein staub- und wasserdichtes Gehäuse 1 30 aufweist. LISTE DER BEZUGSZEICHEN

I Bremssystem 220 Bremszange

1 0 Radsatz 300 Feststellbremse

I I Erstes Rad 400 Energiespeichermodul

5 1 2 Zweites Rad 500 Dissipationsvorrichtung

1 3 Radsatzwelle 20 600 Rückspeisungseinrichtung 30 Drehgestell 61 0 Fahrleitung

40 Schienenfahrzeug 700 Verbraucher

50 Verbund (Komposition) Ai Erster Abstand (generatori0 1 00 Generatorisches Bremsmodul sches Bremsmodul zu Mittel 1 1 0 Stator-Anordnung 25 ebene des zugehörigen Rad 1 20 Rotor-Anordnung satzes)

1 30 Gehäuse E Mittelebene

200 Scheibenbremse

5 21 0 Bremsscheibe