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Title:
COMPRESSED-AIR SYSTEM FOR USE IN A RAIL VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/086827
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a compressed-air system for use in a rail vehicle, which comprises a compressor for producing compressed air in the compressed-air system, at least two compressed-air accumulators, a pneumatic engine starter for starting a diesel engine, and a compressed-air line system. The at least two compressed-air accumulators have a main compressed-air vessel and a starter compressed-air vessel, wherein the compressed-air line system connects the compressor, the at least two compressed-air accumulators and the pneumatic engine starter to each other in such a way that compressed air produced by the compressor is stored in the main compressed-air vessel and that compressed air can be conducted from the starter compressed-air vessel to the pneumatic engine starter. According to the invention, the main compressed-air vessel and the starter compressed-air vessel are connected to each other by means of the compressed-air line system and by means of a controllable valve in such a way that compressed air can be exchanged between the main compressed-air vessel and the starter compressed-air vessel, wherein the valve can be controlled in such a way that the compressed air can be conducted selectively from the main compressed-air vessel into the starter compressed-air vessel or from the starter compressed-air vessel into the main compressed-air vessel.

Inventors:
STOFF, Helmut (Nüchternbrunnweg 2a, Warngau, 83627, DE)
Application Number:
EP2017/076473
Publication Date:
May 17, 2018
Filing Date:
October 17, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
F02N9/04; B61C9/00; F02B21/00; F02N7/00; F15B21/00
Domestic Patent References:
WO1995023919A11995-09-08
WO2015028291A22015-03-05
Foreign References:
US3967132A1976-06-29
DE102008056479A12010-05-06
AT388900B1989-09-11
DE102014215567A12016-02-11
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Druckluftsystem (10) zur Verwendung in einem Schienenfahrzeug, umfassend

· einen Kompressor (500) zur Erzeugung von Druckluft in dem DruckluftSystem,·

• zumindest zwei Druckluftspeicher (110, 120), wobei die

Druckluftspeicher (110, 120) einen Hauptdruckluftbehälter (120) sowie einen Starterdruckluftbehälter (110) umfassen; · einen pneumatischen Motorstarter (300) zum Starten eines Dieselmotors; sowie

• ein Druckluftleitungssystem (130), wobei das Druckluftlei¬ tungssystem (130) den Kompressor (500), die zumindest zwei Druckluftspeicher (110, 120), und den pneumatischen Motor- Starter (300) derart miteinander verbindet, dass einerseits vom Kompressor (500) erzeugte Druckluft in dem Hauptdruckluftbehälter (120) gespeichert werden kann, und dass ande¬ rerseits Druckluft vom Starterdruckluftbehälter (110) zum pneumatischen Motorstarter (300) geleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass

der Hauptdruckluftbehälter (120) und der Starterdruckluftbehälter (110) derart über das Druckluftleitungssystem (130) sowie über zumindest ein regelbares Ventil (200) miteinander verbunden sind, dass Druckluft zwischen dem Hauptdruckluftbe- hälter (120) und dem Starterdruckluftbehälter (110) ausgetauscht werden kann, wobei das Ventil (200) derart regelbar ist, dass die Druckluft wahlweise aus dem Hauptdruckluftbe¬ hälter (120) in den Starterdruckluftbehälter (110) oder aus dem Starterdruckluftbehälter (110) in den Hauptdruckluftbe- hälter (120) geleitet werden kann.

2. Druckluftsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das regelbare Ventil (200) ein 2/2-Magnetventil ist, welches dazu ausgelegt ist, den Starterdruckluftbehälter (110) gegenüber dem Hauptdruckluftbehälter (120) technisch luftdicht abzuriegeln.

3. Druckluftsystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das regelbare Ventil (200) ein Magnetven¬ til in Schrägsitzbauweise ist. 4. Druckluftsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Motorstar¬ ter (300) dazu ausgelegt ist, einen Dieselmotor des Schienenfahrzeugs mit Druckluft zu starten, welche dem pneumatischen Motorstarter (300) aus dem Starterdruckluftbehälter (110) zu- geführt wird.

5. Schienenfahrzeug, insbesondere Diesellokomotive, aufwei¬ send ein Druckluftsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Verfahren für die Druckluftspeicherung bei Schienenfahrzeugen, umfassend die Schritte

• Bereitstellen eines Kompressors (500);

• Bereitstellen eines Hauptdruckluftbehälters (120);

· Bereitstellen eines Starterdruckluftbehälters (110);

• Bereitstellen eines pneumatischen Motorstarters (300); und

• Bereitstellen eines Druckluftsystems (10), wobei das Druck¬ luftleitungssystem (130) den Kompressor (500), die zumindest zwei Druckluftspeicher (110, 120), und den pneumati- sehen Motorstarter (300) derart miteinander verbindet, dass einerseits vom Kompressor (500) erzeugte Druckluft in dem Hauptdruckluftbehälter (120) gespeichert werden kann, und dass andererseits Druckluft vom Starterdruckluftbehälter (110) zum pneumatischen Motorstarter (300) geleitet werden kann,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Hauptdruckluftbehälter (120) und der Starterdruckluftbehälter (110) derart über das Druckluftleitungssystem (130) sowie über ein regelbares Ventil (200) miteinander verbunden sind, dass Druckluft zwischen dem Hauptdruckluftbehälter (120) und dem Starterdruckluftbehälter (110) ausgetauscht werden kann, wobei das Ventil (200) derart regelbar ist, dass die Druckluft wahlweise aus dem Hauptdruckluftbehälter (120) in den Starterdruckluftbehälter (110) oder aus dem Starter- druckluftbehälter (110) in den Hauptdruckluftbehälter (120) geleitet werden kann. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt umfasst, dass Druckluft aus dem Haupt- druckluftbehälter (120) über das regelbare Ventil (200) in den Starterdruckluftbehälter (110) geleitet wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt umfasst, dass Druckluft aus dem Starter- druckluftbehälter (110) zu dem pneumatischen Motorstarter (300) geleitet wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt umfasst, dass der pneumatische Motorstar¬ ter (300) einen Dieselmotor des Schienenfahrzeugs startet.

Description:
Beschreibung

Druckluftsystem zur Verwendung in einem Schienenfahrzeug Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckluftsystem zur

Verwendung in einem Schienenfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 5 und ein Verfahren für die Druckluftspeicherung bei Schienenfahrzeugen nach Anspruch 6.

Im Verkehrswesen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, Omnibussen und Lastkraftwagen, werden beispielsweise Brems- und Federungssysteme verwendet, die mit Druckluft arbeiten.

Viele Druckluftsysteme müssen regelmäßig von außen mit Druck- luft versorgt werden. Eine Versorgung mit Druckluft erfolgt oftmals mittels eines elektrisch betriebenen Kompressors.

Ferner ist bekannt, selbstzündende Brennkraftmaschinen, im Weiteren auch als Dieselmotoren bezeichnet, entweder elekt- risch, beispielsweise über einen aus der Batterie gespeisten elektrischen Anlasser, oder pneumatisch zu starten, abzubremsen oder umzusteuern. Entsprechend werden größere Dieselmoto ¬ ren, die beispielsweise bei Schienenfahrzeugen oder bei

Schiffsmotoren verwendet werden, derart gestartet, dass in einer ersten Betriebsphase ein komprimiertes Fluid, insbeson ¬ dere Druckluft, derart in die Zylinder eingeblasen wird, dass die sich darin befindlichen Kolben in Bewegung versetzt werden und den Dieselmotor antreiben, wobei nach dem Erreichen einer Mindestdrehzahl den Zylindern in einer zweiten Be- triebsphase Brennstoff zugeführt wird und die Zylinder im

Sinne eines weiterführenden Verbrennungsmotor-Betriebes ge ¬ zündet werden. Als komprimiertes Fluid ist insbesondere

Druckluft geeignet, wobei auch andere nicht brennbare Fluide eingesetzt werden können. Nachteilig an bekannten Verfahren zum pneumatischen Starten, Bremsen und Umsteuern von Dieselmotoren ist die Tatsache, dass eine große Menge an unter hohem Druck stehender Druck- luft erforderlich ist. Um das zu gewährleisten, weist ein Druckluftsystem in einem Schienenfahrzeug in der Regel wenigstens einen oder mehrere Druckluftbehälter auf. Während ein Starterdruckluftbehälter normalerweise ausschließlich dem Starten des Dieselmotors zugeordnet ist, sind zum Speichern der während des Betriebes durch den Kompressor erzeugten

Druckluft eigene Speicher, sogenannte Hauptdruckluftbehälter vorgesehen .

Der im Starterdruckluftbehälter abgespeicherte Vorrat an Druckluft sollte zur Durchführung von einer Mehrzahl von

Starts, auch nach längeren Stillstandzeiten, ausreichen. Um dies zu gewährleisten ist bekannt, dass der Starterdruckluft ¬ behälter in jedem Fall dicht sein muss, wobei dies durch spe ¬ zielle hochdichte Magnetventile mit Rückschlagfunktion si- chergestellt wird. Ein hochdichter Starterdruckluftbehälter ermöglicht den Verzicht auf eine Batterie oder einen fremdge ¬ speisten Hilfskompressor. Dabei erweist sich als Nachteil, dass das Volumen des Starterdruckluftbehälters nach dem Start des Dieselmotors im weiteren Betrieb zunächst nicht mehr nutzbar ist, und dass der Starterdruckluftbehälter dem Volumen des Hauptdruckluftbehälters nicht zugerechnet wird. Wäh ¬ rend des Betriebes wird somit lediglich das dem der Haupt- druckluftbehälter zugerechnete Volumen permanent genutzt, wo ¬ hingegen der Starterdruckluftbehälter nur für den Zeitpunkt des Dieselstarts benötigt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Druckluftsystem zur Verwendung in einem Schienenfahrzeug beziehungsweise ein Verfahren für die Druckluftspeicherung bei Schienenfahrzeugen der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die oben genannten Nachteile verbessert und dabei eine umfas ¬ sende, einfache, kostengünstige und zuverlässige Nutzung ei ¬ nes Druckluftsystems in einem Schienenfahrzeug ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Druckluftsystem zur Verwendung in einem Schienenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe weiterhin durch ein Schienenfahrzeug gemäß Anspruch 5 und ausgehend von einem Verfahren für die Druck- luftspeicherung bei Schienenfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 angegebenen Merkmale.

Ein erfindungsgemäßes Druckluftsystem umfasst einen Kompres ¬ sor zur Erzeugung von Druckluft in dem Druckluftsystem, zumindest zwei Druckluftspeicher, einen pneumatischen Motorstarter zum Starten eines Dieselmotors, sowie ein Druckluft ¬ leitungssystem. Die zumindest zwei Druckluftspeicher umfassen einen Hauptdruckluftbehälter sowie einen Starterdruckluftbehälter, wobei das Druckluftleitungssystem den Kompressor, die zumindest zwei Druckluftspeicher, und den pneumatischen Motorstarter derart miteinander verbindet, dass einerseits vom Kompressor erzeugte Druckluft in dem Hauptdruckluftbehälter gespeichert, und dass andererseits Druckluft vom Starter- druckluftbehälter zum pneumatischen Motorstarter geleitet werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Haupt- druckluftbehälter und der Starterdruckluftbehälter derart über das Druckluftleitungssystem sowie über ein regelbares Ventil miteinander verbunden sind, dass Druckluft zwischen dem Hauptdruckluftbehälter und dem Starterdruckluftbehälter ausgetauscht werden kann, wobei das Ventil derart regelbar ist, dass die Druckluft wahlweise aus dem Hauptdruckluftbe- hälter in den Starterdruckluftbehälter oder aus dem Starter- druckluftbehälter in den Hauptdruckluftbehälter geleitet werden kann. Auf diese Weise ist eine funktionale Vereinigung des Starterdruckluftbehälters und des Hauptdruckluftbehälters möglich, wodurch das Gesamtvolumen des Druckluftsystems vergrößert wird, so dass eine betriebliche Nutzung des Gesamtvo ¬ lumens der beiden Behälter durch Zuschalten des Starterdruck- luftbehälters zum Hauptdruckluftbehälter ermöglicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das regelbare Ventil ein 2/2-Magenetventil, welches dazu ausgelegt ist, den Star- terdruckluftbehälter gegenüber dem Hauptdruckluftbehälter technisch weitestgehend luftdicht abzuriegeln. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem regelbaren Ventil um ein Magnetventil in Schrägsitzbauweise, welches geschlossen technisch weitestgehend dicht ist, bezie ¬ hungsweise eine technisch realisierbare und akzeptabel gerin ¬ ge Leckrate aufweist, welches aber geöffnet die in beiden Richtungen nutzbare Verbindung zum Hauptdruckluftbehältervolumen herstellt.

Auf diese Weise ist eine sichere und dauerhafte Speicherung der Druckluft möglich. Ferner kann das Gesamtvolumen der installierten Druckluftbehälter dahingehend erhöht werden, dass das Volumen des Starterdruckluftbehälters und das Volumen des Hauptdruckluftbehälters zusammengefasst werden, wodurch wie ¬ derum eine optimale und integrale Nutzung des insgesamt in ¬ stallierten Luftspeichervolumens ermöglicht wird. Eine Erhö ¬ hung des Gesamtluftvolumens bedeutet, dass die Kompressor- laufzeiten ebenfalls erhöht werden können, wodurch das Risiko einer Kondensatbildung im Öl bei ölgeschmierten Kompressoren reduziert werden kann. Vorteilhafterweise ist der pneumatische Motorstarter dazu ausgelegt, einen Dieselmotor des Schienenfahrzeugs mit Druck ¬ luft zu starten, welche dem pneumatischen Motorstarter aus dem Starterdruckluftbehälter zugeführt wird. Dabei erfolgt das Auffüllen des Starterdruckluftbehälters bzw. die Entnahme aus dem Starterdruckluftbehälter über die Hauptdruckluftbehälterleitung und das regelbare Ventil.

Grundsätzlich kann die Ansteuerung des regelbaren Ventils durch die Steuerung des Schienenfahrzeugs erfolgen, so dass das Ventil bei Erreichen eines unteren Schwellwertes abge ¬ sperrt wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass jederzeit genügend Druckluft für einen Startvorgang im ver ¬ bleibt. Die Erhöhung des Gesamtvolumens bedeutet ferner, dass das Risiko einer Unterschreitung des minimalen Betriebsdruckes bei auftretenden Verbrauchsspitzen reduziert werden kann. Vorteilhafterweise erfolgt die Ansteuerung des regelba ¬ ren Ventils während des Speichervorganges, wobei grundsätz ¬ lich eine automatische Steuerung des Befüll- und Entnahme ¬ vorganges vorgesehen ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann der

Hauptdruckluftbehälter direkt als Starterdruckluftbehälter verwendet werden. Auf diese Weise kann auf einfache Weis eine Gewichts-, Raum- und somit auch eine Kostenersparnis erreicht werden .

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Schienenfahrzeug, insbesondere Diesellokomotive, aufweisend ein Druck- luftsystem gemäß Patentanspruch 4 und ein Verfahren für die Druckluftspeicherung bei Schienenfahrzeugen gemäß Anspruch 5 gelöst . In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Schritt ein Kompressor, in einem zweiten Schritt ein Haupt- druckluftspeichers , in einem dritten Schritt ein Starter- druckluftbehälters , in einem vierten Schritt pneumatischer Motorstarter und in einem fünften Schritt ein Druckluftsystem bereitgestellt. Dabei verbindet das Druckluftleitungssystem den Kompressor, die zumindest zwei Druckluftspeicher, und den pneumatischen Motorstarter derart miteinander, dass einerseits vom Kompressor erzeugte Druckluft in dem Hauptdruck- luftbehälter gespeichert, und dass andererseits Druckluft vom Starterdruckluftbehälter zum pneumatischen Motorstarter geleitet werden kann.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Hauptdruckluftbehäl- ter und der Starterdruckluftbehälter derart über das Druckluftleitungssystem sowie über ein regelbares Ventil miteinander verbunden sind, dass Druckluft zwischen dem Hauptdruckluftbehälter und dem Starterdruckluftbehälter ausgetauscht werden kann, wobei das Ventil derart regelbar ist, dass die Druckluft wahlweise aus dem Hauptdruckluftbehälter in den

Starterdruckluftbehälter oder aus dem Starterdruckluftbehälter in den Hauptdruckluftbehälter geleitet werden kann.

Entsprechend ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren ferner den Schritt umfasst, dass Druckluft aus dem Haupt ¬ druckluftbehälter über das regelbare Ventil in den Starter- druckluftbehälter geleitet wird.

Ferner kann das Verfahren den Schritt umfassen, dass Druck- luft aus dem Starterdruckluftbehälter zu dem pneumatischen Motorstarter geleitet wird. Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den

Schritt, dass der pneumatische Motorstarter einen Dieselmotor des Schienenfahrzeugs startet.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weite ¬ ren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren kombinierbar.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert wird. Das Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung der Er ¬ findung und beschränkt die Erfindung nicht auf die darin an ¬ gegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Es zeigt:

FIG 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Druckluftsystem zur Verwendung in einem Schienenfahrzeug .

Die FIG 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckluftsystems 10 zur Verwendung in einem Schienenfahrzeug. Das Druckluftsystems 10 weist im dargestellten Ausführungsbei ¬ spiel einen Kompressor 500 zur Erzeugung von Druckluft, zumindest zwei Druckluftspeicher 110, 120 einen pneumatischen Motorstarter 300 zum Starten eines Dieselmotors; sowie ein Druckluftleitungssystem 130 auf. Die Druckluftspeicher 110, 120 umfassen in der dargestellten Ausführungsform wenigsten einen Hauptdruckluftbehälter 120 sowie einen Starterdruck- luftbehälter 110. Das Druckluftleitungssystem 130 verbindet unteranderem den Kompressor 500, den Hauptdruckluftbehälter 120, den Starterdruckluftbehälter 110, den pneumatischen Motorstarter 300 und andere nicht im Detail dargestellte pneu ¬ matische Verbraucher 600 miteinander. Die vom Kompressor 500 erzeugte Druckluft wird zum einen im Hauptdruckluftbehälter 120 gespeichert. Ferner wird die Druckluft vom Starterdruck ¬ luftbehälter 110 zum pneumatischen Motorstarter 300 geleitet, wobei der pneumatische Motorstarter 300 den Dieselmotor des Schienenfahrzeugs mit Druckluft startet.

Der Hauptdruckluftbehälter 120 und der Starterdruckluftbehäl ¬ ter 110 ist derart über das Druckluftleitungssystem 130 sowie über ein regelbares Ventil 200 miteinander verbunden, dass Druckluft zwischen dem Hauptdruckluftbehälter 120 und dem Starterdruckluftbehälter 110 ausgetauscht werden kann. Dabei ist das Ventil 200 derart regelbar, dass die Druckluft wahl ¬ weise aus dem Hauptdruckluftbehälter 120 in den Starterdruckluftbehälter 110 oder aus dem Starterdruckluftbehälter 110 in den Hauptdruckluftbehälter 120 geleitet werden kann. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem regelbaren Ventil 200 um ein 2/2-Magnetventil in Schrägsitzbauwei ¬ se, welches grundsätzlich dazu ausgelegt ist, den Starter- druckluftbehälter 110 gegenüber dem Hauptdruckluftbehälter 120 technisch luftdicht abzuriegeln, welches aber geöffnet die in beiden Richtungen nutzbare Verbindung zum Hauptdruck- luftbehältervolumen 120 herstellt.

Die Ansteuerung des regelbaren Ventils 200 erfolgt durch die Steuerung des Schienenfahrzeugs, so dass das Ventil 200 bei Erreichen eines unteren Schwellwertes abgesperrt wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass jederzeit genü ¬ gend Druckluft für einen Startvorgang des Dieselmotors ver ¬ bleibt. Die Erhöhung des Gesamtvolumens bedeutet, dass das Risiko einer Unterschreitung des minimalen Betriebsdruckes bei auftretenden Verbrauchsspitzen reduziert werden kann. Auch die Ansteuerung des regelbaren Ventils 200 während des Speichervorganges kann über die Steuerung erfolgen, wobei grundsätzlich eine automatische Steuerung für einen Befüll- und Entnahmevorgang vorgesehen ist. Dabei ist möglich, dass der Hauptdruckluftbehälters 120 direkt als Starterdruckluft ¬ behälter 110 verwendet werden kann, so dass auf einfache Weis eine Gewichts-, Raum- und somit auch eine Kostenersparnis er ¬ reicht werden kann.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .