Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Bremskraft eines Bremssystems eines Schienenfahrzeuges, insbesondere eines Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeuges, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, insbesondere ein Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeug, das eine solche Einrichtung umfasst.

Bei der Auslegung eines Bremssystems eines Schienenfahrzeuges gilt es unter anderem die Technischen Spezifikationen für die InterOperabilität (TSI) auf der Grundlage der Richtlinie 96/48/EG zu beachten. Diese schreibt unter anderem Grenzwerte für den Rad-Schiene-Kraftschluss, Mindestbremsleistungen sowie maximale Anhaltewege vor. Bei Geschwindigkeiten eines Schienenfahrzeuges oberhalb 200 km/h hat die Bremsauslegung beispielsweise auf Basis eines linear verminderten Kraftschlusses zu erfolgen. Die TSI fordert zudem eine oder mehrere Verzögerungsstufen.

Die Verfügbarkeit der Verzögerungsstufen muss auch im Notbremsfall sichergestellt sein. Zudem darf ein lokaler Systemausfall nicht zu einer Überschreitung der geforderten Anhaltewege fuhren, ferner muss ein Mehrfachausfall oder sogar ein zugweiter Systemausfall sicher ausgeschlossen werden können.

Bei heutigen Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeugen, die im Regelbetrieb Geschwindigkeiten zwischen 330 und 350 km/h erreichen, sind die Bremssysteme in der Regel derart ausgelegt, dass im Notbremsfall ein konstanter Notbremsdruck eingestellt wird, der gewährleistet, dass die geforderten Anhaltewege eingehalten werden. Der eingestellte Notbremsdruck stellt daher in der Regel ein Kompromiss aus maximaler Leistung und maximalem Bremsweg dar. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten im Zeitpunkt der Einleitung des Bremsvorganges kommt es bei Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeugen zu extremen Belastungen des Bremssystems. Insbesondere werden dabei die Bremselemente eines Bremssystems bis an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit beansprucht. Diese umfassen in der Regel wenigstens eine mit der Radachse des Schienenfahrzeugs verbundene Bremsscheibe sowie wenigstens ein weiteres Bremselement, das über eine Betätigungseinrichtung in Reibkontakt mit der Bremsscheibe bringbar ist. Als Betätigungseinrichtung kann ein Bremszylinder vorgesehen sein, der auf eine Bremszange einwirkt, an der Bremsbacken als weitere Bremselemente angeordnet sind. Die Bremszange umgreift die Bremsscheibe, so dass bei Betätigung der Bremszange die Bremsbacken an die Bremsscheibe gepresst werden. Je höher die Fahrzeuggeschwindigkeit bei Einleitung des Bremsvorgangs ist, desto größer ist die Beanspruchung der Bremselemente. Die beim Bremsvorgang in die Bremsscheibe eingetragene Energie wird im Wesentlichen in Wärme umgewandelt. Dabei gilt es eine Überhitzung zu vermeiden, da ansonsten die Bremsscheibe Schaden nehmen könnte. Aus dem Stand der Technik sind daher verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung der

Wärmeentwicklung im Bereich der Bremsscheibe bekannt. Ferner ist bekannt, die Bremselemente aus einem möglichst temperaturunempfindlichen Material herzustellen. In der EP 0 483 719 Al wird beispielsweise ein Mehrscheibenbremssystem für Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeuge vorgeschlagen, deren Bremselemente aus Kohlenstoff bestehen, da Kohlenstoff eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aufweist. Zudem wird vorgeschlagen, das Bremssystem mit einem Kühlkreis zur Wärmeabfuhr auszustatten.

Die Entwicklung befasst sich darüber hinaus aber bereits mit Hochgeschwindigkeitszügen, sogenannten „Very High-Speed" Schienenfahrzeugen, die Reisegeschwindigkeiten von weit mehr als 350 km/h erreichen sollen. Hierfür kann ein Kompromiss aus maximaler Leistung und maximalem Bremsweg nicht mehr gefunden werden. Denn bei einem konstanten Bremsdruck würden entweder die Bremssysteme der Fahrzeuge Schaden nehmen, oder die Bremswege würden zu lang und damit die Vorgaben der TSI nicht mehr eingehalten. Bei sehr hohen Geschwindigkeiten muss daher die Bremskraft während des Bremsvorganges reduziert werden, um einen zu hohen Energieeintrag in die Bremsscheiben zu vermeiden.

Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung der Bremskraft bekannt. Beispielhaft wird hier auf die Druckschrift EP 0 601 681 Al verwiesen, die ein Verfahren und eine Einrichtung zum Einstellen der Bremskraft an Bremsscheiben von Schienenfahrzeugen beschreibt. Die vorgeschlagene Einrichtung soll eine Messung der Bremskraft und gleichzeitig eine Korrektur einer von einem Sollwert abweichenden Bremskraftgröße ermöglichen. Hierzu wird über einen im Bereich des Bremsgestänges angeordneten Bremskraftaufhehmer die tatsächliche Bremskraft gemessen und mit dem Bremskraft-Sollwert in einer Bremssteuerung verglichen sowie analog zum ermittelten Differenzwert der Druck im Bremszylinder verändert. Die Einstellung der Bremskraft dient dabei vorrangig dem Ausgleich von Bremskraftverlusten, beispielsweise bei der Übertragung der Bremskraft vom Bremskraftzylinder auf das Bremsgestänge.

Aus der EP 0 741 065 A2 geht ferner ein geschwindigkeitsabhängiges Bremsverfahren sowie eine hierzu einsetzbare Bremsvorrichtung hervor, die mehrere Sätze von Bremselementen umfasst, die mit einer unterschiedlichen Zahl an Bremselementen bestückt sind und die zeitversetzt in Abhängigkeit von der jeweiligen Anfangsgeschwindigkeit bzw. der noch vorhandenen Restgeschwindigkeit eingesetzt werden. Hierzu kann eine Geschwindigkeitserfassungsleitung vorgesehen sein, die zum Erfassen der Geschwindigkeit mit einem Wandler oder einer Steuerkonsole kommunizieren kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Bremskraft eines Bremssystems für ein Schienenfahrzeug anzugeben, bei dem die Steuerung in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt. Das angegebene Verfahren soll zudem in einfacher Weise die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglichen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Steuereinrichtung für ein Bremssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Ferner werden ein Bremssystem umfassend eine solche Steuereinrichtung sowie ein Schienenfahrzeug mit einem entsprechenden Bremssystem beansprucht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Fahrzeuggeschwindigkeit indirekt über den Fahrtwind ermittelt und zur Ermittlung des Fahrtwindes der Staudruck erfasst. Der erfasste Staudruck wird dann als Schaltdruck oder Steuerdruck an eine Steuereinrichtung weitergeleitet. Die indirekte Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit über den Fahrtwind hat den Vorteil, dass dieser immer zur Verfügung steht und sich hieraus sicher die jeweilige Geschwindigkeit des Fahrzeuges ableiten lässt. Denn der Staudruck steigt proportional mit der Fahrzeuggeschwindigkeit. Zudem stellt der Staudruck eine pneumatisch verarbeitbare Größe dar, so dass zur Verarbeitung pneumatische Bauteile einsetzbar sind, die einfach aufgebaut und damit in der Regel weniger störanfällig sind als beispielsweise entsprechende elektrische oder elektronische Komponenten. Vorzugsweise wird der Staudruck über wenigstens ein Staurohr und/oder eine statische Sonde erfasst. Weiterhin vorzugsweise wird der Staudruck in Fahrtrichtung über wenigstens ein erstes Staurohr und bei einem Wechsel der Fahrtrichtung über wenigstens ein zum ersten Staurohr entgegen gesetzt angeordnetes zweites Staurohr erfasst. Dies erweist sich als vorteilhaft, wenn die Fahrtrichtung häufiger wechselt, wie dies bei Schienenfahrzeugen üblicherweise der Fall ist. Dabei können erstes und zweites Staurohr und/oder die statische Sonde eine Baueinheit bilden. Bevorzugt ist das wenigstens eine Staurohr und/oder die statische Sonde an exponierter Stelle am Fahrzeug angeordnet. Bevorzugt wird eine Anordnung von Staurohr und/oder Sonde im Bereich des Daches eines Schienenfahrzeuges, da dort die Luftströmung die geringste Beeinflussung erfährt und eine Manipulation durch unbefugte Personen weitestgehend ausgeschlossen werden kann.

Gleichwohl bei Hochgeschwindigkeitsfahrten ausgeschlossen ist, dass der Staudruck dauerhaft durch starken Gegen- oder Rückenwind beeinflusst wird, kann es dennoch kurzzeitig, beispielsweise im Bereich von Tunneleinfahrten oder bei Zugbegegnungen im Tunnel, zu Turbulenzen kommen, die zu einer Störung des Staudruck-Geschwindigkeitssignals fuhren könnten. Um dieser Problematik Rechnung zu tragen wird vorgeschlagen, entsprechende den Staudruck beeinflussende Windkräfte und/oder lokale Turbulenzen durch systemische Trägheiten pneumatisch und/oder mechanisch zu filtern.

Eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der erfasste Staudruck an einen Drucksensor und/oder einen Druckschalter zur Freigabe oder zum Blockieren einer Hochgeschwindigkeitsfahrt weitergeleitet wird. Somit wird zunächst die Verfügbarkeit des Systems geprüft und erst bei einem positiven Ergebnis der Prüfung die Hochgeschwindigkeitsfahrt freigegeben. Hierzu erzeugen Drucksensor und/oder Druckschalter ein entsprechendes Signal. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausruhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bremskraft gestuft gesteuert. Vorzugsweise wird hierzu der Staudruck mittels eines Druckübersetzers, beispielsweise über ein Kolbenventil, in einen Schaltdruck und in Abhängigkeit von dem Schaltdruck in einen hohen oder einen niedrigen Steuerdruck übersetzt. Eine derartige Steuerung weist einen besonders einfachen Aufbau auf.

Alternativ hierzu wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform vorgeschlagen, die Bremskraft stufenlos zu steuern. Hierzu wird vorzugsweise der Staudruck über einen Druckübersetzer in einen stufenlosen Steuerdruck übersetzt, so dass bei einem kontinuierlich steigenden Staudruck auch der Steuerdruck kontinuierlich zunimmt.

Unabhängig davon, ob die Steuerung gestuft oder stufenlos erfolgt, weisen beide Verfahren den Vorteil auf, dass die Verarbeitung des Staudrucks im Wesentlichen rein pneumatisch erfolgt. Pneumatische Bauteile erweisen sich als äußerst robust und wenig störanfällig, so dass sie eine hohe Systemsicherheit gewährleisten.

Des Weiteren wird eine Steuereinrichtung für ein Bremssystem eines Schienenfahrzeuges, insbesondere eines Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeuges, zur Steuerung der mittels einer Bremszange auf eine Bremsscheibe übertragenen Bremskraft vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß wenigstens ein Staurohr und/oder eine statische Sonde zur Erfassung des Staudrucks umfasst. Über den Staudruck ist der Fahrtwind und damit indirekt die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelbar. Die Steuerung der Bremskraft erfolgt somit in mittelbarer Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit des Schienenfahrzeuges. Die Steuereinrichtung ist zudem derart ausgelegt, dass die geforderten maximalen Anhaltewege eingehalten und Überbelastungen des Bremssystems vermieden werden. Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise femer wenigstens einen Druckübersetzer zur Verarbeitung des Staudrucks in einen Schaltdruck oder Steuerdruck.

Beansprucht wird ferner ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, insbesondere ein Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeug, mit einer vorstehend beschriebenen Steuereinrichtung zur Steuerung der mittels einer Bremszange auf eine Bremsscheibe übertragenen Bremskraft. Das Bremssystem umfasst wenigstens eine mit einer Radachse des Fahrzeugs verbundene Bremsscheibe als einem ersten Bremselement sowie wenigstens ein weiteres mit der Bremszange verbundenes Bremselement, das über die Bremszange in Reibkontakt mit der Bremsscheibe bringbar ist. Die Bremszange wird dabei bevorzugt über einen Bremszylinder betätigt.

Gegenstand der Erfindung ist schließlich auch ein Schienenfahrzeug, insbesondere ein Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeug, mit einem Bremssystem der vorstehend genannten Art, das eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Steuerung der Bremskraft umfasst.

Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zur zweistufigen Steuerung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zur stufenlosen Steuerung. Der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist der allgemeine Erfindungsgedanke zu entnehmen. Es wird hierin zunächst der Umriss eines Schienenfahrzeuges mit vier Rädern bzw. Radachsen angedeutet. Die dem Schienenfahrzeug zugeordnete Steuereinrichtung umfasst ein erstes außerhalb des Fahrzeugs angeordnetes Staurohr 1 a, das gegen die angedeutete Fahrtrichtung ausgerichtet ist, sowie ein zweites außerhalb des Fahrzeug angeordnetes Staurohr 1 b, das in Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Die beiden Staurohre dienen der Erfassung eines Staudrucks S, der Aufschluss über die jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit gibt. Als Staurohr kann beispielsweise ein Prandtl-Rohr eingesetzt werden, das zudem eine Messung des statischen Druckes S ^" ermöglicht. Bei Verwendung eines einfachen Staurohrs kann zur Messung des statischen Druckes - wie in der Fig. 1 angedeutet - auch zusätzlich eine statische Sonde 2 außen am Fahrzeug angeordnet sein.

Der Staudruck S wird über das Staurohr 1 a oder Ib als Staudruckorgan und über ein Rückschlagventil 3 an die Bremssteuerung 11 weitergeleitet. Die Weiterleitung und Verarbeitung des Staudruckes erfolgt rein pneumatisch. Beeinflussungen der Staudruckgröße durch kurzzeitige starke Windböen oder Turbulenzen wie sie beispielsweise im Bereich von Tunneleinfahrten auftreten können, werden dabei durch systemische Trägheiten pneumatisch herausgefiltert.

Die Bremssteuerung 11 weist neben einen ersten Anschluss für den Staudruck S einen weiteren Anschluss auf, an dem ein Versorgungsdruck A bzw. R anliegt. Des Weiteren ist ein Eingang für ein Steuersignal B vorgesehen, wobei das Steuersignal elektrisch, elektronisch oder pneumatisch vorliegen kann. Über die Bremssteuerung wird ein Bremszylinderdruck C bewirkt, mit dem ein nicht dargestellter Bremszylinder eines Bremssystems beaufschlagt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird -je nach Fahrtrichtung - der über das Staurohr Ia oder Ib und/oder der über die statische Sonde 2 erfasste statische Druck S ^' über ein Rückschlagventil 3 an ein Kolbenventil 7 weitergeleitet, das den Druck in einen Schaltdruck T übersetzt. Der Schaltpunkt ist auf einen zuvor berechneten Bremswert abgestimmt. Je nach Schaltdruck T wird der Bremszylinder über die Bremssteuerung 11 mit einem hohen oder einem niedrigen Steuerdruck beaufschlagt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 erfolgt die Steuerung stufenlos, das heißt der Steuerdruck und damit der Bremszylinderdruck C ist stufenlos veränderbar. Hierzu wird der über das Staurohr Ia oder Ib aufgenommene Staudruck S und/oder der über die statische Sonde 2 aufgenommene statische Druck S ^" über das Rückschlagventil 3 an einen Druckübersetzer 8 zur Übersetzung in einen stufenlosen Steuerdruck T weitergeleitet.

Wie den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, umfassen die Steuereinrichtungen beider Ausführungsbeispiele zudem jeweils wenigstens einen Drucksensor 4a, 4b und einen Druckschalter 5a, 5b, die in Abhängigkeit von dem gemessenen Fahrtwind bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit die Verfügbarkeit des Systems prüfen und bei einem positiven Ergebnis der Prüfung die Freigabe zur Hochgeschwindigkeitsfahrt signalisieren, andernfalls die Freigabe nicht signalisieren und damit eine Hochgeschwindigkeitsfahrt unterbinden. Durch Prüfen der Verfügbarkeit des Systems kann die Gefahr eines lokalen oder zugweiten Systemausfalls während einer Hochgeschwindigkeitsfahrt deutlich reduziert werden.