Verfahren und Einrichtung zur Haupt- und Hilfsluftversorgung, insbesondere eines Schienenfahrzeuges

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Haupt- und

Hilfsluftversorgung eines Fahrzeuges mit einem über einen Elektromotor angetriebenen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft für die Befüllung zumindest eines

Hauptluftbehälters zur Versorgung von pneumatischen Aggregaten des Fahrzeuges, wobei das Fahrzeug über mindestens eine erste und zweite Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt wird, und wobei ein pneumatischer Stellantrieb zum Aufrüsten des Fahrzeuges und Aktivierung der ersten Energiequelle mit der vom Kompressor erzeugten Druckluft betrieben wird, indem der Elektromotor des

Kompressors in dieser Phase über die zweite Energiequelle gespeist wird.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf den Schienenfahrzeugbau, nämlich auf elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge, welche

beispielsweise über einen Pantographen die zum Betrieb erforderliche elektrische Energie von einer Oberleitung her abgreifen. Neben dieser ersten Energiequelle besitzten die hier interessierenden Fahrzeuge auch eine zweite Energiequelle, beispielsweise in Form einer Fahrzeugbatterie zur Speicherung von elektrischer Energie, welche zur Versorgung von elektrischen Nebenaggregaten vorgesehen ist, falls die erste Energiequelle nicht zur Verfüng steht. Die vom Kompressor erzeugte Druckluft wird vornehmlich zur Versorgung von pneumatischen Aggregaten, wie einer Fahrzeugbremsanlage, verwendet. Es ist auch denkbar, die vorliegende Erfindung auf nicht-schienengebundene Fahrzeuge, wie Oberleitungsbusse und dergleichen anzuwenden.

Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik wird zur Hilfsluftversorgung neben einem Hauptkompressor gewöhnlich ein sogenannter Hilfsluftkompressor eingesetzt, der die pneumatische Energie für den Stellantrieb des Pantographen und dergleichen bereitstellt. Ein solcher separater Hilfsluftkompressor wird durch die

Fahrzeugbatterie des Schienenfahrzeuges mit elektrischer Energie vesorgt und besitzt gegenüber dem Hauptkompressor eine relativ geringe Förderleistung. Die elektrische Energie der Fahrzeugbatterie ist dabei ausreichend, um den Hilfsluftkompressor elektromotorisch anzutreiben, so dass hinreichend Druckluft zur Hilfsluftversorgung erzeugbar ist.

Aus der DE 10 2013 109 475 A1 geht eine technische Lösung hervor, bei welcher ein solcher separater Hilfsluftkompressor entbehrlich ist, da dessen Funktion von dem Hauptkompressor des Fahrzeuges mit übernommen wird. Zur Hilfsluftversorgung beim Aufrüsten des Fahrzeuges über den Hauptkompressor wird dessen antreibender Elektromotor über einen Frequenzumrichter mit der von der Fahrzeugbatterie

bereitstehenden elektrischen Energie betrieben. Die so erzeugte Antriebsenergie reicht aus, um den Hauptkompressor mit relativ niedriger Drehzahl zu betrieben und die Druckluft zur Hilfsluftversorgung wird von einer Nebenleitung der Druckluftspeiseleitung abgezweigt. Die Hilfsluftabzweigung erfolgt hinter einer dem Hauptkompressor nachgeschalteten Lufttrocknereinheit. Um ein Zurückströmen von Druckluft aus dem Hauptluftbehälter zu verhindern, ist dessen Einlass mit einem Rückschlagventil versehen. Weitere Ventilmittel zur Druckluftabzweigung für den Hilfsluftbehälter sind nicht vorgesehen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Haupt- und Hilfsluftversorgung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass mit einfachen technischen Mitteln eine steuerbare Abzweigung von Hilfsluft zum Aufrüsten des Fahrzeuges ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich einer hierzu korrespondierenden Einrichtung zur Haupt- und Hilfsluftversorgung wird auf Anspruch 5 verwiesen. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Druckluft zum Aufrüsten des Fahrzeuges von einem über die zweite Energiequelle vorzugsweise batteriebetriebenen (Haupt-)Kompressor über eine Schaltventileinrichtung einen dem pneumatischen Stellantrieb des Pantographen oder Hauptschalters zugeordneren Hilfsluftbehälter zugeführt wird. Ansonsten, also nach erfolgtem Aufrüsten und Aktivierung der ersten Energiequelle, wird die vom Kompressor erzeugte Druckluft über die

Schaltventileinrichtung dem Hauptluftbehälter zugeführt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass das

Aufrüsten des Fahrzeuges, also die Herstellung der Betriebsbereitschaft, durch Anlegen beispielsweise eines Pantographen an eine elektrische Oberleitung, auch mit im

Ausgangszustand entleertem Hauptluft- und Hilfsluftbehälter ohne einen seperaten Hilfskompressor erfolgen kann. Indem der Elektromotor des Kompressors

beispielsweise über die Fahrzeugbatterie als zweite Energiequelle gespeist wird, kann der Kompressor mit ausreichender Förderleistung zunächst ventilgesteuert den

Hilfsluftbehälter für den Betrieb des pneumatischen Stellantriebs des Pantographen mit Druckluft befüllen, um den Pantographen hiermit auszufahren. Ist anschließend die erste Energiequelle über den Pantographen angeschlossen, lässt sich der Kompressor mit normaler Förderleistung betreiben und die hiermit erzeugte Druckluft wird über die Schaltventileinrichtung dem Hauptluftbehälter und einer vorzugsweise diesem zugeorderen Hauptluftbehälterleitung zur Verfügung gestellt. Die erfindungsgemäße Schaltventileinrichtung ermöglicht damit eine bedarfsgerechte Druckluftzuleitung, insbesondere in der Betriebsphase des Aufrüstens des Fahrzeuges.

Auch während des normalen Betriebs des Fahrzeuges, also außerhalb des Aufrüstens, kann die Schaltventileinrichtung derart durch den Druck im Hilfsluftbehälter aktiviert werden, dass bei Unterschreitung eines Mindestdrucks im Hilfsluftbehälter dieser mit Druckluft wieder aufgefüllt wird. Ist der Solldruck im Hilfsdruckbehälter erreicht, so kann die Schaltventileinrichtung wieder umgeschaltet werden, so dass wieder der

Hauptluftbehälter bedarfsgesteuert durch die vom Kompressor erzeugte Druckluft befüllbar ist. Diese Maßnahme stellt sicher, dass der Hilfsluftbehälter mit höherer Priorität als der Hauptluftbehälter mit Druckluft befüllt wird. Der Schaltdruck der

Schaltventileinrichtung liegt vorzugsweise unterhalb des Nennversorgungsdrucks des Hauptluftbehälters. Bei einem Nennversorgungsdruck von 8,5 bis 10 bar kann der Schaltdruck beispielsweise bei 7,5 bar liegen.

Alternativ oder zusätzlich hierzu wird vorgeschlagen, die Befüllung des Hilfsluftbehälters mit Druckluft des Hauptluftbehälter vorzumehmen, falls hierin ausreichend Druckluft bevorratet ist. Hierfür kann in einfacher Weise ein zur Schaltventileinrichtung parallel geschaltetes Ventilelement vorgesehen werden, das auch Bestandteil der

Schaltventileinrichtung sein kann. Das parallel geschaltete Ventilelement verbindet unter Umgehung der Schaltventileinrichtung den Hauptluftbehälter mit dem

Hilfsluftbehälter. Im einfachsten Fall kann das Ventilelement als ein federbeaufschlagtes Rückschlagventil mit Durchlassrichtung vom Hauptluftbehälter zum Hilfsluftbehälter ausgebildet sein. Über die Federstärke des Rückschlagventils lässt sich der Schaltdruck einstellen. Gemäß einer alternativen Ausführungform ist es jedoch auch möglich, anstelle eines Rückschlagventils ein anderes mechanisches, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angesteuertes Ventil zu verwenden.

Die erfindungsgegenständliche Schaltventileinrichtung ist vorzugsweise elektrisch angesteuert, wobei die Steuereinheit in diesem Fall ein elektrisches Steuersignal vorgibt. Auch die erfindungsgemäße Schaltventileinrichtung kann stattdessen

mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch angesteuert sein. Es ist insoweit

beispielsweise auch möglich, dass die Schaltventileinrichtung mittels Überströmventil und die Drucksensoren mittels Druckschalter rein mechanisch realisiert sind. In diesem Falle kann eine Steuereinheit, insbesondere eine elektronische Steuereinheit, auch entfallen.

Bei einer elektrisch angesteuerten Schaltventileinrichtung ist die Steuereinheit als eine elektronische Steuereinheit ausgebildet, welche eingangsseitig elektrisch mit einem Drucksensor am Hauptluftbehälter sowie einem Drucksensor am Hilfsluftbehälter verbunden ist. Anstelle von Drucksensoren ist es auch möglich, binär schaltende Druckschalter zu verwenden. Hierdurch verfügt die elektronische Steuereinheit stets über die aktuelle Information des herrschenden Druckniveaus in beiden Behältern und kann je nach Priorität die Druckluftversorgung zum Hilfs- und Hauptluftbehälter steuern, und die elektronische Steuereinheit gibt ein entsprechendes Schaltsignal für die elektrisch ansteuerbare Schaltventileinrichtung aus. Daneben kann über die

elektronische Steuereinheit auch der Elektromotor des Kompressors angesteuert werden.

Vorzugsweise lässt sich die Förderleistung des Kompressors durch einen dem

Elektromotor vorgeschalteten Umrichter mittels Variation von Spannung und/oder Frequenz einstellen. Dies kann entweder variabel oder in festen Stufen erfolgen.

Alternativ hierzu kann die Förderleistung des Kompressors auch durch eine elektrische, pneumatische, hydraulische oder mechanische Betätigung einer Ventileinrichtung, beispielsweise Entlüftungseinrichtung, am Kompressor variiert werden, beispielsweise zwischen Hochdruck- und Niederdruckstufe eines insoweit mehrstufigen

Kolbenkompressors.

Die erfindungsgemäße Schaltventileinrichtung kann gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform als ein 3/2-Wegeventil ausgebildet sein, das in einer ersten

Schaltstellung den vom Kompressor generierten Speisedruck dem Hilfsluftbehälter und in einer zweiten Schaltstellung den vom Kompressor generierten Speisedruck dem Hauptluftbehälter zuführt.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform kann die Schaltventileinrichtung auch als ein 2/2-Wegeventil ausgebildet sein, das in einer geöffneten Schaltstellung den vom Kompressor generierten Speisedruck dem Hauptluftbehälter zuführt und in einer geschlossenen Schaltstellung diese Verbindung absperrt, wobei in Ergänzung hierzu eine permanente Druckluftverbindung vom Kompressor zum Hilfsluftbehälter hin besteht. Bei dieser Ausführungsform hat die Beaufschlagung des Hilfsluftbehalters mit Druckluft Priorität, ohne dass hierfür die Schaltventileinrichtung aktiviert werden muss.

Es sei darauf hingewiesen, dass dem Kompressor zur Druckluftversorgung gewöhnlich eine Lufttrocknereinheit nachgeschaltet ist, die die vom Kompressor aus der

Umgebungsluft erzeugte Druckluft hinreichend trocknet, ehe diese dem weiteren Druckluftsystem zur Verfügung gestellt wird. Die Lufttrocknereinheit kann beispielsweise als ein Adsorbtions-Lufttrockner ausgebildet sein.

Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass aus dem Hilfsluftbehälter heraus beim

Aufrüsten nicht nur der Stellantrieb des Pantographen mit Druckluft beaufschlagt werden kann, sondern zusätzlich hierzu - falls erforderlich - beispielsweise auch ein an sich bekannter pneumatisch ansteuerbarer Hauptschalter zum Durchschalten der Stromzufuhr zum Fahrzeug.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt :

Figur 1 : eine schematische Blockschaltbilddarstellung einer Einrichtung zur Haupt- und Hilfsluftversorgung für ein Schienenfahrzeug mit einer

Schaltventileinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, und Figur 2 : eine schematische Blockschaltbilddarstellung einer Einrichtung zur Haupt- und Hilfsluftversorgung für ein Schienenfahrzeug mit einer

Schaltventileinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Gemäß Figur 1 ist im Rahmen einer Haupt- und Hilfsluftversorgung eines - nicht weiter dargestellten - Schienenfahrzeuges ein Kompressor 1 zur Erzeugung von Druckluft für die Befüllung eines Hauptluftbehälters 3 sowie einer hiermit verbundenen

Hauptluftbehälterleitung 4 vorgesehen. Der Kompressor 1 wird durch einen

Elektromotor 2 angetrieben. Die elektrische Energie für den Antrieb des Elektromotors 2 wird primär über einen Pantographen 5 per Oberleitungsanschluss bezogen. Für eine zweite elektrische Energieversorgung dient eine Fahrzeugbatterie 6. Die elektrische Energieversorgung mittels Pantographen 5 und Fahrzeugbatterie 6 wird über eine elektronische Steuereinheit 7 gesteuert, welche auch einen integrierten Umrichter 8 zur Variation von Spannung und Frequenzen für den Antrieb des Elektromotors 2 enthält. Der Elektromotor 2 ist hier als Drehstrommotor ausgebildet.

Ein den Pantographen 5 zugeordneter pneumatischer Stellantrieb 9 wird zum Ein- und Ausfahren des Pantographen 5 mit der vom Kompressor 1 erzeugten Druckluft betrieben.

Da in der Phase des Aufrüstens des Fahrzeuges, in welcher der Pantograph 5 sich noch in der eingefahrenen Ruheposition befindet, keine elektrische Energie von der Oberleitung zur Verfügung steht, wird der Elektromotor 2 des Kompressors 1 zunächst über die Fahrzeugbatterie 6 mit elektrischer Energie versorgt. Die von der

Fahrzeugbatterie 6 aufbringbare elektrische Energie genügt in dieser Phase des Aufrüstens des Fahrzeuges, um den Kompressor 1 mit geringer Förderleistung zu betreiben, welche zur Aktivierung des pneumatischen Stellantriebs 9 zum Ausfahren des Pantographen 5 ausreicht.

Zu diesem Zweck wird die vom Kompressor 1 batteriebetrieben erzeugte Druckluft über eine Schaltventileinrichtung 10, welche hier als ein elektropneumatisches 3/2- Wegeventil ausgebildet ist, nach Maßgabe der elektrischen Steuereinheit 7 einem Hilfsluftbehälter 1 1 zugeführt, welcher die Druckluft zum Betrieb des pneumatischen Stellantriebes 9 des Pantographen 5 bevorratet. Außerhalb der Phase des Aufrüstens des Fahrzeuges führt die Schaltventileinrichtung 10 die vom Kompressor 1 erzeugte Druckluft dem Hauptluftbehälter 3 des Fahrzeuges zu. Die Befüllung des Hauptluftbehälters 3 des Fahrzeuges erfolgt vorzugsweise bei primärer elektrischer Energieversorgung über den Pantographen 5.

Befindet sich zum Zeitpunkt eines Aufrüstens des Fahrzeuges noch genügend Druckluft zwischen 8,5 bis 10bar im Hauptluftbehälter 3, so kann die Befüllung eines entleerten Hilfsluftbehälters 1 1 auch hieraus erfolgen. Zu diesem Zweck ist ein zur

Schaltventileinrichtung 10 parallel geschaltetes Ventilelement 12 in Form eines

Rückschlagventils mit Durchlassrichtung vom Hauptluftbehälter 3 zum Hilfsluftbehälter 1 1 vorhanden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schaltventileinrichtung 10 elektrisch angesteuert und die elektronische Steuereinheit 7 gibt hierfür das elektrische Schaltsignal vor (Punktlinie). Der elektronischen Steuereinheit 10 wird signaleingangsseitig das

Drucksignal eines ersten Drucksensors 13 am Hauptluftbehälter 3 sowie eines zweiten Drucksensors 14 am Hilfsluftbehälter 1 1 zugeführt (Punktlinien). Hieraus ermittelt die elektronische Steuereinheit 10 nach Maßgabe der vorstehend erläuterten Logik das Schaltsignal für die elektrisch ansteuerbare Schaltventileinrichtung 10 sowie des Kompressors 1 . Hinsichtlich der als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Schaltventileinrichtung 10 wird in einer ersten Schaltstellung der vom Kompressor 1 generierte Speisedruck dem

Hilfsluftbehälter 1 1 - insbesondere in der Phase des Aufrüstens - zugeführt und in einer zweiten Schaltstellung wird der vom Kompressor 1 generierte Speisedruck dem

Hauptluftbehälter 3 zugeführt, um die Hauptluftversorgung des Fahrzeuges

sicherzustellen.

Gemäß der in Figur 2 illustrierten alternativen Ausführungsform ist eine

Schaltventileinrichtung 10' als ein 2/2-Wegeventil ausgebildet. Dieses führt in einer geöffneten Schaltstellung den vom Kompressor 1 generierten Speisedruck dem

Hauptluftbehälter 3 zu. In einer geschlossenen Schaltstellung sperrt die

Schaltventileinrichtung 10' diese Verbindung ab. Außerdem besteht eine permanente Druckluftverbindung vom Kompressor 1 zum Hilfsluftbehälter 1 1 , welche insoweit von der Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 10' unbeeinflusst bleibt. Hierdurch wird eine primäre Druckluftbeaufschlagung des Hilfsluftbehälters 1 1 ohne Ventilbetätigung erzielt.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beiden vorstehend beschriebenen

bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die Schaltventileinrichtung als pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch vorgesteuertes Ventil auszubilden und die Ansteuerung erfolgt mit dem entsprechend passenden Steuermedium. Daneben können

beispielsweise auch anstelle der elektrischen Drucksensoren mechanische

Druckwächter oder dergleichen zur Überwachung des Druckniveaus im

Hauptluftbehälter 3 sowie Hilfsluftbehalter 1 1 Verwendung finden. Ferner kann das der Schaltventileinrichtung 10 bzw. 10' parallel geschaltete Ventilelement auch als aktiv angesteuertes Ventil oder dergleichen ausgebildet sein. Auch hinsichtlich der

Ausbildung des Kompressors mit oder ohne hiermit verbundener Druckluftaufbereitung und Entlüftungseinrichtung besteht im Rahmen des beanspruchten Schutzbereichs keine Beschränkung.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Kompressor

2 Elektromotor

3 Hauptluftbehälter

4 Hauptluftbehalterleitung

5 Pantograph

6 Fahrzeugbatterie

7 Steuereinheit

8 Umrichter

9 Stellantrieb

10 Schaltventileinrichtung

1 1 Hilfsluftbehälter

12 Ventilelement

13 Drucksensor

14 Drucksensor