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Title:
METHOD FOR INFLUENCING THE KINEMATIC BEHAVIOR OF A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/054736
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for influencing the kinematic behavior of a vehicle, in particular a rail vehicle with at least one friction brake system, wherein a brake effect is generated by pressing at least one first friction element (1) and a second friction element (2) against each other. In order to achieve advantageous method conditions, at least temperatures (TS) at least of the first friction element (1) are calculated at least from information on a speed, a brake pressure (p), and an external temperature (TU) of the vehicle and on absolute times (t), and a heat conduction through the at least first friction element (1) and a speed-dependent cooling process of the at least one first friction element (1) are taken into consideration during the calculation. The kinematic behavior of the vehicle is influenced on the basis of said calculation. Advantageously, expensively fitting the friction brake system with sensors for measuring friction element temperatures can be omitted, and the thermal state of the friction brake system can still be estimated with a high degree of precision.

Inventors:
GUTSCHI, Daniela (Kalvarienbergstr. 31b, 8020 Graz, 8020, AT)
KNOLL, Markus (Fahrradstraße 15, Nürnberg, 90429, DE)
SCHINAGL, Gerhild (Sonnenhang 14, 8046 Stattegg, 8046, AT)
Application Number:
EP2017/072996
Publication Date:
March 29, 2018
Filing Date:
September 13, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG ÖSTERREICH (Siemensstraße 90, 1210 Wien, 1210, AT)
International Classes:
B60T13/66; B60T17/22; F16D55/224; F16D65/18
Domestic Patent References:
WO1992000212A11992-01-09
Foreign References:
DE19943352A12001-04-05
EP1950111A22008-07-30
EP1270358A22003-01-02
DE4235364C22000-02-24
Attorney, Agent or Firm:
MAIER, Daniel (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Beeinflussung eines kinematischen Verhaltens eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs mit zumindest einem Reibungsbremssystem, bei dem eine

Bremswirkung durch ein Gegeneinanderdrücken zumindest eines ersten Reibelements und eines zweiten Reibelements erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,

dass zumindest aus Informationen über eine Geschwindigkeit, einen Bremsdruck (p) und eine Außentemperatur (Tg) des

Fahrzeugs sowie über Absolut-Zeiten (t) zumindest

Temperaturen (Ts) zumindest des ersten Reibelements (1) berechnet werden,

dass bei dieser Berechnung eine Wärmeleitung durch das zumindest erste Reibelement (1) sowie eine

geschwindigkeitsabhängige Abkühlung des zumindest ersten Reibelements (1) berücksichtigt werden, und

dass eine Beeinflussung des kinematischen Verhaltens des Fahrzeugs auf Basis dieser Berechnung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung unter Berücksichtigung einer Wärmeleitung durch das zweite Reibelement (2) sowie einer

geschwindigkeitsabhängigen Abkühlung des zweiten Reibelements (2) durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturen (Ts) zumindest des ersten Reibelements (1) für zukünftig durchzuführende Bremsungen des Fahrzeugs prognostiziert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Abstellzeit des Fahrzeugs zumindest Temperaturen (Ts) , die zumindest das erste

Reibelement (1) während dieser Abstellzeit aufgewiesen hat, berechnet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kinematische Verhalten des Fahrzeugs hinsichtlich einer berechneten, zulässigen

Fahrgeschwindigkeit (vmax, therm) des Fahrzeugs beeinflusst wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kinematische Verhalten des Fahrzeugs hinsichtlich einer berechneten, zulässigen

Verzögerung des Fahrzeugs beeinflusst wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kinematische Verhalten des Fahrzeugs hinsichtlich eines berechneten, zulässigen

Fahrprofils des Fahrzeugs beeinflusst wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kinematische Verhalten des Fahrzeugs automatisch beeinflusst wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass Berechnungsergebnisse gegenüber Bedienern des Fahrzeugs zumindest in einer Weise dargestellt werden, dass vor einer Bremsung, für die das Erreichen einer hinsichtlich der thermomechanischen

Beanspruchung zumindest des ersten Reibelements (1)

kritischen Temperatur (TSfkrit) prognostiziert wird, eine Warnung ausgegeben wird.

10. Vorrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet,

dass Mittel, die mit dem Fahrzeug verbunden sind, zur

Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit (v) , des Bremsdrucks (p) , der Außentemperatur (Tg) und zur Zeitaufzeichnung sowie eine Recheneinheit 7, eine mit der Recheneinheit 7 verbundene

Regeleinheit 8 und Datenübertragungseinheiten, die ebenfalls mit dem Fahrzeug verbunden sind und für die Beeinflussung des kinematischen Verhaltens des Fahrzeugs vorgesehen sind, und dass die Mittel zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit (v) , des Bremsdrucks (p) , der Außentemperatur (Tg) und zur

Zeitaufzeichnung mit der Recheneinheit 7 verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, welche zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9 eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet,

dass Mittel, die mit dem Fahrzeug verbunden sind, zur

Darstellung der Berechnungsergebnisse vorgesehen sind, und dass diese Mittel mit der Recheneinheit 7 verbunden sind.

Description:
Verfahren zur Beeinflussung eines kinematischen Verhaltens eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung eines kinematischen Verhaltens eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs mit zumindest einem Reibungsbremssystem, bei dem eine Bremswirkung durch ein Gegeneinanderdrücken zumindest eines ersten Reibelements und eines zweiten

Reibelements erzeugt wird.

Fahrzeuge sind häufig mit Reibungsbremssystemen ausgerüstet, bei denen durch das Gegeneinanderdrücken von Reibelementen eine Bremswirkung auf das Fahrzeug ausgelöst wird, d.h. eine kinetische Energie des Fahrzeugs in Wärme umgewandelt wird. Bekannte Ausführungsformen von Reibungsbremssystemen sind z.B. pneumatische Scheibenbremsen. Pneumatische

Scheibenbremsen umfassen beispielsweise eine auf einem

Radsatz gelagerte Bremsscheibe sowie eine Bremszange mit einem Bremszylinder, einem Gestänge und Bremsbelägen. Der Bremszylinder weist einen Kolben auf, mit dem das

Bremsgestänge betätigt und die Bremsbeläge an die

Bremsscheibe gepresst werden. Der Bremszylinder umfasst Druckluftanschlüsse, über welche der Kolben zur Betätigung des Gestänges mit Druckluft aus einem Druckluftsystem des Fahrzeugs beaufschlagt wird. Das Druckluftsystem weist

Komponenten zur Steuerung und Regelung der Scheibenbremse, wie z.B. Kompressoren, Bremssteuergeräte etc. auf.

Die Umwandlung von kinetischer Energie des Fahrzeugs in Wärme bewirkt eine Temperaturerhöhung der Reibelemente, d.h. für die Scheibenbremse z.B. eine Temperaturerhöhung der

Bremsscheibe und der Bremsbeläge.

Die eingesetzten Materialien dürfen bei den auftretenden Höchsttemperaturen ihre geforderten Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, chemische Beständigkeit etc. nicht verlieren. Insbesondere Bremsbeläge aus organischem Material weisen eine geringe Temperaturbeständigkeit auf, Temperaturen ab ca.

300°C können zu Rauchentwicklung führen. Aus diesen Gründen ist das Risiko einer Überschreitung spezifizierter Maximaltemperaturen von Bremskomponenten zu vermeiden .

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene thermische

Berechnungsmethoden bekannt. So beschreiben Saumweber et. al . in Grundlagen der Schienenfahrzeugbremse des Archivs für Eisenbahntechnik des Hestra- erlags , 1990 auf S. 22ff eine analytische Methode zur Temperaturberechnung unter Einsatz einer eindimensionalen Wärmeleitungsgleichung.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die EP 1 950 111 Bl bekannt, in welcher ein Verfahren zur Bewertung der

Temperatur einer Bremsscheibe offenbart wird, bei dem die Temperatur als Funktion einer Wärmeenergie, einer Masse und einer Wärmekapazität der Bremsscheibe ermittelt wird.

In der DE 199 43 352 AI wird eine Vorrichtung und ein

Verfahren zum Bestimmen der Temperatur von an einem Fahrzeug vorgesehenen Bremselementen gezeigt. Das Verfahren berechnet aus der kinetischen Energie des Fahrzeugs Temperaturen eines Bremssystems und definiert auf dieser Basis zulässige

Fahrgeschwindigkeiten .

Die DE 42 35 364 C2 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen der Temperatur einer Scheibenbremse, wobei aus einem die

Fahrgeschwindigkeit mit der Anpresskraft von Bremsbelägen an eine Bremsscheibe verknüpfenden Lastsignal eine

Temperaturerhöhung sowie aus einer abgeführten Wärmemenge eine Temperatursenkung der Bremse berechnet wird.

Der genannte Ansatz weist in seiner bekannten Form den

Nachteil auf, dass das dem Verfahren zugrundeliegende Modell keine Wärmeleitung durch die Bremsscheibe berücksichtigt und die Abkühlung nicht geschwindigkeitsabhängig berechnet wird, wodurch Rechenergebnisse für die Temperaturerhöhung und Temperatursenkung Ungenauigkeiten aufweisen können. Weiterhin ist das Verfahren so lange aktiv und berechnet Temperaturen, bis die Bremsscheibe Umgebungstemperatur aufweist. D.h. eine die Berechnungen durchführende

Recheneinheit muss gegebenenfalls auch nach dem Abstellen eines Fahrzeugs über eine bestimmte Zeitdauer eingeschaltet bleiben bzw. mit Strom versorgt werden.

Ferner wird eine Warnung ausgegeben, sobald die Berechnung ergibt, dass eine kritische Temperatur der Bremse unmittelbar vorliegt. Es erfolgt keine Prognose über gegebenenfalls zukünftig auftretende kritische Temperaturen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem Verfahren der eingangs genannten Art,

bei dem zumindest aus Informationen über eine

Geschwindigkeit, einen Bremsdruck und eine Außentemperatur des Fahrzeugs sowie über Absolut-Zeiten zumindest

Temperaturen zumindest des ersten Reibelements berechnet werden, wobei bei dieser Berechnung eine Wärmeleitung durch das zumindest erste Reibelement sowie eine

geschwindigkeitsabhängige Abkühlung des zumindest ersten Reibelements berücksichtigt werden, und

bei dem eine Beeinflussung des kinematischen Verhaltens des Fahrzeugs auf Basis dieser Berechnung erfolgt.

Dadurch ergibt sich erstens der Vorteil, dass auf eine konstruktiv aufwendige, wartungsanfällige und teure

Ausstattung des Reibungsbremssystems mit Sensoren zur Messung von Reibelement-Temperaturen verzichtet werden kann, da die Ermittlung von Temperaturen und weiteren Parametern (z.B. aufgrund des thermischen Zustands zulässige

Fahrgeschwindigkeiten, Parameter der Abkühlung etc.) des Reibungsbremssystems rechnerisch auf einer entsprechenden Recheneinheit erfolgt. Eine gute Genauigkeit bezüglich des berechneten thermischen Verhaltens des Reibungsbremssystems ergibt sich weiterhin aufgrund der Berücksichtigung der Wärmeleitung durch das erste Reibelement sowie der geschwindigkeitsabhängigen

Abkühlung des ersten Reibelements.

Darüber hinaus wird über die Erfassung eines Absolut- Zeitsignals der Vorteil erzielt, dass nach einem Zeitraum, in dem das Fahrzeug abgestellt war, unter Einsatz einer

Abkühlfunktion Temperaturen ermittelt werden, die das

Reibungsbremssystem während dieses Abstellzeitraums

aufgewiesen hat und die als Startwerte für

Temperaturberechnungen nach einer Wiederinbetriebnahme des Fahrzeugs eingesetzt werden. Aus diesem Grund kann die

Recheneinheit zum Zeitpunkt des Abstellens des Fahrzeugs ausgeschaltet werden.

Auf Grundlage der Ergebnisse der Temperaturberechnung wird das kinematische Verhalten des Fahrzeugs beeinflusst. Dabei kann nicht nur eine zulässige Maximalgeschwindigkeit, sondern beispielsweise auch ein Fahrprofil definiert werden, wodurch sich eine günstige Flexibilität in Bezug auf

einsatzspezifische Anforderungen ergibt. Insbesondere ist dadurch eine Optimierung des Fahrverhaltens hinsichtlich einer Fahrtdauer, der Fahrgeschwindigkeit etc. unter

Berücksichtigung der thermischen Leistungsfähigkeit des Reibungsbremssystems möglich.

Aufgrund des Verfahrens wird ein Betrieb des Fahrzeugs in bezüglich der thermischen Belastung des Reibungsbremssystems unzulässigen Temperaturbereichen vermieden. Das

Reibungsbremssystem kann entsprechend in einer Weise

ausgelegt werden, dass eine Überdimensionierung von

Komponenten verhindert bzw. erforderliche Sicherheiten reduziert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung erhält man, wenn die

Berechnung unter Berücksichtigung einer Wärmeleitung durch das zweite Reibelement sowie einer geschwindigkeitsabhängigen Abkühlung des zweiten Reibelements durchgeführt wird. Durch diese Maßnahme wird eine weitere Erhöhung der

Genauigkeit bei der rechnerischen Erfassung von thermischen Zuständen des Reibungsbremssystems erzielt.

Es ist günstig, wenn Temperaturen zumindest des ersten

Reibelements für zukünftig durchzuführende Bremsungen des Fahrzeugs prognostiziert werden.

Durch diese Maßnahme können thermische Überlastungen des Reibungsbremssystems lange vor deren Eintreten durch

Beeinflussung des kinematischen Verhaltens des Fahrzeugs vermieden werden .

Eine vorteilhafte Lösung wird erzielt, wenn das kinematische Verhalten des Fahrzeugs automatisch beeinflusst wird.

Durch diese Maßnahme wird eine Reduktion der Arbeitsbelastung eines Fahrzeugführers erreicht. Weiterhin wird das Risiko einer unzureichenden Reaktion des Fahrzeugs auf die Vorgabe eines erforderlichen kinematischen Verhaltens gesenkt.

Es ist günstig, wenn Berechnungsergebnisse gegenüber

Bedienern des Fahrzeugs zumindest in einer Weise dargestellt werden, dass vor einer Bremsung, für die das Erreichen einer hinsichtlich der thermomechanischen Beanspruchung zumindest des ersten Reibelements kritischen Temperatur prognostiziert wird, eine Warnung ausgegeben wird.

Durch diese Maßnahme ergibt sich eine günstige Planbarkeit des Fahrverhaltens. Beispielsweise kann durch einen

Fahrzeugführer bereits vor einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit

festgelegt werden, aus der eine Bremsung ohne Überschreitung der kritischen Temperatur des Reibungsbremssystems möglich ist . Nachfolgend wird die Erfindung anhand von

Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen beispielhaft:

Eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung einer pneumatischen Reibungsbremse mit einer Bremsscheibe und einer Bremszange, Fig. 2: Ein Funktionsschaubild einer beispielhaften

Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein erfindungsgemäßes Verfahren mit Mitteln zur Datenaufzeichnung sowie einer Recheneinheit und einer Regeleinheit, und

Fig. 3: Ein Flussdiagramm einer beispielhaften Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur zyklischen Berechnung von Temperaturen und zulässigen Fahrgeschwindigkeiten sowie zur Beschränkung der Fahrgeschwindigkeit.

Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Ausschnitt aus einem Reibungsbremssystem eines Schienenfahrzeugs zeigt eine pneumatische Scheibenbremse.

Diese umfasst ein erstes Reibelement 1, das als Bremsscheibe ausgeführt ist, die auf einer nicht dargestellten

Radsatzwelle des Schienenfahrzeugs gelagert ist sowie eine Bremszange. Die Bremszange weist ein zweites Reibelement 2 auf, das zwei Bremsbeläge umfasst. Weiterhin weist die

Bremszange einen Bremszylinder 4 mit Druckluftanschlüssen 6 und einem Kolben 5 sowie ein Gestänge 3 auf.

Der Kolben 5 betätigt das Gestänge 3, wodurch die auf dem Gestänge 3 angeordneten Bremsbeläge, d.h. das zweite

Reibelement 2 an die Bremsscheibe, d.h. das erste Reibelement 1 gepresst werden. Über die Druckluftanschlüsse 6 wird der Kolben 5 zur Betätigung des Gestänges 3 mit Druckluft aus einem nicht dargestellten Druckluftsystem des

Schienenfahrzeugs beaufschlagt.

Das DruckluftSystem weist Komponenten zur Steuerung und Regelung des Reibungsbremssystems, wie z.B. Kompressoren, Bremssteuergeräte etc. auf. Das Bremssteuergerät weist eine in Fig. 2 dargestellte Recheneinheit 7 auf, in welcher thermische Berechnungen entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Das Bremssteuergerät ist mit einer nicht dargestellten Fahrzeugsteuerung verbunden. Die Fahrzeugsteuerung umfasst eine in Fig. 2 dargestellte

Regeleinheit 8, mit welcher das kinematische Verhalten des Schienenfahrzeugs aufgrund von Ergebnissen der thermischen Berechnungen beeinflusst wird.

Ein Gegeneinanderdrücken des ersten Reibelements 1 und des zweiten Reibelements 2 verursacht eine Bremswirkung auf das Schienenfahrzeug. Dabei erfolgt eine Umwandlung von

kinetischer Energie des Schienenfahrzeugs in Wärme, wodurch eine Temperaturerhöhung des ersten Reibelements 1 und des zweiten Reibelements 2 verursacht wird.

Ein Lösen des ersten Reibelements 1 und des zweiten

Reibelements 2 voneinander bewirkt eine Reduktion bzw. eine Aufhebung der Bremswirkung auf das Schienenfahrzeug. Dadurch sowie durch eine Wirkung bekannter Wärmeübergangsprinzipien werden die Temperaturen in dem ersten Reibelement 1 sowie in dem zweiten Reibelement 2 reduziert, d.h. das erste

Reibelement 1 und das zweite Reibelement 2 kühlen ab.

Das beschriebene Temperaturverhalten wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet.

Fig. 2 zeigt ein Funktionsschaubild einer beispielhaften Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die für das erfindungsgemäße Verfahren zur Beeinflussung des

kinematischen Verhaltens eines Schienenfahrzeugs eingerichtet ist .

Die Vorrichtung umfasst einen Fahrgeschwindigkeitssensor 10 zur Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit v, einen

Bremsdrucksensor 11 zur Erfassung eines Bremsdrucks p, einen Umgebungstemperatursensor 12 zur Erfassung einer

Umgebungstemperatur Τ σ , ein Zeitmessgerät 13 zur Erfassung einer Absolut-Zeit t sowie eine Anzeigeeinheit 9, die über entsprechende Datenleitungen mit einer Recheneinheit 7 verbunden sind. Der Fahrgeschwindigkeitssensor 10, der

Bremsdrucksensor 11 und der Umgebungstemperatursensor 12 sind in einem nicht dargestellten Fahrwerk des Schienenfahrzeugs angeordnet. Dabei handelt es sich um eine günstige Lösung. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch denkbar, dass die

Fahrgeschwindigkeit v sowie der Bremsdruck p aus einem

Datenbussystem (z.B. Multi Vehicle Bus, MVB) des

Schienenfahrzeugs in die Recheneinheit 7 eingelesen werden. Weiterhin ist es auch vorstellbar, dass der Bremsdruck p aus einer Verzögerung und einer abzubremsenden Masse

näherungsweise bestimmt wird. Die Verzögerung wird dabei beispielsweise durch Differentiation der Fahrgeschwindigkeit v berechnet und die abzubremsende Masse über eine

Lastbremsvorrichtung bestimmt.

Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass statt einer

Fahrgeschwindigkeit v eine Winkelgeschwindigkeit eines Rads bzw. eine Raddrehzahl erfasst und die thermischen Berechnungen mit dieser Winkelgeschwindigkeit bzw. dieser Raddrehzahl durchgeführt werden.

Das Zeitmessgerät 13 sowie die Recheneinheit 7 sind,

implementiert in ein nicht dargestelltes Bremssteuergerät, in einem nicht dargestellten Wagenkasten angeordnet.

Die Recheneinheit 7 empfängt über entsprechende

Datenleitungen von dem Fahrgeschwindigkeitssensor 10 Daten bezüglich der Fahrgeschwindigkeit v, von dem Bremsdrucksensor 11 Daten bezüglich des Bremsdrucks p, von dem

Umgebungstemperatursensor 12 Daten bezüglich der

Umgebungstemperatur Tg sowie von dem Zeitmessgerät 13 Daten bezüglich der Absolut-Zeit t und führt Rechenoperationen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren aus. Unter Einsatz der Fahrgeschwindigkeit v, des Bremsdrucks p, der Umgebungstemperatur u und der Absolut-Zeit t werden gemäß der Beschreibung zu Fig. 3 thermische Zustände des in Fig. 1 dargestellten Reibungsbremssystems sowie eine aufgrund dieser thermischen Zustände zulässige Fahrgeschwindigkeit v max ,therm ermittelt .

Die Recheneinheit 7 ist über entsprechende Datenleitungen mit einer in einer nicht dargestellten Fahrzeugsteuerung

implementierten, in dem Wagenkasten angeordneten Regeleinheit 8 verbunden. Die Regeleinheit 8 beeinflusst das kinematische Verhalten des Schienenfahrzeugs in einer Weise, dass z.B. das Schienenfahrzeug auf eine aufgrund einer thermischen

Berechnung von der Recheneinheit 7 ermittelte und an die Regeleinheit 8 übertragene, zulässige Fahrgeschwindigkeit v max ,therm automatisch abgebremst wird oder eine Beschleunigung über diese zulässige Fahrgeschwindigkeit v max ,therm hinaus verhindert wird.

Die Anzeigeeinheit 9 ist in einem nicht gezeigten Führerstand des Schienenfahrzeugs angeordnet. Auf ihr werden einem

Triebfahrzeugführer aufgrund thermischer Berechnungen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zulässige

Fahrgeschwindigkeiten v max ,therm angezeigt. Für die Darstellung erforderliche Daten werden von der Recheneinheit 7 an die Anzeigeeinheit 9 über entsprechende Datenleitungen

übermittelt .

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass zulässige

Verzögerungen oder zulässige Fahrprofile (zeitliche Abfolgen von Beschleunigungs- und Verzögerungsabschnitten sowie Phasen mit konstanter Fahrgeschwindigkeit v oder Phasen des

Stillstands) angezeigt werden.

Zur Warnung vor einem ungünstigen kinematischen Verhalten des Schienenfahrzeugs im Hinblick auf thermische Zustände des Reibungsbremssystems werden über eine Audio- Ausgabeeinrichtung der Anzeigeeinheit 9 zusätzlich akustische Signale an den Triebfahrzeugführer ausgegeben.

Erfindungsgemäß sind verschiedene Ausführungen und

Anordnungen des Fahrgeschwindigkeitssensors 10, des

Bremsdrucksensors 11, des Umgebungstemperatursensors 12, des Zeitmessgeräts 13, der Anzeigeeinheit 9, der Recheneinheit 7 und der Regeleinheit 8 vorstellbar. Es ist beispielsweise denkbar, die Recheneinheit 7 getrennt von dem

Bremssteuergerät und die Regeleinheit 8 getrennt von der Fahrzeugsteuerung anzuordnen .

Weiterhin ist es auch vorstellbar, dass beispielsweise die Recheneinheit 7 in einem Leitstand angeordnet ist und über Funksignale mit dem Schienenfahrzeug kommuniziert, d.h. z.B. Informationen über dessen Fahrgeschwindigkeit v empfängt und auf Grundlage einer durchgeführten, erfindungsgemäßen thermischen Berechnung Instruktionen zur Beschränkung der Fahrgeschwindigkeit v auf eine zulässige Fahrgeschwindigkeit

V max , therm Sendet.

Ein in Fig. 3 dargestelltes Flussdiagramm beschreibt Schritte einer beispielhaften Variante eines erfindungsgemäßen

Verfahrens zur thermischen Berechnung und Beeinflussung des kinematischen Verhaltens eines Schienenfahrzeugs, die in einer in Fig. 2 gezeigten Recheneinheit 7 und einer

Regeleinheit 8 des Schienenfahrzeugs durchgeführt werden. Für die Durchführung des Verfahrens werden entsprechend der Beschreibung zu Fig. 2 Daten bezüglich einer

Fahrgeschwindigkeit v, eines Bremsdrucks p, einer

Umgebungstemperatur Tg sowie einer Absolut-Zeit t an die Recheneinheit 7 mit einer Frequenz von 4 Hz übertragen, wobei erfindungsgemäß auch andere Frequenzen vorstellbar sind.

Die übertragenen Daten werden bezüglich ihrer Plausibilität geprüft. Sind ein oder mehrere Werte ungültig, so wird das kinematische Verhalten des Schienenfahrzeugs zunächst nicht mehr beeinflusst. Werden diese Werte wieder als gültig deklariert und wird länger als eine bestimmte Zeitdauer während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs keine Bremsung mit einem in Fig. 1 dargestellten ersten Reibelement 1

durchgeführt, werden auf Grundlage eines Neustarts der thermischen Berechnung mit einer Starttemperatur

(beispielsweise die zum Zeitpunkt des Neustarts aktuelle Umgebungstemperatur Tg) wieder Temperaturen T s des ersten Reibelements 1 berechnet und das kinematische Verhalten des Schienenfahrzeugs wird gegebenenfalls wieder beeinflusst. Mit der Fahrgeschwindigkeit v und dem Bremsdruck p wird ein Energieeintrag in ein in Fig. 1 dargestelltes erstes

Reibelement 1 (eine Bremsscheibe) berechnet, d.h. die aufgrund einer Bremsung in das erste Reibelement 1

eingeleitete Energie.

Mit dieser Energie sowie der Umgebungstemperatur Tg und der Absolut-Zeit t wird eine Energiebilanz gebildet, eine

Wärmeverteilung zwischen dem ersten Reibelement 1 und dem zweiten Reibelement 2 sowie innerhalb des ersten Reibelements 1 berechnet und eine Wärmeabgabe an eine Umgebung des

Schienenfahrzeugs ermittelt.

Es werden dabei die Wärmeleitung durch das erste Reibelement 1 sowie dessen geschwindigkeitsabhängige Abkühlung

berücksichtigt. Erfindungsgemäß ist es zur weiteren

Verbesserung der Genauigkeit der thermischen Berechnung auch möglich, die Wärmeleitung durch ein in Fig. 1 dargestelltes zweites Reibelement 2 (Bremsbeläge) sowie dessen

geschwindigkeitsabhängige Abkühlung zu berücksichtigen. Bei der Ermittlung der Energiebilanz, der Wärmeverteilungen sowie der Wärmeabgabe werden aus dem Stand der Technik bekannte Methoden eingesetzt.

Eine Temperatur T s des ersten Reibelements 1 (die

Bremsscheibentemperatur) wird zyklisch mit einer Frequenz von 4 Hz, wobei erfindungsgemäß auch andere Frequenzen

vorstellbar sind, aus der Wärmeverteilung und der Wärmeabgabe unter Berücksichtigung gespeicherter Temperaturen T s , n -i des ersten Reibelements 1 aus früheren Zeitschritten der

Berechnung sowie der Umgebungstemperatur Τ σ bestimmt.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, Temperaturen T B des zweiten Reibelements 2 zu berechnen.

Aus der berechneten Temperatur T s des ersten Reibelements 1 und einer Temperaturprognose für zukünftige Bremsungen des Schienenfahrzeugs mit vordefinierten Parametern (z.B. mit einer vordefinierten Verzögerung) wird jene zulässige

Fahrgeschwindigkeit v max ,therm berechnet, aus der eine derart vordefinierte Bremsung noch möglich ist, ohne eine für das erste Reibelement 1 spezifizierte, kritische Temperatur T s , krit zu überschreiten. Für v max ,therm ist ein unterer Grenzwert definiert, um betrieblich unrealistische

Fahrgeschwindigkeitsvorgaben bzw .

Fahrgeschwindigkeitsvorgaben von kleiner oder gleich 0 m/s für das Schienenfahrzeug zu vermeiden. Dieser untere

Grenzwert wird in einer Weise festgelegt, dass die kritische Temperatur T s , krit des ersten Reibelements 1 bei Durchführung von vordefinierten Bremsungen, anschließender Beschleunigung auf diesen unteren Grenzwert und erneuter Bremsung nicht überschritten wird, d.h. es stellt sich bei Einhaltung dieses Fahrspiels eine Temperatur T s des ersten Reibelements 1 ein, die sich im Mittel nicht mehr ändert.

Ist die zulässige Fahrgeschwindigkeit v max ,therm kleiner als eine nominale Höchstgeschwindigkeit v max , nom des

Schienenfahrzeugs, so wird die zulässige Fahrgeschwindigkeit max, therm von der Recheneinheit 7 an die Regeleinheit 8 übermittelt, um die Fahrgeschwindigkeit v des

Schienenfahrzeugs auf die zulässige Fahrgeschwindigkeit v max ,therm zu beschränken.

Die Einhaltung dieser zulässigen Fahrgeschwindigkeit v max ,therm wird von der Regeleinheit 8 überwacht, eine

Geschwindigkeitsüberschreitung verhindert bzw. bei

Überschreitung der zulässigen Fahrgeschwindigkeit v max ,therm wird das Schienenfahrzeug automatisch auf diese abgebremst. Auf einer Anzeigeeinheit 9 in einem Führerstand wird, entsprechend der Beschreibung zu Fig. 2, die zulässige

Geschwindigkeit v max ,therm angezeigt und vor deren

Überschreitung ein optisches und akustisches Warnsignal ausgegeben .

Erfindungsgemäß ist es auch vorstellbar, dass die

Fahrgeschwindigkeit v nicht automatisch beeinflusst wird, sondern die Anzeigeeinheit 9 lediglich eine Instruktion zur Einhaltung der zulässigen Fahrgeschwindigkeit v max ,therm ausgibt, die durch manuelle Eingriffe eines

Triebfahrzeugführers umzusetzen ist.

Die Berechnung der zulässigen Fahrgeschwindigkeit v max ,therm sowie die gegebenenfalls erforderliche Beschränkung der Fahrgeschwindigkeit v erfolgt zyklisch mit einer Frequenz von 4 Hz, wobei erfindungsgemäß auch andere Frequenzen

vorstellbar sind.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass eine zulässige Verzögerung berechnet und deren Einhaltung von der

Regeleinheit 8 überwacht wird. Es sind auch Kombinationen denkbar, d.h. z.B. die Berechnung und Überwachung einer zulässige Verzögerung sowie einer darauf abgestimmten zulässigen Fahrgeschwindigkeit v max ,therm-

Weiterhin ist auch die Berechnung und Überwachung eines zulässigen Fahrprofils (zeitliche Abfolgen von

Beschleunigungs- und Verzögerungsabschnitten sowie Phasen mit konstanter Fahrgeschwindigkeit v oder Phasen des Stillstands) denkbar . War das Schienenfahrzeug über einen Zeitraum abgestellt, so wird nach dessen Wiederinbetriebnahme unter Einsatz des oben beschriebenen Verfahrens und der genannten Parameter, insbesondere der Absolut-Zeit t und einer zum Zeitpunkt des Abstellens gespeicherten Temperatur T s , n _i des ersten

Reibelements 1, einer gespeicherten Absolut-Zeit t n -i etc. eine Temperatur T s ermittelt, die das erste Reibelement 1 am Ende dieses Abstellzeitraums bzw. zum Zeitpunkt der

Wiederinbetriebnahme aufgewiesen hat. Hierbei wird die Abkühlung des ersten Reibelements 1 mittels einer nach aus dem Stand der Technik bekannten Methoden vordefinierten Abkühlfunktion bei Stillstand des Schienenfahrzeugs, einer gespeicherten Umgebungstemperatur T üfn -i zum Zeitpunkt des Abstellens und der Umgebungstemperatur Τ σ zum Zeitpunkt der Wiederinbetriebnahme des Schienenfahrzeugs berechnet. Die berechnete Temperatur T s des ersten Reibelements 1 wird als ein Startwert für thermische Berechnungen nach der

Wiederinbetriebnahme des Schienenfahrzeugs eingesetzt.

Die Recheneinheit 7 kann daher mit dem Schienenfahrzeug ausgeschaltet werden und muss nicht separat mit Strom versorgt werden. Da die Recheneinheit 7 eine

Stromversorgungseinheit aufweist, ist es jedoch vorstellbar, auch während eines Abstellzeitraums des Schienenfahrzeugs Temperaturberechnungen durchzuführen .

Erfindungsgemäß ist es vorstellbar, mittels einer

Abkühlfunktion auch die Abkühlung des zweiten Reibelements 2 zu berücksichtigen und Temperaturberechnungen bezüglich des zweiten Reibelements 2 durchzuführen. Wenn über einen definierten Zeitraum keine

Verzögerungsbremsung des Schienenfahrzeugs stattfindet oder die Abstellzeit (Ausschaltzeit der Recheneinheit 7) länger als über einen definierten Zeitraum andauert, so wird die Temperaturberechnung neu initialisiert. Als Starttemperatur wird die zum Zeitpunkt der neuerlichen Initialisierung aktuelle Umgebungstemperatur Τ σ eingesetzt. Liste der Bezeichnungen

1 Erstes Reibelement

2 Zweites Reibelement

3 Gestänge

4 Bremszylinder

5 Kolben

6 Druckluftanschlüsse

7 Recheneinheit

8 Regeleinheit

9 Anzeigeeinheit

10 Fahrgeschwindigkeitssensor

11 Bremsdrucksensor

12 Umgebungstemperatursensor

13 Zeitmessgerät p Bremsdruck

t Absolut-Zeit

t n -i Gespeicherte Absolut-Zeit

T s Temperatur des ersten Reibelements

T s ,n_i Gespeicherte Temperatur des ersten Reibelements

T s , kri t Kritische Temperatur des ersten Reibelements

T B Temperatur des zweiten Reibelements

Τ σ Umgebungstemperatur

Tg, n_i Gespeicherte Umgebungstemperatur

v Fahrgeschwindigkeit

v max ,nom Nominale Höchstgeschwindigkeit

v max ,therm Zulässige Fahrgeschwindigkeit