betriebenen Schienenfahrzeugen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Einsatzes von Schienenbremssystemen, insbesondere Wirbelstrombremssystemen, von in einem Streckennetz betriebenen Schienenfahrzeugen in zumindest einem vorgegebenen Streckenabschnitt.

Bei einer Wirbelstrombremse eines Schienenfahrzeugs werden über einen Elektromagnet Wrbelströme in der Schiene erzeugt. Die Wrbelströme erzeugen ein Magnetfeld, das nach der Lenzschen Regel dem äußeren Feld entgegen wirkt. Die hierdurch entstehende Kraft wirkt auf den Elektromagnet der Wrbelstrombremse und verzögert damit das Schienenfahrzeug. Bei einer Wrbelstrombremse besteht kein Kontakt zwischen dem Bremsmagnet und der Schiene. Die Wrbelstrombremse unterliegt daher keinem Verschleiß, ist geruchs- und lärmfrei und arbeitet unabhängig von dem Kraftschluss zwischen Rad und Schiene. Die Wirbelstrombremse kann somit auch bei nassen Schienen, Laub oder sonstigen Verschmutzungen auf der Schiene zuverlässig eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die Bremskraft der Wirbelstrombremse durch Regelung der Stromzufuhr des Elektromagneten stufenlos geregelt werden, so dass die Wrbelstrombremse auch bei Betriebsbremsungen zum Einsatz kommen kann.

Jedoch wird bei einer Wrbelstrombremse die abzuführende Bremsenergie in den Schienen in Wärme umgewandelt. Durch diesen Energieeintrag wird die Schiene thermisch stark beansprucht. Bei einer Bremsung eines Schienenfahrzeugs mit einer Wrbelstrombremse kann die Temperatur der Schiene um bis zu 5 K steigen. Insbesondere im Sommer können die Schienen bei entsprechend starker Sonneneinstrahlung und mehreren Bremsungen an demselben Streckenpunkt daher Temperaturen erreichen, die derart ho- he mechanische Spannungen in der Schiene verursachen, dass die Lagestabilität der Gleise beeinträchtigt wird. Wirbelstrombremsen kommen bei Betriebsbremsungen derzeit daher nur auf Feste Fahrbahn-Strecken uneingeschränkt zum Einsatz. Darüber hinaus können die von der Wrbelstrombremse bei einer Bremsung erzeugten Magnetfelder Störungen in der am Gleis montierten Sicherungstechnik, wie beispielsweise Achszählern, verursachen, so dass auch in diesen Bereichen der Einsatz von Wrbelstrombremsen nur bedingt möglich ist. Auch Schnellbremsungen mit Magnetschienenbremsen führen zu einer Schienenerwärmung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das es erlaubt, die Einsatzmöglichkeiten von Schienenbremsen, insbesondere Wrbelstrombremsen, zu erweitern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Schienenfahrzeuge bei Einsatz der Schienenbremssysteme, insbesondere Wrbelstrombremssysteme, in dem Streckenabschnitt jeweils einen Ort, Zeit und Bremskraft der jeweiligen Schienenbremsung, insbesondere Wrbelstrom- bremsung, entsprechenden Datensatz an eine zentrale Datensammelstelle übermitteln und basierend auf den innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums für den Streckenabschnitt gesammelten Datensätzen eine für eine Bremsung in dem Streckenabschnitt mit dem Schienenbremssystem, insbesondere Wrbelstrombremssystem, eines den Streckenabschnitt nachfolgend befahrenden Schienenfahrzeugs maximal erlaubte Bremskraft des Schienenbremssystems bzw. Schienenbremskraft, insbesondere Wrbelstrombrems- kraft, bestimmt wird, um eine maximal zulässige Schienentemperatur nicht zu überschreiten.

Setzt ein Schienenfahrzeug in dem vorgegebenen Streckenabschnitt sein Schienenbremssystem ein, kann dieser Einsatz registriert und Ort, Zeit und Bremskraft der Schienenbremsung an die zentrale Datensammelstelle übermittelt werden. Dies erfolgt bei sämtlichen Schienenfahrzeugen, die in dem vorgegebenen Streckenabschnitt eine Schienenbremsung ausführen. Aus den in der zentralen Datensammelstelle gesammelten Informationen bezüglich der bis zu einem jeweiligen Zeitpunkt aufgrund von Schienenbremsungen stattgefundenen Energieeinträge in das Gleis des vorgegebenen Streckenab- Schnitts kann dann eine Bremskraft ermittelt werden, mit der das Schienenbremssystem eines den vorgegebenen Streckenabschnitt nachfolgend befahrenden Schienenfahrzeugs maximal betätigt werden darf, um mit einer weiteren Schienenbremsung eine maximal zulässige Schienentemperatur nicht zu überschreiten. Hierdurch können Schienenbremsen, insbesondere Wirbelstrombremsen, auch für Betriebsbremsungen auf Strecken eingesetzt werden, die bislang für diesen Einsatz nicht freigegeben werden konnten.

Insbesondere gilt, dass die maximal erlaubte Bremskraft des Schienenbremssystems einem maximal erlaubten Bremskraftanteil an einer zulässigen Höchstbremskraft des jeweiligen Schienenbremssystems entspricht. Der maximal erlaubte Bremskraftanteil kann einem beliebigen Wert zwischen 0% und 100% der zulässigen Schienenbremssystem- Höchstbremskraft entsprechen. Erfindungsgemäß kann die Stärke der Schienenbremsung zur Vermeidung zu hoher Wärme- bzw. Energieeinträge in das Gleis auf einen bestimmten Wert begrenzt werden. Es wird demnach nicht nur ermittelt, ob eine Schienenbremsung erfolgen darf, d.h. ob ein Schienenbremssystem ein- oder ausgeschaltet werden soll, sondern es wird vielmehr bestimmt, mit welcher Stärke eine Schienenbremsung erfolgen darf. Nach den Technischen Spezifikationen für die Interoperabilität (TSI) für den europaweiten interoperablen Eisenbahnverkehr beträgt die zulässigen Höchstbremskraft eines Wirbelstrombremssystems eines Schienenfahrzeugs aufgrund der mit einer Wirbelstrombremsung verbundenen Temperaturbelastung der Schiene 360 kN. Diese Begrenzung resultiert letztlich aus einer Betrachtung einer maximal zulässigen Schienentemperatur, einer Anzahl von Bremsungen pro Zeiteinheit in einem Streckenpunkt sowie dem Streckenaufbau eines Schottergleises.

Ein Schienenbremssystem eines Schienenfahrzeugs umfasst zumindest eine Schienenbremse, beispielsweise 16 Schienenbremsen pro Schiene für den Fall eines Zugverbands aus zwei Zügen mit jeweils 8 Wagen, wobei an jedem zweiten Wagen pro Drehgestell eine Schienenbremse vorgesehen ist. Bei dem vorgegebenen Zeitraum handelt es sich insbesondere um einen Zeitraum ab einem vorgegebenen Zeitpunkt. Schienenbremsungen, die vor dem vorgegebenen Zeitpunkt liegen, brauchen bei der Bestimmung der maximal erlaubten Bremskraft des Schienenbremssystems nicht zwingend berücksichtigt zu werden, da die mit diesen Bremsungen verbundenen Temperaturerhöhungen zwischenzeitlich zumindest im Wesentlichen auf null abgeklungen sind. Insbesondere handelt es sich bei einem Schienenbremssystem um ein Wirbelstrom- bremssystem. Grundsätzlich kann es sich bei einem Schienenbremssystem aber auch um ein Magnetschienenbremssystem handeln. Allgemein kann es sich bei einem Schienenbremssystem um ein unabhängig vom Rad/Schiene-Kontakt insbesondere direkt auf die Schiene wirkendes Bremssystem handeln.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die innerhalb des vorgegebenen Zeitraums für den Streckenabschnitt gesammelten Datensätze von der zentralen Datensammelstelle an das den Streckenabschnitt nachfolgend befahrende Schienenfahrzeugs übermittelt werden und die maximal erlaubte Bremskraft des Schienenbremssystems durch das den Streckenabschnitt nachfolgend befahrende Schienenfahrzeug bestimmt wird. Die zentrale Datensammelstelle kann also die Informationen bezüglich der aufgrund von Schienenbremsungen bereits stattgefundenen Energieeinträge auf die Schienenfahrzeuge verteilen, die nachfolgend den vorgegebenen Streckenabschnitt befahren, und die Bestimmung der maximal erlaubten Bremskraft des Schienenbremssystems des jeweiligen Schienenbremssystems erfolgt dann in dem jeweiligen Schienenfahrzeug. Grundsätzlich ist die Auswertung der gesammelten Datensätze und die Bestimmung der maximal erlaubten Bremskraft des Schienenbremssystems aber auch in der zentralen Datensammelstelle möglich, und die maximal erlaubte Bremskraft des Schienenbremssystems wird an das jeweilige Schienenfahrzeug übermittelt.

Bevorzugt wird basierend auf einer Referenztemperatur und den innerhalb des vorgegebenen Zeitraums für den Streckenabschnitt gesammelten Datensätzen eine aktuelle Schienentemperatur für den Streckenabschnitt bestimmt, wobei auf Grundlage der aktuellen Schienentemperatur und der maximal zulässigen Schienentemperatur die maximal erlaubte Bremskraft des Schienenbremssystems bestimmt wird. Bei der Referenztemperatur handelt es sich insbesondere um eine zu einem vorgegebenen früheren Zeitpunkt vorliegende angenommene, geschätzte, ermittelte oder bestimmte Schienentemperatur. Insbesondere kann es sich bei der Referenztemperatur um eine Temperatur handeln, wie sie vorliegt, wenn keine Energieeinträge durch Schienenbremsungen stattfinden. Die gesammelten Datensätze entsprechen den Energieeinträgen, die in dem vorgegebenen Zeitraum stattgefunden haben, aus denen - unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs der Abkühlung der jeweiligen Temperaturerhöhung der Schiene durch die jeweilige Schienenbremsung - eine in dem vorgegebenen Zeitraum insgesamt resultierende Temperaturerhöhung des Schiene berechnet werden kann. Bei der aktuellen Schienentemperatur kann es sich um eine Temperatur handeln, die die Schiene zu dem aktuellen Zeitpunkt höchstens besitzt, wie aus den nachstehenden Erläuterung noch deutlich wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die aktuelle Schienentemperatur gemessen wird. Die maximal erlaubte Bremskraft des Schienenbremssystems kann dann mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden.

Bei der Referenztemperatur kann es sich um eine vorgegebene Temperatur handeln, die die Schiene zu einem vorgegebenen früheren Zeitpunkt, beispielsweise unter Annahme eines heißen Sommertags mit starker Sonneneinstrahlung, höchstens besaß. Die tatsächliche Temperatur der Schiene zu dem vorgegebenen früheren Zeitpunkt kann daher auch niedriger gelegen haben. Der Bestimmung der aktuellen Schienentemperatur wird für diesen Fall ein Worst-Case-Szenario bezüglich Umgebungstemperatur und Energieeintrag durch direkte Sonneneinstrahlung zugrunde gelegt. Vorzugsweise wird jedoch die Umgebungstemperatur in dem Streckenabschnitt gemessen, und basierend auf der Umgebungstemperatur wird die Referenztemperatur bestimmt. Hierdurch kann besser vermieden werden, dass bei der Bestimmung der für das Schienenbremssystem maximal erlaubten Bremskraft des Schienenbremssystems ein geringerer Anteil an der zulässigen Höchstbremskraft des jeweiligen Schienenbremssystems als eigentlich erforderlich erhalten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das den Streckenabschnitt nachfolgend befahrende Schienenfahrzeug eine Bremsanlage mit mehreren verschiedenen Bremssystem-Arten einschließlich des Schienenbremssystems, wobei bei einer Bremsung die Verteilung der Gesamtbremskraft auf die einzelnen Bremssystem- Arten durch eine Bremssteuereinrichtung des Schienenfahrzeugs in Abhängigkeit von der maximal erlaubten Bremskraft des Schienenbremssystems erfolgt. Die bestimmte maximal erlaubte Bremskraft des Schienenbremssystems kann im Rahmen eines Bremskraft- Blending berücksichtigt werden. Für den Fall, dass eine Bremsung mit dem jeweiligen Schienenbremssystem nicht mit der zulässigen Höchstbremskraft erfolgen darf, kann eine Umverteilung auf eine oder mehrere andere Bremssystem-Arten erfolgen. Bei den ver- schiedenen Bremssystem-Arten kann es sich beispielsweise um ein pneumatisches Bremssystem, ein generatorisches Bremssystem, ein hydraulisches Bremssystem, ein Wirbelstrombremssystem und/oder ein Magnetschienenbremssystem handeln.

Vorzugsweise wird der Einsatz des Schienenbremssystems in dem den Streckenabschnitt nachfolgend befahrenden Schienenfahrzeug durch eine Bremssteuereinrichtung des Schienenfahrzeugs automatisch, ohne manuellen Eingriff eines Triebfahrzeugführers, gesteuert. Grundsätzlich kann die bestimmte maximal erlaubte Bremskraft des Schienenbremssystems auch dem Triebfahrzeugführer angezeigt werden, der dann das Schienenbremssystem entsprechend ansteuert.

Der Ort des jeweiligen Schienenfahrzeugs kann beispielsweise durch ein insbesondere globales Navigationssystem, insbesondere GPS, bestimmt werden. Die Übermittlung des jeweiligen Datensatzes von dem jeweiligen Schienenfahrzeug an die zentrale Datensammelstelle und/oder eine Übermittlung der gesammelten Datensätze von der zentrale Datensammelstelle an das den Streckenabschnitt nachfolgend befahrende Schienenfahrzeug kann beispielsweise über ein Mobilfunknetz erfolgen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, insbesondere in dem den Streckenabschnitt nachfolgend befahrenden Schienenfahrzeug, eine digitale Karte vorgesehen, in der das Streckennetz in verschiedene Streckenabschnitte unterteilt ist, die jeweils einer von mehreren Kategorien zugeordnet sind, wobei gemäß einer ersten Kategorie der Einsatz des Schienenbremssystems ohne Einschränkung erlaubt ist, gemäß einer zweiten Kategorie der Einsatz des Schienenbremssystems in Abhängigkeit von der Schienentemperatur erlaubt ist und gemäß einer dritten Kategorie der Einsatz des Schienenbremssystems nicht erlaubt ist. Insbesondere ist der zumindest eine vorgegebene Streckenabschnitt in der digitalen Karte hinterlegt und der zweiten Kategorie zugehörig. Bei der ersten Kategorie kann es sich beispielsweise um Strecken mit Fester Fahrbahn handeln, für die keine thermischen Beschränkungen existieren. Bei der zweiten Kategorie kann es sich beispielsweise um Strecken mit Schottergleisen oder Bereiche mit einem eine gewisse Temperaturverträglichkeit aufweisenden Gleisaufbau handeln. Bei der dritten Kategorie kann es sich beispielsweise um Bereiche mit ungeeigneten Weichen oder keine elektromagnetische Verträglichkeit aufweisenden Signalmitteln handeln. Vorzugsweise erfolgt der Einsatz des Schienenbremssystems in einem einen jeweiligen Streckenabschnitt befahrenden Schienenfahrzeug durch eine Bremssteuereinrichtung des Schienenfahrzeugs in Abhängigkeit von der Kategorie des jeweiligen Streckenabschnitts. Insbesondere kann der Einsatz eines Schienenbremssystems eines jeweiligen Schienenfahrzeugs streckenabhängig gesteuert werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Steuerung des Einsatzes von Schienenbremssystemen, insbesondere Wirbelstrombremssystemen, von in einem Streckennetz betriebenen Schienenfahrzeugen in zumindest einem vorgegebenen Streckenabschnitt, die dazu ausgebildet ist, bei Einsatz des Schienenbremssystems eines Schienenfahrzeugs in dem Streckenabschnitt jeweils einen Ort, Zeit und Bremskraft der jeweiligen Schienenbremsung, insbesondere Wirbelstrombremsung, entsprechenden Datensatz an eine zentrale Datensammelstelle zu übermitteln.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Steuerung des Einsatzes eines Schienenbremssystems, insbesondere Wirbelstrombremssystems, eines einen Streckenabschnitt eines Streckennetzes befahrenden Schienenfahrzeugs, insbesondere wie sie vorstehend beschrieben ist, die dazu ausgebildet ist, basierend auf innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums für den Streckenabschnitt gesammelten Datensätzen, die von den Streckenabschnitt zuvor befahrenden Schienenfahrzeugen an eine zentrale Datensammelstelle übermittelt wurden und jeweils Ort, Zeit und Bremskraft einer jeweiligen Schienenbremsung, insbesondere Wirbelstrombremsung, in dem Streckenabschnitt entsprechen, eine für eine Bremsung in dem Streckenabschnitt mit dem Schienenbremssystem des den Streckenabschnitt befahrenden Schienenfahrzeugs maximal erlaubte Bremskraft des Schienenbremssystems, insbesondere Wrbelstrombremskraft, zu bestimmen.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ergeben sich in analoger Weise aus den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Figurenbeschreibung und in der Zeichnung beschrieben. Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen,

Fig. 1 mehrere in einem Streckenabschnitt befindliche Schienenfahrzeuge,

Fig. 2 die Temperaturerhöhung einer Schiene in Abhängigkeit von der Anzahl der

Wirbelstrombremsungen an einem vorgegebenen Streckenpunkt bei konstanter Zugfolge, und

Fig. 3 den Temperaturverlauf einer Schiene in einem stationären Zustand.

Bei einem Schienenfahrzeug sind bei der Verwendung einer Wirbelstrombremse verschiedene, streckenseitige Randbedingungen zu beachten, die den Einsatz der Wirbelstrombremse wesentlich beeinflussen. Insbesondere darf eine Wrbelstrombremse nicht eingesetzt werden, wenn durch deren Einsatz die Gefahr einer nicht zulässigen Temperaturerhöhung im Gleis besteht, wie es beispielsweise an Streckenpunkten, an denen mit der Taktfrequenz einer Zugfolge regelmäßig gebremst wird, auftreten kann.

Um ein Übersteigen der maximal zulässigen Schienentemperatur in einem Streckenabschnitt 1 1 durch Wrbelstrombremsungen zu vermeiden, ist vorgesehen, einen jeweiligen Einsatz des Wrbelstrombremssystems eines den Streckenabschnitt 11 in einer Fahrtrichtung 23 befahrenden Schienenfahrzeugs 13 in dem jeweiligen Streckenabschnitt 11 zu registrieren und eine entsprechende Information bzw. einen entsprechenden Datensatz in Form des Orts, des Zeitpunkts und der Bremskraft der Bremsung an eine zentrale Datensammelstelle 15, beispielsweise ein Back Office, zu übermitteln (Fig. 1). Der Ort der Bremsung kann beispielsweise mittels eines in dem jeweiligen Schienenfahrzeug 13 vorgesehenen GPS-Moduls ermittelt werden. Die zentrale Datensammelstelle 15 erhält derartige Datensätze von allen Schienenfahrzeugen 13 mit Wirbelstrombremssystemen, die den Streckenabschnitt 1 1 befahren. Die zentrale Datensammelstelle 15 kann diese Datensätze dann wieder an alle Schienenfahrzeuge 17 verteilen, die den Streckenabschnitt 1 1 nachfolgend befahren. Die Kommunikation zwischen den Schienenfahrzeugen 13, 17 und der zentralen Datensammelstelle 15 kann beispielsweise über ein Mobilfunknetz erfolgen. Die gesammelten Datensätze entsprechen einer Historie der bisherigen thermi- sehen Belastung des Streckenabschnitts 11 und lassen daher Rückschlüsse auf die aktuelle Schienentemperatur in dem Streckenabschnitt 11 zu.

Im Übrigen haben auch die Schienenfahrzeuge 13 derartige gesammelte Datensätze erhalten, und auch die Schienenfahrzeuge 17 werden bei Einsatz ihres jeweiligen Wirbelstrombremssystems einen derartigen Datensatz an die zentrale Datensammelstelle 15 übermitteln. Die Schienenfahrzeuge 13, 17 stehen daher jeweils in einer bidirektionalen Kommunikation mit der zentralen Datensammelstelle 15.

Aus den von der zentralen Datensammelstelle 15 erhaltenen Datensätzen kann das jeweilige Schienenfahrzeug 17 berechnen, mit welcher maximalen Bremskraft das Wir- belstrombremssystem in dem Streckenabschnitt 1 1 eingesetzt werden darf, um eine vorgegebene, maximal zulässige Schienentemperatur nicht zu überschreiten. Die maximal erlaubte Wirbel ström brems kraft kann dann im Rahmen eines Bremskraftblendings, d.h. der Verteilung der Gesamtbremskraft, mit der das Schienenfahrzeug 17 gebremst werden soll, auf die verschiedenen Bremskraftsysteme des Schienenfahrzeugs 17, automatisch berücksichtigt werden. Ist in dem Streckenabschnitt 11 eine Wrbelstrombremsung mit der zulässigen Höchstbremskraft nicht erlaubt, kann eine teilweise oder vollständige Umverteilung beispielsweise auf ein elektrisches Bremssystem oder ein Reibungsbremssystem erfolgen. Dieses Verfahren ist sowohl bei Schnellbremsungen als auch bei Betriebsbremsungen anwendbar, da das Schienenfahrzeug 17 bzw. dessen Bremsanlage vorab darüber informiert wird, welche Bremssysteme im Falle einer Bremsung verwendet werden können oder dürfen. Mit diesem Verfahren wird die Verwendung von wirbelstromgebrems- ten Schienenfahrzeugen auf den meisten Altbaustrecken sowie den Neubaustrecken ermöglicht.

Die Berechnung der maximalen Bremskraft des Wrbelstrombremssystems erfolgt auf der Grundlage der aktuellen Schienentemperatur und der maximal zulässigen Schienentemperatur.

Die mit einer Wirbelstrombremsung verbundene Temperaturerhöhung AT in der Schiene kann nach folgender Gleichung berechnet werden: (1) AT = ⁿ * ^Fmax _|

P _s *A _s *c _s wobei n der Anzahl der Wirbelstrombremsen des Wirbelstrombremssystems, F _max der maximalen Bremskraft einer Wrbelstrombremse, p _s der Dichte der Schiene, A _s der Querschnittsfläche der Schiene und c _s der spezifischen Wärmekapazität der Schiene entspricht.

Beispielsweise ergibt sich bei einer zulässigen Höchstbremskraft des Wrbelstrombrems- systems des Schienenfahrzeugs von z.B. 240 kN bzw. 120 kN pro Schiene, 8 Wirbelstrombremsen pro Schiene, d.h. einer maximalen Bremskraft F _max von 15 kN pro Wirbelstrombremse pro Schiene, einer Dichte p _s von 7800 kg/m ³ , einer Querschnittsfläche A _s von 0,007689 m ² und einer spezifischen Wärmekapazität c _s von 462 J/kgK eine Temperaturerhöhung Δ7 νοη 4,3 K.

Sofern der Differenz zwischen der maximal zulässigen Schienentemperatur und der aktuellen Schienentemperatur kleiner ist als die Temperaturerhöhung Δ7, kann mit der vollen zulässigen Höchstbremskraft des Wrbelstrombremssystems gebremst werden. Sofern dies nicht der Fall ist, kann nur mit einer Bremskraft gebremst werden, die lediglich einem Teil der zulässigen Höchstbremskraft entspricht. Beträgt die vorgenannte Differenz beispielsweise 2 K, kann durch entsprechende Umstellung der Gleichung (1) die für eine Bremsung maximal erlaubte Wrbelstrombremskraft pro Wrbelstrombremse ermittelt werden.

Die aktuelle Schienentemperatur wird basierend auf einer Referenztemperatur und den vorgenannten gesammelten Datensätzen bestimmt. Hierbei werden die Verläufe der Temperaturerhöhungen, die aus den einzelnen Wrbelstrombremsungen resultieren, überlagert, um eine maximale Gesamttemperaturerhöhung zu bestimmen, die zu der Referenztemperatur addiert wird.

Die maximale Gesamttemperaturerhöhung AT _maXiN ergibt sich bei einer konstanten Zufolge und unter der Annahme, dass die einzelnen Wrbelstrombremsungen an demselben Streckenpunkt und mit gleicher Bremskraft erfolgt sind, aus den folgenden Gleichungen: β ^Ν -ι

(2) AT _maXiN = AT * - -^ , und

(3) ß = e ^{~ *d} , wobei N der Anzahl der Bremsungen, a einem Abkühlungskoeffizienten [1/s] und d einer Zugfolgezeit entspricht.

Bei einer konstanten Zugfolge von beispielsweise 20 min, einem Abkühlungskoeffizienten a von 0,275*10 ^"3 1/s und einer mit einer Wirbelstrombremsung verbundenen Temperaturerhöhung AT von 4,3 K ergibt sich beispielsweise die in Fig. 2 dargestellte maximale Gesamttemperaturerhöhung AT _maXiN in Abhängigkeit von der Anzahl der Bremsungen N.

Für den stationären Zustand der Schiene nach unendlich vielen Bremsungen bei konstanter Zugfolge und mit konstanter Bremskraft ergibt sich aus Gleichung (3) eine stationäre Gesamttemperaturerhöhung AT _maXiN=QO wie folgt:

AT

(4) AT _{max :} N _l — ß

Für den vorgenannten Fall beträgt die stationäre Gesamttemperaturerhöhung AT _maXiN=QO beispielsweise 14,2 K.

Die Referenztemperatur entspricht einer Schienentemperatur, wie sie vorliegt, wenn keine Energieeinträge in die Schiene durch Wrbelstrombremsungen stattfinden (unbelasteter Fall). Die Referenztemperatur kann fest vorgegeben sein und einer Temperatur entsprechen, die die Schiene unter Worst-Case-Betrachtungen, d.h. insbesondere unter Annahme eines heißen Sommertags mit starker direkter Sonneneinstrahlung, im unbelasteten Fall höchstens besitzt. Bei der aktuellen Schienentemperatur handelt es daher nur dann um die tatsächliche aktuelle Schienentemperatur, wenn die Worst-Case-Bedingungen auch tatsächlich vorliegen. Um die Genauigkeit der Berechnung der maximal erlaubten Wrbelstrombremskraft des jeweiligen Wrbelstrombremssystems zu erhöhen, ist es je- doch bevorzugt, wenn die Referenztemperatur aus einer in dem Streckenabschnitt gemessen Umgebungstemperatur berechnet wird, so dass einem Betrieb im Winter nicht die höhere Sommer-Umgebungstemperatur zugrunde gelegt werden muss.

Fig. 3 zeigt die zeitlichen Verläufe 19, 21 der aktuellen Temperatur T _act der Schiene im stationären Zustand für zwei verschiedene Zugfolgen. Wie aus der Fig. 3 erkennbar ist, liegt der Verlauf 19 der aktuellen stationären Schienentemperatur bei einer höheren Zugfolge höher als der entsprechende Verlauf 21 bei der niedrigeren Zugfolge. Beide Verläufe 19, 21 liegen stets über der Referenztemperatur T _ref .

In einer in dem jeweiligen Schienenfahrzeug 13, 17 hinterlegten digitalen Karte sind neben dem Streckenabschnitt 11 weitere Streckenabschnitte eines Streckennetzes eingetragen, in denen Wirbelstrombremsen nach dem vorstehend erläuterten Verfahren eingesetzt werden können. Darüber hinaus sind in der digitalen Karte auch Streckenabschnitte eingetragen, in denen Wrbelstrombremsungen grundsätzlich immer erlaubt sind, sowie Streckenabschnitte, in denen Wrbelstrombremsungen grundsätzlich nie erlaubt sind. Zur Steuerung des Einsatzes des jeweiligen Wrbelstrombremssystems kann eine Bremssteuerung des jeweiligen Schienenfahrzeugs dann auf die digitale Karte zugreifen.

Bezugszeichenliste

1 1 Streckenabschnitt

13 Schienenfahrzeug

15 zentrale Datensammelstelle

17 Schienenfahrzeug

19 Temperaturverlauf

21 Temperaturverlauf

23 Fahrtrichtung