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Dokumentenidentifikation DE102005012670B4 27.09.2007
Titel Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Bergner, Hans, 91058 Erlangen, DE;
Hoffmann, Thilo, Graz, AT;
Jöckel, Andreas, Dr., 90408 Nürnberg, DE;
Teichmann, Martin, Graz, AT
DE-Anmeldedatum 18.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005012670
Offenlegungstag 28.09.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse B60L 7/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02P 3/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug, wobei die Haltebremse mittels zumindest einer elektrischen Maschine realisiert ist, welche einen Rotor und einen Stator aufweist (EP 1201484 A2).

Im Bahnverkehr werden Triebfahrzeuge eingesetzt, um Güterwaggons oder Personenwaggons zu ziehen. Für den Fahrgast-Betrieb zugelassene, elektrisch angetriebene und gleisgebunden Triebfahrzeuge haben zusätzlich zur generatorischen elektrischen Betriebsbremse eine pneumatische, hydraulisch oder elektrisch betätigte mechanische (Ersatz-)Bremse. Für die generatorische elektrische Betriebsbremse kann ein PM-Synchronmotor des Triebfahrzeugs, welcher Permanentmagnete am Läufer aufweist, als Generator betrieben werden. Betrieblich wird das Triebfahrzeug nur mit der generatorischen elektrischen Betriebsbremse zum Stillstand gebracht. Die mechanische Bremse wird im Bahnhof oder an der Haltestelle angelegt, sobald sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Die mechanische Bremse wird dann als Haltebremse benutzt. Die Funktion der Haltebremse im Bahnhof muss betrieblich sehr sicher realisiert werden, da das Fahrzeug sich beim Fahrgastwechsel unter keinen Umständen ungewollt bewegen darf.

Beim Betätigen und Lösen einer pneumatischen Haltebremse für gleisgebundene Triebfahrzeuge wird allerdings viel Druckluft verbraucht, die aufwendig und mit schlechtem Wirkungsgrad mit einem elektrisch angetriebenen Kompressor erzeugt werden muss. D.h., zum Betrieb der pneumatischen Haltebremse wird viel Energie verbraucht. Weiterhin wird der Fahrkomfort beim Lösen der mechanischen Haltebremse beeinträchtigt, da es beim Lösen und gleichzeitigen Anfahren des gleisgebunden Triebfahrzeugs zu einem Ruck kommen kann. Bei einer mechanischen Haltebremse kann es zu einem Verschleiß am Bremsklotz, der mechanischen Bremseinheit und ggf. bei einer pneumatisch Haltebremse auch am Kompressor, kommen. Außerdem werden beim Betätigen und Lösen der pneumatischen Haltebremse Geräusche erzeugt.

Aus der EP 1 201 484 A2 ist eine Feststellbremseinrichtung für Fahrzeuge bekannt. Diese wird von einer permanentmagneterregten Synchronmaschine mit transversaler Flussführung, insbesondere einer Transversalflussmaschine gebildet.

Aus der WO 93/04888 A1 ist eine ständig wirksame Rückhohlsicherung durch entsprechendes Gegensteuern des Fahrmotors mit geringem regeltechnischem Aufwand durch Betriebsaktivierung einer Stillstandsregelvorrichtung durch ein die Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmendes Fahrpedal in dessen Ruhestellung und durch ein Gegensteuern in Abhängigkeit von einer Drehrichtungsüberwachung und von einer Rückrollgeschwindigkeitserfassung bekannt.

Aus der DE 41 15 338 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei den zum sensorlosen Erfassen und/oder Einstellen der Rotorlage und/oder Winkelgeschwindigkeit des Rotors einer elektrischen Maschine durch eine Messung der elektrischen Klemmspannung und des Maschinenstroms unter Einsatz eines Kalman-Filters bei Verwendung des Modells der Maschine deren Betriebsverhalten durch ein elektrisches Ersatzschaltbild und durch die mechanischen Gleichungen beschrieben werden.

Aus der EP 0 875 433 B1 ist ein Schnellentriegelungsmechanismus für einen Parkbremsenaktuator bekannt.

Aus der US 5 564 795 A ist ein elektropneumatisches Bremssystem für Zugbremssysteme bekannt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Haltebremse für gleisgebundene Triebfahrzeuge anzugeben, welche weniger Energie verbraucht als eine pneumatische Haltebremse und durch welche der Fahrkomfort verbessert wird. Weiterhin soll die erfindungsgemäße Haltebremse keinen Verschleiß aufweisen und vergleichsweise wenig Geräusche erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch eine Haltebremse für gleisgebundene Fahrzeuge nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Haltebremse für gleisgebundene Triebfahrzeuge nach Anspruch 10 gelöst.

D.h., eine elektrische Maschine wird nun als Haltebremse benutzt statt einer mechanischen Haltebremse. Damit tritt vorteilhafter Weise während des Betriebs der erfindungsgemäßen Haltebremse kein Verschleiß auf, da die Haltekräfte magnetisch erzeugt werden und nicht durch mechanische Kräfte. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine Geräusche beim Betrieb der erfindungsgemäßen Haltebremse auftreten. Weiterhin wird ein Ruck beim Anfahren verhindert, wenn die als Haltebremse verwendete elektrische Maschine auch als Antriebsmotor verwendet wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn der Ansteuerung der elektrischen Maschine eine Lageregelung zugeordnet ist, um den Rotor auf eine Solllage zu regeln. Damit wird der Stillstand des gleisgebunden Triebfahrzeugs besonders vorteilhaft gewährleistet.

Der Lagewinkel des Rotors kann mit einem Rotor-Lagegeber bestimmt werden. Alternativ kann der Lagewinkel des Rotors auch aus elektrischen Größen mit Hilfe eines Rotorlage-Modells z.B. unter Auswertung von magnetischen Unsymmetrien bestimmt werden, welche durch die Lage des Rotors im Stator entstehen. Hierbei werden elektrische Größen wie z.B. die Eingangsspannung oder der in die elektrische Maschine fließende Strom ausgewertet. Diese Auswertung beruht auf lageabhängigen Induktivitätsunterschieden des Rotors. Gerade mit Hilfe der oben genannten Möglichkeiten zur Bestimmung des Lagewinkels des Rotors lässt sich die Lageregelung besonders genau realisieren. Wird der Lagewinkel aus einem Rotorlage-Modell bestimmt, dann kann der Rotor-Lagegeber auch in vorteilhafter Weise eingespart werden.

Der Ansteuerung ist weiterhin vorteilhafter Weise ein Stromrichter-Leistungsteil zugeordnet. Die elektrische Maschine kann z.B. als Asynchronmotor ausgebildet sein oder auch als PM-Synchronmotor mit Permanentmagneten am Läufer. In letzterem Fall kann die Haltebremse auch dadurch besonders robust realisiert werden, dass der Stator des PM-Synchronmotors mit einem Gleichstrom gespeist wird, um eine Bremswirkung zu erzielen. Der Gleichstrom kann durch eine Batterie oder alternativ durch einen Gleichrichter bereitgestellt werden.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel erfolgt; es zeigt: FIG ein gleisgebundes Triebfahrzeug.

Die Betriebsbremse eines gleisgebunden Triebfahrzeugs 1 ist weiterhin komplett generatorisch durch eine elektrische Maschine realisiert. Der Antrieb kann mit der gleichen elektrischen Maschine 2 oder mit einer weiteren elektrischen Maschine erfolgen. Eine Sicherheitsbremse erfolgt bei Ausfall des geregelten Antriebs- und Bremssystems durch generatorische Speisung eines PM-Synchronmotors auf einen Notbremswiderstand. Dieser PM-Synchronmotor kann mit der als Antrieb verwendeten elektrischen Maschine oder auch der als Betriebsbremse benutzten elektrischen Maschine übereinstimmen Erfindungsgemäß wird nun eine elektrische Maschine 2 als Haltebremse anstelle einer mechanischen Bremse eingesetzt. Diese elektrische Maschine kann auch als Betriebsbremse, Sicherheitsbremse oder auch als Antrieb eingesetzt werden.

Dabei wird die elektrische Maschine 2 so angesteuert, dass die Lage des Rotors im Stator auch bei einem von außen einwirkenden Drehmoment gleich bleibt. Die elektrische Maschine 2 wird mittels einer Lageregelung so angesteuert, dass der Rotor auf eine Solllage geregelt wird. Zum optimalen Betrieb der Lageregelung ist die Information über die Istlage des Rotors notwendig. Diese kann mittels eines Rotor-Lagegebers oder mittels eines Rotorlage-Modells bestimmt werden. Für das Rotorlage-Modell werden elektrische Messgrößen verwendet. Die Auswertung des Rotorlage-Modells mittels elektrischer Größen kann auf der Auswertung magnetischer Unsymmetrien des Rotors oder der Auswertung lageabhängiger Induktivitätsunterschiede des Rotors beruhen.

Die elektrische Maschine 2 wird im Betrieb als Haltebremse mittels eines Stromricher-Leistungsteils mit Strom gespeist. Die elektrische Maschine 2 kann weiterhin als Asynchronmotor oder auch als PM-Synchronmotor ausgeführt sein.

In letzterem Fall kann eine Haltebremse auch einfach dadurch realisiert werden, dass der PM-Synchronmotor mit einem Gleichstrom gespeist wird, um eine Bremswirkung zu erzielen. Der Gleichstrom kann durch eine Batterie oder alternativ durch einen Gleichrichter bereitgestellt werden.


Anspruch[de]
Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1), wobei die Haltebremse mittels zumindest einer elektrischen Maschine (2) realisiert ist, welche einen Rotor und einen Stator aufweist, und eine Ansteuerung der elektrischen Maschine (2) vorgesehen ist, welche die elektrische Maschine (2) so ansteuert, dass die Lage des Rotors im Stator bei einem von außen einwirkenden Drehmoment gleich bleibt dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerung eine Lageregelung zugeordnet ist, mittels welcher der Rotor auf eine Solllage geregelt wird, wobei der Ansteuerung ein Rotor-Lagegeber zugeordnet ist, mit dem der Lagewinkel des Rotors bestimmt wird. Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerung ein Mittel zugeordnet ist, welches den Lagewinkel des Rotors aus elektrischen Größen mit Hilfe eines Rotorlage-Modells bestimmt. Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Lagewinkels des Rotors auf der Auswertung von magnetischen Unsymmetrien des Rotors beruht. Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Lagewinkels des Rotors auf der Auswertung von lageabhängigen Induktivitätsunterschieden des Rotors beruht. Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerung ein Stromrichter-Leistungsteil zugeordnet ist, mit welchem die elektrische Maschine (2) mit Strom speisbar ist. Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) ein Asynchronmotor ist. Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) ein PM-Synchronmotor ist. Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der elektrischen Maschine (2) eine Betriebsart aufweist, bei der der Stator des PM-Synchronmotors mit einem Gleichstrom gespeist wird, um eine Bremswirkung zu erzielen. Gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) mit zumindest einer Haltebremse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8. Verfahren zum Betrieb einer Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1), wobei die Haltebremse mittels zumindest einer elektrischen Maschine (2) realisiert ist, welche einen Rotor und einen Stator aufweist, und die elektrische Maschine (2) so angesteuert wird, dass die Lage des Rotors im Stator bei einem von außen einwirkenden Drehmoment gleich bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor auf eine Solllage geregelt wird, wobei der Lagewinkel des Rotors mittels eines Rotor-Lagegebers bestimmt wird. Verfahren zum Betrieb einer Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagewinkel des Rotors aus elektrischen Größen mittels eines Rotorlage-Modells bestimmt wird. Verfahren zum Betrieb einer Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagewinkel des Rotors mittels einer Auswertung der magnetischen Unsymmetrien des Rotors bestimmt wird. Verfahren zum Betrieb einer Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagewinkel des Rotors mittels einer Auswertung von lageabhängigen Induktivitätsunterschieden des Rotors bestimmt wird. Verfahren zum Betrieb einer Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) mittels eines Stromrichter-Leistungsteils mit Strom gespeist wird. Verfahren zum Betrieb einer Haltebremse für ein gleisgebundenes Triebfahrzeug (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) ein PM-Synchronmotor ist und der Stator des PM-Synchronmotors mit einem Gleichstrom gespeist wird, um eine Bremswirkung zu erzielen.






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