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Dokumentenidentifikation DE19529919C2 15.05.2003
Titel Rangierautomatik für schienengebundene Güterwagen
Anmelder Beule, Erhard, 33102 Paderborn, DE
Erfinder Beule, Erhard, 33102 Paderborn, DE
DE-Anmeldedatum 01.08.1995
DE-Aktenzeichen 19529919
Offenlegungstag 29.02.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse B61L 3/00
IPC-Nebenklasse B61L 23/34   B61L 17/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 und eine zugehörige Einrichtung zur Automatisierung des Rangierbetriebes von schienengebundenen Güterwagen.

Der besondere Vorteil des Eisenbahngüterverkehrs liegt in der Möglichkeit, aus einzelnen Wagen größere Züge zu bilden, um diese dann mit vergleichsweise geringem Aufwand über größere Entfernungen zu befördern. Der Transport kleinerer Gütermengen mit einzelnen Wagen oder Wagengruppen erfordert jedoch eine wiederholtes Bilden und Auflösen der Züge und Sortieren der Wagen. Die aus den Gleisanschlüssen und Terminals kommenden Wagen müssen zunächst in nahegelegenen Rangieranlagen nach ihrer Zielrichtung sortiert und gebündelt werden, bevor sie dann mit Zügen über längere Distanzen zu fernen Rangierbahnhöfen befördert werden. Dort werden die Wagen erneut sortiert und schließlich zum Ziel transportiert.

Die hierzu notwendigen Rangieranlagen bestehen im wesentlichen aus Einfahrgleisen, einer Ablaufanlage mit anschließender Weichenverteilzone und daran anschließenden Richtungsgleisen, in denen die Güterwagen mit gleicher Laufrichtung gesammelt und zu neuen Zügen zusammengestellt werden. Der eigentliche Rangiervorgang besteht darin, dass die entkoppelten Abteilungen, bestehend aus einzelnen Güterwagen oder Wagengruppen, von einer Rangierlok über einen Ablaufberg geschoben werden, auf dessen Talseite die Abteilungen unter Einfluß der Hangabtriebskraft beschleunigen und anschließend über die Weichenverteilzone das ihrem Laufziel entsprechende Richtungsgleis erreichen.

Zur Vermeidung schädlicher Rangierstöße ist es erforderlich, die in die Richtungsgleise einlaufenden Wagen bei Annäherung an bereits dort stehende rechtzeitig abzubremsen. In herkömmlichen Rangierbahnhöfen erfolgt dies durch die gefahrvolle und personalintensive Methode des Hemmschuhlegens, während bei modernen Rangierbahnhöfen automatische Gleisbremsen in Kombination mit Weiterführungseinrichtungen zum Einsatz kommen.

Insbesondere bei großen Rangierbahnhöfen mit ausgedehnten Weichenverteilzonen besteht zudem das Problem, dass die Wagen aufgrund unterschiedlicher Laufeigenschaften verschieden schnell ablaufen, so dass die schneller ablaufenden Abteilungen die langsameren Wagen in der Weichenverteilzone einholen.

Dies führt neben schädlichen Rangierstößen zu Falschläufern, da die Weichen zwischen den Abteilungen nicht mehr rechtzeitig umgestellt werden können und somit diese in die falschen Richtungsgleise einlaufen.

Es sind verschiedene Rangieranlagen und Verfahren bekannt, durch Einsatz gestaffelter, automatischer Gleisbremsen unzulässige Annäherungen der Wagen in der Ablaufzone zu vermeiden, die Einlaufgeschwindigkeit in die Richtungsgleise zu vermindern und mit Hilfe von Weiterführungseinrichtungen die Wagen in den Richtungsgleisen kuppelreif beizudrücken.

Ein wesentlicher Nachteil bisheriger Rangieranlagen besteht darin, dass insbesondere beim Hemmschuhlegebetrieb und selbst bei Einsatz automatischer Gleisbremsen und Weiterführungseinrichtungen schädliche Rangierstöße infolge nicht genügender Abbremsung der Wagen auftreten, die häufig zu einer Beschädigung von Wagen oder Ladegut führen.

Nachteilig bei der bisherigen Rangiertechnik sind auch die vergleichsweise hohen Kosten für automatische Gleisbremsen und Weiterführungseinrichtungen, so dass sich der Einsatz dieser Technik auf kleineren, für die Feinverteilung wichtigen Rangieranlagen und Güterbahnhöfen als unwirtschaftlich erweist und deshalb hier weiterhin die personalintensive Methode des Hemmschuhlegens zum Einsatz kommt.

Bei bisherigen Rangierverfahren müssen zur Vorbereitung des Rangierens die Güterwagen zunächst identifiziert und eine Zerlegeliste erstellt werden. Anschließend sind die Güterwagen gemäß Zerlegeliste an den vorgesehenen Trennstellen manuell zu entkuppeln und die Bremsen durch Betätigen eines Ventils zu entlüften. Nach dem Rangieren müssen zur Herstellung der Abfahrbereitschaft die Bremsschläuche verbunden, die Laufsicherheit überprüft und die Bremskraft eingestellt und eine Bremsprobe durchgeführt werden. Neben einem hohen Personaleinsatz verursachen diese Tätigkeiten erhebliche zeitliche Verzögerungen des Rangierbetriebes und damit des gesamten Transportablaufs um jeweils mehrere Stunden pro Rangiervorgang.

Eine weitere Verzögerung des Transportablaufs tritt dadurch ein, dass große Rangierbahnhöfe mit hohem Wagenaufkommen eine relativ geringe Ablaufleistung von maximal etwa 250 Wagen pro Stunde aufweisen, so dass es zu Hauptverkehrszeiten zu einer zusätzlichen Verzögerung kommt, da nur ein Teil der zu befördernden Güterwagen rechtzeitig abgefertigt werden kann.

In der Patentschrift GB 1,183,071 (US 524,385) ist ein automatisches Kuppelsystem angegeben, das bei Annäherung an vorausbefindliche Wagen die Entfernung erfaßt und die Wagen auf eine sichere Kuppelgeschwindigkeit abbremst. Ein Geschwindigkeitsregler ermöglicht während des freien Ablaufs eine Reduzierung der Wagengeschwindigkeit auf eine maximale Geschwindigkeit. Damit die Leerwagen das Ende der Gleise erreichen und die beladenen Wagen sicher abgebremst werden können, muß bei diesem Verfahren die maximale Geschwindigkeit für leere Wagen (11 mph = 4,92 m/s) und beladenen Wagen (6 bis 8 mph = 2,68-3,58 m/s) so unterschiedlich festgelegt ist, dass eine erhebliche Gefahr besteht, dass die Leerwagen die beladenen Wagen bereits in der Ablaufzone einholen und dadurch die Weichen nicht mehr rechtzeitig umgestellt werden können. Dieses Verfahren ermöglicht daher nur eine sehr niedrige Ablaufleistung von beispielsweise 150 Wagen pro Stunde. Ein rationeller Betrieb der Rangierbahnhöfe erfordert jedoch eine Erhöhung der Ablaufleistung auf bis zu 500 Wagen pro Stunde. Ein zusätzlich zum Entfernungssensor vorgesehener Radarsensor zur Erfassung der Relativgeschwindigkeit zum vorausfahrenden Wagen ermöglicht eine Ankopplung an mit geringer Geschwindigkeit vorausfahrender Wagen, jedoch keine sichere Kontrolle des Wagenabstandes in der Ablaufzone zur ungehinderten Umstellung der Weichen. Das Rangieren größerer Wagengruppen mit z. B. 5 bis 10 Wagen ist mit diesem Verfahren ebenfalls nicht möglich.

In der Patentschrift US 3,654,456 ist ein weiteres Steuersystem für Güterwagen angegeben, das ebenfalls in der Lage ist, ein im gleichen Gleis vorausbefindlichen Ziel-Wagen zu erfassen und die Geschwindigkeit kontrolliert auf eine sichere Kuppelgeschwindigkeit zu reduzieren. Dieses System ermöglicht ebenfalls keine ausreichende Automatisierung und Fernsteuerung des Rangierbetriebes, keine Regulierung der Ablaufgeschwindigkeit und des Wagenabstandes, wie dies bei hoher Ablaufleistung zur sicheren Umstellung der Weichen unbedingt erforderlich ist. Eine Erhöhung der Ablaufleistung ist mit diesem Verfahren ebenfalls nicht möglich.

In der im Prioritätszeitraum veröffentlichten Patentanmeldung DE 43 02 377 A1, von der die Erfindung ausgeht, ist ein neuartiges System zur Automatisierung des Rangierbetriebes beschrieben. Anstelle der bisher üblichen ortsfesten Gleisbremsen und Weiterfördereinrichtungen bzw. der manuellen Hemmschuhlegemethode kommt hier eine in die Wagen integrierte Rangierautomatik zum Einsatz, die neben einer ferngesteuerten Abkopplung und Entbremsung der Wagen, eine Regulierung der Ablaufgeschwindigkeit nach einer vorprogrammierbaren, gleichmäßigen Geschwindigkeit sowie eine Zielbremsung ermöglicht. Es fehlen jedoch Angaben, wie die Ablaufgeschwindigkeit zu bemessen ist, um auch auf Anlagen mit unterschiedlicher Topographie eine optimale Ablaufleistung zu erzielen. Ferner kann es zu unzulässigen Annäherungen in der Ablauf- und Weichenzone kommen, wenn bei hoher Ablaufleistung die Geschwindigkeiten der Wagen beispielsweise durch witterungsbedingte Einflüsse von der vorprogrammierten Ablaufgeschwindigkeit abweichen. Ferner ist nicht angegeben, wie die Geschwindigkeit bei Einlauf in die Richtungsgleise zu steuern ist, um auch bei größeren Wagengruppen mit unterschiedlicher Bremsverzögerung sicherzustellen, dass die Wagen innerhalb der Reichweite des Abstandssensors bei Annäherung an ein Hindernis abgebremst werden können.

Aus der Schrift EP 0 144 619 A2 ist eine Einrichtung bekannt, den Rangierbetrieb durch Einsatz automatischer Förderkatzen zu automatisieren, die auf Unterflurgleisen unterhalb der normalen Gleise verkehren und mit Roboterarmen zum Kuppeln und Entkuppeln ausgerüstet sind. Die rechnergesteuerten Förderkatzen befördern die entkuppelten Wagen aus dem Einfahrbereich in die Zugbildungsgleise, um sie dort mit Hilfe der Roboterarme erneut zu kuppeln. Nachteilig hierbei sind neben den hohen Kosten für die Untergleise und Förderkatzen die mangelnde Eignung für kleinere Rangieranlagen.

In der Patentschrift DE 42 15 817 C1 ist ein berührungslos wirkender Auffahrschutz beschrieben, bei welchem durch eine Lichttaster-Anordnung in Verbindung mit einer Hintergrundausblendung der Bereich vor dem Fahrzeug auf Hindernisse überwacht wird. Nachteilig hierbei ist jedoch die begrenzte Reichweite des Lichttasters von wenigen Metern, so dass dieses Meßverfahren sich weniger gut für den Schienenverkehr eignet.

Aus der Offenlegungsschrift DE 39 15 466 A1 ist eine auf Funktechnik basierende Abstandsmesseinrichtung bekannt, bei der jedes Fahrzeug mit einer nach hinten abstrahlenden Sendeeinrichtung und einem nach vorne gerichteten Empfänger ausgestattet ist. Damit die Fahrzeuge nur die jeweils vorausbefindlichen Fahrzeuge erfassen, verfügen die Sende- und Empfangsantennen über eine Richtwirkung. Die empfangende Signalstärke ist dabei ein Maß für den Fahrzeugabstand. Die Sendezeit oder Frequenz des Signalimpulses kann als Maß für die Geschwindigkeit des vorausbefindlichen Fahrzeugs genutzt werden. Nachteilig hierbei ist die zu erwartende begrenzte Reichweite in Kurvenlagen infolge der Richtwirkung der Sende- und Empfangsantennen und die begrenzte Zuverlässigkeit bei Ausfall eines Senders oder Empfängers. Eine Erfassung des Wagenabstandes ist nur möglich, wenn sämtliche Fahrzeuge mit aufeinander abgestimmten Sendern und Empfänger ausgestattet sind und das vorausbefindliche Fahrzeug auch ständig einen rückwärtsgerichteten Sendeimpuls abgibt. Das nachfolgende Fahrzeug kann jedoch nicht erkennen, ob das vorausbefindliche Fahrzeug tatsächlich immer einen Impuls sendet, so dass es bei Ausfall des Sendeimpulses leicht zu Unfällen kommen kann.

Trotz eines hohen Aufwandes für den Bau moderner Rangieranlagen ist es bisher nicht gelungen, den Einzelwagenverkehr über die gesamte Transportkette vom Versender zum Empfänger grundlegend zu automatisieren, um so den Transportablauf zu beschleunigen und rationell zu gestalten und schädliche Rangierstöße zu vermeiden. Sämtliche bisher bekannten Verfahren ermöglichen nur die Automatisierung einiger wenigen Teilschritte. Erforderlich ist jedoch ein technisch machbares und wirtschaftlich geeignetes Verfahren, das eine volle Automatisierung aller Rangierschritte auf allen Bahnhöfen erlaubt auf denen Güterwagen rangiert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein automatisches Rangierverfahren mit dazugehöriger Einrichtung anzugeben, das die volle Automatisierung des Wagenablaufs auf allen Rangieranlagen ermöglicht, um die Ablaufleistung wesentlich zu erhöhen, den Transportablauf deutlich zu beschleunigen und zur Schonung von Wagen und Ladung schädliche Rangierstöße zu verhindern, wobei der Aufwand in stationären Anlagen zu vermeiden ist.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Grundprinzip dieser Erfindung besteht darin, die zur vollen Automatisierung des Rangierbetriebes notwendige Technik, wie das ferngesteuerte Abkoppeln der Wagen, das Abbremsen auf eine gleichmäßige Geschwindigkeit, die Einhaltung eines Mindestabstandes im Bereich der Weichen und die zielgenaue Abbremsung in den Richtungsgleisen in die Güterwagen zu integrieren.

Hierzu werden die Güterwagen mit einer in die Wagen integrierten Einrichtung ausgestattet, die eine fernbediente Abkopplung der Güterwagen und Lösen bzw. Entriegeln der Bremsen, eine selbsttätige Abbremsung der Wagen in der Ablaufzone auf eine vorprogrammierbare Soll-Ablaufgeschwindigkeit, eine Abstandsregelung, eine Steuerung der Einlaufgeschwindigkeit in die Richtungsgleise und eine selbsttätige Zielbremsung in den Richtungsgleisen bei Annäherung an vorausbefindliche Wagen sowie eine automatische Wiederankopplung ermöglicht.

Ferner erlaubt die integrierte Rangierautomatik eine automatische Identifizierung der einlaufenden Wagen, eine fernbediente Einstellung der Bremsenbetriebsart, eine selbsttätige Einstellung der Bremskraft, eine Ferndiagnose der wichtigsten Komponenten, insbesondere der automatischen Kupplung und des Bremsensystems, sowie zur Herstellung der Abfahrbereitschaft eine fernüberwachte Bremsprobe.

Die in die Güterwagen integrierte Rangierautomatik besteht im wesentlichen aus einer Steuereinheit, z. B. in Form eines Mikrocomputers zur Steuerung der Rangierautomatik und Regelung der Ablaufgeschwindigkeit, Sensoren zur Erfassung des Ablaufweges, der Wagengeschwindigkeit und Wagenbeschleunigung, Sensoren zur Erfassung des Abstandes und der Differenzgeschwindigkeit zu vorausfahrenden oder vorausstehenden Wagen. Ferner verfügt die Rangierautomatik über elektronisch gesteuerte Ventile oder Stellantriebe zur Betätigung der Wagenbremse und der automatischen Kupplungen. Das Lösen bzw. Entriegeln der Bremsen vor dem Rangieren sowie die Einstellung der ladungsabhängigen Bremskraft und Bremsenbetriebsart erfolgt elektronisch durch den Steuercomputer des Wagens.

Beim Durchfahren der Ablaufzone werden die einzelnen Wagen und Abteilungen sortiert, indem zwischen den Wagen oder Abteilungen die Weichen umgestellt werden, so dass die Wagen das für sie bestimmte Richtungsgleis erreichen. Ein wesentliches Ziel der Erfindung besteht in der Erreichung einer möglichst hohen Ablaufleistung. Eine angestrebte Ablaufleistung von 400 bis 500 Wagen pro Stunde erfordert eine Abdrückgeschwindigkeit von etwa 3 bis 3,5 m/s.

Um die Weichen in der Ablaufzone ungehindert umstellen zu können, ist es erforderlich, dass sich in der geneigten Rampe am Ablaufberg genügend große Mindestabstände von etwa 12 bis 15 m zwischen den ablaufenden Abteilungen für das Umstellen der Weichen bilden. Bei einer Abdrückgeschwindigkeit von etwa 3 m/s ist hierzu eine Mindest-Ablaufgeschwindigkeit von etwa 6 bis 8 m/s erforderlich. Die Wagen weisen jedoch sehr unterschiedliche Laufwiderstände auf, die bei höheren Abdrückgeschwindigkeiten dazu führen können, dass die schnelleren Wagen mit geringerem Laufwiderstand die langsameren Wagen mit höherem Laufwiderstand noch in der Ablaufzone einholen und die Weichen somit nicht umgestellt und die Wagen nicht wie vorgesehen sortiert werden können.

Grundsätzlich lassen sich die Wagen unterteilen in Wagen mit geringem und normalem Laufwiderstand von etwa 0,5 bis 4‰, hier bezeichnet als Gutläufer, Wagen mit erhöhtem Laufwiderstand von etwa 4 bis 8‰, hier bezeichnet als Schlechtläufer und Wagen mit stark erhöhtem Laufwiderstand (Schlechtläufer mit besonders hohem Laufwiderstand).

Wagen mit stark erhöhtem Laufwiderstand sind relativ selten und bleiben bereits in der Ablaufzone oder am Anfang der Richtungsgleise stehen. Durch eine entsprechende Steuerung der Weichen können solche Wagen umfahren werden, so dass in der Ablaufzone Kollisionen mit stehengebliebenen Wagen vermieden werden können.

Häufiger sind jedoch Wagen mit erhöhtem Laufwiderstand von beispielsweise 4 bis 6‰. Da die Wagen über keinen eigenen Antrieb verfügen und nur durch die Hangabtriebskraft beschleunigen können, ist ein ausreichend großer Abstand zwischen den Abteilungen zur Umstellung der Weichen nur erreichbar, wenn die Wagen erfindungsgemäß auf eine für alle Abteilungen gleiche Ablaufgeschwindigkeit abgebremst werden. Zur Erzielung einer hohen Ablaufleistung sollte diese Ablaufgeschwindigkeit möglichst groß gewählt werden. Für die Festlegung der Soll-Ablaufgeschwindigkeit wird als Referenz erfindungsgemäß diejenige Geschwindigkeit ausgewählt, die ein ungebremst ablaufender Wagen mit einem erhöhten Laufwiderstand von beispielsweise 5 bis 8‰ im freien Lauf erreicht. Die Soll-Ablaufgeschwindigkeit kann entweder experimentell durch eine Meßfahrt eines ungebremsten Schlechtläufers oder mathematisch aus dem Höhenprofil der jeweiligen Rangieranlage unter Zugrundelegung eines Laufwiderstandes von etwa 5 bis 8‰ ermittelt werden.

Rangieranlagen sind nicht gleich gebaut sondern weisen häufig sehr unterschiedliche Neigungsverhältnisse in der Ablaufzone auf. So gibt es Rangieranlagen mit weitgehend gleichbleibender Rampenneigung in der Ablaufzone und andere Anlagen mit aneinandergereihten Rampen unterschiedlicher Neigung mit zum Teil ausgeprägten Flachzonen im Bereich der Weichen, wo die Wagen bedingt durch den Laufwiderstand stetig an Geschwindigkeit verlieren. Die Ablaufgeschwindigkeit sollte so festgelegt werden, dass sich ein möglichst gleichbleibender Bremseinsatz bei Gutläufern und damit eine Minimierung der erforderlichen Energie für den Einsatz der Bremsantriebe, insbesondere bei pneumatischen Bremsanlagen, ergibt.

Zur Vereinfachung ist es grundsätzlich möglich, eine für alle Anlagen standardisierte, gleiche Ablaufgeschwindigkeit festzulegen, die auf allen Anlagen verwendbar ist. Eine standardisierte Ablaufgeschwindigkeit ermöglicht jedoch für die verschiedenen Anlagentypen keine optimale Ablaufleistung. Zur Erzielung einer möglichst hohen Ablaufgeschwindigkeit und Minimierung des Energieverbrauchs der Bremsantriebe ist es sinnvoll, für jeden Anlagentyp eine spezielle Soll-Ablaufgeschwindigkeit festzulegen, die sich am Laufverhalten der Schlechtläufer mit erhöhtem Laufwiderstand orientiert.

Die Soll-Ablaufgeschwindigkeit kann eine vom Ablaufweg oder der Ablaufzeit abhängige Geschwindigkeitsfunktion sein. Die vorprogrammierbare Soll-Ablaufgeschwindigkeit kann hierzu durch eine konstante Geschwindigkeit, eine Aneinanderreihung von weg- oder zeitabhängigen Geschwindigkeitsrampen oder sonstige beliebige mathematische Funktionen wie beispielsweise Polygonzügen beschrieben werden.

Die jeweils für die einzelnen Ablaufanlagen gültige Soll-Ablaufgeschwindigkeitsfunktion ist entweder direkt am Steuerrechner der Wagen vorprogrammiert und als Programm anwählbar oder kann jeweils vor dem Rangieren von einem Leitstand aus über eine Datenübertragung den Wagen mitgeteilt werden.

Ein Geschwindigkeitsregler sorgt für die Einhaltung der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit indem die Soll-Geschwindigkeit laufend mit der aktuellen Ist-Geschwindigkeit verglichen wird und bei entsprechender Abweichung über den Bremsantrieb die herkömmliche Wagenbremse betätigt wird.

In einer Variante zum vorhergehenden Verfahren wird den Wagen nicht die Soll- Ablaufgeschwindigkeit sondern das jeweilige Höhenprofil der Ablaufanlage vom Leitstand aus mitgeteilt oder ein vorprogrammiertes Profil am Steuerrechner des Wagens angewählt. Der Steuerrechner der Wagen ist dann in der Lage aus dem bekannten Höhenprofil und der Neigung der Gleisabschnitte und einem vorgebbaren und für alle Abteilungen gleichen Lauf- und Bremswiderstand von beispielsweise 5 bis 8‰ die jeweils gültige Soll-Ablaufgeschwindigkeit selbsttätig zu ermitteln.

Ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil (Fig. 3) mit möglichst gleichbleibenden zeitlichen oder räumlichen Wagenabständen kann auch erreicht werden, wenn die Wagen nicht auf eine vorprogrammierbare Soll-Ablaufgeschwindigkeit abgebremst werden, sondern so gebremst, dass sich für alle Abteilungen ein möglichst über den Laufweg in der Ablaufzone gleichbleibendes Beschleunigungsverhalten ergibt. Da Beschleunigung und Geschwindigkeit physikalisch über die zeitliche Ableitung direkt miteinander verkettet sind, ergibt sich so ebenfalls für alle Abteilungen ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil.

Ein geeignetes Verfahren zur Steuerung der Geschwindigkeit über die Kontrolle der Beschleunigung besteht darin, die Wagen so abzubremsen, dass die gemessene Wagenbeschleunigung (Geschwindigkeitsänderung pro Zeiteinheit) einer vorprogrammierbaren Soll-Beschleunigung entspricht. Die vorprogrammierbare Soll-Beschleunigung kann hierzu wie bei der Soll-Geschwindigkeit aus dem bekannten Höhenprofil der Ablaufanlage abgeleitet oder durch eine Meßfahrt eines ungebremst ablaufenden Wagens mit erhöhtem Laufwiderstand ermittelt werden. Für die einzelnen Rampenabschnitte konstanter Neigung können konstante Beschleunigungswerte festgelegt werden.

Eine spezielle Variante zu diesem Verfahren besteht darin, die Soll-Geschwindigkeit unmittelbar während des Wagenablaufs aus der vorprogrammierbaren Soll- Beschleunigung nach einer Geschwindigkeits-Weg- oder -Zeitfunktion zu ermitteln. Aufgrund der physikalischen Verknüpfung von Beschleunigung und Geschwindigkeit kann die Regulierung der Beschleunigung als Untervariante einer Regulierung der Geschwindigkeit angesehen werden.

Das Sortieren der Wagen in der Ablaufzone erfordert einen sicheren Mindestabstand für das ungehinderte Umstellen der Weichen. Ungenauigkeiten beim Erfassen und Regulieren der Geschwindigkeit sowie besonders hohe Laufwiderstände einzelner Wagen können jedoch dazu führen, dass sich einzelne Wagen oder Abteilungen trotz Abbremsung auf eine gleichmäßige Ablaufgeschwindigkeit in der bis zu 300 m langen Ablaufzone einholen und dadurch die Weichen nicht mehr rechtzeitig umgestellt werden können.

Als Ergänzung zur Regulierung der Ablaufgeschwindigkeit ist daher erfindungsgemäß ein Abstandsregler vorgesehen, der insbesondere bei hohen Ablaufleistungen dafür sorgt, dass ein vorprogrammierbarer Mindestabstand zur sicheren Umstellung der Weichen eingehalten wird. Der Mindestabstand orientiert sich an der Länge der beweglichen Weichenzunge sowie einem Sicherheitsabstand vor der Weiche und beträgt beispielsweise 10 bis 15 Meter. Eine besonders vorteilhafte Wirkung wird durch die erfindungsgemäße Kombination einer Steuerung und Regulierung der Ablaufgeschwindigkeit mit einer Regulierung des Abstandes erreicht. Primär erfolgt die Steuerung der Geschwindigkeit und damit auch die Einhaltung des Wagenabstandes durch die Abbremsung auf eine gleichmäßige Soll- Ablaufgeschwindigkeit. Die Abstandsregelung dient als zusätzliche Sicherheit zur Einhaltung des Mindestabstandes und ermöglicht eine besonders hohe Ablaufleistung. Die für die Abstandsregelung erforderliche Messung der Differenzgeschwindigkeit kann mit Hilfe eines Abstandssensors erfolgen, indem die Änderung des Wagenabstandes zwischen zwei Einzelmessungen in Relation zur Zeitdauer der Messungen gesetzt wird.

Aufgrund der begrenzten Reichweite des Abstandssensors in Kurvenlagen wäre eine reine Abstandsregelung ohne vorhergehende Steuerung der Geschwindigkeit kaum in der Lage, den erforderlichen Mindestabstand einzuhalten, da sich bei Verzicht auf eine Steuerung der Ablaufgeschwindigkeit hohe Differenzgeschwindigkeiten zwischen Gut- und Schlechtläufern einstellen würden, die bei Annäherung bremstechnisch kaum beherrschbar wären. Zur technischen Realisierung der Abstandsregelung eignen sich entsprechend bekannte Verfahren.

Gegenüber bisherigen Steuerverfahren unter Einsatz gestaffelter Gleisbremsen ergibt sich durch das oben beschriebene, neuartige Verfahren und deren Varianten und Kombination ein wesentlich gleichmäßigerer Lauf der Wagen und damit gleichbleibende Abstände zwischen den Abteilungen, so dass hierdurch eine deutliche Erhöhung der Abdrückgeschwindigkeit und damit der Ablaufleistung möglich ist.

Damit die einzelnen Wagen und Wagengruppen im freien Lauf das Ende der Richtungsgleise oder das Ende der bereits stehenden Wagenreihung auch erreichen ist es erforderlich, dass die Wagen mit möglichst hoher Geschwindigkeit in die Richtungsgleise einfahren. Andererseits darf die Geschwindigkeit in den Richtungsgleisen jedoch nur so groß sein, dass die Wagen unter Berücksichtigung der Reichweite des Abstandssensors bei Annäherung an stehende oder mit geringer Geschwindigkeit vorausfahrende Wagen jederzeit auf eine sichere Kuppelgeschwindigkeit abgebremst werden können. Da der genaue Ort vorausstehender Wagen nicht mit ausreichender Sicherheit bekannt ist, muß die Abbremsung der Wagen auf die zulässige Geschwindigkeit bereits am Anfang der Richtungsgleise erfolgen.

Maßgeblich abhängig ist diese zulässige Einlaufgeschwindigkeit von der Verzögerungszeit der Bremsen, der erreichbaren Bremsverzögerung der ablaufenden Wagen und der Reichweite des Abstandssensors. Die Reichweite des Abstandssensors ist je nach Größe der zu erwartenden Kurvenradien auf etwa 15 bis 30 Meter begrenzt. Die Verzögerungszeit tv ist abhängig vom verwendeten Bremssystem, die erreichbare Bremsverzögerung av ist insbesondere davon abhängig, ob die Wagen leer oder beladen sind.

Für die maximale zulässige Geschwindigkeit in den Richtungsgleisen gilt die bekannte Gleichung:





wobei vmax die zulässige Geschwindigkeit, av die erreichbare Bremsverzögerung, sbr der verfügbare Bremsweg und vku die vorgesehene Kuppelgeschwindigkeit ist.

Der verfügbare Bremsweg verkürzt sich aufgrund der Verzögerungszeit tv der Bremse um den Weg sV. Der verfügbare Bremsweg sbr beträgt unter Berücksichtigung der maximalen Reichweite des Abstandssensors dsen:



sbr = dsen - sV = dsen - vmax.tv.

Für die maximale Einlaufgeschwindigkeit gilt bei Vernachlässigung der Kuppelgeschwindigkeit vku:





Bei einer Umstellung der Gleichung ergibt sich für die zulässige Geschwindigkeit vmax die Lösung





Der Ausdruck (av.tv)2 ist hierbei im allgemeinen vernachlässigbar.

Bei Wagen mit einer pneumatisch gesteuerten Bremse ist die erreichbare Bremsverzögerung av zusätzlich vom verfügbaren Druck des Druckluftvorrates abhängig. Bei Unterschreiten eines Mindestdruckes erreicht die pneumatisch gesteuerte Bremse nicht mehr die volle Bremskraft, so dass die erreichbare Bremsverzögerung av in dem Maße zu reduzieren ist, wie der Druckwert pist des Druckluftvorrates den zur Erzielung der maximalen Bremsverzögerung av erforderlichen Mindestdruckwert pmin unterschreitet. Die erforderliche Reduzierung der Bremsverzögerung kann durch folgende Gleichung beschrieben werden





wobei Pist den tatsächlich vorhandenen Druckwert des Luftvorrates, pmin den Mindestdruck für das Erreichen der maximalen Bremsverzögerung avmax und po den Minimaldruck für das Erreichen einer Anfangsbremsverzögerung darstellt.

Bei Einzelwagen kann die erreichbare Bremsverzögerung vom Steuerrechner des Wagens selbsttätig aus den bekannten Werten für Wagenmasse und Bremskraft berechnet und daraus die zulässige Einlaufgeschwindigkeit in die Richtungsgleise bestimmt werden. Bei Einlauf in die Richtungsgleise und Durchlaufen derselben werden dann die Wagen automatisch auf diese zulässige Geschwindigkeit abgebremst.

Bei größeren Wagengruppen ist die erzielbare Bremsverzögerung av häufig nicht mit ausreichender Sicherheit vorhersagbar, da unter Umständen keine durchgehende Daten- oder Steuerleitung vorhanden ist, über die der erste Wagen einer Gruppe einen Bremsbefehl an nachfolgende Wagen senden kann oder die Elektronik oder Bremsanlage einiger Wagen gestört ist bzw. herkömmliche Wagen ohne entsprechende Steuerausrüstung in die Wagengruppe eingestellt sind. Bei Wagengruppen mit unbekannter Bremsverzögerung muß daher zunächst die tatsächlich erreichbare Bremsverzögerung ermittelt werden.

Die tatsächlich erreichbare Bremsverzögerung av einzelner Wagen oder Wagengruppen kann von der Steuereinheit des führenden Wagens erfindungsgemäß dadurch ermittelt werden, dass während des Wagenablaufs in der Ablaufzone oder bei Einfahrt in die Richtungsgleise vom ersten Wagen über eine Daten- oder Steuerleitung ein Bremssignal an alle übrigen Wagen gesendet wird und aus den tatsächlich gemessenen Werten für die Bremsverzögerung in Relation zur Höhe des gegebenen Bremssignals die maximal erreichbare Bremsverzögerung av ermittelt wird.

Das selbsttätig arbeitende Verfahren zur Steuerung der Richtungsgleisgeschwindigkeit ermöglicht auch bei beliebig zusammengestellten Wagengruppen, bei denen die erreichbare Bremsverzögerung vor dem Rangieren nicht bekannt ist, eine zuverlässige Ermittlung der erreichbaren Bremsverzögerung und damit der zulässigen Einlaufgeschwindigkeit in die Richtungsgleise und zwar unabhängig von der Verfügbarkeit einer Datenleitung oder entsprechender Steuereinrichtungen auf den nachfolgenden Wagen.

Um schädliche Rangierstöße zu vermeiden und die Ladung zu schonen, ist es erforderlich, die in die Richtungsgleise einlaufenden Güterwagen bei Annäherung an bereits dort stehende oder mit geringer Geschwindigkeit vorausfahrende Wagen zielgenau bis auf eine unschädliche Kuppelgeschwindigkeit abzubremsen. Hierzu wird in den Richtungsgleisen mit Hilfe eines Abstandssensors die Distanz zu vorausbefindlichen Wagen laufend überwacht und bei Unterschreiten eines Mindestabstandes von etwa 20 bis 30 Metern die Zielbremsung eingeleitet. Die selbsttätige Zielbremsung kann unter Nutzung eines Geschwindigkeitsreglers erfolgen, indem eine linear oder parabelförmig abnehmende Soll-Geschwindigkeit (Bremswegparabel) als Sollwert auf einen Geschwindigkeitsregler aufgeschaltet wird.

Die Einrichtung zur Regulierung der Ablaufgeschwindigkeit besteht im wesentlichen aus dem Mikrocomputer zur Steuerung und Regelung der Geschwindigkeit und einem steuerbaren Bremsantrieb, mit dessen Hilfe die herkömmliche Bremseinrichtung eines Güterwagens betätigt wird.

Ein am Radsatz angebrachter Drehimpulsgeber dient der Erfassung des zurückgelegten Ablaufweges, der momentanen Wagengeschwindigkeit und der Wagenbeschleunigung. Die Abstandsregelung und Zielbremssteuerung erfordert eine Erfassung des Abstandes zu vorausfahrenden oder vorausstehenden Wagen. Hierzu eignen sich Ultraschall-, Mikrowellen- oder Laser-Abstandssensors, der an beiden Wagenseiten angebracht werden und zur Erfassung von Flachwagen auf die Pufferebene der Güterwagen ausgerichtet sind. Bei Ausfall des Abstandssensors wird in der Ablaufzone nur eine Regulierung der Geschwindigkeit vorgenommen und auf eine Abstandsregelung verzichtet. Bei Einfahrt in die Richtungsgleise werden die Wagen sicherheitshalber auf eine Geschwindigkeit abgebremst, die so bemessen ist, dass auch bei Ablaufstößen ohne vorausgehende Zielbremsung keine Schäden an Wagen oder Ladung auftreten (etwa 1,5 m/s).

Zur Regulierung der Geschwindigkeit in der Ablaufzone und den Richtungsgleisen ist es erforderlich, dass die Steuerung der Wagen rechtzeitig erkennt, wo die Ablaufzone und die anschließenden Richtungsgleise beginnen und enden. Die Erfassung der Ablaufzone und Richtungsgleise kann mit Hilfe eines Wegzählers in Kombination mit Geschwindigkeitsschaltgrenzen oder Ortsmarken erfolgen. Der Start des Wegzählers und der Beginn der Regulierung der Ablaufgeschwindigkeit kann am einfachsten dadurch erfolgen, dass bei Überschreiten einer Geschwindigkeitsschaltgrenze von zum Beispiel 5 oder 6 m/s die Erfassung des Ablaufweges gestartet und die Steuerung der Geschwindigkeit aktiviert wird. Der Schaltwert muß hierzu höher sein als die maximale Abdrückgeschwindigkeit von 3 bis 4 m/s vor dem Ablaufberg. Die Länge der Ablaufzone und der Richtungsgleise wird den Steuereinheiten der Wagen vor dem Wagenablauf über eine Datenübertragung vom Leitstand aus mitgeteilt. Der jeweils erste Wagen, der in ein noch leeres Richtungsgleis einläuft wird bei Erreichen des Endes der Richtungsgleise selbsttätig abgebremst und durch Festlegen der Bremsen gegen Weiterrollen gesichert.

Als Ergänzung zur Verwendung von Geschwindigkeitsschaltgrenzen ist auch der Einsatz von Ortsmarken möglich. Das Ortsmarkensystem besteht hierzu aus einer aktiven Nah-Sende-Empfangseinrichtung am Wagen und ortsfesten passiven Sende-Empfangseinrichtungen an den Gleisen, die vorzugsweise am Anfang der Ablaufzone und am Anfang und Ende der Richtungsgleise angeordnet werden können und bei Vorbeifahrt von den Wagen erkannt werden. Als Nah-Sende- Empfangseinrichtung eignen sich Lichtschranken, induktive Initiatoren oder funktechnisch arbeitende Identifikationssysteme.

Bei der Betätigung der automatischen Kupplung besteht bisher das Problem, dass diese nach der Trennung der Wagen am Ablaufberg von der Stoßstellung, die ein frühzeitiges Kuppeln vor dem Ablaufberg verhindern soll, in eine kuppelbereite Stellung umgeschaltet werden muß. Die Umschaltung der Kupplung in die kuppelbereite Stellung kann erfindungsgemäß ebenfalls dadurch erfolgen, dass nach Überschreiten einer Geschwindigkeitsschaltgrenze und noch vor Erreichen der Richtungsgleise von der Steuereinheit der Wagen ein entsprechender Stellbefehl an die Kupplungen übermittelt wird.

Zur Optimierung der Geschwindigkeitssteuerung kann gegebenenfalls eine weitere Feinunterteilung der Ablaufzone oder Richtungsgleise in Teilabschnitte vorgenommen werden. Vorteilhaft kann auch eine Kombination aus Geschwindigkeitsschaltgrenzen mit Wegvorgaben für die Groberfassung und einfachen Ortsmarken zur Feinerfassung sein, so dass auf genaue Wegvorgaben durch einen Leitstand gegebenenfalls verzichtet werden kann.

Die zur Geschwindigkeitsregelung notwendige Betätigung der Wagenbremse erfolgt mit Hilfe eines elektronisch gesteuerten, pneumatischen Proportionalventils mit dessen Hilfe der herkömmliche Bremszylinder eines Wagens angesteuert wird. Die hierzu nötige Druckluft wird einem vergrößertem Druckluftspeicher entnommen, der über eine Luftleitung von der Lok aus und gegebenenfalls ergänzend durch einen Luftkompressor am Wagen aufgefüllt wird.

Die elektronisch pneumatische Bremssteuerung kann zugleich auch die Steuerung der Zugbremse übernehmen, wobei die Übertragung der Bremssignale von der Lokomotive zu den Wagen wahlweise über eine Zug-Datenleitung oder bei Nichtverfügbarkeit der Elektronik über die herkömmliche Luftleitung erfolgen kann. Die elektronische Bremssteuerung verfügt zudem über eine von der Beladung abhängige Bremskraftsteuerung mit elektronischer Erfassung des aktuellen Ladegewichtes, eine elektronische Steuerung der Bremsenbetriebsarten (G-P-R), einen Gleitschutz und eine elektronische Bremsdiagnose zur Überwachung der Funktionsbereitschaft der Bremsen vor und während der Zugfahrt.

Anstelle eines elektronisch pneumatischen Bremsantriebes ist auch der Einsatz eines regelbaren Elektroantriebes möglich, der über eine Kraftübertragung direkt auf die herkömmliche Wagenbremse einwirkt. Die Steuerung und Regulierung des automatischen Wagenablaufs kann gegebenenfalls durch Einsatz moderner Steuerungsmethoden wie Fuzzy-Logik oder Neuronale Netze weiter optimiert werden.

Die Verbindung der Güterwagen untereinander erfolgt mit automatischen Kupplungen, die ein fernbedientes Abkoppeln sowie ein selbsttätiges Wiederankoppeln ermöglichen, wenn die Güterwagen mit einer Kuppelgeschwindigkeit von etwa 0,5 bis 1 m/s aufeinanderstoßen. Entsprechende Kupplungssysteme sind bekannt oder in Entwicklung.

Die Beobachtung und Steuerung des gesamten Rangierablaufs erfolgt mit Hilfe eines übergeordneten Leitstandes, der hierzu aus einer Rechneranlage mit Monitoren und Bedieneinrichtung besteht. Der Leitstand ist entweder als ortsfeste Leitstation ausgeführt oder als kompaktes Leitgerät in einer Lokomotive eingebaut. Möglich ist auch eine Kombination von ortsfester Leitstation und mobilen Leitgeräten in Lokomotiven mit einer Aufteilung der einzelnen Automatisier- und Steuerfunktionen auf beide Systeme.

Der zur automatischen Steuerung des Rangierbetriebes erforderliche Datenaustausch zwischen Güterwagen und Leitstand erfolgt mit Hilfe eines Datenübertragungssystems. Das Datenübertragungssystem besteht entweder aus einer Datenfunkeinrichtung für die direkte Verbindung der Wagen mit einem übergeordneten Leitstand oder aus einer durch den Zug laufenden Datenleitung, durch die das Leitssystem der Lok mit den Wagen verbunden wird (Zugbus). Die Lokomotive ihrerseits ist über Datenfunk mit einem übergeordneten Leitstand verbunden. Auch bei der Datenübertragung besteht die Möglichkeit einer Kombination aus beiden Systemen.

Der Leitstand dient im wesentlichen dazu, die einlaufenden Güterwagen zu identifizieren, die Wagen innerhalb der einzelnen Gleise zu erfassen, die Trennstellen des zu rangierenden Zuges festzulegen, die Abkopplung der Wagen an den vorgesehenen Trennstellen über die Datenübertragung einzuleiten, die Werte für die Soll-Ablaufgeschwindigkeit der einzelnen Abteilungen festzulegen und an die Wagen zu übermitteln, die Abdrücklok zu steuern und den Rangierablauf zu überwachen.

Ferner ermöglicht der Leitstand, den Füllungsgrad der Richtungsgleise zu überwachen und an Monitoren darzustellen und die Abfahrbereitschaft der neugebildeten Züge herzustellen und zu überprüfen indem das ordnungsgemäße Ankoppeln der Wagen überwacht, die Bremsenbetriebsart in Abhängigkeit von Länge und Gewicht des Zuges fernbedient eingestellt wird und eine vom Leitstand überwachte Bremsprobe durchgeführt sowie ein Bremszettel und eine Wagenliste erstellt wird. Technische Störungen, insbesondere am Kupplungs- oder Bremsensystem, werden von Sensoren am Güterwagen erfaßt und über die Zug-Datenleitung an die Lok oder über Datenfunk an den stationären Leitstand übertragen.

Zur Identifizierung der einzelnen Wagen dient eine automatische Fahrzeugidentifikation. Die Fahrzeugidentifikation besteht aus elektronischen Datenträgern an den Wagen und Sende- und Empfangseinrichtungen an den Einfahrgleisen, die in der Lage sind, die Datenträger bei Vorbeifahrt zu lesen und zu beschreiben. Entsprechende Systeme sind bekannt oder in Entwicklung. Die Identifizierung der Wagen kann auch von der Lokomotive aus erfolgen, falls eine durchgehende Zug-Datenleitung zwischen Wagen und Lok vorhanden ist.

Eine elektronische Anzeige- und Bedieneinrichtung an jeder Wagenseite dient dazu, die wichtigsten Wagen- und Frachtdaten wie Wagennummer, Zielbahnhof, Ladungsgewicht, Name des Kunden oder Art der Ladung einzugeben, abzuspeichern und elektronisch anzuzeigen. Zudem besteht die Möglichkeit, die Wagen- und Frachtdaten zunächst in ein übergeordnetes Rechnersystem einzugeben und dann mit Hilfe der Datenübertragung auf die Datenspeicher der Wagen zu übertragen. Leerwagen können z. B. auf diese Weise für neue Transportaufträge ferngesteuert disponiert werden.

Ebenso kann mit Hilfe der Anzeige- und Bedieneinrichtung die Rangierautomatik auch manuell vom Güterwagen aus eingeschaltet werden. Die automatische Geschwindigkeitsregelung und insbesondere die selbsttätige Zielbremseinrichtung können somit auch auf kleineren Güterbahnhöfen und Industriegleisanlagen ohne übergeordneten Leitstand als Teilautomatik vorteilhaft genutzt werden. Auch bei der auf kleineren Güterbahnhöfen häufig praktizierten Rangiermethode des Abstoßens kann die integrierte Rangierautomatik zur weitgehenden Automatisierung des Abstoßbetriebes verwendet werden.

Die Wagen sollten über eine von Wagen zu Wagen durchgehende Steuer- oder Datenleitung verfügen, so dass der führende Wagen bei einer Geschwindigkeits- oder Zielbremsung ein kontinuierliches Bremssignal an nachfolgende Wagen der Gruppe weiterleiten kann, so dass die Bremsen der nachfolgenden Wagen vom ersten Wagen der Gruppe ferngesteuert bedient werden können.

Ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die vorhandene Infrastruktur der Rangieranlagen mit Ablaufberg, Weichenverteilzone und leicht geneigten Richtungsgleisen unverändert weiter genutzt werden kann. Aufgrund des relativ geringen Rollwiderstandes der Güterwagen laufen diese auch ohne zusätzlichen Antrieb ab, so dass zur Durchführung des Rangierbetriebes ein eigener, kostenintensiver Fahrantrieb für die Güterwagen nicht erforderlich ist. Es kann jedoch sinnvoll sein, einzelne Güterwagen mit einem eigenen Fahrantrieb auszustatten, um diese beispielsweise in einem Güterbahnhof oder Gleisanschluß zur Erleichterung des Lade- und Entladebetriebes ohne Rangierlok bewegen zu können.

Die Erfindung weist insbesondere folgenden Vorteile auf:

  • - Die Rangierautomatik ermöglicht auf allen Rangieranlagen, Güterbahnhöfen und Industriegleisanlagen einen vollautomatischen Rangierbetrieb.
  • - Der Rangierbetrieb kann durch Verkürzung der Behandlungszeit und Erhöhung der Ablaufleistung auf bis zu 500 Wagen pro Stunde wesentlich beschleunigt werden.
  • - Die Transportzeit kann hierdurch deutlich gesenkt und durch kürzere Wagenlaufzeiten ein großer Teil der Güterwagen eingespart werden.
  • - Durch Großserienproduktion der elektronischen Komponenten und serienmäßige Nachrüstung vorhandener Wagen in Werkstätten ergeben sich im Vergleich zur Automatisierung der Rangieranlagen mittels Gleisbremsen und Fördereinrichtungen deutlich geringere Gesamtkosten.
  • - Schädliche Rangierstöße werden völlig vermieden, so dass Wagen Lind Ladung geschont werden.
  • - Durch die Kombination einer Regulierung der Ablaufgeschwindigkeit mit einer Abstandsregelung ergibt sich ein besonders robustes Steuerungsverfahren, das auch dann noch einen sicheren Wagenablauf gewährleistet, wenn bei hoher Ablaufleistung die Wagen sich durch unregelmäßige Ablaufgeschwindigkeiten einholen oder die Reichweite des Abstandssensors begrenzt oder dieser gestört oder nicht verfügbar ist.

Anhand eines Ausführungsbeispiels ist die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Güterwagen mit integrierter Rangierautomatik,

Fig. 2 zeigt die Steuerungs- und Regelungsstruktur der integrierten Rangierautomatik,

Fig. 3 zeigt schematisch den Übersichtsplan einer vollautomatischen Rangieranlage mit Gleisanlagen und Leitstand sowie das Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofil der selbsttätig ablaufenden Güterwagen.

Für die Durchführung eines vollautomatischen Rangierbetriebes ist jeder Güterwagen gemäß Fig. 1 mit einer in die Wagen integrierten Rangierautomatik ausgestattet. Die Steuerung der Rangierautomatik und Regelung der Geschwindigkeit erfolgt mit einer Steuereinheit 2, die z. B. aus einem Mikrocomputer, einem Mikrocontroller oder einer kompakten Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) besteht.

Ferner ist jeder Wagen mit einer Anzeige- und Bedieneinrichtung 3, einem Datenfunk-Sender-Empfänger 4, einem Identifizierungsdatenträger 16, in beiden Fahrtrichtungen angebrachten Laser- oder Mikrowellen-Abstandssensoren 5, einem Drehimpulsgeber 8 und automatischen Kupplungen 6 ausgestattet.

Die Steuerung des pneumatischen Bremszylinders 12 erfolgt unter Einsatz eines elektronisch gesteuerten Proportionalventils 13, das aus einem Luftspeicher 14 mit Druckluft versorgt wird. Der Luftspeicher 14 wird über die Hauptluftleitung 7 mit Druckluft bei einem Druck von 5 bis 8 bar von der Lokomotive 39 aus versorgt. Das Proportional-Ventil 13 wird direkt von der Bremssteuerung 15 angesteuert, die Bestandteil der Steuereinheit 2 ist. Die Bremssteuerung 15 dient sowohl zur Regulierung der Geschwindigkeit während des automatischen Wagenablaufs als auch der Steuerung der Wagenbremsen bei Zugbetrieb. Zusätzliche Bremsfunktionen, wie das Lösen und Entriegeln der Bremsen vor dem Rangieren, die Steuerung der Bremsenbetriebsarten (G-P-R Einstellung), ein Gleitschutz zur Verhinderung blockierender Achsen und die Einstellung der Bremskraft in Abhängigkeit von der Beladung sind ebenfalls in Form von Steuerprogrammen in der Bremssteuerung 15 bzw. Steuereinheit 2 integriert. Das Ladegewicht wird mit einem Lastsensor 18 erfaßt. Die Steuerung der Wagenbremsen bei Zugbetrieb erfolgt wahlweise voll elektronisch über die Zug-Datenleitung 22 oder in herkömmlicher Weise durch lokomotivseitig gesteuerte Änderung des Luftdruckes, wobei der Steuerdruck der Hauptluftleitung 7 über einen Drucksensor 19 elektronisch erfaßt wird.

Die Überwachung der Bremseinrichtungen 12 bis 15 und der automatischen Kupplungen 6 vor und während der Zugfahrt erfolgt mit nicht näher dargestellten Sensoren, die in Verbindung mit der Steuereinheit 2 stehen. Der Identifikations- Datenträger 16 steht ebenfalls über eine Datenleitung in Verbindung mit der Steuereinheit 2, so dass zwischen Datenträger und Steuereinheit Informationen, wie z. B. Fracht- und Wagendaten ausgetauscht werden können.

Die Versorgung der Elektronik mit elektrischer Energie erfolgt aus einer Batterie 20, die über einen Achsengenerator 9 oder eine nicht dargestellte Zugsammelschiene während der Zugfahrt wieder aufgeladen wird.

In Fig. 2 ist die Steuer- und Regeleinrichtung 23 zur Steuerung des automatischen Wagenablaufs und zur Regulierung der Ablaufgeschwindigkeit näher dargestellt. Die Steuer- und Regeleinrichtung 23 ist Bestandteil der Steuer- und Regeleinheit 2. Ein in die Schaltung integrierter, digitaler Geschwindigkeitsregler 26 sorgt für die Einhaltung der Soll-Geschwindigkeit während des Wagenablaufs. Der Steuerblock 27 dient der Vorprogrammierung und Ermittlung der Zeit- oder wegabhängigen Soll-Ablaufgeschwindigkeit. Die Funktion für die Soll-Geschwindigkeit kann ein konstanter Wert, ein Zeit- oder wegabhängige Rampe oder eine sonstige mathematisch beschreibbare Funktion sein. Die Soll-Geschwindigkeitsfunktion ist dem Geschwindigkeitsverlauf eines ungebremst ablaufenden Schlechtläufers mit einem erhöhten Laufwiderstand von 4 bis 10‰ möglichst genau angenähert.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Steuer- und Regeleinrichtung 23 kann durch Verfeinerung der Regelungsstruktur, wie z. B. eine Reihenschaltung oder Kaskadierung von einzelnen Reglern oder den Einsatz einer Fuzzy-Logik- Schaltung weiter optimiert werden.

Als Variante zum vorhergehenden Verfahren mit Vorgabe einer Soll-Ablaufgeschwindigkeit kann auch anstelle einer Soll-Geschwindigkeit eine Soll-Beschleunigung zur Regulierung der Geschwindigkeit vorgegeben werden. Die Soll-Beschleunigung ist entweder im Steuerblock 27 fest vorprogrammiert oder wird vom Leitstand 31 vorgegeben. Zur Steuerung der Geschwindigkeit besteht die Möglichkeit entweder aus der Soll-Beschleunigung die Soll-Geschwindigkeit direkt zu ermitteln und auf den Geschwindigkeitsregler 26 aufzuschalten oder mit Hilfe eines Beschleunigungsreglers 44 die Geschwindigkeit so zu steuern, dass die Ist- Beschleunigung oder Ist-Verzögerung der Soll-Beschleunigung folgt.

Die Abstandsregelung 28 sorgt dafür, dass der Mindestabstand für das Umstellen der Weichen (dminw) in der Ablaufzone eingehalten wird. Diese wird nur dann aktiviert, wenn eine Abteilung sich unzulässig nahe einer vorausfahrenden Abteilung nähert (dist < dmin) und die Gefahr besteht, dass bei weiterer Verringerung des Abstandes die Weichen nicht mehr rechtzeitig umgestellt werden können. In Sonderfällen kann die Abstandsregelung auch in den Richtungsgleisen zur Abstandshaltung genutzt werden.

Die vom Steuerblock für die Vorgabe der Soll-Ablaufgeschwindigkeit 27, der Abstandsregelung 28 und der Zielbremssteuerung 29 ermittelten Soll-Geschwindigkeitswerte werden über die softwaremäßig realisierte Steuerschaltung 30 als Sollwerte auf den Geschwindigkeitsregler 26 aufgeschaltet. Befindet sich der Wagen in der Ablaufzone und ist der Abstand dist größer als ein minimaler Abstand für die Aktivierung der Abstandsregelung (dist > dmin), so wird der vom Steuerblock 27 ermittelte Wert für die Soll-Ablaufgeschwindigkeit auf den Geschwindigkeitsregler 26 aufgeschaltet. Bei Unterschreitung dieses Schaltabstandes wird die Abstandsregelung 28 aktiviert und von der Steuerschaltung zum Umschalten der Sollgeschwindigkeit 30 der von der Abstandsregelung 28 ermittelte Sollwert auf den Geschwindigkeitsregler 26 aufgeschaltet. Bei Einfahrt der Wagen in die Richtungsgleise wird von der Steuereinheit 48 die zulässige Einlaufgeschwindigkeit in die Richtungsgleise ermittelt und ebenfalls als Sollwert auf den Geschwindigkeitsregler 26 aufgeschaltet. Bei Unterschreitung eines Mindestabstandes (dist < dmin) wird von der Zielbremssteuerung 29 eine kontrollierte Zielbremsung eingeleitet und die hierbei ermittelten Sollwerte ebenfalls von der Steuerschaltung 30 auf den Geschwindigkeitsregler 26 aufgeschaltet.

In der Wegerfassung 24 wird aus den Impulsen des Drehimpulsgebers 8 der Ablaufweg S ermittelt, in Pos. 25 die Wagen-Geschwindigkeit Vist sowie in Pos. 45 die Wagenverzögerung aist ermittelt.

Der Geschwindigkeitsregler 26 sorgt für die Einhaltung der Soll-Geschwindigkeit indem bei Überschreitung der Soll-Geschwindigkeit ein Steuerbefehl für das Steuerventil 13 erzeugt und damit der Bremszylinder 12 betätigt wird, bis dass die Ist-Geschwindigkeit sich der Soll-Geschwindigkeit angeglichen hat. Ist die aktuelle Geschwindigkeit kleiner als die Soll-Geschwindigkeit, so wird die Bremse gelöst und der Wagen bei Vorhandensein einer Rampenneigung durch die Hangabtriebskraft beschleunigt. Ein eigener Fahrantrieb ist nicht erforderlich.

Fig. 3 zeigt eine Rangieranlage mit Einfahrgleisen 40, Ablaufzone 41 und Richtungsgleisen 42 und zugehörigem Geschwindigkeitsverlauf für die Ablaufgeschwindigkeit Vabl und die Zielbremsung Vziel sowie das dazugehörige Beschleunigungsprofil asoll.

Die Steuerung des Rangierbetriebes erfolgt mit Hilfe eines übergeordneten Leitstandes 31, der hierzu mit einem Rechner 32, einer Bedieneinrichtung 33, Monitor 34, einem Datenfunk-Sender-Empfänger 36 für den Datenaustausch mit Güterwagen 1 und Lokomotiven 39 und einer Sende- und Empfangseinrichtung 37 zur Identifizierung der einlaufenden Wagen ausgestattet ist. Zur automatischen Steuerung der Rangierweichen besteht eine Verbindung zum Stellwerk 35. Teilfunktionen des Leitstandes 31, die zur Steuerung der Wagen dienen, können auch in einer Lokomotive 39 angeordnet sein, die hierzu über eine Zug-Daten- oder Steuerleitung (Zugbus) 22 mit den Wagen verbunden ist.

Bei Einlauf eines Güterzuges in ein Einfahrgleis 40 wird zunächst die Identität der einzelnen Wagen mit Hilfe der ortsfesten Identifizierungseinrichtung 37 und der an den Güterwagen angebrachten Datenträger 16 bei Vorbeifahrt automatisch erfaßt und mit Angabe der für den Rangierbetrieb wichtigen Daten wie Wagennummer, Zielbahnhof und Ladungsgewicht zum Leitstandrechner 32 gemeldet und dort zwischengespeichert und an einem Monitor 34 dargestellt. Gegebenenfalls kann die Erfassung dieser Daten auch über die Zug-Datenleitung 22 erfolgen. Mit Hilfe eines Zug-Zerlegeprogramms werden vom Leitstandrechner 32 die Trennstellen der einzelnen Wagen bzw. Wagengruppen festgelegt und die Richtungsgleise bestimmt, in die diese Abteilungen zu rangieren sind.

Anschließend werden vom Leitstandrechner 32 per Datenfunk 36 oder Zugbus 22 an jeden einzelnen Wagen Steueranweisungen übermittelt, um die Abkopplung der Wagen gemäß Zerlegeplan einzuleiten, die Bremsen zu lösen oder zu entriegeln und die Steuer- und Regeleinrichtung 23 für den automatischen Wagenablauf einzuschalten sowie die Werte für die Soll-Ablaufgeschwindigkeit an die Wagen zu übermitteln. Alternativ zur Vorgabe durch den Leitstand kann die Geschwindigkeitsregelung auch nach Sollwerten erfolgen, die in der Steuereinheit 2 fest vorprogrammiert sind.

Nach Herstellung der Rangierbereitschaft werden die entkoppelten Wagen von einer ferngesteuerten Rangier- oder Streckenlok 39 über den Ablaufberg geschoben. Unter Einwirkung der Hangabtriebskraft beschleunigen die einzelnen Wagen oder Wagengruppen auf der Talseite des Ablaufberges, so dass sich zwischen den Abteilungen Abstände bilden, die dazu genutzt werden, die Weichen so umzustellen, dass die Wagen das für sie bestimmte Richtungsgleis erreichen.

Sobald die Wagen am Ablaufberg die Geschwindigkeitsschaltgrenze von 5 m/s überschreiten, wird die Erfassung des Ablaufweges S gestartet und die Geschwindigkeitsregelung 26 aktiviert. Gleichzeitig werden von der Steuereinheit 2 die automatischen Kupplungen 6 von der Stoßstellung in die kuppelbereite Stellung umgeschaltet. Im ersten Teil der Ablaufzone 41 werden die Wagen in diesem Beispiel auf eine konstante Soll-Geschwindigkeit Vabl von 7 m/s abgebremst. Da der zweite Teil der Ablaufzone sich in einer Flachzone ohne Neigung der Gleise befindet, wird in diesem Bereich zur Vergleichmäßigung der Geschwindigkeit von Gut- und Schlechtläufern eine Geschwindigkeitsrampe von 7 m/s am Anfang auf 6 m/s am Ende der Rampe als Soll-Geschwindigkeit vorgegeben.

Wird während des Wagenablaufs in der Ablaufzone 41 trotz Geschwindigkeitsregulierung ein Mindestabstand dmin zu vorausfahrenden Wagen unterschritten, so wird die Abstandsregelung 28 aktiviert, die dafür sorgt, dass durch Aufschalten einer geringeren Soll-Geschwindigkeit der für das sichere Umstellen der Weichen erforderliche Mindestabstand dminw jederzeit eingehalten wird.

Der Beginn der Richtungsgleise wird den Wagen entweder über einen im Steuerblock 27 hinterlegten Weg für die Länge der Ablaufzone 41 oder über Ortsmarken 38 mitgeteilt. Der zur Verfügung stehende Bremsweg in den Richtungsgleisen ist durch die maximale Sichtweite des Abstandssensors 5 begrenzt. Um jederzeit eine sichere Zielbremsung innerhalb der Sichtweite des Abstandssensors zu gewährleisten, werden die Wagen zu Beginn der Richtungsgleise 42 durch die Steuereinheit 48 auf die zulässige Richtungsgleisgeschwindigkeit abgebremst, die sich nach der Gleichung





berechnet.

Bei Wagengruppen ist diese Geschwindigkeit maßgeblich davon abhängig, ob eine funktionsbereiter Zugbus 22 vorhanden ist, über die der erste Wagen die Bremseinrichtungen der nachfolgenden Wagen der Gruppe ansteuern kann. Die erreichbare Bremsverzögerung av wird aus den bekannten Wagendaten abgeleitet oder bei Wagengruppen durch eine Testbremsung ermittelt. Bei der Ermittlung der erreichbaren Bremsverzögerung wird der noch vorhandene Druck im Luftspeicher 14 berücksichtigt, der über einen Drucksensor 21 abgefragt wird.

Bei Einlauf der Wagen in die Richtungsgleise 42 wird der Abstand zu vorausstehenden oder vorausfahrenden Wagen mit Hilfe des Abstandssensors 5 ständig überwacht. Bei Unterschreiten eines Abstandes von etwa 20 bis 30 Metern wird eine Zielbremsung eingeleitet, indem von der Zielbremssteuerung 29 eine mit dem Abstand abnehmende Soll-Geschwindigkeit vsoll auf den Geschwindigkeitsregler 26 aufgeschaltet wird, bis dass die sichere Kuppelgeschwindigkeit erreicht ist.

Weist der vorausfahrende Wagen jedoch noch eine höhere Geschwindigkeit auf, so kann es sinnvoll sein, die nachfolgende Abteilung durch die Abstandsregelung 28 zunächst auf Distanz zu halten, bis dass sich die Geschwindigkeit des vorauslaufenden Wagens weiter reduziert hat. Bei einer Differenz-Kuppelgeschwindigkeit von etwa 0,8 m/s und einem Restabstand von einem Meter werden die Bremsen gelöst und der nachfolgende Wagen an den vorausbefindlichen Wagen mit Hilfe der automatischen Kupplungen 6 selbsttätig angekoppelt.

Befindet sich noch kein vorausliegender Wagen in den Richtungsgleisen, so erfolgt die Abbremsung am Ende der Richtungsgleise 42 entweder durch einen ausfahrbaren Prellbock, der ebenfalls eine Zielbremsung auslöst oder durch eine wegabhängige Stoppanweisung des Steuerblocks 27 oder durch eine Stoppanweisung, die eine Ortsmarke 38 am Ende der Richtungsgleise bewirkt.

Nach ausreichender Füllung der Richtungsgleise erfolgt unter Einsatz des übergeordneten Leitstandes die Herstellung und Überprüfung der Abfahrbereitschaft der neugebildeten Züge. Die jeweils gültige Bremsenbetriebsart (G-P-R-Einstellung) wird vom Leitstand aus über die Datenfunkeinrichtung 4 oder den Zugbus 22 ferngesteuert eingestellt. Nachdem am letzten Wagen das Bremsventil ferngesteuert geschlossen und eine Lok am Zug angekoppelt wurde, werden die Bremsleitungen mit Druckluft gefüllt. Anschließend wird eine ferngesteuerte Bremsprobe durchgeführt, bei der überprüft wird, ob sämtliche Bremsen angeschlossen und funktionsbereit sind. Störungen an den Bremsen oder Kupplungen werden über die Datefunkeinrichtung 4 oder den Zugbus 22 an einen ortsfesten Leitstand oder den Leitstand in einer Lok gemeldet. Die Erfassung des Ladegewichtes und Steuerung der Bremskraft erfolgt mit Hilfe des Lastsensors 18 und der elektronischen Bremssteuerung 15.

Mit Hilfe des Leitstandrechners 32 werden die wichtigsten Daten des neugebildeten Zuges wie Länge, Gesamtgewicht, Bremsgewicht, Zahl der Achsen und besondere Merkmale erfaßt und in Form eines Bremszettels und einer Wagenliste an die zuständige Lokomotive und an übergeordnete Rechnersysteme übermittelt. Die Zugbildung ist damit abgeschlossen und die Abfahrbereitschaft hergestellt. Der gesamte Rangierablauf erfolgt vollautomatisch, so dass manuelle Tätigkeiten im Bereich der Gleisanlagen praktisch vollständig entfallen.

Die Rangierautomatik kann auch auf kleineren Rangieranlagen ohne Leitstand oder bei einer Störung des Leitstandes vorteilhaft als Teilautomatik genutzt werden. In diesem Fall werden die Güterwagen von Hand entkuppelt und die Rangierautomatik mit den Funktionen Geschwindigkeits-, Abstands- und Zielbremssteuerung durch Betätigung eines Drucktasters an der Anzeige- und Bedieneinrichtung 3 eingeschaltet und die Wagen dann über den Ablaufberg geschoben. Die Geschwindigkeitsregelung in der Ablaufzone und die Zielbremsung mit Wiederankopplung in den Richtungsgleisen erfolgen auch hier vollautomatisch, so dass auch ohne Leitstand automatisch rangiert werden kann.

Auf kleineren Güterbahnhöfen ohne Ablaufberg wird häufig die Rangiermethode des Abstoßens praktiziert. Mit Hilfe der integrierten Rangierautomatik kann auch diese einfache Rangiermethode weitgehend automatisiert werden. Nach einer ferngesteuerten oder manuellen Einschaltung der Automatik und Abkopplung der jeweils letzten Abteilung wird diese durch kurzzeitiges Beschleunigen und Abbremsen des Zuges abgestoßen und so in das vorgesehene Richtungsgleis geleitet. Die Zielbremsung und Ankopplung erfolgt ebenfalls automatisch.

In einer speziellen Variante sind die Wagen mit einem Verzögerungsregler 46 und einem in Fahrtrichtung wirkendem Beschleunigungsaufnehmer 47 ausgestattet. Der Sollwert 49 für die Lauf- und Bremsverzögerung avsoll entspricht der Laufverzögerung eines frei ablaufenden Wagens mit erhöhtem Laufwiderstand (Schlechtläufer) und beträgt z. B. 6‰ oder 0,06 m/s2. Der Verzögerungsregler 46 sorgt über eine Ansteuerung und Regulierung der Bremseinrichtung 10, 11 oder 12-15 dafür, dass die Summe aus Lauf- und Bremsverzögerung avr möglichst genau dem Sollwert avsoll 49 folgt. Bezugszeichenliste 1 Güterwagen mit integrierter Rangierautomatik

2 Steuer- und Regeleinheit

3 Anzeige- und Bedieneinrichtung

4 Datenfunkeinrichtung Güterwagen

5 Mikrowellen- oder Laser-Abstandssensor

6 automatische Kupplung

7 Hauptluftleitung

8 Drehimpulsgeber

9 Generator

10 Antriebsmotor für Bremsantrieb

11 Getriebe mit Kraftübertragung für Bremsantrieb

12 Bremszylinder

13 elektronisch pneumatisches Steuerventil (Proportionalventil)

14 Luftspeicher

15 elektronische Bremssteuerung

16 Identifizierungs-Datenträger

17 Sender-Empfänger für Erkennen der Ortsmarken 38

18 Sensor für Erfassung des Ladegewichtes (Lastsensor)

19 Drucksensor Hauptluftleitung

20 Batterie

21 Drucksensor Luftspeicher

22 Zug-Daten- oder Steuerleitung (Zugbus)

23 Steuer- und Regeleinrichtung für die Rangierautomatik (Fig.2)

24 Wegerfassung

25 Geschwindigkeitserfassung

26 Geschwindigkeitsregler

27 Steuerblock für die Vorgabe der Soll-Ablaufgeschwindigkeit

28 Abstandsregelung

29 Zielbremssteuerung

30 Steuerschaltung zum Umschalten der Soll-Geschwindigkeit (Umschalter)

31 Leitstand

32 Leitstandrechner

33 Bedieneinrichtung Leitstand

34 Monitor

35 Stellwerk

36 Datenfunk-Sender-Empfänger Leitstand

37 Sende- und Empfangseinheit für Identifizierung (Identifizierungseinrichtung)

38 elektronisch erfaßbare Ortsmarken

39 Rangierlok (Lokomotive)

40 Einfahrgleise

41 Ablaufzone

42 Richtungsgleise

43 Ortsmarken

44 Beschleunigungsregler

45 Messung der Wagenverzögerung/-beschleunigung

46 Verzögerungsregler

47 Sensor für Messung von Lauf- und Bremsverzögerung (avr) (Beschleunigungssensor)

48 Steuereinheit für Ermittlung der zulässigen Richtungsgleisgeschwindigkeit

49 Sollwert für die Lauf- und Bremsverzögerung (avsoll)


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Automatisieren des Rangierbetriebes von schienengebundenen, Güterwagen,

    ausgestattet mit einer fahrzeugseitigen Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) und einer fahrzeugseitigen Bremseinrichtung (12-15) für Rangieranlagen mit Ablaufanlage und Richtungsgleisen (Fig. 3)

    wobei die Wagen beim Durchlaufen der Ablaufzone (41) auf eine vorprogrammierbare und für alle Abteilungen möglichst gleichmäßige Ablaufgeschwindigkeit (vabl) abgebremst werden, dadurch gekennzeichnet,
    1. a) dass eine Soll-Ablaufgeschwindigkeit oder eine Soll-Beschleunigung derart vorgegeben wird, dass sich ein Geschwindigkeitsverlauf ergibt, der dem Geschwindigkeitsverlauf eines frei und ungebremst ablaufenden Wagens mit einem erhöhten Laufwiderstand (Schlechtläufer) möglichst angenähert ist,
    2. b) dass bei einer Annäherung der Wagen in der Ablaufzone (41) eine fahrzeugseitige Abstandsregelung (28) die Einhaltung eines Mindestabstandes für das ungehinderte Umstellen der Weichen zwischen den Wagen dadurch bewirkt, dass der Wagenabstand durch einen fahrzeugseitigen Abstandssensor (5) erfaßt wird und die Abstandsregelung (28) auf die Bremseinrichtung (10, 11 oder 12-15) einwirkt,
    3. c) dass die einzelnen Wagen oder die Abteilung beim Erreichen oder Durchlaufen der Richtungsgleise (42) durch die Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) auf eine zulässige Geschwindigkeit abgebremst werden, die so bemessen ist, dass die Wagen oder die Abteilungen unter Berücksichtigung der erreichbaren Bremsverzögerung innerhalb der Reichweite eines Abstandssensors (5) auf eine sichere Kuppelgeschwindigkeit abgebremst werden können, wobei
      1. a) die zulässige Geschwindigkeit der Wagen um so höher gewählt wird, je größer die erreichbare Bremsverzögerung ist,
      2. b) die zulässige Geschwindigkeit um so höher gewählt wird, je größer die Reichweite des Abstandssensors (5) ist und
      3. c) die zulässige Geschwindigkeit um so niedriger gewählt wird, je größer die Verzögerungszeit der Wagenbremsen ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2), die Übermittlung der Werte für die Soll-Ablaufgeschwindigkeit, die Abkopplung (vergl. 6) der Wagen, das Lösen der Bremsen und die Kontrolle der Funktionsbereitschaft der fahrzeugseitigen Bremseinrichtung (10, 11 oder 12-15) oder automatischen Kupplungen (6) in Zusammenwirken mit einem Leitstand (31) unter Einsatz einer Datenübertragung (4, 36 oder 22) durchgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zulässige Geschwindigkeit der Wagen beim Erreichen oder Durchlaufen der Richtungsgleise nach der Gleichung





    durch die Steuereinheit (48) der Wagen ermittelt wird, wobei vmax die zulässige Geschwindigkeit der Wagen oder Abteilungen, av die erreichbare Bremsverzögerung, tv die Verzögerungszeit der Wagenbremsen und dsen die Reichweite des Abstandssensors darstellen.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erreichbare Bremsverzögerung av bei Wagen mit pneumatisch gesteuerten Bremsen in dem Maße reduziert wird, wie der Druckwert des Druckluftvorrates im Luftspeicher (14) den zur Erzielung der maximalen Bremsverzögerung av erforderlichen Mindestdruckwert pmin unterschreitet.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Wagen mit pneumatischer Bremseinrichtung die erreichbare Bremsverzögerung av

    um den Faktor





    vermindert wird,

    wobei pist den tatsächlich vorhandenen Druckwert, gemessen mit einem Drucksensor (21) des Druckluftvorrates im Luftspeicher (14), pmin den Mindestdruck für das Erreichen der maximalen Bremsverzögerung av und po den Minimaldruck für das Erreichen einer Anfangsbremsverzögerung darstellen.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erreichbare Bremsverzögerung av der einzelnen Wagen oder Abteilungen selbsttätig von der Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) der Wagen aus den Werten für Masse und Bremskraft ermittelt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erreichbare Bremsverzögerung av der einzelnen Wagen oder Abteilungen von der Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) des vorzugsweise führenden Wagens dadurch ermittelt wird, dass während des Wagenablaufs vom ersten Wagen über eine Zug-Daten- oder Steuerleitung (22) ein Bremssignal an alle übrigen Wagen gesendet wird und aus den tatsächlich gemessenen Werten für die Bremsverzögerung in Relation zur Höhe des gesendeten Bremssignals die maximal erreichbare Bremsverzögerung av ermittelt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Richtungsgleise dadurch ermittelt wird, dass der Anfang der Richtungsgleise mit Hilfe einer vorprogrammierbaren Wegerfassung (24) oder identifizierbarer Ortsmarken (38) erfaßt wird, wobei die Wegerfassung entweder bei Überschreiten einer Geschwindigkeitsschaltgrenze oder bei Passieren lesbarer Ortsmarken (38) am Anfang der Ablaufzone gestartet wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Störung oder Nichtverfügbarkeit des Abstandssensors (5) auf eine Abstandsregelung (28) verzichtet wird und die Wagen bei Einlauf in die Richtungsgleise durch die Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) auf eine niedrige Geschwindigkeit abgebremst werden, die so bemessen ist, dass bei Auflaufstößen ohne vorhergehende Zielbremsung keine Schäden an Wagen oder Ladung auftreten.
  10. 10. Einrichtung zur Automatisierung des Rangierbetriebes von schienengebundenen Güterwagen auf Rangieranlagen mit Ablaufanlage (Fig. 3),

    wobei die Güterwagen mit einer Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) und einer Bremseinrichtung (10, 11 oder 12-15) ausgestattet sind,

    wobei die Ablaufanlage eine Ablaufzone (41) und Richtungsgleise (42) aufweist,

    wobei
    1. a) beim Durchlaufen der Ablaufzone (41) die Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) die Wagen oder Abteilungen auf eine möglichst gleichmäßige Ablaufgeschwindigkeit (vabl) abbremst, wobei die Ablaufgeschwindigkeit (vabl) so vorgegeben ist, dass diese der Geschwindigkeit eines frei und ungebremst ablaufenden Wagens mit erhöhtem Laufwiderstand (Schlechtläufer) möglichst angenähert ist, wobei die Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) eine Steuerschaltung (30) enthält, die in der Ablaufzone (41) einen zur Ermittlung der Ablaufgeschwindigkeit vorgesehenen Steuerblock (27) aktiviert und wobei
    2. b) beim Erreichen oder Durchfahren der Richtungsgleise (42) die Steuerschaltung (30) die Wagen oder Abteilungen auf eine zulässige Geschwindigkeit abbremst, die entweder so bemessen ist, dass
      1. 1. die Wagen unter Berücksichtigung der erreichbaren Bremsverzögerung innerhalb der Reichweite eines in Fahrtrichtung wirkenden Abstandssensors (5) auf eine sichere Kuppelgeschwindigkeit abbremsbar sind,

        wobei die zulässige Geschwindigkeit der Wagen um so höher gewählt ist, je größer die erreichbare Bremsverzögerung ist,

        wobei die zulässige Geschwindigkeit der Wagen um so höher gewählt ist, je größer die Reichweite des Abstandssensors (5) ist

        und wobei die zulässige Geschwindigkeit um so niedriger gewählt ist, je größer die Verzögerungszeit der Wagenbremsen ist
    oder dass die zulässige Geschwindigkeit so bemessen ist, dass
    1. 1.
      1. 1. bei einer Störung oder Nichtverfügbarkeit eines Abstandssensors (5) bei Auflaufstößen ohne vorhergehende Zielbremsung keine Schäden an Wagen oder Ladung auftreten und wobei
    1. a) jeweils die vom Steuerblock (27) herrührenden Werte für die Geschwindigkeit von der Steuerschaltung (30) auf einen Geschwindigkeitsregler (26) aufgeschaltet sind, der über eine Bremse (10, 11 oder 12) des Wagens einwirkt und durch einen Vergleich der vorgegebenen Geschwindigkeit (vsoll) mit der Wagengeschwindigkeit, die durch eine Geschwindigkeitserfassung (25) ermittelt wird, die Einhaltung der vorgegebenen Geschwindigkeit (vsoll) bewirkt.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Ablaufgeschwindigkeit eine vom Ablaufweg (s) oder der Ablaufzeit (t) abhängige Funktion ist, wobei diese Funktion von einem Leitstand oder der Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) der Wagen direkt aus dem Höhenprofil der Rangieranlage (Fig. 3) oder aus der Ablaufgeschwindigkeit eines ungebremst ablaufenden Wagens mit erhöhtem Laufwiderstand von etwa 5 bis 10‰ entsprechend einer Laufverzögerung von 0,05 bis 0,1 m/s2 (Schlechtläufer) ermittelt wird.
  12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Ablaufweges und die Erfassung der Einfahrt in die Richtungsgleise (42) durch eine vorprogrammierbare Wegerfassung (24) erfolgt, wobei der Start der Wegerfassung (24) und die Aktivierung des Steuerblocks für die Vorgabe der Soll-Ablaufgeschwindigkeit (27) und/oder die Umschaltung der automatischen Kupplung von der Stoßstellung in die kuppelbereite Stellung nach Überschreitung einer Geschwindigkeitsschaltgrenze in der Ablaufzone (41) erfolgt.
  13. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Ablaufweges und die Erfassung der Einfahrt in die Richtungsgleise (42) durch eine vorprogrammierbare Wegerfassung (24) in Kombination mit Ortsmarken (43) erfolgt, die von einem Sender-Empfänger (17) am Wagen beim Passieren derselben identifiziert werden können.
  14. 14. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagen eine Abstandsregelung (28) aufweisen, die dazu ausgerüstet ist, die Wagen beim Durchlaufen der Ablaufzone (41) bei Annäherung an vorausfahrende Wagen durch Vorgabe eines verminderten Geschwindigkeitswertes so abzubremsen, dass ein sicherer Mindestabstand zum Umschalten der Weichen eingehalten wird, wobei die Annäherung durch einen Abstandssensor (5) erfaßt und der Geschwindigkeitswert von der Steuerschaltung (30) auf den Geschwindigkeitsregler (26) aufgeschaltet wird.
  15. 15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagen in den Richtungsgleisen (42) bei Annäherung an vorausstehende oder vorausfahrende Wagen durch eine Zielbremssteuerung (29) auf eine sichere Kuppelgeschwindigkeit abgebremst und anschließend angekoppelt werden.
  16. 16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rangieranlage einen Leitstand (31) aufweist, der dazu ausgerüstet ist, die Aktivierung der Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) der Güterwagen zu bewirken, die Werte für die Soll-Ablaufgeschwindigkeit zu übermitteln, die einlaufenden Wagen zu identifizieren, die Abkopplung der Wagen an den vorgesehenen Trennstellen einzuleiten, die Bremsen zu lösen und die Kupplungs- oder Bremsenfunktionen der Wagen ferngesteuert zu überwachen, wobei der Datenaustausch mit den Wagen unter Einsatz einer Datenfunk-Sende- und Empfangseinrichtung (4, 36) oder Zug-Daten- oder Steuerleitung (22) erfolgt.
  17. 17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagen mit Drehimpulsgebern (8) zur Erfassung der Ablaufwegstrecke, der Wagengeschwindigkeit und der Wagenverzögerung sowie mit Sensoren (5) zur Erfassung des Abstandes (dist) und der Differenzgeschwindigkeit zu vorausbefindlichen Wagen ausgestattet sind, wobei die Sensoren (5) zur Erfassung des Abstandes Laser-, Mikrowellen- oder Ultraschallsensoren sind.
  18. 18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanlage ein elektronisch gesteuertes, pneumatisches Steuerventil (13) aufweist, mit dessen Hilfe ein pneumatisch betätigter Bremszylinder (12) der Bremseinrichtung (12-15) angesteuert werden kann oder dass die Bremsanlage einen steuerbaren elektrischen Antriebsmotor (10) mit einem Getriebe (11) zur Kraftübertragung für einen Bremsantrieb aufweist.
  19. 19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagen mit einer Anzeige- und Bedieneinrichtung (3) ausgestattet sind, die eine Anzeige und Eingabe der Frachtdaten, sowie ein Einschalten der Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) zur Durchführung des automatischen Wagenablaufs ermöglicht.
  20. 20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagen eine Zug-Daten- oder Steuerleitung (22) aufweisen, die von Wagen zu Wagen verläuft, mit der Steuer- und Regeleinheit (Fig. 1: 2; Fig. 2) in Verbindung steht und mit deren Hilfe beim Wagenablauf ein vorauslaufender Wagen ein Signal an nachfolgende Wagen weiterleiten kann, so dass bei einer Geschwindigkeitsregelung (26), Abstandsregelung (28) oder Zielbremssteuerung (29) oder der Steuerung der zulässigen Geschwindigkeit im Bereich der Richtungsgleise (42) vom führenden Wagen aus die Bremseinrichtungen (10, 11 oder 12-15) der nachfolgenden Wagen angesteuert werden können.






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