特にレール車両の主空気供給と補助空気供給とを行う方法および装置

本発明は、電気モータを介して駆動され、圧縮空気を発生させて少なくとも1つの主空気容器に充填し、車両の空気圧機器へ供給するコンプレッサを用いて、車両の主空気供給と補助空気供給とを行う方法および装置であって、車両には、少なくとも1つの第1および第2のエネルギ源を介して電気的なエネルギが供給され、車両をセットアップ(Aufruesten)し、コンプレッサにより発生された圧縮空気を用いて第1のエネルギ源を作動させるように、空気圧式の作動装置を運転し、この期間中は、コンプレッサの電気モータに第2のエネルギ源を介してエネルギを供給する、方法および装置に関する。

本発明の使用分野は、主としてレール車両製造、すなわち、電気的に運転されるレール車両に及んでいる。レール車両は、例えばパンタグラフを介して、運転のために必要な電気的なエネルギを架線から取り出す。この第1のエネルギ源の他に、ここで関心のある車両は、第2のエネルギ源、例えば電気的なエネルギを蓄積する車両バッテリの形態の第2のエネルギ源も有しており、第2のエネルギ源は、第1のエネルギ源が利用できないとき、電気的な補機にエネルギを供給するために設けられている。コンプレッサにより発生された圧縮空気は、主として空気圧機器、例えば車両ブレーキ装置に供給するのに使用される。本発明を、レールに拘束されない車両、例えばトロリーバス等において使用することも可能である。

一般に公知の従来技術によれば、補助空気供給のために、主コンプレッサの他に、通常は「補助空気コンプレッサ」が使用され、補助空気コンプレッサは、空気圧エネルギをパンタグラフの作動装置等のために提供する。このような独立した補助空気コンプレッサは、レール車両の車両バッテリより電気的なエネルギの供給を受け、主コンプレッサと比較して比較的低い圧送出力を有する。その際、車両バッテリの電気的なエネルギは、電気モータを介して補助空気コンプレッサを駆動するに十分であり、その結果、補助空気供給用の圧縮空気を十分に発生させることができる。

独国特許出願公開第102013109475号明細書(DE 10 2013 109 475 A1)に看取可能な技術的な解決手段では、このような独立した補助空気コンプレッサが不要である。それというのも、補助空気コンプレッサの機能は、車両の主コンプレッサが兼任するからである。車両のセットアップ時の主コンプレッサを介した補助空気供給のために、主コンプレッサを駆動する電気モータは、周波数コンバータを介して、車両バッテリにより提供される電気的なエネルギにより運転される。こうして発生される駆動エネルギは、主コンプレッサを比較的低い回転数で運転するに十分であり、補助空気供給のための圧縮空気は、圧縮空気供給管路の副管路により分岐される。この補助空気分岐は、主コンプレッサの下流に接続されるエアドライヤユニットの下流で実施される。主空気容器から圧縮空気が逆流するのを阻止するために、主空気容器の入口にはチェック弁が設けられている。補助空気容器用の圧縮空気分岐のための別の弁手段は、設けられていない。

本発明の課題は、この種の主空気供給と補助空気供給とを行う方法および装置を、簡単な技術的な手段により車両のセットアップ用の補助空気の制御可能な分岐が可能となるようにさらに改良することである。

上記課題は、方法技術的に請求項1により解決される。この方法に対応する主空気供給と補助空気供給とを行う装置については、請求項5を参照されたい。両請求項をそれぞれ引用する従属請求項は、本発明の有利な形態を表している。

本発明は、車両のセットアップ用の圧縮空気が、第2のエネルギ源を介して好ましくはバッテリ運転される(主)コンプレッサにより、切り換え弁装置を介して、パンタグラフまたはメインスイッチの空気圧式の作動装置に割り当てられた補助空気容器に供給されるという技術的思想を包含する。さもなければ、つまり、セットアップが実施され、第1のエネルギ源が作動された後は、コンプレッサにより発生された圧縮空気は、切り換え弁装置を介して主空気容器に供給される。

本発明による解決手段の利点は、特に、車両のセットアップ、つまり、例えばパンタグラフを電気的な架線に当接させることで運転準備が整った状態にすることが、初期状態では主空気容器および補助空気容器が空であっても、独立した補助コンプレッサなしに実施可能であることにある。コンプレッサの電気モータに例えば第2のエネルギ源としての車両バッテリを介してエネルギが供給されることにより、コンプレッサは、十分な圧送出力で、まず、弁により制御されて、パンタグラフの空気圧式の作動装置を運転するために補助空気容器に圧縮空気を充填し、これにより、パンタグラフを上昇させることができる。続いて第1のエネルギ源がパンタグラフを介して接続されたら、コンプレッサは、通常の圧送出力で運転され、コンプレッサにより発生された圧縮空気は、切り換え弁装置を介して主空気容器と、好ましくは主空気容器に割り当てられた主空気容器管路とに提供される。これにより、本発明による切り換え弁装置は、特に車両のセットアップの運転期間中の、必要に応じた圧縮空気導入を可能にする。

車両の通常の運転中、つまりセットアップ外でも、切り換え弁装置は、補助空気容器内の最低圧力を下回ったとき、補助空気容器に圧縮空気が再充填されるように、補助空気容器内の圧力により作動され得る。補助空気容器内の目標圧力に達すると、切り換え弁装置は、再び切り換えられることができ、その結果、再び主空気容器は、必要に応じて制御され、コンプレッサにより発生された圧縮空気により充填可能である。この手段は、補助空気容器に主空気容器より高い優先度で圧縮空気が充填されることを保証する。切り換え弁装置の切り換え圧力は、好ましくは、主空気容器の定格供給圧力より下にある。定格供給圧力が8.5〜10barであるとき、切り換え圧力は、例えば7.5barであることができる。

これとは異なりまたはこれに加えて、主空気容器内に十分に圧縮空気が貯蔵されている場合、補助空気容器に主空気容器の圧縮空気を充填することを提案する。このために、簡単に、切り換え弁装置に対して並列に接続される弁要素が設けられてもよく、この弁要素は、切り換え弁装置の構成部分であってもよい。並列に接続される弁要素は、切り換え弁装置を迂回して主空気容器を補助空気容器に接続する。最も簡単な事例では、弁要素は、主空気容器から補助空気容器への通流方向を有してばねにより付勢されたチェック弁として形成されていてもよい。チェック弁のばねの強さを介して、切り換え圧力は調整される。代替的な一実施の形態によれば、しかし、チェック弁の代わりに、動作が機械式、空気圧式、液圧式または電気式に制御される別の弁を使用することも可能である。

本発明の対象の切り換え弁装置の動作は、好ましくは電気的に制御されており、制御ユニットは、この場合、電気的な制御信号を設定する。本発明による切り換え弁装置も、その代わりに機械式、空気圧式または液圧式に制御されていてもよい。この点では、例えば切り換え弁装置は、溢流弁により、かつ圧力センサは、圧力スイッチにより、純然たる機械式に実現されていることも可能である。この場合、制御ユニット、特に電子式の制御ユニットは省略されてもよい。

電気的に制御される切り換え弁装置の場合、制御ユニットは、電子式の制御ユニットとして形成されており、入力側で電気的に、主空気容器に設けられた圧力センサおよび補助空気容器に設けられた圧力センサに接続されている。圧力センサの代わりに、バイナリ切り換え式の圧力スイッチを使用することも可能である。これにより電子式の制御ユニットは、常に、両容器内を支配している圧力レベルの現下の情報を利用することができ、優先度に応じて補助空気容器および主空気容器への圧縮空気供給を制御することができ、電子式の制御ユニットは、電気的に制御可能な切り換え弁装置のための相応の切り換え信号を出力する。その他、電子式の制御ユニットを介して、コンプレッサの電気モータも制御可能である。

好ましくは、電気モータの上流に接続されたコンバータにより電圧および/または周波数を変換することでコンプレッサの圧送出力を調整する。この調整は、可変に実施されても、固定段で実施されてもよい。これとは異なり、コンプレッサの圧送出力は、コンプレッサに設けられた弁装置、例えば空気抜き装置を電気式、空気圧式、液圧式または機械式に操作することで、例えばこの点では多段のピストンコンプレッサの高圧段と低圧段との間で変更されてもよい。

本発明による切り換え弁装置は、第1の好ましい実施の形態によれば、第1の切り換え位置では、コンプレッサにより生成される供給圧を補助空気容器に供給し、第2の切り換え位置では、コンプレッサにより生成される供給圧を主空気容器に供給する3ポート2位置切り換え弁として形成されていることができる。

第2の好ましい実施の形態によれば、切り換え弁装置は、開弁された切り換え位置では、コンプレッサにより生成される供給圧を主空気容器に供給し、閉弁された切り換え位置では、この接続を遮断していることに加え、コンプレッサから補助空気容器には、永続的な圧縮空気接続が存在している2ポート2位置切り換え弁として形成されていてもよい。本実施の形態では、補助空気容器に圧縮空気を送り込むことが優先されており、このために切り換え弁装置を作動させる必要はない。

附言すると、圧縮空気供給用のコンプレッサの下流には、通常、エアドライヤユニットが接続されており、エアドライヤユニットは、コンプレッサにより周囲空気から発生された圧縮空気を、他の圧縮空気システムに提供する前に、十分に乾燥させる。エアドライヤユニットは、例えば吸着式エアドライヤとして形成されていてもよい。

さらに附言すると、補助空気容器から、セットアップ時、パンタグラフの作動装置に圧縮空気を送り込むだけではなく、これに加えて、必要であれば、例えばそれ自体は公知の、動作が空気圧式に制御可能なメインスイッチにも、車両への電流供給を開通させるべく送り込むことができる。

以下に、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明し、本発明を改良するさらなる手段について詳しく説明する。

第1の実施の形態による切り換え弁装置を備えるレール車両用の主空気供給と補助空気供給とを行う装置の概略ブロック線図である。

第2の実施の形態による切り換え弁装置を備えるレール車両用の主空気供給と補助空気供給とを行う装置の概略ブロック線図である。

図1に示すように、それ以上は図示しないレール車両の主空気供給および補助空気供給の枠内で、主空気容器3と、主空気容器3に接続される主空気容器管路4とに供給する圧縮空気を発生させるコンプレッサ1が設けられている。コンプレッサ1は、電気モータ2により駆動される。電気モータ2を駆動する電気的なエネルギは、一次的には、パンタグラフ5を介して架線接続により引き出される。第2の電気的なエネルギ供給には、車両バッテリ6が用いられる。パンタグラフ5および車両バッテリ6を用いた電気的なエネルギ供給は、電子式の制御ユニット7を介して制御される。制御ユニット7は、電気モータ2の駆動のために電圧および周波数を変換する内蔵型のコンバータ8も含んでいる。電気モータ2は、本実施の形態では、三相電動機として形成されている。

パンタグラフ5に割り当てられた空気圧式の作動装置9は、コンプレッサ1により発生された圧縮空気を用いてパンタグラフ5を昇降させるために運転される。

パンタグラフ5がまだ下降された非作動位置にある車両のセットアップ期間中、架線からは電気的なエネルギの供給を受けられないため、コンプレッサ1の電気モータ2には、まず、車両バッテリ6を介して電気的なエネルギが供給される。車両バッテリ6から提供可能な電気的なエネルギは、この車両のセットアップ期間中は、パンタグラフ5を上昇させるために空気圧式の作動装置9を作動させるに足る低い圧送出力でコンプレッサ1を運転すれば十分である。

この目的のために、バッテリ運転されるコンプレッサ1により発生された圧縮空気は、本実施の形態では、電空式の3ポート2位置切り換え弁として形成されている切り換え弁装置10を介して、電気式の制御ユニット7にしたがって補助空気容器11に供給され、補助空気容器11は、パンタグラフ5の空気圧式の作動装置9を運転する圧縮空気を貯蔵する。車両のセットアップ期間外では、切り換え弁装置10は、コンプレッサ1により発生された圧縮空気を車両の主空気容器3に供給する。車両の主空気容器3の充填は、好ましくは、パンタグラフ5を介した一次の電気的なエネルギ供給時に実施される。

車両のセットアップの時点で、まだ十分に8.5〜10barの圧縮空気が主空気容器3内にあれば、空になった補助空気容器11の充填が、主空気容器3から実施されてもよい。この目的のために、切り換え弁装置10に対して並列に接続される弁要素12が、主空気容器3から補助空気容器11への通流方向を有するチェック弁の形態で設けられている。

本実施例では、切り換え弁装置10の動作は、電気的に制御されており、電子式の制御ユニット7は、切り換え弁装置10の制御のために電気的な切り換え信号を発信する(点線)。電子式の制御ユニット7の信号入力側には、主空気容器3に設けられた第1の圧力センサ13および補助空気容器11に設けられた第2の圧力センサ14の圧力信号が供給される(点線)。これらの圧力信号から、電子式の制御ユニット10は、上述のロジックにしたがって、電気的に制御可能な切り換え弁装置10およびコンプレッサ1のための切り換え信号を算出する。

3ポート2位置切り換え弁として形成される切り換え弁装置10に関して、第1の切り換え位置において、コンプレッサ1により生成される供給圧が、補助空気容器11に、特にセットアップ期間中、供給され、そして第2の切り換え位置において、コンプレッサ1により生成される供給圧が、主空気容器3に供給され、これにより、車両の主空気供給を保証することができる。

図2に示す代替的な実施の形態によれば、切り換え弁装置10’は、2ポート2位置切り換え弁として形成されている。2ポート2位置切り換え弁は、開弁された切り換え位置において、コンプレッサ1により生成される供給圧を主空気容器3に供給する。閉弁された切り換え位置において、切り換え弁装置10’は、この接続を遮断する。さらにコンプレッサ1から補助空気容器11への継続的な圧縮空気接続が存在し、この圧縮空気接続は、この点において切り換え弁装置10’の切り換え位置による影響を受けない。これにより、弁を操作することなく圧縮空気を補助空気容器11に一次的に送り込むことが達成される。

本発明は、上述の好ましい両実施例に限定されるものではない。むしろ、以下の特許請求の範囲の保護範囲に包含される両実施例の変化態様も可能である。而して、例えば切り換え弁装置を、空気圧式、液圧式または機械式にパイロット制御される弁として形成し、制御を好適な制御媒体により実施することも可能である。その他、例えば電気式の圧力センサの代わりに、主空気容器3および補助空気容器11内の圧力レベルを監視する機械式の圧力モニタまたはこれに類するものを使用してもよい。さらに、切り換え弁装置10あるいは10’に並列に接続される弁要素を、動作が能動的に制御される弁またはこれに類するものとして形成してもよい。コンプレッサを、これに接続される圧縮空気処理部および空気抜き装置を伴ってまたは伴わずに形成する点についても、特許請求の範囲に記載される保護範囲内であれば、制限はない。

1 コンプレッサ 2 電気モータ 3 主空気容器 4 主空気容器管路 5 パンタグラフ 6 車両バッテリ 7 制御ユニット 8 コンバータ 9 作動装置 10 切り換え弁装置 11 補助空気容器 12 弁要素 13 圧力センサ 14 圧力センサ