Grundlagen der Eisenbahnbremstechnik - ids.uni-hannover.de · DB Systemtechnik, TZF 8, Minde, 09.11.2007 3 Beim Bremsen ist eine Umwandlung der Bewegungsenergie in andere Energieformen

1DB Systemtechnik, TZF 8, Minde, 09.11.2007

Tel.: (937) 51 00 bzw. +49 (571) 393 51 00 - Fax: -10 [email protected]

Weserglacis 2, 32423 Minden

Vorlesung „Schienenfahrzeugtechnik“IVE Hannover

Grundlagen der Eisenbahnbremstechnik

Frank Minde

DB Systemtechnik

TZF8 (Bremse und Kupplungen)


Grundlagen der Eisenbahnbremstechnik

� Grundlagen

� Entstehung und Prinzip der heutigen Druckluftbremse

� Die Grundfunktionen der pneumatischen Hauptbauteile der Druckluftbremse

� Der Bremsbetrieb

� Bauteile, Charakteristika und Auslegung von Güterwagenbremsen

� Bauteile, Charakteristika und Auslegung von Reisezugwagenbremsen

� Bauteile, Charakteristika und Auslegung von Triebfahrzeugbremsen

� Normen und Literaturhinweise


� Beim Bremsen ist eine Umwandlung der Bewegungsenergie in andere Energieformen (meist in

Wärme) erforderlich. Neben den immer vorhandenen Fahrzeugwiderstandskräften (Lager-, Lauf- und

Luftwiderstand) sind dazu im Fahrzeug regulierbare Einrichtungen vorzusehen.

� Bremsen am Fahrzeug haben folgende Aufgaben:

– die Fahrgeschwindigkeit aus betrieblichen Gründen in gewollten Grenzen zu verringern

bzw. bei Gefällefahrten konstant halten,

– drohende Gefahren abzuwenden,

– stehende Fahrzeuge gegen Abrollen zu sichern.

� Bis auf die bei Bahnen eingesetzten Schienenbremsen (Magnet- u. Wirbelstrombremsen) wirken die

Bremsen von Kraft- und Schienenfahrzeugen auf das Rad. Sie dürfen dabei nicht so stark bremsen,

dass der Radsatz blockiert. Daher begrenzt die Haftreibung zwischen Rad und Schiene die

Bremskraft (Haftwertabhängigkeit).

GrundlagenAufgaben von Bremsen


Einleitung durch Tf oder automatische SteuerungenDauerhaftes Sichern eines abgestellten Fahrzeuges/Zuges

Park-/Feststellbremsung

Einleitung durch Tf oder automatische SteuerungenFesthalten des Fahrzeuges/Zuges bei Stillstand für einen begrenzten Zeitraum

Haltebremsung

Einleitung durch Tferhöhte Verzögerungen (a = 2,71 m/s2) und Ruckenur bei Fahrzeugen die der BOStrab unterliegen

Gefahrenbremsung

Einleitung durch Sifa, Zugsicherungssysteme (INDUSI, LZB, ATC) oder bei ZugtrennungWirkung wie Schnellbremsung

Zwangsbremsung

Einleitung durch Tf, Fahrgast oder Zugbegleitpersonal Wirkung wie Schnell- oder Vollbremsung

Notbremsung

Einleitung durch Tf im Gefahrenfallverkürzte Ansprech- und/oder Schwellzeitzeit Verwendung der Bremsen mit der höchsten Verfügbarkeit, auch die Reibungs- u. Mg-Bremsen

Schnellbremsung

Maximale Betriebsbremsung, 100 % der möglichen BremskraftVollbremsung

Betriebsbremsung, um die Geschwindigkeit in einem Gefälle weitgehend konstant zu haltenDauerbremsung

Betriebsbremsung, um an einem bestimmten Ort eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichenStopp-/Regulierbremsung

Einleitung durch Tf oder automatische Steuerungen (AFB, ATC)Vorrangige Verwendung verschleißfreier Bremsen (Blending), keine Mg-Bremsen1 % bis 100 % der möglichen Bremskraft

Betriebsbremsung

BeschreibungArt der Bremsung

GrundlagenArten von Bremsungen


Straße Eisenbahn

• kleiner Haftwert Stahlrad/Schiene (µµµµH ≈≈≈≈ 0,15), große abzubremsende Massen (5-25 t/Radsatz) dadurch lange Bremswege

• Zugbildung (größere Anzahl von Fahrzeugen)

• Spurführung (kein Ausweichen, aber Entgleisen möglich)

• Fahren auf Sicht nicht möglich, daher nach Signalisierung mit festgelegtem Bremsweg (400 m, 700 m- und 1.000 m- Vorsignalabstände und LZB-Betrieb bei der DB) im absoluten Bremswegabstand

• lange Reaktionszeiten auf Bremsanforderung handbedienter, winkelabh. Bremssteller

• großer Haftwert Gummirad/Fahrbahn (µµµµH ≈≈≈≈ 0,9), kleine abzubremsende Massen (Pkw: 0,8 t/Radsatz) dadurch kurze Bremswege

• max. zwei gekuppelte Fahrzeuge

• Ausweichen möglich

• Fahren auf Sicht im relativen Bremswegabstand

• Kraft-Weg Rückkopplung Bremspedal, unmerklich kurze Reaktionszeit auf Bremskraftanforderung

GrundlagenUnterschied Straße - Eisenbahn


Bedingung:

FKlotz x µµµµK < m x g x µµµµH

FKlotz

m x g

FKlotz x µK

m x g x µH

Reibungsbremse:

kinetische und potenzielle Energie des Zuges wird in Wärme umgewandelt

GrundlagenKraftverhältnisse am Rad


0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

v in km/h

Rei

bw

ert

Rad

/Sch

ien

e

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Re

lative

Su

mm

enh

äufigke

it

Alle Wetterbedingungen

Regen

Mittelwerte der Haftreibung

0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

Quelle: ORE B14/44, 1978

trockene Schiene feuchte Schiene schlüpfrige Schiene

Der Haftreibwert µH zwischen Rad und Schiene ist � eine statistisch verteilte Größe � keine exakt zu bestimmende Konstante� eine Funktion der Zeit und des Ortes � eine Funktion der Geschwindigkeit

GrundlagenReibwert Rad/Schiene µH = f (v, Ort, Zeit)


Kra

ftsch

luß

be

iwe

rtµ

H

Schlupf

Feuchte Schiene

Schlüpfrige Schiene

Trockene Schiene

vU = vF : Rollen, Schlupf = 0vU > vF : Antreiben, Schlupf < 0vU < vF : Bremsen, Schlupf > 0vU = 0 : Gleiten, Schlupf = 1

GrundlagenReibwert Rad/Schiene µH = f (Schlupf)

)(

)(1

F

U

veitschwindigkFahrzeugge

vgkeitgeschwindiRadumfangsSchlupf −=


Spindelbremse (1842)Hebelbremse (1835)

Heberlein-Bremse (1852)in Lösestellung

Entstehung und Prinzip der heutigen DruckluftbremseDie Anfänge


1- Drucklufterzeugungsanlage, 2- Hauptluftbehälter,3- Führerbremsventil4- Hauptluftleitung, 5- Bremszylinder

Entstehung und Prinzip der heutigen DruckluftbremseDirekt wirkende durchgehende Druckluftbremse


1- Drucklufterzeugungsanlage, 2- Hauptluftbehälter,3- Führerbremsventil4- Hauptluftleitung, 5- Bremszylinder,6- Vorratsluftbehälter,7- Steuerventil

ab 1868

Entstehung und Prinzip der heutigen DruckluftbremseIndirekt wirkende durchgehende Druckluftbremse


Entstehung und Prinzip der heutigen Druckluftbremse Direkte und indirekte Druckluftbremse in einem Tfz


optional(1)

(3)

(5) (6)

(7)

(1) Kompressor (8-10 bar)(2) Vorfilterung(3) Kondensatsammelanlage(4) Ölfeinstfilter(5) Sicherheitsventil 12 bar(6) Sicherheitsventil 10,5 bar(7) Hauptluftbehälter (z.B. BR 101: 800 l)

(4)

(2)

Quelle: Fa. Knorr-Bremse

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufterzeugung und -aufbereitung


Luftfilter

Antriebsmotor

Kurbelgehäuse

Kurbelwelle

KombinierterZwischen-und Nachkühler

Hochdruckzylinder

Öl

Luft

Niederdruckzylinder


Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufterzeugung, Kolbenkompressor


Luftfilter

Kombinierter Luft/Öl-Kühler

Luftentölelement

Temperatur-schalter

Schraubenblock

Ölsteuerblock

Antriebsmotor

Öl

Luft


Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufterzeugung, Schraubenkompressor


= Hauptluftstrom

= Regenerationsluftstrom

= Steuerluft

ab

regenerierentrocknen a - linker Turm

b - rechter TurmT - Umschaltzyklus

Kondensatauslass

Zweifachkolbenventil

Vorsteuerventil

Ölabscheider

Trockenbehälter Regenerationsbehälter


Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufttrocknung


(1) Kompressor (8-10 bar)(2) Vorfilterung(5) Sicherheitsventil 12 bar(6) Sicherheitsventil 10,5 bar(7) Hauptluftbehälter (z.B. BR 101: 800 l)

optional(1)

(5) (6)

(7)(2)


Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufterzeugung und -aufbereitung, ölfrei


GrundfunktionenBremsen und Lösen (zeit- oderstellungsabhängig)DruckerhaltungSicherstellen SelbsttätigkeitSchnellbremsen

ZusatzfunktionenAbsperrenAngleichenErste und letzte BremsstufeFüllen (Schnelllösen, Füllstoß)

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFührerbremsventil, Funktionen

KoppelfunktionenElektrodynamische BremseAutomatische Fahr- und BremssteuerungFunkansteuerung


Trennung von HL muss möglich seinAbsperren

max. 1,0 bar über Regelbetriebsdruck Druckabbau 0,15 bar in 60 bis 75 s

Angleichen

400 l HL-Volumen von 5 auf 3,8 bar in max. 2,5 sEntlüftungsleistung bei SB

400 l HL-Volumen von 5 auf 3,8 bar in max. 10 sEntlüftungsleistung bei VB

Druckabsenkung in HL 5 auf 3,5 bar in 6 bis 10 sBetriebsbremsgradient

Druckabsenkung in HL 1,6 + 0,2 barVollbremsung

mindestens 0,25 bar unter RegelbetriebsdruckLetzte Lösestufe

Druckabsenkung in HL 0,4 + 0,1 barErste Bremsstufe

5,0 +/- 0,05 barRegelbetriebsdruck

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFührerbremsventile, Hauptmerkmale nach UIC 541-03


Fü-Füllstellunggetastet

Fa-Fahrtstellungrastiert

Lö-Lösestellunggetastet

0-Abschlußstellungrastiert

Br-Bremsstellunggetastet

SB-Schnellbremsstellungrastiert

Fa

Fü

Br

SB

0

Lö

Angleichen

Fa

Fü

Br

SB

VB

Angleichen

getastet

rastiert

rastiert

VB-Vollbremsstellung rastiert

rastiert

stellungsabhstellungsabhäängigngigzeitabhzeitabhäängigngig

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFührerbremsventile, zeit- und stellungsabhängig


HL

HBL

0

Leistungs-teil

0

Leistungs-teil

Steuerleitung

0 0

0

Bedienteil

Leistungs-teil

FührerbremsanlageFührerbremsanlageFührerbremsventil

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFührerbremsventile, Bauformen


Indirekte Druckluftbremse(stellungsabh.)

ED-Bremse (stellungsabh.)

Zusatzbremse (zeitabh.)

Notbremsventil(Ackermannhahn)

Manometer für C undHL, HBL

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFührerbremsventile, Ausführungsbeispiel (1)


Quelle: Bombardier Transportation

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDruckluftgerüst/Bremsgerätetafel BR 185.1


stellungsabhängig FB11 der Fa. Knorr-Bremsein VT64x der DB AG

Fahr-/Bremshebel

(Normalbetrieb, direkte ep-Bremse)

FB11 (Notsteuerung,

indirekte HL-Bremse)

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFührerbremsventile, Ausführungsbeispiel (2)


Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileNotbremseinrichtungen

Ackermannhahn SchlagtasterNot-Aus


HBLHL

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileLuftabsperrhähne und Schlauchverbindungen

Reisezugwagen = 1“Güterwagen = 1 1/4“


KE1dSW4

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileUIC-Steuerventile


HL

Ceinlösig

Cmehrlösig

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileEin- und mehrlösige Steuerventile


1 erster Wagen15 letzter Wagen bei aktiven Schnellbremsbeschleunigern15' letzter Wagen bei inaktiven Schnellbremsbeschleunigernt1 Durchschlagzeit

HauptluftleitungHauptluftleitung

BremszylinderBremszylinder

Reisezug: 60 Achsen, 15 Wagen, Bremsstellung R

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileSteuerventile, Druckverlauf bei einer Schnellbremsung


0

100

200

300

400

500

600

0 2 4 6 8 10 12 14 16 1 8 20 22 24 26 28

Zeit [s]

Dru

ck

ab

s [

kP

a]

Brem sz ylind erdruck in P an der Zugs pitz e Brem szy linde rdruck in P am Zugende

Brem sz ylind erdruck in G an d er Zugs pitze Brem szy linde rdruck in G am Zu gende

Bremsstellung Bremszylinder-Füllzeit Bremszylinder-Lösezeit

G 18-30 s 45-60 s R, P 3-5 s 15-20 s

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileSteuerventile, Bremsarten P und G


Bremsstellung der Güterzüge der DB AG

Zusammenfassung von Auszügen aus den Richtlinien 408.0721 und 402.0202 Anhang 4

zu den einzustellenden Bremsstellungen

Wagenzugmasse Bremsstellung Lok / Wagenzug zu erfüllende Bedingung

800 t P

800 t bis 1200 t GP

1200 t bis 1600 tLok + erste 5 Wagen in G / Rest in P

(Lange Lok)

1600 t bis 2500 tLok + erste 5 Wagen in G / Rest in P

(Lange Lok)

der Zug muss ausschließlich aus Wagen mit

einem Gesamtgewicht von 32 t gebildet sein

2500 t bis 4000 t Lok + erste 5 Wagen in G / Rest in P

(Lange Lok)

der Zug muss ausschließlich aus Wagen mit

einem Gesamtgewicht von 40 t gebildet sein

unabhängig von der LastLok + erste 5 Wagen in G / Rest in P

(Lange Lok)

alle Fahrzeuge sind mit automatischer

Kupplung (UIC-AK) ausgerüstet

> 1600 t, wenn die Bedingungen

nicht erfüllt sindG


Bremsstellung der Güterzüge der DB AG


0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Fahrzeugposition im Zug

Qu

alit

ativ

: 10

m-L

äng

sdru

ckkr

äfte

FEBIS-Zug

AAR (Füllzeit 60 s, halbe UIC-Abbremsung)

EP-Bremse, Bremsstellung P

UIC-Bremse mit langer Lok (G5P)

zus. Entlüftung an Pos. 15, Brst P

zus. Entlüftung am Zugende, Brst P

UIC-Bremse, Bremsstellung PP

BremsbetriebLängsdruckkräfte, qualitativer Vergleich


Bremsstellung

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 83

Bremsweg (m)

[KN]

G/G

P/P

Flmax

(10m)

Zugdaten:

Masse 552 t

Länge 503 m

Fl(10m)

Flmax

Aufbau der LDK in einer Kuppelstelle

Betrachtung der Kuppelstelle 17

Documents

Grundlagen der Eisenbahnbremstechnik - ids.uni-hannover.de · DB Systemtechnik, TZF 8, Minde, 09.11.2007 3 Beim Bremsen ist eine Umwandlung der Bewegungsenergie in andere Energieformen