1. Vorlesung Bremstechnik 2007

7/21/2019 1. Vorlesung Bremstechnik 2007

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1DB Systemtechnik, TZF 8, Minde, 09.11.2007

Tel.: (937) 51 00 bzw. +49 (571) 393 51 00 - Fax: -10 82

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Weserglacis 2, 32423 Minden

Vorlesung SchienenfahrzeugtechnikIVE Hannover

Grundlagen der Eisenbahnbremstechnik

Frank Minde

DB Systemtechnik

TZF8 (Bremse und Kupplungen)


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Grundlagen der Eisenbahnbremstechnik

Grundlagen Entstehung und Prinzip der heutigen Druckluftbremse Die Grundfunktionen der pneumatischen Hauptbauteile der Druckluftbremse

Der Bremsbetrieb Bauteile, Charakteristika und Auslegung von Gterwagenbremsen

Bauteile, Charakteristika und Auslegung von Reisezugwagenbremsen Bauteile, Charakteristika und Auslegung von Triebfahrzeugbremsen

Normen und Literaturhinweise


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Beim Bremsen ist eine Umwandlung der Bewegungsenergie in andere Energieformen (meist inWrme) erforderlich. Neben den immer vorhandenen Fahrzeugwiderstandskrften (Lager-, Lauf- undLuftwiderstand) sind dazu im Fahrzeug regulierbare Einrichtungen vorzusehen.

Bremsen am Fahrzeug haben folgende Aufgaben:

die Fahrgeschwindigkeit aus betrieblichen Grnden in gewollten Grenzen zu verringernbzw. bei Gefllefahrten konstant halten,

drohende Gefahren abzuwenden,stehende Fahrzeuge gegen Abrollen zu sichern.

Bis auf die bei Bahnen eingesetzten Schienenbremsen (Magnet- u. Wirbelstrombremsen) wirken dieBremsen von Kraft- und Schienenfahrzeugen auf das Rad. Sie drfen dabei nicht so stark bremsen,dass der Radsatz blockiert. Daher begrenzt die Haftreibung zwischen Rad und Schiene die

Bremskraft (Haftwertabhngigkeit).

Grundlagen

Aufgaben von Bremsen


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Einleitung durch Tf oder automatische SteuerungenDauerhaftes Sichern eines abgestellten Fahrzeuges/ZugesPark-/Feststellbremsung

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

Haltebremsung

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

Gefahrenbremsung

Einleitung durch Sifa, Zugsicherungssysteme (INDUSI, LZB, ATC) oder bei Zugtrennung

Wirkung wie Schnellbremsung

Zwangsbremsung

Einleitung durch Tf, Fahrgast oder ZugbegleitpersonalWirkung wie Schnell- oder Vollbremsung

Notbremsung

Einleitung durch Tf im Gefahrenfallverkrzte Ansprech- und/oder SchwellzeitzeitVerwendung der Bremsen mit der hchsten Verfgbarkeit, auch die Reibungs- u. Mg-Bremsen

Schnellbremsung

Maximale Betriebsbremsung, 100 % der mglichen BremskraftVollbremsung

Betriebsbremsung, um die Geschwindigkeit in einem Geflle 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 verschleifreier Bremsen (Blending), keine Mg-Bremsen

1 % bis 100 % der mglichen Bremskraft

Betriebsbremsung

BeschreibungArt der Bremsung

Grundlagen

Arten von Bremsungen


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Strae Eisenbahn

kleiner Haftwert Stahlrad/Schiene (H 0,15),groe abzubremsende Massen (5-25 t/Radsatz)dadurch lange Bremswege

Zugbildung (grere Anzahl von Fahrzeugen)

Spurfhrung (kein Ausweichen, aber Entgleisenmglich)

Fahren auf Sicht nicht mglich, daher nachSignalisierung mit festgelegtem Bremsweg (400m, 700 m- und 1.000 m- Vorsignalabstnde undLZB-Betrieb bei der DB) im absolutenBremswegabstand

lange Reaktionszeiten auf Bremsanforderunghandbedienter, winkelabh. Bremssteller

groer Haftwert Gummirad/Fahrbahn (H 0,9),kleine abzubremsende Massen (Pkw: 0,8 t/Radsatz)dadurch kurze Bremswege

max. zwei gekuppelte Fahrzeuge

Ausweichen mglich

Fahren auf Sicht im relativen Bremswegabstand

Kraft-Weg Rckkopplung Bremspedal, unmerklichkurze Reaktionszeit auf Bremskraftanforderung

GrundlagenUnterschied Strae - Eisenbahn


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Bedingung:

FKlotz x K < m x g x H

FKlotz

m x g

FKlotz x K

m x g x H

Reibungsbremse:

kinetische und potenzielleEnergie des Zuges wird inWrme umgewandelt

GrundlagenKraftverhltnisse am Rad


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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

ReibwertR

ad/Schiene

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

R

elativeSummenhufigkeit

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 schlpfrige Schiene

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

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


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KraftschlubeiwertH

Schlupf

Feuchte Schiene

Schlpfrige Schiene

Trockene Schiene

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

GrundlagenReibwert Rad/Schiene H = f (Schlupf)

)(

)(1

F

U

veitschwindigkFahrzeugge

vgkeitgeschwindiRadumfangsSchlupf =


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Spindelbremse (1842)Hebelbremse (1835)

Heberlein-Bremse (1852)in Lsestellung

Entstehung und Prinzip der heutigen DruckluftbremseDie Anfnge


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1- Drucklufterzeugungsanlage,2- Hauptluftbehlter,3- Fhrerbremsventil4- Hauptluftleitung,5- Bremszylinder

Entstehung und Prinzip der heutigen DruckluftbremseDirekt wirkende durchgehende Druckluftbremse


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1- Drucklufterzeugungsanlage,2- Hauptluftbehlter,

3- Fhrerbremsventil4- Hauptluftleitung,5- Bremszylinder,6- Vorratsluftbehlter,7- Steuerventil

ab 1868

Entstehung und Prinzip der heutigen DruckluftbremseIndirekt wirkende durchgehende Druckluftbremse


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


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optional(1)

(3)

(5) (6)

(7)

(1) Kompressor (8-10 bar)(2) Vorfilterung(3) Kondensatsammelanlage(4) lfeinstfilter(5) Sicherheitsventil 12 bar(6) Sicherheitsventil 10,5 bar

(7) Hauptluftbehlter (z.B. BR 101: 800 l)

(4)

(2)

Quelle: Fa. Knorr-Bremse

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufterzeugung und -aufbereitung


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Luftfilter

Antriebsmotor

KurbelgehuseKurbelwelle

KombinierterZwischen-und Nachkhler

Hochdruckzylinder

l

Luft

Niederdruckzylinder


Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufterzeugung, Kolbenkompressor


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Luftfilter

KombinierterLuft/l-Khler

Luftentlelement

Temperatur-schalter

Schraubenblock

lsteuerblock

Antriebsmotor

l

Luft


Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufterzeugung, Schraubenkompressor


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= Hauptluftstrom

= Regenerationsluftstrom

= Steuerluft

ab

regenerierentrocknen a - linker Turm

b - rechter TurmT - Umschaltzyklus

Kondensatauslass

Zweifachkolbenventil

Vorsteuerventil

labscheider

Trockenbehlter Regenerationsbehlter


Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufttrocknung


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

optional(1)

(5) (6)

(7)(2)


Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDrucklufterzeugung und -aufbereitung, lfrei


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GrundfunktionenBremsen und Lsen (zeit- oderstellungsabhngig)DruckerhaltungSicherstellen SelbstttigkeitSchnellbremsen

ZusatzfunktionenAbsperrenAngleichenErste und letzte BremsstufeFllen (Schnelllsen, Fllsto)

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFhrerbremsventil, Funktionen

KoppelfunktionenElektrodynamische BremseAutomatische Fahr- undBremssteuerungFunkansteuerung


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Trennung von HL muss mglich seinAbsperren

max. 1,0 bar ber RegelbetriebsdruckDruckabbau 0,15 bar in 60 bis 75 s

Angleichen

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

400 l HL-Volumen von 5 auf 3,8 bar in max. 10 sEntlftungsleistung 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 Lsestufe

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

5,0 +/- 0,05 barRegelbetriebsdruck

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFhrerbremsventile, Hauptmerkmale nach UIC 541-03


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F-Fllstellunggetastet

Fa-Fahrtstellungrastiert

L-Lsestellunggetastet

0-Abschlustellungrastiert

Br-Bremsstellunggetastet

SB-Schnellbremsstellungrastiert

Fa

F

Br

SB

0

L

Angleichen

Fa

F

Br

SB

VB

Angleichen

getastet

rastiert

rastiert

VB-Vollbremsstellung rastiert

rastiert

stellungsabhstellungsabhngigngigzeitabhzeitabhngigngig

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFhrerbremsventile, zeit- und stellungsabhngig


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HL

HBL

0

Leistungs-teil

0

Leistungs-teil

Steuerleitung

0 0

0

Bedienteil

Leistungs-teil

FhrerbremsanlageFhrerbremsanlageFhrerbremsventil

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFhrerbremsventile, Bauformen


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Indirekte Druckluftbremse(stellungsabh.)

ED-Bremse (stellungsabh.)

Zusatzbremse (zeitabh.)

Notbremsventil(Ackermannhahn)

Manometer fr C undHL, HBL

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFhrerbremsventile, Ausfhrungsbeispiel (1)


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Quelle: Bombardier Transportation

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileDruckluftgerst/Bremsgertetafel BR 185.1


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stellungsabhngig

FB11 der Fa. Knorr-Bremsein VT64x der DB AG

Fahr-/Bremshebel

(Normalbetrieb, direkte ep-Bremse)

FB11 (Notsteuerung,

indirekte HL-Bremse)

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileFhrerbremsventile, Ausfhrungsbeispiel (2)


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Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileNotbremseinrichtungen

Ackermannhahn SchlagtasterNot-Aus


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HBLHL

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileLuftabsperrhhne und Schlauchverbindungen

Reisezugwagen = 1Gterwagen = 1 1/4


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KE1d

SW4

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileUIC-Steuerventile


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HL

Ceinlsig

Cmehrlsig

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileEin- und mehrlsige Steuerventile


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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


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0

10 0

20 0

30 0

40 0

50 0

60 0

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

Zeit [s]

Druckabs[kPa]

Brem szylind erdruck in P an der Zugs pitze Brem szy linde rdruck in P am Zugende

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

Bremsstellung Bremszylinder-Fllzeit Bremszylinder-Lsezeit

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

Grundfunktionen der pneumatischen HauptbauteileSteuerventile, Bremsarten P und G


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Bremsstellung der Gterzge der DB AG

Zusammenfassung von Auszgen aus den Richtlinien 408.0721 und 402.0202 Anhang 4zu den einzustellenden Bremsstellungen

Wagenzugmasse Bremsstellung Lok / Wagenzug zu erfllende 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)


(Lange Lok)

der Zug muss ausschlielich aus Wagen mit

einem Gesamtgewicht von 32 t gebildet sein


(Lange Lok)

der Zug muss ausschlielich aus Wagen mit

einem Gesamtgewicht von 40 t gebildet sein

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

(Lange Lok)

alle Fahrzeuge sind mit automatischer

Kupplung (UIC-AK) ausgerstet

> 1600 t, wenn die Bedingungen

nicht erfllt sindG


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Bremsstellung der Gterzge der DB AG


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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Fahrzeugposition im Zug

Qualitativ:10m-Lngsdruckkrfte

FEBIS-Zug

AAR (Fllzeit 60 s, halbe UIC-Abbremsung)

EP-Bremse, Bremsstellung P

UIC-Bremse mit langer Lok (G5P)

zus. Entlftung an Pos. 15, Brst P

zus. Entlftung am Zugende, Brst P

UIC-Bremse, Bremsstellung PP

BremsbetriebLngsdruckkrfte, qualitativer Vergleich


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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

Lnge 503 m

Fl(10m)

Flmax

Aufbau der LDK in einer Kuppelstelle

Betrachtung der Kuppelstelle 17

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