用于操控用于特别是轨道车辆的主要和辅助空气供给的能量源的方法和装置与流程

本发明涉及用于操控用于车辆、尤其是轨道车辆的主要空气供给和辅助空气供给的不同的电能量源的方法和装置，所述装置具有至少一个通过相应配备的电动机驱动的压缩机，以便为至少一个主要空气容器和至少一个辅助空气容器供应压缩空气，其中外部的初级能量源实施主要空气供给，并且至少一个与外部的初级能量源相比较弱的内部的次级能量源至少部分地实施辅助空气供给，并且设置用于根据车辆的运行状态接通和断开这两种不同的能量源的切换装置。

本发明的应用领域主要延伸到轨道车辆构造、特别是电运行的轨道车辆。在这种情况下，压缩空气被用作用于供给诸如车辆制动系统的气动组件的运行能量，所述压缩空气由通过电动机驱动的压缩机从环境空气产生。除了通过主要空气容器供应的气动组件的主要空气供给之外，在这里关注的车辆中还需要所谓的辅助空气，以便在辅助空气供给的范围内产生整备车辆所需的气动能量。车辆的整备(Aufrüsten)被理解为将车辆从停用状态置入运行就绪状态的过程。在运行就绪状态下，车辆连接到其初级能量源、也就是说例如连接到电力架空线或汇流排。在电力架空线的情况下，整备特别是通过借助于气动伺服驱动装置、优选气动缸将受电弓从缩回位置移动到伸出位置而实现。在伸出状态下，受电弓通过电力架空线建立用于车辆的电能供应；因此在整备范围内电气主开关也被激活。

背景技术：

为了整备，根据通常已知的现有技术，单独的辅助空气压缩机通常车载运行，该压缩机由车辆电池供给电能并且与用于主要空气供给的主压缩机相比具有相对低的输送功率。为此需要车载设置这样的辅助空气压缩机连同必要的管道和操控装置。

DE102013109475A1公开了另一种技术解决方案，其中可以省去这种单独的辅助空气压缩机，因为其功能也由车辆的主压缩机承担。为了通过压缩机进行辅助空气供给，压缩机的驱动电动机通过变频器以由车辆电池提供的电能运行。以这种方式产生的驱动能量足以使得压缩机在低转速下运行，并且通向辅助空气供给的压缩空气从通向主要空气容器的压缩空气供给管路的辅助管路分支出来。该辅助空气分支发生在连接在压缩机下游的空气干燥器单元的后面，以便提供干燥的辅助空气。未公开用于车辆的主要空气供给和辅助空气供给的不同电能量源的协调操控的其它细节。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种方法和一种装置用于操控用于车辆的主要和辅助空气供给的不同电能量源，通过该方法/装置在不对车辆的主要和辅助空气供给产生不利影响的情况下获得在能量源之间的与车辆运行状态适配的切换。

该目的在方法方面根据权利要求1的前序部分结合权利要求1的特征部分的特征实现。关于与其相对应的装置，参照权利要求5。分别引用这些独立权利要求的从属权利要求表示本发明的有利发展。

本发明包括在方法技术方面的教导，即如果辅助空气容器中的压力已经达到足以借助于辅助空气整备所述车辆的最小压力值(优选为8巴)，和/或如果在通过辅助空气运行使得车辆整备之后已经连接了初级能量源(优选架空线连接)并且车辆的所配备的电力主开关已经被激活，使得车辆的运行就绪状态通过初级能量源得到保证，则通过将电动机与次级能量源(优选车辆电池)断开连接而断开辅助空气供给。

根据本发明的解决方案的优点尤其在于，通过在控制技术方面的简单手段确保了，当确保已经产生足够的辅助空气以整备车辆和将运行状态转变为运行就绪状态时，实现从辅助空气供给切换到主要空气供给。如果在整备后已连接了初级能量源，则车辆的运行状态可以在所有情况下转变为运行就绪状态。尽可能地优选的断开次级能量源减少了来自车辆电池的电能的消耗。利用根据本发明的解决方案，压缩机的电动机可以根据可用性从未整备状态下的一个能量源和从已整备状态的另一个能量源被供电。

换句话说，在未整备的状态下，车辆优选地经由次级能量源被供给电压，以便最初在辅助空气供给的范围内填充辅助空气容器。借助于辅助空气容器的气动能量，车辆随后连接到初级能量源，并且然后处于整备状态。例如，这可以通过安放受电弓、闭合电主开关和/或通过与汇流排的电连接来实现。

根据进一步改进本发明的措施建议，如果次级能量源的电压明显下降成使得其它的相对于所述压缩机的电动机优先的耗电器不再能够被提供足够的能量，则将所述次级能量源断开。这样的优先的耗电器例如是机房或驾驶室中的照明系统、尾灯或防滑保护装置。借助于电压降检测，可以容易地确定次级能量源是否可以为辅助空气供给提供足够的电能。在此同时考虑对车辆的安全技术要求。此外建议，所述初级能量源的接通优选相对于用于辅助空气供给的所述次级能量源的先前断开在时间上错开地执行。只有当次级能量源已经通过合适的切换装置(例如接触器)可靠地与初级电路分离时，才随后接通初级能量源。在此切换过程范围内的短暂停滞时间避免了能量源短路。

根据改进本发明的另一措施建议，用于运行构造为三相交流电机的电动机的变频器的输出频率被设定为使得电动机根据作为反压和/或电池输入电压的函数的特性曲线运行。电动机可以例如在低的反压情况下与在较高的反压的情况下相比以较高的转速运行。这确保了在所连接的压缩机的最大输送功率的情况下电动机的均匀负载，而不会发生过载。电动机的这种转速控制优选地根据U/f特性曲线族实现。变频器的输出频率可以在U/f特性曲线族中被闭环控制，或也可以在该特性曲线族外进行调节。通过压缩机的电动机上的转速传感器和/或辅助空气容器上的压力传感器可相应地闭环控制变频器的输出频率。

关于用于实施上述方法的在装置技术方面的装置，其包括作为切换装置的用于接通初级能量源的初级接触器和用于接通次级源的次级接触器，建议在次级能量源和次级接触器之间设置用于提高由所述次级能量源输出的电压的升压转换器。因此，通过升压转换器，可以将车辆电池的相对较低的供电电压例如提高到电动机的工作电压的水平，以便在辅助空气供给的范围内在车辆整备时运行电动机。

此外建议，在次级接触器和构造为三相交流电机的电动机之间设置变频器，该变频器如上所述通过可调节的输出频率来控制电动机的转速。

根据进一步改进根据本发明的装置的措施建议，为了利用次级能量源进行运行，设置电压监控单元，以便使变频器和/或升压变换器的电压适配于次级能量源的工作电压。由此可以防止在辅助空气供给期间次级能量源可能过载。

附图说明

在下面借助于附图通过对本发明的优选实施例的描述一起详细介绍改进本发明的其它措施。其中：

图1示出了在使用初级能量源和用于辅助空气供给的次级能量源的情况下用于对轨道车辆进行主要空气供给和辅助空气供给的装置的示意图，以及

图2示出了用于根据车辆的运行状态接通和断开两个不同能量源的电切换装置的示意图。

具体实施方式

根据图1，在通过架空线连接(未更详细地示出)电运行的轨道车辆的主要空气供给和辅助空气供给的范围内，设置压缩机1，用于产生压缩空气以填充主要空气容器2和与主要空气容器连接的主要空气容器管路3。压缩机1由电动机4驱动。用于驱动电动机4的电能在轨道车辆的正常运行期间借助于架空线连接经由受电弓5引出。通过受电弓5抽取的电能作为初级能量源I通过切换装置6尤其提供给压缩机1的电动机4(虚线)，该切换装置在下面更详细地介绍。车辆电池7设置为与初级能量源I并联的次级能量源II。

为了整备车辆，配备给受电弓5的气动的伺服驱动装置利用在使用次级能量源II的情况下由压缩机1产生的辅助空气而伸出，因为在该车辆的这种运行状态中，仍然没有来自架空线的可用电能，也就是说初级能量源I尚未连接。可以由次级能量源II施加的电能在车辆整备的这一阶段中足以使压缩机1以低输送功率运行，该低输送功率足以使得受电弓5通过其气动伺服驱动装置伸出。

为此目的，由压缩机1通过电池运行而产生的辅助空气根据切换装置6经由切换阀8被输送给辅助空气容器9，该切换阀在此构造为电动气动的二位三通阀。

辅助空气容器9存储用于驱动受电弓5的气动伺服驱动装置的辅助空气。在整备轨道车辆的阶段之外，切换阀8将由压缩机1产生的压缩空气输送给车辆的主要空气容器2中的主要空气供给。优选在车辆的正常运行期间，借助于初级能量源I实现主要空气容器2的填充。

如果在车辆整备的时刻在主要空气容器2中仍然存在足够的压缩空气，则也可以由此实现排空的辅助空气容器9的填充。为此目的，设置与切换阀8并联连接的止回阀10，该止回阀设有从主要空气容器2到辅助空气容器9的通流方向。

切换装置6的电子控制器给电动气动的切换阀8预定电切换信号(点线)以实现主要空气或辅助空气供给。为此，在信号输入侧在主要空气容器2处的第一压力传感器11的压力信号和在辅助空气容器9处的第二压力传感器12的压力信号被输送给切换装置6(点线)。由此根据上述逻辑，切换装置6的电子控制器确定用于电动气动切换阀8的切换信号。

关于切换阀8，在二位三通阀的第一切换位置中，由压缩机1产生的供气压力在辅助空气供给的范围内(特别是在车辆整备阶段中)被输送给辅助空气容器9，而在第二切换位置中，由压缩机1产生的供气压力在主要空气供给范围内被输送给主要空气容器2。

在图2中示出了切换装置6的其它部件。初级能量源I通过初级接触器13和下游连接的用于适配的变频器14而与构造为三相交流电机的电动机4连接。如果在(在此未示出的)辅助空气容器9中的经由传感器12确定的辅助压力已经达到最小压力值，该最小压力值足以借助于辅助空气整备车辆，则次级接触器15通过将电动机4与次级能量源II断开连接来断开辅助空气供给。在这些情况下，应假设车辆整备可以通过受电弓5的经由其气动伺服驱动装置实现的伸出来实施。作为对此的替代方案，如果初级能量源I已经连接，则次级接触器15也断开次级能量源II。为此设置电压传感器17，用于监测受电弓5的连接状态。由于在这些情况下初级能量源I是运行就绪的，所以可以将次级能量源II断开连接，并且切换到初级能量源I。此外，如果所述次级能量源的电压明显下降成使得其它的相对于所述压缩机1的电动机4优先的耗电器不再能够被提供足够的能量，则将所述次级能量源II与所述辅助空气供给断开连接。为此目的，在车辆电池7上连接电压降检测器18。如果确认车辆电池7的电压降下降到低于界限值，则电压降检测器18激活通过次级接触器15断开次级能量源II。在次级能量源II和次级接触器15之间设置升压转换器16，用于提高由次级能量源II预定的电压。

上述切换和转换条件由电子控制单元19监控，该电子控制单元在至少一个上述条件出现时相应地操控次级接触器15和初级接触器13。

在从次级能量源II切换到初级能量源I期间，初级接触器13通过延迟元件20与先前通过次级接触器15断开次级能量源II相比在时间上错开地被操控。由电子控制单元19如此设定用于运行电动机4的变频器14的输出频率，使得电动机根据所存储的特性曲线在主要空气或辅助空气的较低的反压的情况下与在较高的反压的情况下相比以较高转速运行。

本发明不限于上述的优选实施例。相反，其变型也是可以考虑的，它们也被一同包括在以下权利要求书的保护范围内。因此，例如也可以替代通过受电弓5的架空线抽头作为初级能量源I，将汇流排抽头等作为初级能量源。在这种情况下，通过辅助空气运行的气动伺服驱动装置执行与汇流排的接触和/或操纵用于车辆的工作电压供给的电主开关。此外，还可以设想的是，在车辆整备之后实施从次级能量源II切换到初级能量源I，或者出于安全原因根据与上述事件不同的事件仅断开次级能量源II。

附图标记清单

1 压缩机

2 主空气容器

3 主空气管路

4 电动机

5 受电弓

6 切换装置

7 车辆电池

8 切换阀

9 辅助空气容器

10 止回阀

11 压力传感器

12 压力传感器

13 初级接触器

14 变频器

15 次级接触器

16 升压转换器

17 电压传感器

18 电压降检测器

19 控制单元

20 计时元件