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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen von Frostschutzmittel
auf einen Fahrdraht, von dem ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug
mittels eines Stromabnehmers elektrische Energie abnimmt. Darüber hinaus
betrifft die Erfindung ein mit einer Vorrichtung der voranstehend
genannten Art ausgestattetes Schienenfahrzeug.
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Fahrdrähte werden
allgemein eingesetzt, um beispielsweise Schienenfahrzeuge oder andere
elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wie Oberleitungsbusse, mit der
benötigten
elektrischen Energie zu versorgen. Die Übertragung der elektrischen
Energie auf das jeweilige Fahrzeug erfolgt dabei üblicherweise durch
Stromabnehmer, die während
der Fahrt entlang des Fahrdrahts schleifen oder an ihm abrollen.
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Bei
Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, also insbesondere in den Wintermonaten,
besteht die Gefahr, dass der Fahrdraht vereist mit der Folge, dass
kein einwandfreier Kontakt mehr zwischen dem Fahrdraht und dem Stromabnehmer
besteht. Die dadurch verursachten Unterbrechungen bzw. Schwankungen
der Energieversorgung können
zu Beschädigungen
insbesondere der Steuerung des Schienenfahrzeugs führen. So
sind insbesondere elektronische Bauelemente, die in modernen, computergesteuerten
Steuerungseinrichtungen eingesetzt werden, anfällig gegen Störungen der
Stromversorgung.
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Es
ist versucht worden, die Vereisung eines Fahrdrahts durch Aufbringen
von Frostschutzmitteln auf den Draht zu verhindern. Eine zu diesem
Zweck in der Praxis eingesetzte, beispielsweise in der
DE 20 2004 008 632 U1 näher beschriebene
Vorrichtung weist eine Filzrolle auf, die während der Fahrt auf dem Fahrdraht
abrollt und gleichzeitig laufend mit Frostschutzmittel getränkt wird.
Im praktischen Betrieb einer solchen Vorrichtung erweist es sich
als besonders problematisch, dass große Mengen von Frostschutzmittel
unkontrolliert von der Rolle tropfen und erhebliche Verschmutzungen
am jeweiligen Fahrzeug sowie der Umgebung verursachen. Hinzukommt,
dass der Fahrdraht aufgrund von Schwankungen des jeweiligen Fahrzeugs
oder unpräziser Ausrichtung
der zum Halten des Fahrdrahts eingesetzten Träger sowie bei Kurvenfahrt laufend
seine Position in Bezug zu dem jeweiligen Stromabnehmer ändert. Diese
Bewegungen erschweren das Nachführen
der Rolle am Fahrdraht zusätzlich.
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Eine
andere Möglichkeit
der Fahrdrahtenteisung wird seit 1985 bei den Verkehrsbetrieben
der Stadtwerke Solingen genutzt. Die dort eingesetzte Enteisungseinrichtung
ist auf der Ladefläche
eines konventionellen Lastkraftwagens montiert, der die zu enteisende
Strecke abfährt.
Die Enteisungseinrichtung selbst umfasst einen Führungsarm, der über einen
einem konventionellen Stromabnehmerschuh nachgebildeten Führungsschuh
von unten an den jeweiligen Fahrdraht angesetzt wird. Der Führungsarm trägt zusätzlich eine
im Bereich des Führungsschuhs positionierte
erste Düse, über die
ein Luftstrom austritt, und eine zweite Düse, über die Enteisungsflüssigkeit
ausgebracht wird. Die beiden Düsen
sind dabei so angeordnet, dass die aus der einen Düse austretende
Enteisungsflüssigkeit
vom aus der anderen Düse
ausgebrachten Luftstrom erfasst und gegen den zu enteisenden Draht
transportiert wird. Die über den
Führungsschuh
erfolgende formschlüssige
Ankopplung des Führungsarms
an den Fahrdraht hat insbesondere im Bereich von Weichen oder Straßeneinmündungen
den Nachteil, dass die Enteisungsvorrichtung dem sich dort teilenden
Fahrdraht nur in einer Richtung folgen kann, so dass jeweils ein
händisches
Eingreifen erforderlich ist, um den Führungsschuh in den jeweils
gewünschten
Fahrdraht einzuhängen.
Darüber
hinaus besteht die Gefahr, dass der Führungsschuh bei durch Fahrbahnunebenheiten oder
andere Umstände
ausgelösten
Fahrbewegungen des Lastkraftwagens den Kontakt zu dem Fahrdraht
verliert. Schließlich
setzt die Montage der Enteisungseinrichtung auf einem für unwegsames
Gelände
ungeeigneten Lastkraftwagen voraus, dass der zu enteisende Fahrdraht über seine
gesamte Länge von
einer Straße
aus erreichbar ist.
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Eine ähnlich konzipierte
und auf einem Lastkraftwagen montierte Einrichtung wird seit 1991
zur Enteisung der Fahrdrähte
der Obus-Linien der Stadt Eberswalde eingesetzt.
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Neben
den Einrichtungen, bei denen die Enteisung in der voranstehend erläuterten
Weise mittels einer auf den Fahrdraht aufgesprühten Enteisungsflüssigkeit
vorgenommen wird, ist aus der
DE 23 24 387 C3 eine Enteisungseinrichtung
bekannt, die einen quer zum zu enteisenden Fahrdraht ausgerichteten
Induktor umfasst. Mittels des Induktors wird der jeweils in seinem
Wirkbereich befindliche Drahtabschnitt kurzfristig aufgeheizt, so
dass das dort haftende Eis innerhalb kürzester Zeit schmilzt. Problematisch
ist dabei allerdings, dass diese Enteisung nur solange anhält, bis
der Draht wieder unterhalb der Gefriertemperatur abgekühlt ist.
Daher hat sich diese Art der Enteisung in der Praxis insbesondere
auf vielbefahrenen Strecken nicht durchgesetzt.
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Ausgehend
von dem voranstehend erläuterten
Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, eine
Möglichkeit
zu schaffen, bei geringerem, zielgerichteterem Verbrauch an Frostschutzmitteln
und dementsprechend minimierter Belastung der Umwelt die Vereisung
eines Fahrdrahts zu verhindern bzw. bestehende Eisbildungen zu beseitigen.
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Diese
Aufgabe ist zum einen durch eine Vorrichtung der in Anspruch 1 angegebenen
Art gelöst worden.
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Zum
anderen besteht die Lösung
der voranstehend angegebenen Aufgabe erfindungsgemäß in einem
gemäß Anspruch
14 ausgebildeten Schienenfahrzeug.
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Gemäß der Erfindung
wird das Frostschutzmittel gezielt und unter minimalem Verbrauch
auf den Fahrdraht aufgebracht, indem die jeweilige Lage des Fahrdrahts
erkannt und die jeweils eingesetzte Sprüheinrichtung so angesteuert
wird, dass das Frostschutzmittel in jeder Fahrsituation den Fahrdraht
mit hoher Genauigkeit trifft. Die Genauigkeit der Ausbringung des
Frostschutzmittels ist dabei so hoch, dass einerseits eine ausreichende
Benetzung des Fahrdrahts mit Frostschutzmittel stets gewährleistet
und andererseits die Ausbreitung von Frostschutzmittel in der Umgebung
auf ein Minimum reduziert ist. So ist es auf besonders wirtschaftliche
und resourcenschonende Weise möglich,
auch bei unter dem Gefrierpunkt liegenden Temperaturen den sicheren
Betrieb von elektrisch angetriebenen, über Stromabnehmer an einen
Fahrdraht angeschlossenen Fahrzeugen zu gewährleisten. Gleichzeitig ist die
Belastung der Umwelt durch das jeweils ausgebrachte Frostschutzmittel
und die Gefahr von Verschmutzungen auf ein Minimum reduziert.
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Besonders
sparsam lässt
sich das Frostschutzmittel dadurch auftragen, dass die Sprüheinrichtung
das Frostschutzmittel mittels eines Gasstroms ausbringt. Als Gas
wird dabei bevorzugt Luft eingesetzt.
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Dementsprechend
kann für
das Aufbringen des Frostschutzmittels eine Sprüheinrichtung verwendet werden,
die an einen Vorrat anschließbar
ist, in dem ein fließfähiger Stoff
bevorratet ist, und die mindestens einen Verteiler, der an den Vorrat
angeschlossen ist und den fließfähigen Stoff
mit einem Luftstrom auf mehr als eine Sprühdüse verteilt, sowie eine an
eine Luftversorgung anschließbare
Lufteinspeisung aufweist, die den Luftstrom derart in eine zu dem
Verteiler führenden
Versorgungsleitung leitet, dass er in einer turbulenten Strömung bis
zu den Sprühdüsen strömt, dabei
den fließfähigen Stoff
zu den Sprühdüsen treibt
und ihn beim Austritt in feiner Verteilung mitnimmt.
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Sprüheinrichtungen
der in dieser Weise verwendeten Art sind bisher nur zum Aufbringen
von Schmierstoffen beispielsweise auf die Spurkränze von Schienenrädern oder
auf Wälzlager
von Walzgerüsten
eingesetzt worden (
DE
196 22 379 A1 ). Bei diesen Sprüheinrichtungen wird ein turbulent
strömender
Luftstrom durch die Versorgungsleitungen und Verteiler geleitet.
Dieser Luftstrom treibt aufgrund der sich zwischen Luftstrom und
Schmierstoff ausbildenden laminaren Grenzschichtströmung den zähflüssigen Schmierstoff
entlang der Innenwände der
Leitungen und der in den Verteilern ausgebildeten Kanälen voran.
Der Vorteil einer derartigen Vorgehensweise beim Ausbringen und
Verteilen von Schmierstoff besteht darin, dass den einzelnen Schmierstellen
der dort jeweils benötigte
Schmierstoff hochgenau zugeteilt werden kann. Überraschend hat sich nun herausgestellt,
dass sich eine derartige Einrichtung auch zum Ausbringen auf einen Fahrdraht
nutzen lässt,
der seine Lage in Bezug auf die Sprüheinrichtung während des
Fahrbetriebs laufend ändert.
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Bevorzugt
sind die Düsen
der erfindungsgemäß eingesetzten
Sprüheinrichtung
so ausgebildet, dass das Frostschutzmittel als nebelartig fein verteilte
Tröpfchen
aus ihnen austritt. Auf diese Weise wird ein besonders sparsamer,
gleichmäßiger Auftrag
des Frostschutzmittels auf den Fahrdraht ermöglicht.
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Das
bezogen auf die Position des Fahrdrahts lagerichtige Ausbringen
des Frostschutzmittels wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
dadurch bewerkstelligt, dass die Sprüheinrichtung mehr als eine
Sprühdüse zum Ausbringen
des Frostschutzmittels mit dem Gasstroms umfasst und die Sprühdüsen über einen
sich quer zur Längserstreckung
des Fahrdrahts erstreckenden Bereich verteilt angeordnet sind. Dies
gilt insbesondere dann, wenn die Sprühdüsen in gleichmäßigen Abständen montiert
sind. Steuerungs- und montagetechnisch besonders einfach lässt sich
der präzise
Auftrag des Frostschutzmittels auf den Fahrdraht dabei dadurch ermöglichen,
dass die Sprühdüsen in einer
Linie angeordnet sind.
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Wenn
die Sprühdüsen einzeln
oder gruppenweise mit dem Frostschutzmittel beaufschlagbar sind,
lässt sich
auch mit einer relativ geringen Anzahl von Sprühdüsen ein stets ausreichender
Auftrag des Frostschutzmittels gewährleisten. So bringt beispielsweise
dann, wenn der Fahrdraht unmittelbar über oder unter einer bestimmten
Sprühdüse verläuft, nur
diese Düse
Frostschutzmittel aus. Verläuft der
Fahrdraht dagegen in der Lücke
zwischen zwei mit Abstand zueinander angeordneten Düsen, dann werden
diejenigen Sprühdüsen, die
die Lücke
begrenzen, mit Frostschutzmittel beaufschlagt, um den Fahrdraht
von beiden Seiten aus mit Frostschutzmittel zu überstreichen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine Detektionseinrichtung zum Detektieren der Lage des Fahrdrahts
und eine Steuereinrichtung auf, die in Abhängigkeit von der von der Detektionseinrichtung jeweils
festgestellten Lage des Fahrdrahts Signale zum Beaufschlagen einer
oder mehr als einer Sprühdüse abgibt.
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Die
Detektionseinrichtung umfasst dabei vorteilhafter Weise mindestens
einen Sensor, der bei einer Annäherung
des Fahrdrahts ein Signal an die Steuereinrichtung abgibt. Als Sensoren
kommen grundsätzlich
alle Detektoren in Frage, die bei Annäherung eines aus leitfähigem Material
hergestellten Fahrdrahts ein Signal abgeben. So lassen sich beispielsweise
auf dem Prinzip der kapazitiven Abtastung beruhende oder induktiv
arbeitende oder magnetische Annäherungsschalter
einsetzen.
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Bei
praktischen Versuchen mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen als besonders
geeignet herausgestellt haben sich Sensoren, die als induktive Näherungsschalter
ausgebildet sind. Um bei einer eng benachbarten Anordnung, wie sie
für eine
zuverlässige
Erkennung der Lage des Fahrdrahtes häufig erforderlich ist, gegenseitige
Störungen
solcher induktiven Näherungssensoren
zu vermeiden, können benachbarte
Sensoren unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen. Zweckmäßigerweise
ist dabei jeder Sprühdüse ein Sensor
zugeordnet. Die Sicherheit, mit der der Fahrdraht mit Frostschutzmittel
benetzt wird, kann bei einer beabstandeten Anordnung der Sprühdüsen zusätzlich dadurch
erhöht
werden, dass jeder Lücke
zwischen den Sprühdüsen jeweils ein
Sensor zugeordnet ist. Dies ermöglicht
es auf einfache Weise, immer dann, wenn der Fahrdraht im Bereich
der Lücke
zwischen zwei Düsen
verläuft,
diese beiden Sprühdüsen zu beaufschlagen,
so dass der Fahrdraht von zwei Seiten aus mit Frostschutz überstrichen
wird.
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Um
einen Überschlag
der vom Fahrdraht geführten
elektrischen Energie auf die in der Nähe des Fahrdrahts montierten
Bauelemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu verhindern, sollten die jeweils vorgesehenen Sensoren in einem
Gehäuse
angeordnet sein, das aus einem nicht leitenden Material hergestellt
ist und die Sensoren elektrisch gegenüber der Umgebung isoliert.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
lässt sich
in besonders wirksamer Weise an Schienenfahrzeugen einsetzen, die
mit einem Stromabnehmer zum Abnehmen von elektrischer Energie von
einem stromführenden
Fahrdraht ausgestattet sind.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen jeweils schematisch:
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1 einen
Stromabnehmer eines Schienenfahrzeugs in einer Ansicht von Oben;
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2 ein
Schaltbild einer in Verbindung mit dem in 1 dargestellten
Stromabnehmer eingesetzten Vorrichtung zum Aufbringen von Frostschutzmittel.
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Der
in 1 dargestellte, in an sich bekannter Weise ausgebildete
Stromabnehmer 1 eines weiter nicht dargestellten Schienenfahrzeugs,
beispielsweise einer Straßenbahn,
umfasst zwei Stromschienen 2, 3, die mit Abstand
zueinander quer zur Längserstreckung
eines stromführenden
Fahrdrahts 4 von einem Gestell 4a getragen werden.
Mittig zwischen den Stromschienen 2, 3 ist ein
Gehäuse 5 an
dem Gestell 4a befestigt, das den Detektions- und Steuerteil der
in 2 im Ganzen dargestellten Vorrichtung V zum Aufbringen
von Frostschutzmittel auf den Fahrdraht 4 aufnimmt.
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Das
Gehäuse 5 ist
aus Kunststoffmaterial gefertigt, so dass insbesondere zwischen
dem Fahrdraht 4 und den im Gehäuse 5 angeordneten
Bauelementen eine hohe elektrische Isolierung gewährleistet
ist. Diese verhindert, dass der durch den Fahrdraht 4 mit
hoher Spannung fließende
Strom auf die im Gehäuse 5 enthaltenen
Bauteile überspringt.
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In
Fahrtrichtung F vor dem Stromabnehmer 1 sind in einer sich
quer zum Fahrdraht 4 ausgerichteten Reihe in gleichmäßigen Abständen A acht
Sprühdüsen 6–13 angeordnet,
deren Düsenöffnungen nach
oben ausgerichtet sind. Die Sprühdüsen 6–13 bilden
gemeinsam eine Sprüheinrichtung
S, über
die das jeweils benötigte
Frostschutzmittel von unten gegen den Fahrdraht 4 gespritzt
wird.
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Die
Sprühdüsen 6–13 sind über jeweils
eine Versorgungsleitung 14 paarweise an jeweils einen Unterverteiler 15 angeschlossen.
In jede der Versorgungsleitungen 14 ist ein Magnetventil 16 geschaltet, das
die jeweilige Versorgungsleitung 14 in Abhängigkeit
von einem Steuersignal verschließt oder öffnet.
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Die
betreffenden Steuersignale werden von einer Steuereinrichtung 17 abgesendet.
Die Steuereinrichtung 17 empfängt Signale von Sensoren 18, 18a, 18b, 19, 19a,
die im Gehäuse 5 angeordnet
sind und gemeinsam eine Detektionseinrichtung zum Erfassen der jeweiligen
Lage des Fahrdrahts 4 bilden. Acht Sensoren 18–18b sind
dabei in einer ersten quer zum Fahrdraht 4 ausgerichteten
Reihe im selben Abstand A positioniert wie die Sprühdüsen 6–13. Gleichzeitig
sind sie so ausgerichtet, dass in Förderrichtung F hinter jeder
Sprühdüse 6–13 ein
Sensor 18, 18a, 18b positioniert ist.
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Eine
zweite Reihe von Sensoren 19, 19a ist versetzt
zu den Sensoren 18 der ersten Reihe dicht an den Sensoren 18–18b anliegend
so befestigt, dass sie die Lücken
zwischen den Sensoren 18–18b der ersten Reihe überdecken.
Verbindet man die Mittelpunkte der Sensoren 18–19a miteinander,
so ergibt sich eine zickzackförmige
Linie.
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Die
Sensoren 18–19a sind
als induktive Näherungsschalter
ausgebildet. Um eine gegenseitige Störung der Sensoren 18–19a zu
vermeiden, weisen zumindest die unmittelbar benachbart zueinander positionierten
Sensoren 18–19a jeweils
unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf. Gleichzeitig sind die Sensoren 18–19a so
beschaffen, dass sie bei Annäherung
des Fahrdrahts 4 jeweils dasselbe Ereignis auslösen, das
in der Absendung eines entsprechenden Detektionssignals an die Steuereinrichtung 17 besteht.
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Die
Detektionsbereiche der Sensoren 18–19a überlappen
einander derart, dass die gesamte Breite B lückenlos detektiert werden kann, über die der
Fahrdraht 4 sich im Fahrbetrieb in Bezug auf die Sprühdüsen 6–13 und
die Sensoren 18, 19 über die Stromschienen 2, 3 verschiebt.
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Das
Ausbringen des Frostschutzmittels aus den Sprühdüsen 6–13 erfolgt
mit Hilfe eines Luftstroms, der turbulent durch die Versorgungsleitungen 14, 23, 25 und
die Verteiler 15, 24 der Vorrichtung V strömt. Zu diesem
Zweck weist die Vorrichtung V einen als Tank ausgebildeten, vom
nicht gezeigten Schienenfahrzeug mitgeführten Vorrat 20 auf,
in dem das Frostschutzmittel bevorratet wird. An die Abströmöffnung des
Vorrats 20 ist ein Luftmischer 21 angeschlossen,
in dem ein von einer Luftversorgung 22 zur Verfügung gestellter,
unter einem Druck von ca. 8 bar stehender Luftstrom in eine Hauptversorgungsleitung 23 so
eingespeist wird, dass er turbulent durch die Hauptversorgungsleitung 23 strömt.
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Der
in den Luftmischer 23 einströmende Luftstrom treibt aus
dem Vorrat 20 ebenfalls in den Luftmischer 23 eintretendes
Frostschutzmittel an den Innenflächen
der Hauptversorgungsleitung 23 in Richtung eines Hauptverteilers 24.
Der Hauptverteiler 24 verteilt den weiterhin turbulent
strömende
Luftstrom und das von ihm vorangetriebene Frostschutzmittel auf
Versorgungsleitungen 25 auf, die wiederum zu den Unterverteilern 15 führen. Diese
teilen den Frostschutzmittel-/Luftstrom wiederum gleichmäßig auf die
von ihnen jeweils abgehenden Versorgungsleitungen 14 auf.
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Im
Fahrbetrieb schleifen die Stromschienen 2, 3 von
unten am stillstehenden Fahrdraht 4 entlang. Dabei detektieren
die Sensoren 18 und 19 laufend die Lage des Fahrdrahts 4 in
Bezug auf die Position der Sprühdüsen 6–13.
Sinken die Umgebungstemperaturen auf einen für die Eisbildung kritischen
Bereich, so gibt die Steuereinrichtung 17 ein Signal zum Öffnen des-
bzw. derjenigen Magnetventile 16 ab, die derjenigen bzw.
denjenigen der Sprühdüsen 6–13 zugeordnet
sind, die sich im vom Fahrdraht 4 jeweils aktuell überstrichenen
Bereich befinden. Stellen die Sensoren 6–13 beispielsweise
fest, dass sich der Fahrdraht exakt über einem der Sensoren 18 der
ersten Reihe befindet, so wird durch Öffnung des zugehörigen Magnetventils 16 nur
diejenige der Sprühdüsen 6–13 geöffnet, die
in Fahrtrichtung F unmittelbar in gerader Linie vor demjenigen Sensor 18 angeordnet
ist, über
dem der Fahrdraht 4 sich gerade befindet. Stellen die Sensoren 18, 19 (hier
die Sensoren 18a, 18b und 19a) jedoch
fest, dass, wie in 1 dargestellt, der Fahrdraht 4 gerade über den
Bereich der Lücke
zwischen zwei Sprühdüsen (hier
die Sprühdüsen 9, 10)
verläuft,
so gibt die Steuereinrichtung 17 Signale zum Beaufschlagen
der beiden diese Lücke
begrenzenden Sprühdüsen 9, 10 mit
dem Frostschutzmittel-/Luftstrom. Der Fahrdraht 4 wird dann
von beiden Seiten von dem von den jeweiligen Sprühdüsen 9, 10 ausgebrachten,
von dem Luftstrom transportierten fein verteilten Frostschutzmittelnebel benetzt.
Auf diese Weise ist unabhängig
davon, wo sich der Fahrdraht jeweils in Bezug auf die Sprühdüsen 6–13 befindet,
sichergestellt, dass stets nur soviel Frostschutzmittel ausgebracht
wird, wie tatsächlich
zum Enteisen bzw. Eisfreihalten des Fahrdrahts 4 benötigt wird.
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- 1
- Stromabnehmer
- 2,
3
- Stromschienen
- 4
- Fahrdraht
- 4a
- Gestell
- 5
- Gehäuse
- 6–13
- Sprühdüsen
- 14
- Versorgungsleitung
- 15
- Unterverteiler
- 16
- Magnetventil
- 17
- Steuereinrichtung
- 18–19a
- Sensoren
- 20
- Vorrat
- 21
- Luftmischer
- 22
- Luftversorgung
- 23
- Hauptversorgungsleitung
- 24
- Hauptverteiler
- 25
- Versorgungsleitungen
- A
- Abstände zwischen
den Sprühdüsen 6–13
- F
- Förderrichtung
- V
- Vorrichtung
zum Aufbringen von Frostschutzmittel