DE102015213929A1

DE102015213929A1 - Rail vehicle with a treatment device for rail drying

Info

Publication number: DE102015213929A1
Application number: DE102015213929.8A
Authority: DE
Inventors: Tim Weigel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-01-26
Also published as: WO2017012776A1; ES2842149T3; EP3280627B1; PL3280627T3; EP3280627A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug, insbesondere eine Lokomotive, umfassend einen Fahrzeugkasten, wenigstens ein den Fahrzeugkasten tragendes Fahrwerk, welches mindestens einen Radsatz mit zwei über eine Radachse miteinander verbundenen Rädern zum Abrollen auf Schienen aufweist, und eine fahrzeugseitig angeordnete Behandlungseinrichtung zur Trocknung der zu befahrenden Schienen. Erfindungsgemäß weist die Behandlungseinrichtung eine erste Trocknungseinheit und eine zweite Trocknungseinheit zur zweistufigen Trocknung eines Schienenkopfes der Schienen während der Fahrt auf. Dabei ist die erste Trocknungseinheit zur mechanischen Grobentfernung von auf dem Schienenkopf befindlichem Wasser ausgebildet, während die verfahrenstechnisch nachgeordnete, zweite Trocknungseinheit zur Verdampfung von auf dem Schienenkopf verbliebener Restfeuchtigkeit ausgebildet ist. Hierdurch können Kraftschluss und Verschleiß zwischen Rad und Schiene optimiert werden.The invention relates to a rail vehicle, in particular a locomotive, comprising a vehicle body, at least one chassis carrying the vehicle chassis having at least one wheel with two wheels connected to each other via a wheel axle for rolling on rails, and a vehicle side arranged treatment device for drying the rails to be traveled , According to the invention, the treatment device has a first drying unit and a second drying unit for two-stage drying of a rail head of the rails while driving. In this case, the first drying unit is designed for the mechanical coarse removal of water located on the rail head, while the second drying unit arranged downstream of the process is designed for the evaporation of residual moisture remaining on the rail head. As a result, traction and wear between the wheel and rail can be optimized.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a rail vehicle according to the preamble of claim 1.

Demnach umfasst ein Schienenfahrzeug, insbesondere eine Lokomotive, einen Fahrzeugkasten, wenigstens ein den Fahrzeugkasten tragendes Fahrwerk, welches mindestens einen Radsatz mit zwei über eine Radachse miteinander verbundenen Rädern zum Abrollen auf Schienen aufweist, und eine fahrzeugseitig angeordnete Behandlungseinrichtung zur Trocknung der zu befahrenden Schienen. Accordingly, a rail vehicle, in particular a locomotive, comprises a vehicle body, at least one chassis carrying the vehicle box, which has at least one wheel set with two wheels connected to each other via a wheel axle for rolling on rails, and a treatment device arranged on the vehicle side for drying the rails to be traveled.

Im Kontakt zwischen Rad und Schiene, speziell eines angetriebenen Rades, stellt Feuchtigkeit einen wesentlichen Einflussfaktor für die Wirtschaftlichkeit und die Betriebssicherheit des Schienenfahrzeuges dar. So beeinflusst Feuchtigkeit die Zugkraft eines Schienenfahrzeugs, da der Kraftschlusswert bei Feuchtigkeit – je nach vorhandener Verschmutzung und Oberflächenbeschaffenheit von Rad und Schiene – auf weniger als 20% des Auslegungswertes absinken kann. Dieser Umstand wird bei der Dimensionierung der maximalen Zuglast nicht berücksichtigt, was unterausgenutzte Schienenfahrzeuge zur Folge hat. Ferner beeinflusst Feuchtigkeit den Radverschleiß an der Lauffläche des Rades. Im Vergleich zum sich selbstregelnden Mikroschlupfbetrieb bei Trockenheit ist der radschlupfgeregelte Makroschlupfbetrieb bei Feuchtigkeit um ein Vielfaches verschleißintensiver. Ebenso ist der Verschleiß an den Schienen erhöht, was insgesamt einen signifikanten Kostenfaktor im Schienenverkehr darstellt. Des Weiteren beeinflusst Feuchtigkeit bei Bogenfahrten Radverschleiß am Spurkranz eines Rades. Ein enger Bogenradius in Kombination mit hohen Kraftschlusswerten wirkt sich besonders ungünstig auf den Verschleiß des Spurkranzes beziehungsweise der Schienenkopfflanke aus. Durch den Anlaufwinkel des Radsatzes zum Gleis, also dessen Abweichung von einer radial ausgerichteten Stellung im Gleisbogen, kommt es zu Querschlupf und speziell bei hohen Kraftschlusswerten zu hohen Querkräften beziehungsweise Verspannkräften zwischen dem bogeninneren und dem -äußeren Rad eines Radsatzes. Diese Querkräfte können die eigentlich abzustützende Kraft aus der unausgeglichenen Bogenquerbeschleunigung um ein Vielfaches übersteigen. Auch der Spurkranzverschleiß stellt einen erheblichen Kostenfaktor im Betrieb von Schienenfahrzeugen dar. Zur Beeinflussung des Kontaktes zwischen Rad und Schiene sind verschiedene Behandlungseinrichtungen bekannt. In contact between wheel and rail, especially a driven wheel, moisture is a major factor influencing the economy and operational safety of the rail vehicle. For example, moisture influences the tensile strength of a rail vehicle, since the traction coefficient in the case of moisture - depending on the existing contamination and surface condition of the wheel and Rail - can sink to less than 20% of the design value. This fact is not considered in the dimensioning of the maximum tensile load, resulting in underutilized rail vehicles. Furthermore, moisture affects the wheel wear on the tread of the wheel. Compared to the self-regulating micro-slip operation in dry conditions, the wheel slip-controlled macro-slip operation is much more wear-intensive in the case of moisture. Likewise, the wear on the rails is increased, which represents a significant cost factor in rail transport. In addition, moisture influences the wheel wear on the wheel flange of a wheel when traveling around a bend. A narrow radius of curvature in combination with high adhesion values has a particularly unfavorable effect on the wear of the wheel flange or the rail head edge. Due to the starting angle of the wheelset to the track, so its deviation from a radially oriented position in the track arc, there is transverse slip and especially at high adhesion values to high shear forces or clamping forces between the inner and outer bow of the wheel of a wheelset. These transverse forces can exceed the actual force to be supported by the unbalanced arcuate transverse acceleration by a multiple. Also, the wheel flange wear is a significant cost factor in the operation of rail vehicles. To influence the contact between the wheel and rail various treatment facilities are known.

Aus der Offenlegungsschrift DE 23 53 912 A1 ist eine am Schienenfahrzeug angeordnete Schmiereinrichtung für die Spurkränze der Räder bekannt. Die Schmiereinrichtung umfasst einen Schmierstoffbehälter, eine Schmierstoffzuleitung zu einer an der Schmierstelle angeordneten Düse und eine mit einer Druckluftquelle verbundene, in der Düse mündende Druckluftleitung, in der ein elektrisch betätigtes Ventil angeordnet ist. Zur Impulsgabe an das elektrisch betätigte Ventil sind ein Fliehkraftschalter und ein mechanisch von einem Fahrzeugteil in Schienenbögen und dergleichen betätigter Schalter am Schienenfahrzeug angeordnet. Durch die Schmierung wird der Bogenverschleiß an den Spurkränzen verringert. From the publication DE 23 53 912 A1 is arranged on the rail vehicle lubrication device for the flanges of the wheels known. The lubricating device comprises a lubricant reservoir, a lubricant feed line to a nozzle arranged at the lubrication point and a compressed air line connected to a compressed air source and discharging into the nozzle, in which an electrically actuated valve is arranged. To impart to the electrically operated valve, a centrifugal switch and a mechanically actuated by a vehicle part in rail bends and the like switch on the rail vehicle are arranged. Lubrication reduces sheet wear on the wheel flanges.

Aus der Übersetzung DE 600 26 290 T2 einer europäischen Patentschrift ist eine Vorrichtung zum Vergrößern des Rad-Schiene-Haftvermögens für ein Schienenfahrzeug bekannt. Sie weist eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Tätigkeit des Bremssystems und eine Sandungseinrichtung zum Auftragen von Haftvermögen vergrößernden Teilchen an der Rad-Schiene-Schnittstelle auf. Das Schienenfahrzeug enthält ein Radschlupf-Schutzsystem, das den Druck in einem Bremszylinder in Reaktion auf den detektierten Radschlupf moduliert. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung, um den Druck in den Bremszylinder zu bestimmen, und Einrichtungen, um den Durchsatz der Teilchen in Übereinstimmung mit dem Wert des so bestimmten Drucks einzustellen. From the translation DE 600 26 290 T2 A European patent discloses a device for increasing wheel-rail adhesion for a railway vehicle. It comprises a monitoring device for monitoring the activity of the braking system and a sanding device for applying adhesiveness-increasing particles to the wheel-rail interface. The rail vehicle includes a wheel slip protection system that modulates the pressure in a brake cylinder in response to the detected wheel slip. The apparatus comprises means for determining the pressure in the brake cylinder and means for adjusting the flow rate of the particles in accordance with the value of the pressure thus determined.

Die Übersetzung DE 60 2004 001 162 T2 einer europäischen Patentschrift offenbart ein Verfahren zur Verringerung der Gegentaktschwingung mehrerer in einem System angetriebener Asynchronmotoren, die parallel von einer gemeinsamen Stromversorgung gespeist werden. Dabei wird das System auf Vorliegen eines oder mehrerer Faktoren überwacht, die auf das Eintreten von Gegentaktschwingungen hinweisen, wobei der Motorfluss der Motoren verringert wird, wenn solche Faktoren entdeckt werden. Es wird eine typische Radschlupf-Traktions-Charakteristik für ein Schienenfahrzeug gezeigt. Demnach sind Schienenfahrzeuge gelegentlich dazu ausgebildet, auf dem negativen Bereich der Charakteristik hin zu dem Bereich des unkontrollierten Durchdrehens der Räder zu arbeiten. Dies kann im Falle des ersten Radsatzes als ein Versuch verwendet werden, die Schienen zu reinigen und die Adhäsion für nachfolgende Radsätze zu erhöhen. The translation DE 60 2004 001 162 T2 A European patent discloses a method of reducing the differential mode vibration of a plurality of in-system driven asynchronous motors fed in parallel from a common power supply. In doing so, the system is monitored for the presence of one or more factors indicative of the occurrence of common mode vibration, which reduces the motor flux of the motors when such factors are detected. A typical wheel slip traction characteristic for a rail vehicle is shown. Thus, rail vehicles are sometimes designed to work on the negative range of the characteristic towards the range of uncontrolled wheel spin. This may be used in the case of the first wheelset as an attempt to clean the rails and to increase adhesion for subsequent wheelsets.

Aus der Offenlegungsschrift DE 43 23 700 A1 ist eine Einrichtung zum Verändern der Reibung zwischen Rad und Schiene mit einer oder mehreren Düsen vor mindestens einem Rad oder Radpaar bekannt. Die Schienen werden beim Befahren gesäubert, indem sie bei Bedarf mit Druckwasser oder Wasserdampf hoher Geschwindigkeit durch die Düsen bestrahlt werden. Zum Abtauen können Druckwasser oder Wasserdampf auch erwärmt sein. From the publication DE 43 23 700 A1 is a device for changing the friction between the wheel and rail with one or more nozzles before at least one wheel or pair of wheels known. The rails are cleaned when driving by being irradiated with compressed water or high-speed steam through the nozzles when needed. For defrosting, pressurized water or steam can also be heated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Schienenfahrzeug bereitzustellen, mit dessen Behandlungseinrichtung Kraftschlussniveau und Verschleiß zwischen Rad und Schiene optimiert werden können. The invention has for its object to provide a generic rail vehicle, with the treatment device adhesion level and wear between the wheel and rail can be optimized.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art, mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach weist die Behandlungseinrichtung eine erste Trocknungseinheit und eine zweite Trocknungseinheit zur zweistufigen Trocknung eines Schienenkopfes der Schienen während der Fahrt auf. Dabei ist die erste Trocknungseinheit zur mechanischen Grobentfernung von auf dem Schienenkopf befindlichem Wasser ausgebildet. Die verfahrenstechnisch nachgeordnete, zweite Trocknungseinheit ist hingegen zur Verdampfung von auf dem Schienenkopf nach der ersten Trocknungsstufe verbliebener Restfeuchtigkeit ausgebildet. Es erfolgt hierdurch eine komplette Abtrocknung des Schienenkopfes von Feuchtigkeit in zwei Stufen. Durch Entkopplung des Trocknungsprozesses in zwei Stufen können unterschiedliche Arten von Trocknungseinheiten verwendet werden, die unabhängig voneinander für sich optimiert ausgebildet sein können. Während die erste Trocknungseinheit das Wasser bis auf eine geringe Restfeuchtigkeit entfernt, kann die Verdampfungsleistung der zweiten Trocknungseinheit im Hinblick auf die geringe Restfeuchtigkeit ausgelegt werden. Durch die vollständige Trocknung des Schienenkopfes wird ein hohes Kraftschlussniveau zwischen Rad und Schiene bereitgestellt. The object is achieved by a rail vehicle of the type mentioned, with the features specified in the characterizing part of claim 1. Accordingly, the treatment device has a first drying unit and a second drying unit for two-stage drying of a rail head of the rails while driving. The first drying unit is designed for the mechanical coarse removal of water located on the rail head. By contrast, the second drying unit downstream of the process is designed to evaporate residual moisture remaining on the rail head after the first drying stage. This results in a complete drying of the rail head of moisture in two stages. By decoupling the drying process in two stages, different types of drying units can be used, which can be designed independently of each other optimized. While the first drying unit removes the water to a small residual moisture, the evaporation performance of the second drying unit can be designed in view of the low residual moisture. The complete drying of the rail head provides a high adhesion level between wheel and rail.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist je eine Behandlungseinrichtung vor jedem Rad wenigstens des führenden angetriebenen Radsatzes angeordnet. Die Anordnung der Behandlungseinrichtung vor angetriebenen Radsätzen ist besonders effektiv, da diese die Traktionskraft der Antriebe auf die Schiene übertragen. Indem eine Behandlungseinrichtung nur vor dem führenden angetriebenen Radsatz vorgesehen ist, können weitere Behandlungseinrichtungen eingespart werden, da alle nachlaufenden Radsätze über eine bereits getrocknete Schiene laufen. In an advantageous embodiment of the rail vehicle according to the invention, a treatment device is arranged in front of each wheel of at least the leading driven wheelset. The arrangement of the treatment device before driven wheelsets is particularly effective because they transmit the traction of the drives on the rail. By a treatment device is provided only in front of the leading driven wheelset, more treatment facilities can be saved, since all trailing wheelsets run over an already dried rail.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist die Behandlungseinrichtung an einem Fahrwerksrahmen des Fahrwerks oder am Fahrzeugkasten angeordnet und auf die Schienen ausgerichtet. Am Fahrwerksrahmen bieten sich gut geeignete Einbauorte für die Behandlungseinrichtung, um diese mit ihrem Behandlungsbereich auf die Schienen auszurichten. Alternativ, beispielsweise bei Abwesenheit eines Rahmens, kann die Behandlungseinrichtung auch am Unterboden eines Fahrzeugkastens befestigt werden, vorzugsweise in einem Bereich der in Bogenfahrten wenig ausschwenkt. In an advantageous embodiment of the rail vehicle according to the invention, the treatment device is arranged on a chassis frame of the chassis or on the vehicle body and aligned with the rails. The chassis frame provides suitable installation locations for the treatment facility in order to align it with its treatment area on the rails. Alternatively, for example, in the absence of a frame, the treatment device can also be attached to the underbody of a vehicle body, preferably in a region that swings little in Bogenfahrten.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs weist die erste Trocknungseinheit Mittel zum Abblasen und/oder Absaugen und/oder Abwischen und/oder Abschleudern von auf dem Schienenkopf befindlichem Wasser auf. So kann die mechanische Grobentfernung durch Abblasen mit Druckluft aus einem Drucklufttank oder mittels eines Turbogebläses erfolgen. Ebenso kann Wasser vom Schienenkopf mittels einer Absaugeinrichtung entfernt werden. Auch ein Schienenwischer kann für die grobe Entfernung von Wasser eingesetzt werden. Möglich ist hier auch die Entfernung von Wasser mittels Ultraschall. Zu entfernendes Wasser kann ebenfalls durch ein schnell drehendes, profilanschmiegendes Gummirad abgeschleudert werden. Schließlich kann Wasser mittels eines Gummischaufelrades entfernt werden, welches sich um eine Drehachse dreht, die parallel zu einer Fahrzeuglängsachse oder zu einer Fahrzeugquerachse oder schräg dazu in einer durch diese Achsen aufgespannten Ebene ausgerichtet ist. In a preferred embodiment of the rail vehicle according to the invention, the first drying unit has means for blowing off and / or sucking off and / or wiping off and / or centrifuging off water located on the rail head. Thus, the mechanical coarse removal can be done by blowing off with compressed air from a compressed air tank or by means of a turbo blower. Likewise, water can be removed from the rail head by means of a suction device. Even a rail wiper can be used for the rough removal of water. Also possible here is the removal of water by means of ultrasound. Water to be removed can also be thrown off by a fast rotating profile rubber tire. Finally, water can be removed by means of a rubber paddlewheel which rotates about an axis of rotation which is parallel to a vehicle longitudinal axis or to a vehicle transverse axis or obliquely oriented in a plane defined by these axes.

Vorzugsweise weist die erste Trocknungseinheit der Behandlungseinrichtung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs Mittel zum Aufnehmen von entferntem Wasser und einen Tank zur Bevorratung des aufgenommenen Wassers auf. Auf diese Weise kann aufgenommenes Wasser gespeichert und für weitere Zwecke vorgehalten werden. Reicht das aufgenommene Wasser nicht aus, kann der Tank auch aus einem anderen Wasserreservoir des Schienenfahrzeugs befüllt werden. Preferably, the first drying unit of the treatment device of the rail vehicle according to the invention comprises means for receiving removed water and a tank for storing the absorbed water. In this way, recorded water can be stored and kept for other purposes. If the absorbed water is insufficient, the tank can also be filled from another water reservoir of the rail vehicle.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs weist die zweite Trocknungseinheit Mittel zum Erhitzen von auf dem Schienenkopf verbliebener Restfeuchtigkeit auf. Die Mittel zum Erhitzen stellen konzentriert Wärmeenergie in sehr kurzer Zeit bereit, um die Restfeuchtigkeit von der Schienenoberfläche während der Fahrt zu verdampfen. Vorzugsweise kann hier Laserstrahlung zum Einsatz kommen, denkbar ist aber auch Mikrowellenstrahlung. In a preferred embodiment of the rail vehicle according to the invention, the second drying unit has means for heating residual moisture remaining on the rail head. The means for heating provide concentrated heat energy in a very short time to evaporate the residual moisture from the rail surface while driving. Preferably, laser radiation can be used here, but microwave radiation is also conceivable.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs weist die Behandlungseinrichtung Mittel zur Abgabe von Wasser auf den getrockneten Schienenkopf auf, die dazu ausgebildet sind, Wasser bei einem mit geringer Zugkraft befahrenen Gleisbogen auf die bogeninnere Schiene abzugeben. Hierdurch wird gezielt der Kraftschluss am bogeninneren Rad beeinflusst, um die Verspannkräfte zwischen innerem und äußerem Rad eines Radsatzes zu reduzieren und somit dem sehr kostenintensiven Spurkranzverschleiß entgegen zu wirken. In a further advantageous embodiment of the rail vehicle according to the invention, the treatment device has means for dispensing water onto the dried rail head, which are designed to deliver water to the rail-inner rail in the case of a track curve with a low traction force. As a result, the traction on the inner bow wheel is selectively influenced in order to reduce the clamping forces between the inner and outer wheel of a wheelset and thus counteract the very costly wheel flange wear.

Vorzugsweise wertet eine Sensoreinheit zur Ermittlung eines Radius des Gleisbogens Messsignale aus, welche eine Position des Schienenfahrzeugs in Bezug auf Streckendaten und/oder eine Ausdrehung des Fahrwerks gegenüber dem Fahrzeugkasten und/oder eine Ausschwenkung eines Überhangs des Schienenfahrzeugs gegenüber den Schienen repräsentieren. Durch diese Sensoreinheit kann die Bewässerung der bogeninneren Schiene automatisch ausgelöst und beendet werden. Durch die Sensoreinheit kann festgestellt werden, ob das Schienenfahrzeug einen Gleisbogen durchfährt, dessen Bogenradius einen vorgebbaren Grenzradius unterschreitet. Wird dieser mit geringer Zugkraft befahren, so kann in diesem Betriebsfall eine verschleißvermindernde Bewässerung der bogeninneren Schiene erfolgen.Preferably, a sensor unit evaluates measuring signals for determining a radius of the curved track, which signals indicate a position of the Railway vehicle with respect to track data and / or a rotation of the chassis relative to the vehicle body and / or a swinging out of an overhang of the rail vehicle relative to the rails represent. By this sensor unit, the irrigation of the inner rail can be automatically triggered and terminated. By the sensor unit can be determined whether the rail vehicle passes through a rail curve whose radius of curvature falls below a predeterminable limit radius. If this is driven with low traction, it can be done in this case, a wear-reducing irrigation of the inner rail.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2353912 A1 [0004]
DE 60026290 T2 [0005]
DE 602004001162 T2 [0006]
DE 4323700 A1 [0007]

Claims

Rail vehicle, in particular locomotive, comprising a vehicle body, at least one chassis carrying the vehicle box, which has at least one wheel set with two wheels connected to each other via a wheel axle for rolling on rails, and a treatment device arranged on the vehicle side for drying the rails to be traveled, characterized in that the treatment device has a first drying unit and a second drying unit for two-stage drying of a rail head of the rails during travel, wherein the first drying unit is designed for the mechanical coarse removal of befindlichem on the rail head water, and wherein the procedurally downstream second drying unit for the evaporation of on the Rail head remained residual moisture is formed.

Rail vehicle according to claim 1, wherein each treatment device is arranged in front of each wheel of at least the leading driven wheelset.

Rail vehicle according to claim 1 or 2, wherein the treatment device is arranged on a chassis frame of the chassis or on the vehicle body and aligned with the rails.

Rail vehicle according to one of claims 1 to 3, wherein the first drying unit comprises means for blowing and / or suction and / or wiping and / or throwing away water located on the rail head.

A rail vehicle according to claim 4, wherein the first drying unit comprises means for receiving removed water and a tank for storing the collected water.

Rail vehicle according to one of claims 1 to 5, wherein the second drying unit comprises means for heating remaining on the rail head residual moisture.

Rail vehicle according to one of claims 1 to 6, wherein the treatment means comprise means for delivering water to the dried rail head, which are adapted to deliver water in a low-traction curved track on the arcuate rail.

Rail vehicle according to claim 7, wherein a sensor unit for determining a radius of the track curve evaluates measuring signals representing a position of the rail vehicle with respect to track data and / or a rotation of the chassis relative to the vehicle body and / or a swinging out of an overhang of the rail vehicle relative to the rails.