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Die Erfindung betrifft eine Ausbringeinrichtung und ein Verfahren zum Ausbringen von Reibwertmodifikatoren für ein Schienenfahrzeug.
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Bei Schienenfahrzeugen hängt die Wirkung einer Bremse oder einer Antriebseinrichtung u. a. vom maximal übertragbaren Kraftschluss zwischen den Rädern und der Schiene ab, da die Brems- bzw. Antriebskraft über die Räder auf die Schiene übertragen wird. Dabei bestimmt ein als maximaler Kraftschlussbeiwert bezeichneter Parameter das auf die Schiene übertragbare Maß an Bremskraft oder Antriebskraft. Wird mehr Kraft zum Bremsen oder Beschleunigen des Schienenfahrzeugs auf ein Rad ausgeübt als gemäß herrschendem, maximalem Kraftschluss über den Rad-Schiene-Kontakt aufgenommen werden kann, kann dies zu einem Gleiten, Schleudern oder Blockieren des Rades sowie einem verlängerten Bremsweg führen. Der maximale Kraftschluss zwischen Rad und Schiene hängt dabei stark von den Reibungsbedingungen zwischen Rad und Schiene ab. Verschmutzungen, flüssige und feste Zwischenschichten wie z. B. Wasser oder feuchtes Laub können den maximal verfügbaren Kraftschluss reduzieren. Um die Effizienz insbesondere von Bremsvorgängen zu verbessern, werden Schienenfahrzeuge zum Beispiel mit Partikelstreuanlagen oder Sandungsanlagen ausgestattet, über die ein Streugut wie beispielsweise Sand auf eine Schiene ausgebracht werden kann. Durch das Streugut kann der maximale Kraftschluss zwischen Rad und Schiene verbessert werden. Solche Partikelstreuanlagen sind zum Beispiel in der
DE 10 2011 113 085 B4 und der
DE 10 2013 100 250 A1 offenbart.
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Herkömmliche Partikelstreuanlagen verwenden als Streumittel häufig Sand. Der Sand wird aus einem Vorratsbehälter am Wagenkasten ausgebracht und in den Spalt zwischen Rad und Schiene gesprüht, um den maximal verfügbaren Kraftschluss zu erhöhen. Problematisch bei der Verwendung von Sand sind die schwierige Dosierung, in Verbindung mit Feuchtigkeit die Gefahr des Verklumpens oder Gefrierens und in Verbindung mit Fahrt- oder Seitenwind die Gefahr, dass der Sand nicht in den Spalt zwischen Rad und Schiene gelangt. Andere Medien, wie z. B. flüssige Substanzen, werden in der Regel für das Vermindern des Kraftschlusses eingesetzt. In diesem Fall wird üblicherweise Alkohol zugegeben, um ein Gefrieren der Substanz im Vorratsbehälter zu verhindern, was jedoch Nachteile bei der Umweltverträglichkeit mit sich bringt. Auch treten in der Paxis durch das Versprühen der flüssigen Substanz Probleme beim präzisen Zielen auf; die Substanz kann ggf. in Bereiche des Kontaktsystems gelangen, die nicht von ihr benetzt werden sollten.
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Die
DE 600 26 290 T2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung der Rad/Schiene-Adhäsion für ein Schienenfahrzeug, bei denen ein Radschlupf-Schutzsystem einen Druck im Bremszylinder in Reaktion auf einen detektierten Radschlupf moduliert und eine aufzutragende Streumittelmenge in Abhängigkeit vom Druck im Bremszylinder eingestellt wird.
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Die
AT 503 513 B1 und die
WO 2005/077679 A1 offenbaren eine Einrichtung zur automatischen Überwachung des Flusses von Sandstreugut bei Schienenfahrzeugen mittels Fotosensoren.
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Die
US 2005/0140144 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern des Aufbringens von Sand auf Schienen, bei dem das Aufbringen von Sand auf Situationen begrenzt wird, in denen der Sand das Haftvermögen des Rad auf der Schiene effektiv erhöhen kann.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ausbringeinrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Ausbringen von Reibwertmodifikatoren für ein Schienenfahrzeug zu schaffen, mit denen die Reibwertmodifikatoren in zuverlässiger und effizienter Weise ausgebracht werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Ausbringeinrichtung zum Ausbringen von Reibwertmodifikatoren für ein Schienenfahrzeug weist einen Vorratsbehälter zum Aufnehmen von Reibwertmodifikatoren und eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Reibwertmodifikatoren aus dem Vorratsbehälter auf eine Schiene und/oder ein Rad des Schienenfahrzeugs auf und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwertmodifikatoren in dem Vorratsbehälter in Form von Projektilen aufgenommen sind und die Projektile derart ausgestaltet sind, dass die Reibwertmodifikatoren durch die Transporteinrichtung in Form der Projektile transportierbar und auf der Schiene und/oder dem Rad freigebbar sind.
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Das Verfahren zum Ausbringen von Reibwertmodifikatoren auf eine Schiene und/oder ein Rad eines Schienenfahrzeugs ist erfindungsgenmäß dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwertmodifikatoren in einem Vorratsbehälter in Form von Projektilen aufgenommen werden, durch eine Transporteinrichtung in Form der Projektile transportiert werden und auf der Schiene und/oder dem Rad freigegeben werden.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die Reibwertmodifikatoren in Form von Projektilen im Vorratsbehälter bereitzustellen und durch eine Transporteinrichtung auf die Schiene und/oder das Rad des Schienenfahrzeugs zu transportieren. Durch die Bereitstellung der Reibwertmodifikatoren in Projektilform können die Reibwertmodifikatoren einfach portioniert werden, sodass eine präzise Dosierung ermöglicht wird. Durch die Bereitstellung der Reibwertmodifikatoren in Projektilform können auch Kombinationen von festen und flüssigen Komponenten verwendet werden, ohne dass diese sich im Vorratsbehälter entmischen können. Durch die Bereitstellung der Reibwertmodifikatoren in Projektilform kann auch in Verbindung mit Feuchtigkeit ein Gefrieren oder Verklumpen der Reibwertmodifikatoren verhindert werden. Durch die Bereitstellung der Reibwertmodifikatoren in Projektilform können die Reibwertmodifikatoren mit einer hohen Zielgenauigkeit und Sicherheit auf das Rad und/oder die Schiene aufgebracht werden. Durch die Bereitstellung der Reibwertmodifikatoren in Projektilform kann die Ausbringeinrichtuung für das Ausbringen unterschiedlicher Reibwertmodifikatoren verwendet werden, ohne dass die Ausbringeinrichtung angepasst oder modifiziert werden müsste.
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Die Reibwertmodifikatoren werden auf die Schiene und/oder das Rad des Schienenfahrzeugs, bevorzugt in einen Spalt zwischen Rad und Schiene, verbracht.
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Die Reibwertmodifikatoren sind insbesondere dazu geeignet, einen Kraftschluss zwischen Schiene und Rad zu verbessern, etwa indem sie den maximalen Kraftschluss zwischen Rad und Schiene erhöhen. Als Reibwertmodifikatoren können vorzugsweise feste Substanzen (z. B. Sand, Granulat, Partikel, etc.), pastöse oder gelartige Substanzen, flüssige Substanzen oder Kombinationen solcher Substanzen verwendet werden.
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Der Begriff ”Projektil” soll in diesem Zusammenhang jede Art eines Körpers bezeichnen, der bei bestimmungsgemäßem Gebrauch (hier insbesondere Bereitstellung im Vorratsbehälter und Förderung durch die Transporteinrichtung) in Bezug auf sein Volumen stabil ist. Die Menge der in dem Projektil vorhandenen Reibwertmodifikatoren bleibt so im Wesentlichen unverändert, d. h. wird weder kleiner noch größer. Die Projektile sollen sich bei bestimmungsgemäßen Gebrauch insbesondere weder auflösen noch mit anderen Projektilen zusammen größere Einheiten bilden. Eine Formstabilität ist nicht erforderlich, kann aber ebenfalls vorhanden sein. Die Projektile mit den Reibwertmodifikatoren sind bevorzugt im Wesentlichen sphärisch bzw. kugelförmig ausgestaltet.
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Die Transporteinrichtung weist vorzugsweise eine Dosiereinrichtung zum Dosieren der Menge der auf die Schiene und/oder das Rad aufzubringenden Reibwertmodifikatoren auf. Die kleinstmögliche Dosiermenge bzw. Dosiereinheit der Reibwertmodifikatoren ist durch die Reibwertmodifikatormenge eines Projektils gegeben.
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Die Transporteinrichtung weist vorzugsweise eine mechanische und/oder pneumatische Fördereinrichtung zum Transportieren der Reibwertmodifikatoren auf. Zum Beschleunigen der Projektile kann vorzugsweise Druckluft eingesetzt werden, welche bevorzugt aus dem Bremskreis entnommen, als Hochdruckluft mitgeführt oder lokal erzeugt werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Ausbringeinrichtungen für Reibwertmodifikatoren kann durch die Verwendung der Reibwertmodifikatoren in Projektilform ein wesentlich geringerer Luftverbrauch erzielt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können mehrere Vorratsbehälter zum Aufnehmen von Reibwertmodifikatoren vorgesehen sein. In diesem Fall nehmen die verschiedenen Vorratsbehälter vorzugsweise Projektile mit unterschiedlichen Arten und/oder Mengen von Reibwertmodifikatoren auf. Mit der Ausbringeinrichtung können so je nach Bedarf verschiedene Reibwertmodifikatoren auf die Schiene und/oder das Rad aufgebracht werden. Vorzugsweise ist es auch möglich, in der Transporteinrichtung bei Bedarf unterschiedliche Reibwertmodifikatoren zu mischen und auf die Schiene und/oder das Rad aufzubringen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Projektil eine von einer Umhüllung umgebene Menge an Reibwertmodifikatoren aufweisen. Die Umhüllung ist bevorzugt derart ausgestalt, dass sie beim Aufprall auf die Schiene bzw. das Rad zerplatzt und die darin enthaltenen Reibwertmodifikatoren freigibt. Die Umhüllung ist bevorzugt in der Form einer Haut, einer Kapsel, einer Schale oder dergleichen ausgestaltet. Die Umhüllung kann bevorzugt wasserlöslich und/oder kompostierbar sein, um eine Umweltbelastung zu vermeiden. Die Umhüllung kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Projektil durch eine vordefinierte Mengeneinheit an Reibwertmodifikatoren gebildet sein. Vorzugsweise ist diese vordefinierte Mengeneinheit durch ein Gelpaket, ein gepresstes Material oder dergleichen realisiert. Die vordefinierte Mengeneinheit kann wahlweise beschichtet sein, wobei die Beschichtung vorzugsweise ein Aufnehmen von Feuchtigkeit und ein Haften zwischen Mengeneinheiten verhindern kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Ausbringeinrichtung ferner einen Reibwertsensor zum Erfassen von Reibwertdaten zwischen Rad und Schiene und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Transporteinrichtung in Abhängigkeit von den erfassten Reibwertdaten aufweisen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Ausbringeinrichtung ferner einen Fördersensor zum Erfassen von Förderdaten (z. B. Fördermenge, Förderrate, etc.) der Reibwertmodifikatoren und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Transporteinrichtung in Abhängigkeit von den erfassten Förderdaten aufweisen.
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Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Projektil zum Bereitstellen von Reibwertmodifikatoren für ein Schienenfahrzeug, das in der oben beschriebenen Art und Weise gemäß der Erfindung ausgestaltet ist.
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Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Schienenfahrzeug, das eine oben beschriebene Ausbringeinrichtung zum Ausbringen von Reibwertmodifikatoren gemäß der Erfindung aufweist.
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Obige sowie weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigt die einzige Figur schematisch den Aufbau einer Ausbringeinrichtung zum Ausbringen von Reibwertmodifikatoren für ein Schienenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt schematisch eine Ausbringeinrichtung 10 zum Ausbringen von Reibwertmodifikatoren, die an einem nicht näher gezeigten Schienenfahrzeug montiert ist. Das Schienenfahrzeug weist ein Rad 12 auf, welches auf einer Schiene 14 läuft.
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Die Ausbringeinrichtung 10 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Vorratsbehälter 16, 22, 28 auf. Im ersten Vorratsbehälter 16 sind erste Projektile 18 mit ersten Reibwertmodifikatoren 20 enthalten, im zweiten Vorratsbehälter 22 sind zweite Projektile 24 mit zweiten Reibwertmodifikatoren 26 enthalten, und im dritten Vorratsbehälter 28 sind dritte Projektile 30 mit dritten Reibwertmodifikatoren 32 enthalten. Die ersten, zweiten und dritten Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 sind vorzugsweise im Hinblick auf zu erzielende Reibeigenschaften zwischen Rad 12 und Schiene 14 unterschiedlich zueinander. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Ausbringeinrichtung 10 auch nur einen Vorratsbehälter, zwei Vorratsbehälter oder mehr als drei Vorratsbehälter aufweisen.
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Gemäß der Erfindung werden die Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 in den Vorratsbehältern 16, 22, 28 in Form von Projektilen 18, 24, 30, insbesondere im Wesentlichen kugelförmigen Projektilen bereitgestellt. Durch die Projektilform können die Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 einfach portioniert werden, sodass eine präzise Dosierung ermöglicht wird, können auch Kombinationen von festen und flüssigen Komponenten verwendet werden, ohne dass diese sich in den Vorratsbehältern entmischen können, kann auch in Verbindung mit Feuchtigkeit ein Gefrieren oder Verklumpen der Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 verhindert werden, und können die Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 mit einer hohen Zielgenauigkeit und Sicherheit auf das Rad 12 und/oder die Schiene 14 aufgebracht werden.
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Die Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 sind derart gewählt, dass sie den Kraftschluss zwischen Schiene 14 und Rad 12 verbessern können. Als Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 kommen feste Substanzen (z. B. Sand, Granulat, Partikel, etc.), pastöse oder gelartige Substanzen, flüssige Substanzen und Kombinationen solcher Substanzen in Frage. Grundsätzlich können alle dem Fachmann zu dem genannten Zweck bekannte Substanzen und Substanzkombinationen verwendet werden.
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In einer Ausführungsform weisen die Projektile 18, 24, 30 jeweils eine von einer Umhüllung umgebene Menge an Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 auf. Die Umhüllung ist dabei derart ausgestaltet, dass sie beim Aufprall auf die Schiene 14 bzw. das Rad 12 zerplatzt und die darin enthaltenen Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 freigibt. Die Umhüllung ist zum Beispiel aus Gelatine gebildet. In einer anderen Ausführungsform können die Projektile 18, 24, 30 jeweils durch eine vordefinierte Mengeneinheit an Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 gebildet sein, zum Beispiel in Form eines Gelpakets, eines gepressten Materials oder dergleichen, wobei diese vordefinierten Mengeneinheit zusätzlich beschichtet sein können.
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Zum Transportieren und Ausbringen der Projektile 18, 24, 30 aus den Vorratsbehältern 16, 22, 28 auf die Schiene 14 und/oder das Rad 12 ist eine Transporteinrichtung 34–42 vorgesehen. Diese Transporteinrichtung 34–42 weist in diesem Ausführungsbeispiel Fördereinrichtungen 34, 36, 38 zum Fördern der Projektile 18, 24, 30 aus den Vorratsbehältern 16, 22, 28, eine Dosiereinrichtung 40 zum Dosieren der Projektilmengen und vorzugsweise auch zum bedarfsweisen Mischen der Projektile aus den verschiedenen Vorratsbehältern 16, 22, 28, und ein Förderrohr 42 zum Fördern der Projektile 18, 24, 30 von der Dosiereinrichtung 40 auf die Schiene 14 und/oder das Rad 12 auf. Das Förderrohr 42 kann zum Beispiel ein festes Rohr, ein Fallrohr oder ein Schlauch sein.
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Die Transporteinrichtung 34–42 kann zum Beispiel mechanische und/oder pneumatische Fördereinrichtungen 34, 36, 38 aufweisen. Zum Beschleunigen der Projektile 18, 24, 30 kann Druckluft eingesetzt werden, welche beispielsweise aus dem Bremskreis entnommen, als Hochdruckluft mitgeführt oder lokal erzeugt werden kann.
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Die Transporteinrichtung 34–42 zum Transportieren der Projektile 18, 24, 30 mit den Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 darin kann grundsätzlich wie eine herkömmliche Sandungs- oder Partikelstreuanlage für Schienenfahrzeuge aufgebaut sein. Zum Beispiel können die Projektile 18, 24, 30 in den Fördereinrichtungen 34, 36, 38 durch Schwerkraft, einen Schneckenantrieb oder einen Rotationsbeschleuniger in ein Transportsystem gefördert werden, um dort beispielsweise mittels Gasdruck, Federdruck, elektrischen Antrieb, etc. weitertransportiert zu werden.
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Die Ausbringeinrichtung 10 weist in diesem Ausführungsbeispiel ferner einen Fördersensor 44 zum Erfassen von Förderdaten wie einer Fördermenge, einer Förderrate, etc. der Projektile 18, 24, 30 durch das Förderrohr 42 auf die Schiene 14 und/oder das Rad 12 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist ferner ein Reibwertsensor 50 zum Erfassen von aktuellen Reibwertdaten der Schiene 14 und ggf. auch das Rades 12 vorgesehen.
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Die Transporteinrichtung 34–42, d. h. insbesondere deren Fördereinrichtungen 34, 36, 38 und deren Dosiereinrichtung 40 werden von einer Steuereinrichtung 46 angesteuert. Die Steuereinrichtung 46 kann die Transporteinrichtung 34–42 insbesondere derart ansteuern, aus welchem Vorratsbehälter 16, 22, 28 oder aus welcher Kombination von Vorratsbehältern und in welchem Verhältnis Projektile 18, 24, 30 auszubringen sind. Die Steuereinrichtung 46 ist üblicherweise mit einer Bremssteuereinrichtung 48 des Schienenfahrzeugs gekoppelt. Über die Bremssteuereinrichtung 48 werden der Steuereinrichtung 46 zum Beispiel Kraftschlussdaten und Geschwindigkeitsdaten bereitgestellt. Die Kraftschlussdaten können beispielsweise durch einen Gleitschutzrechner der Bremssteuereinrichtung 48 bereitgestellt sein. Es ist auch denkbar, dass die Kraftschlussdaten von einer Kraftschlusssensoreinrichtung bereitgestellt werden, welche es vermag, einen Kraftschluss beispielsweise zwischen dem Rad 12 und der Schiene 14 zu erfassen und/oder zu überwachen. Die Geschwindigkeitsdaten repräsentieren eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs. Außerdem steuert die Steuereinrichtung 46 die Transporteinrichtung 34–42 bevorzugt in Abhängigkeit von den durch den Fördersensor 44 erfassten Förderdaten und den durch den Reibwertsensor 50 erfassten Reibwertdaten.
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Die Ansteuerung der Transporteinrichtung 34–42 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine geeignete Stellgröße der Fördereinrichtungen 34, 36, 38 und/oder der Dosiereinrichtung 40 eingestellt wird, etwa ein Druck, ein Hub oder eine Pulsweite eines Kolbens, eine Drehzahl einer Schnecke oder eines Zellrades einer der Fördereinrichtungen oder der Dosiereinrichtung, um einen Soll-Wert der auszubringenden Reibwertmodifikatormenge zu erreichen.
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Es kann ferner zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 46 die Transporteinrichtung 34–42 basierend auf Kraftschlussdaten ansteuert. Die Steuereinrichtung 46 kann beispielsweise dann, wenn aus den Kraftschlussdaten die Auslösung einer Gleitschutzeinrichtung hervorgeht, die Ausbringeinrichtung 10 zum Ausbringen von Reibwertmodifikatoren 20, 26, 32 auf die Schiene 14 ansteuern. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 46 die Projektilmenge so lange erhöht, bis die Gleitschutzeinrichtung einen ausreichenden Kraftschluss signalisiert, beispielsweise wenn die Gleitschutzeinrichtung nicht länger ausgelöst wird. Es ist auch denkbar, dass die Steuereinrichtung 46 dazu ausgebildet ist, aus den Kraftschlussdaten einen gewünschten Kraftschluss und/oder eine gewünschte Reibung zu ermitteln und die Ausbringeinrichtung 10 derart anzusteuern, dass sich der gewünschte Kraftschluss und/oder die gewünschte Reibung einstellen.
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Ferner kann die Ausbringeinrichtung 10 nicht dargestellte Füllstandssensoren aufweisen, welche in jedem der Vorratsbehälter 16, 22, 28 einen Projektilfüllstand ermitteln. Liegt der Füllstand in einem oder mehreren Vorratsbehältern 16, 22, 28 unter einem vorgegebenen Mindestwert, kann die Steuereinrichtung 46 ein entsprechendes Signal erzeugen. Die Steuereinrichtung 46 kann ferner die Ansteuerung der Transporteinrichtung 34–42 basierend auf den Füllstandsdaten durchführen, indem sie beispielsweise dann, wenn in einem Vorratsbehälter eine geringe Füllmenge vorhanden ist, die Fördermenge an Projektilen aus anderen Vorratsbehältern erhöht. Es kann ferner vorgesehen sein, dass basierend auf einem entsprechenden Signal von der Steuereinrichtung 46 eine Ansteuerung des Schienenfahrzeugs derart erfolgt, dass bei einem niedrigen Füllstand in den Vorratsbehältern 16, 22, 28 eine niedrigere Höchstgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs eingestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ausbringeinrichtung
- 12
- Rad
- 14
- Schiene
- 16
- erster Vorratsbehälter
- 18
- erste Projektile
- 20
- erste Reibwertmodifikatoren
- 22
- zweiter Vorratsbehälter
- 24
- zweite Projektile
- 26
- zweite Reibwertmodifikatoren
- 28
- dritter Vorratsbehälter
- 30
- dritte Projektile
- 32
- dritte Reibwertmodifikatoren
- 34
- erste Fördereinrichtung
- 36
- zweite Fördereinrichtung
- 38
- dritte Fördereinrichtung
- 40
- Dosiereinrichtung
- 42
- Förderrohr
- 44
- Fördersensor
- 46
- Steuereinrichtung
- 48
- Bremssteuereinrichtung
- 50
- Reibwertsensor
