DE102020203177A1

DE102020203177A1 - Verfahren zur Steuerung einer Spurkranzschmieranlage

Info

Publication number: DE102020203177A1
Application number: DE102020203177.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Fege; Heiko Meyer; Kilian Rossig
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Spurkranzschmieranlage. Die Spurkranzschmieranlage bringt als Teil des Schienenfahrzeugs ein Fluid auf Teilbereiche eines Schienenfahrzeug-Rads bzw. auf Teilbereiche einer vom Schienenfahrzeug befahrenen Schiene aus, um Reibung zwischen Rad und Schiene zu reduzieren. Eine Fahrt des Schienenfahrzeugs auf der Schiene wird kontinuierlich durch das Schienenfahrzeug überwacht. Basierend auf der kontinuierlichen Überwachung wird eine Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs detektiert. Das Fluid wird in Abhängigkeit von der detektierten Bogenfahrt ausgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Spurkranzschmieranlage, wobei die Spurkranzschmieranlage als Teil des Schienenfahrzeugs auf Räder des Schienenfahrzeugs wirkt.
Eine Spurkranzschmieranlage eines Schienenfahrzeugs wird dazu benutzt, um bei einer verschleißfördernden, ungünstigen Radsatz-Stellung bzw. Einzelrad-Stellung zur Schiene einen durch die Stellung bedingten Materialverschleiß sowie Geräuschemissionen zu reduzieren. Dazu bringt die Spurkranzschmieranlage zur Reibungsreduzierung ein Schmierfluid auf vorbestimmte Teilbereiche des Rads bzw. der Schiene auf.
Eine ungünstige Radstellung kann im Bezug zur befahrenen Schiene im Streckenverlauf in einem Bogen bzw. in einer Kurve der Schiene auftreten. Dort weicht das Rad von einer radialen Idealstellung stark ab. Dies ist unter der Bezeichnung „Spießgang“ bekannt.
Eine weitere ungünstige Radstellung im Bezug zur befahrenen Schiene kann auch beim Anlaufen bei schlecht eingestellten Losrädern in der Geraden auftreten.
Bei einem geraden Streckenverlauf ist die Abweichung von der Idealstellung deutlich geringer. Dies wird erreicht durch einen selbstzentrierenden Sinuslauf beim Radsatz bzw. durch ein genau eingestelltes Losrad.
Bei herkömmlichen Schienenfahrzeugen wird durch die Spurkranzschmieranlage ein Fluid, beispielsweise Öl, in einer durchschnittlichen Dosierung bzw. in einer durchschnittlichen Dosierungsdauer ausgebracht.
Bei einem Streckenverlauf im Bergland mit kleinen Schienenbögen kann das Fluid wegabhängig, z.B. beim Erreichen vorbestimmten Kurven, in gleichbleibender Dosierung ausgebracht werden.
Bei einem Streckenverlauf im Flachland mit großen Schienenbögen und langen geraden Streckenverläufen kann das Fluid zeitabhängig, z.B. regelmäßig über die gesamte Fahrt jedoch mit regelmäßigen Schmierpausen, in gleichbleibender, jedoch im Vergleich zum Bergland reduzierter, Dosierung ausgebracht werden.
In beiden Fällen ist die Dosierung des ausgebrachten Fluids stets konstant. Je nach konkretem Streckenverlauf ist dadurch die Menge des Fluids entweder zu gering (in Bögen oder Kurven) oder zu überdimensioniert (in geraden Streckenverläufen) .
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Spurkranzschmieranlage anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Spurkranzschmieranlage ist die Spurkranzschmieranlage Teil des Schienenfahrzeugs. Die Spurkranzschmieranlage bringt ein Fluid auf Teilbereiche eines Schienenfahrzeug-Rads bzw. auf Teilbereiche einer vom Schienenfahrzeug befahrenen Schiene aus, um Reibung zwischen Rad und Schiene zu reduzieren. Eine Fahrt des Schienenfahrzeugs auf der Schiene wird kontinuierlich durch das Schienenfahrzeug überwacht. Basierend auf der kontinuierlichen Überwachung wird eine Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs detektiert. Das Fluid wird in Abhängigkeit von der detektierten Bogenfahrt ausgebracht.
Das bedeutet, dass bei einem ermittelten geraden Teilstück des Schienenverlaufs nur wenig bzw. kein Fluid ausgebracht wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird kontinuierlich eine Stellung des Rads des Schienenfahrzeugs zur befahrenen Schiene ermittelt, um basierend darauf die Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs zu detektieren.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird ein Bogenradius des Schienenbogens ermittelt. Das Fluid wird in seiner Dosierungsmenge und in seiner Dosierungshäufigkeit an den Bogenradius angepasst ausgebracht.
Durch einen kleinen Bogenradius wird eine enge Kurve bzw. ein enger Bogen detektiert. Um einer dadurch verursachten hohen Reibung effektiv zu begegnen, wird eine entsprechend erhöhte Menge an Fluid ausgebracht bzw. zielgerichtet zum Einsatz gebracht.
In einer bevorzugten Weiterbildung werden Parameter zur Steuerung der Fluid-Ausbringung basierend auf Erfahrungen im Schienenfahrzeugbetrieb oder basierend auf Testfahrten gewählt.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird das Ausbringen des Fluids bei einer Schwerlast-Anfahrt des Schienenfahrzeugs abgeschaltet.
Das Vorliegen einer Schwerlastfahrt wird dabei über den Schienenfahrzeugführer oder über eine per Fernsteuerung erfolgenden Eingabe der erfindungsgemäßen Steuerung mitgeteilt und von dieser entsprechend berücksichtigt.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird das Ausbringen des Fluids durch weitere Leittechnik-Anforderungen bzw. durch betriebliche Bedingungen beeinflusst.
Dazu gehören beispielsweise:

- eine Zugkraftanforderung, die an das Schienenfahrzeug gestellt wird,
- eine Bremskraftanforderung, die an das Schienenfahrzeug gestellt wird,
- eine geforderte Abschaltung bei einer bestimmten Geschwindigkeit,
- Berücksichtigung von Bedingungen bei Depotfahrten, bei denen beispielsweise eine erhöhte Fluidmenge bei geringer Zugkraft und sehr kleinen Bögen ausgebracht werden soll,
- etc.

In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt die kontinuierliche Ermittlung der Stellung des Rads des Schienenfahrzeugs zur befahrenen Schiene durch eine direkte Erkennung.
Dabei wird eine Messeinrichtung verwendet, die bevorzugt nah zur Schiene angeordnet ist.
Durch die Messeinrichtung wird die Radstellung zur befahrenen Schiene möglichst genau ermittelt. Die Messeinrichtung verwendet dazu beispielsweise Sensoren mit optischem, induktivem, ultraschallbasiertem oder kapazitivem Messprinzip.
In einer bevorzugten Weiterbildung werden zur Erhöhung der Messgenauigkeit mehrere Sensoren miteinander kombiniert.
In Abhängigkeit von gemessenen Sensorwerten wird mit Hilfe einer Schaltlogik ein Steuersignal erzeugt, durch das sowohl die Dosierungsmenge, die Dosierungsdauer als auch die Periode des auszubringenden Fluids gesteuert wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt die kontinuierliche Ermittlung der Stellung des Rads des Schienenfahrzeugs zur befahrenen Schiene durch eine indirekte Erkennung.
Dabei wird nicht die Stellung des Rades zur Schiene ermittelt, es reicht vielmehr aus, eine Bogengröße zu bestimmen.
Die indirekte Erkennung erfolgt beispielsweise durch einen Einsatz von Beschleunigungssensoren, die translatorische und rotatorische Bewegungen detektieren. Diese sind bevorzugt in Längs- und in Drehrichtung des Fahrwerks angeordnet.
Die indirekte Erkennung erfolgt beispielsweise durch eine optische Erkennung des Bogens - beispielsweise mit Hilfe eines Kamerasystem mit nachgelagerter Auswertung.
In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt die indirekte Erkennung durch eine Messung der Längs- und Querbewegungen eines Fahrwerks relativ zum Wagenkasten. Über dieses indirekte Verfahren lässt sich ebenfalls die Stellung der Räder bezüglich der Schiene feststellen.
Bevorzugt werden zur Bewegungsmessung die bereits oben genannten Sensoren verwendet.
In Dokument WO 2019 219 223 A1 sind weitere Lösungen beschrieben, mit deren Hilfe ein Querversatz einer von einem Schienenfahrzeug befahrenen Schiene relativ zum Schienenfahrzeug ermittelt werden. Die dort beschriebenen Lösungen sind entsprechend umgesetzt zur Ermittlung der Stellung des Rads des Schienenfahrzeugs zur befahrenen Schiene anwendbar.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die vorliegende Erfindung der bogenabhängigen Spurkranzschmierung mit Abschaltung mit der Gleiskonditioniereinrichtung kombinierbar, wie sie in Dokument WO 2019 219 223 A1 beschrieben ist.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine optimale Wirkung der Spurkranzschmieranlage erreicht, da diese bedarfsgerecht und an eine Strecken-Trassierung angepasst eingesetzt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung werden Bogenklassen, Geraden und Fahrzustände erkannt. Durch eine an die Anforderungen angepasste Verwendung und Dosierung werden große Mengen des Schmierfluid eingespart.
Durch die vorliegende Erfindung werden bei voller Funktionalität Kosten eingespart und Befüll-Aufwände für das Fluid reduziert.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Umwelt geschont.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Betrieb des Schienenfahrzeugs mit hohen Traktions- bzw. Bremskräften unterstützt.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Spurkranzschmierung bei Geradeausfahrt des Schienenfahrzeugs ausgeschaltet.
Durch die vorliegende Erfindung werden Streckenszenarien mit unterschiedlichen Bogenklassen, mit Bogenfahrten und mit Gerade-Fahrten unterschieden. Dies ermöglicht einen bedarfsgerechten Fluideinsatz.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 die erfindungsgemäße Steuerung in einer Prinzipdarstellung,
2 eine Anordnung von Messeinrichtungen zur direkten Erfassung der Radstellung in Querrichtung zur Schiene, und
3 eine Anordnung von Messeinrichtungen zur indirekten Erfassung der Radstellung in Querrichtung zur Schiene.

1 zeigt die erfindungsgemäße Steuerung in einer Prinzipdarstellung.
In einem ersten Schritt S1 wird die Position des Schienenrads relativ zur Schiene initiiert.
Die Positionsbestimmung erfolgt in einem zweiten Schritt S2 mit Hilfe einer Sensorik. Die Sensorik bestimmt die Radposition entweder über eine direkte Erkennung oder über eine indirekte Erkennung.
In einem dritten Schritt S3 wird ein entsprechendes Sensorsignal gebildet.
In einem vierten Schritt S4 wird das Sensorsignal an eine Schaltlogik übermittelt.
In einem fünften Schritt S5 werden weitere betriebliche Bedingungen, z.B. Zugkraftanforderungen, ermittelt und an die Schaltlogik übertragen.
In einem sechsten Schritt S6 wird basierend auf dem Sensorsignal und auf den betrieblichen Bedingungen ein Ansteuerbefehl gebildet.
In einem siebten Schritt S7 wird der Ansteuerbefehl an eine Ansteuereinheit mit einer Aktuatorik übermittelt und umgesetzt.
In einem achten Schritt S8 wird über die Aktuatorik die Spurkranzschmierung an oder ausgeschaltet bzw. die Dosierung des Fluids entsprechend geändert.
2 zeigt eine Anordnung von Messeinrichtungen MES1, MES2 zur direkten Erfassung der Stellung STEL des Rads RD in Querrichtung zur Schiene SCH.
3 zeigt eine Anordnung von Messeinrichtungen zur indirekten Erfassung der Radstellung in Querrichtung zur Schiene.
Hier wird der Effekt ausgenutzt, dass ein das Rad tragendes Fahrwerk 5 relativ zu einem Wagenkasten 4 in einer Richtung 1 verdreht wird.
Diese Verdrehung lässt sich über Wegmessungen, beispielsweise über Wegsensorik in einem Schlingerdämpfer 2 bzw. in einem Querdämpfer 3 oder einer Kombination davon bestimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019219223 A1 [0033, 0034]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Spurkranzschmieranlage, - bei dem eine Spurkranzschmieranlage als Teil eines Schienenfahrzeugs ein Fluid auf Teilbereiche eines Schienenfahrzeug-Rads bzw. auf Teilbereiche einer vom Schienenfahrzeug befahrenen Schiene ausbringt, um Reibung zwischen Rad und Schiene zu reduzieren, - bei dem eine Fahrt des Schienenfahrzeugs auf der Schiene kontinuierlich durch das Schienenfahrzeug überwacht wird, - bei dem basierend auf der kontinuierlichen Überwachung eine Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs detektiert wird, - bei dem das Fluid in Abhängigkeit von der detektierten Bogenfahrt ausgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem kontinuierlich eine Stellung des Rads des Schienenfahrzeugs zur befahrenen Schiene ermittelt wird, um basierend darauf die Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs zu detektieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei einem ermittelten geraden Teilstück des Schienenverlaufs eine reduzierte Menge an Fluid oder kein Fluid ausgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, - bei dem bei der Bogenfahrt ein Bogenradius des Schienenbogens ermittelt wird, und - bei dem das Fluid in seiner Dosierungsmenge und in seiner Dosierungshäufigkeit an den Bogenradius angepasst ausgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Parameter zur Steuerung der Fluid-Ausbringung basierend auf Erfahrungen im Schienenfahrzeugbetrieb oder basierend auf Testfahrten gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbringen des Fluids bei einer Schwerlast-Anfahrt des Schienenfahrzeugs abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Vorliegen einer Schwerlastfahrt über den Schienenfahrzeugführer oder über eine per Fernsteuerung erfolgenden Eingabe der Steuerung mitgeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbringen des Fluids durch Leittechnik-Anforderungen oder durch betriebliche Bedingungen beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die kontinuierliche Ermittlung der Stellung des Rads des Schienenfahrzeugs zur befahrenen Schiene durch eine direkte Erkennung oder durch eine indirekte Erkennung erfolgt, die auf Messungen von zumindest einem Sensor basiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Sensor mit optischem, induktivem, ultraschallbasiertem oder kapazitivem Messprinzip oder ein Sensor zur Beschleunigungsmessung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Abhängigkeit von gemessenen Sensorwerten ein Steuersignal erzeugt wird, durch das sowohl die Dosierungsmenge, die Dosierungsdauer als auch die Periode des auszubringenden Fluids gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Stellung des Rads des Schienenfahrzeugs zur befahrenen Schiene in Querrichtung zur Schiene ermittelt wird.