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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Durchführen einer Spurkranzschmierung.
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Stand der Technik
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Unter einem Zug wird ein Verbund von Schienenfahrzeugen verstanden. Zu beachten ist, dass ein Zug auf den Schienen etwas Spiel hat und aus Gründen der Sicherheit durch einen Spurkranz in der Spur gehalten werden sollte.
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Ein solcher Spurkranz ist ein etwa drei Zentimeter hoher vertikaler Wulst, der sich an der zur Mitte des Gleises gerichteten Seite der Räder befindet. Seine Aufgabe ist die Spurführung. Der Spurkranz sorgt dafür, dass das Rad mittig auf der Schiene bleibt. Ein einzelner Spurkranz verhindert nur ein Auslaufen eines Rades nach außen, Spurkränze der beiden Räder einer Achse verhindern gemeinsam das Auslaufen ihrer Räder in beide Richtungen.
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Durch Einsatz des Spurkranzes entsteht Reibung, die dazu führt, dass der Zug verlangsamt, wodurch Energie verloren geht. Um diesen Energieverlust zu reduzieren, ist eine sogenannte Spurkranzschmierung bekannt. Um diese zu erreichen, ist es bekannt, eine durchgehende oder sehr grob geregelte Schmierung, bspw. in Kurven, die einen gewissen Kurvenradius überschreiten, vorzunehmen.
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Eine solche Spurkranzschmierung, die auch als Schienenflankenschmierung bezeichnet wird, dient bei Schienenfahrzeugen dazu, den Verschleiß der Spurkränze und Schienen sowie die Geräuschentwicklung zu reduzieren.
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Ebenso wird dadurch die Möglichkeit eines Aufkletterns minimiert. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass insbesondere in Kurven Reibungskräfte zwischen dem Spurkranz und der Schienenflanke entstehen, was zu Abnutzung führen kann. Darüber hinaus kommt es zu einer starken Lärmentwicklung. Um dies zu verringern, können mit einer Spurkranzschmierung Schmierstoffe auf die Spurkränze oder Flanken der Schienen aufbegracht werden, die die Reibung und daher auch den Verschleiß und die Geräuschentwicklung reduzieren. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Aufbringen des Schmiermittels auf die eigentliche Rad- bzw. Radreifenlauffläche vermieden werden sollte, um den Reibwert zwischen Schiene und Rad nicht zu verringern.
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Es sind Schienenfahrzeuge bekannt, bei denen am jeweils in Fahrtrichtung vordersten Radsatz eine Einrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von Zeit, Wegstrecke oder Kurvenradius Schmierfett auf den Spurkranz aufbringt. Dabei wird mit einer Pumpe ein Schmiermittel gezielt auf den Spurkranz der Räder aufgebracht. Dies kann rein mechanisch erfolgen, indem das Ausdrehen des Drehgestells gegenüber dem Fahrzeugrahmen in der Kurve die Pumpe betätigt. Dies kann aber auch wegggesteuert in regelmäßigen Abständen erfolgen. Da sich das Schmiermittel auf den Schienenflanken verteilt, führt dies ebenfalls zu einer Schmierung der nachfolgenden Räder.
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Es ist aber auch bekannt, eine Schmiereinrichtung an Schienen anzubringen, so dass gezielt nur in sehr engen Kurven eine Verringerung von Abnutzung und Lärm erzielt werden kann.
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In jedem Fall wird eine bedarfsgerechte Schmierung des Spurkranzes zur Reduktion des Reibwiderstands angestrebt, bei der eine möglichst geringe Menge an Schmiermitteln benötigt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Das vorgestellte Verfahren dient zum Durchführen einer Spurkranzschmierung in einem Schienenfahrzeug. Bei dem Verfahren wird ein Drehzahlsignal mindestens eines Drehzahlsensors, der einen Verlauf einer Drehzahl wenigstens eines Rads erfasst, ausgewertet und in Abhängigkeit des erfassten Drehzahlverlaufs ein Zeitpunkt ermittelt, zu dem die Spurkranzschmierung ausgelöst wird. Die Spurkranzschmierung kann dann beginnend mit diesem Zeitpunkt vorgenommen werden. Die Dauer der Schmierung und/oder die Menge des verwendeten Schmiermittels kann bzw. können auch in Abhängigkeit der Auswertung des Drehzahlsignals bestimmt werden.
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Es wird somit mit mindestens einem Sensor eine Drehzahl und insbesondere die Änderung der Drehzahl, wenigstens eines Rads, zweckmäßigerweise ein in Fahrtrichtung vorderes Rad, des Schienenfahrzeugs überwacht. Werden die Drehzahlen mehrere Räder überwacht, so ist typischerweise jedem Rad ein Sensor bzw. Drehzahlsensor zugeordnet. Kommt es nunmehr zu einem Spurkranzanschlag, so wirkt sich das auf die Drehzahl des Rads aus, und es kann dann, typischerweise unverzüglich, eine Spurkranzschmierung an dem betreffenden Rad und ggf. auch an anderen Rädern vorgenommen werden. So kann der Effekt des Spurkranzanschlags zumindest abgeschwächt werden.
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In einer Ausführung des Verfahrens werden ein erstes Drehzahlsignal eines ersten Drehzahlsensors, der den Verlauf der Drehzahl eines ersten Rads erfasst, und ein zweites Drehzahlsignal eines zweiten Drehzahlsensors, der den Verlauf der Drehzahl eines zweiten Rads erfasst, ausgewertet. Das erste und das zweite Rad sind dabei an einer Achse des Schienenfahrzeugs gegenüberliegend angeordnet und bilden einen Radsatz. Bei der Auswertung der beiden Signale wird das Verhältnis bzw. die Relation zwischen dem Verlauf der Drehzahl des ersten Rads, repräsentiert durch das erste Drehzahlsignal, und dem Verlauf der Drehzahl des zweiten Rads, repräsentiert durch das zweite Drehzahlsignal, berücksichtigt. Insbesondere auf gerader Strecke sollten die beiden Drehzahlen gleich sein. Ist ein Unterschied festzustellen, so weist dies auf einen bevorstehenden Spurkranzanschlag des Rads hin. Verringern sich beide Drehzahlen, so deutet dies auf einen Bremsvorgang hin. Diese Ausführung hat somit den Vorteil, dass sicher zwischen einem Bremsvorgang und einem Spurkranzanschlag unterschieden werden kann.
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Ein Spurkranzanschlag kann auch bei einer Geradeausfahrt erfolgen, da auch bei einer Geradeausfahrt sich das Rad in lateraler Richtung hin- und herbewegen kann. Auch diese laterale Bewegung hat eine Auswirkung auf das Verhältnis der Drehzahlen der beiden Räder, was mit dem Verfahren erfasst werden kann, um einen drohenden Spurkranzanschlag zu erkennen.
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Eine Kurvenfahrt hat zur Folge, dass die Drehzahl des äußeren Rads höher als die Drehzahl des inneren Rads ist. So kann ggf. ein drohender Spurkranzanschlag erkannt werden.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass mit einem Beschleunigungssensor ein Beschleunigungssignal erfasst wird, das eine Lateralbewegung des Rads repräsentiert, und über eine Intergration des Beschleunigungssignals ein Hinweis auf die Laterallage des Rads gewonnen wird, die bei der Durchführung der Spurkranzschmierung berücksichtigt wird.
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Es kann somit ein drohender Spurkranzanschlag erkannt werden.
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Der Beschleunigungssensor ist bspw. im Drehteller des Rads angeordnet. In dieser Position kann eine Beschleunigung in lateraler Richtung sicher erkannt werden.
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Wird ein Beschleunigungssensor eingesetzt, so kann die Lage des Rads mittels Modellbildung bestimmt werden, um einen nächsten Spurkranzanschlag vorherzusagen. Dies liefert insbesondere bei einer Geradeausfahrt eine sichere Prädizierung eines Spurkranzanschlags.
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In die Modellbildung fließen im Allgemeinen die durch die Schienenquerneigung sowie die Schienenlängsneigung aufgrund der Schwerkraft verursachten Kraftkomponenten ein. Weiterhin werden Longitudinalbeschleunigungen aufgrund von Geschwindigkeitsänderungen sowie die in der Kurvenfahrt verursachten Zentrifugal- bzw. Zentripetalkräfte berücksichtigt. Außerdem werden die in das Modell eingehenden Messwerte durch entsprechende Filterverfahren geglättet. Weiterhin wird eine träge Selbstkalibrierung der in das Modell eingehenden Beschleunigungswerte durchgeführt, um einen unpräzisen mechanischen Verbau des Beschleunigungssensors bezogen auf die Fahrtrichtung sowie bspw. durch Temperatur verursachte Drift-Effekte auszugleichen.
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Es kann zusätzlich mit einer Kamera ein Schienenverlauf, insbesondere ein in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug liegender Schienenverlauf, erfasst werden. Dieser Schienenverlauf wird dann bei der Spurkranzschmierung berücksichtigt. In Verbindung mit der zuvor beschriebenen Modellbildung und dem Einsatz eines Beschleunigungssensors ermöglicht dies auch bei Kurvenfahrten eine sichere Prädizierung eines Spurkranzanschlags, da in einer Kurve das Rad ein bestimmtes Verhalten hinsichtlich seiner lateralen Beschleunigung zeigt, was dann bei der Modellbildung berücksichtigt werden kann.
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Es können weiterhin unterschiedliche Raddurchmesser eingelernt und berücksichtigt werden.
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Bei Geradeausfahrt müssten die Drehzahlsensoren der Räder von gegenüberliegenden Seiten des Drehtellers ohne Spuranschläge identische Werte ermitteln. Ist dies nicht der Fall, liegen unterschiedliche Raddurchmesser vor, entweder aufgrund von Produktionsungenauigkeiten oder wegen ungleichförmiger Abnutzung. Teilweise sind Räder auch nicht komplett rund, da sie bspw. aufgrund von stärkeren Bremsungen unrund abgenutzt werden. Diese Effekte müssen erkannt und in der Modellbildung berücksichtigt werden, da es ansonsten zu falschen Lateralschätzungen und somit zu falschen Spurkranzschmierzeitpunkten kommt. Kurven und Spuranschläge müssen im Einlernen der Raddurchmesser berücksichtigt werden, um die Ergebnisse nicht zu verfälschen.
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Um ein rechtzeitiges Schmieren des Spurkranzes zu gewährleisten, kann die Spurkranzschmierung zeitlich vor, insbesondere kurz vor, dem berechneten Zeitpunkt ausgelöst werden.
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Die beschriebene Anordnung dient zum Durchführen des Verfahrens und ist bspw. in Hardware und/oder Software implementiert. Diese Anordnung kann in einem Steuergerät des Fahrzeugs integriert oder als solches ausgebildet sein.
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Eine mögliche Ausführung des Verfahrens wird nachfolgend skizziert:
- Es wird mindestens ein Raddrehzahlsensor so ausgewertet, dass regelmäßig jederzeit auf das Wagenverhalten bezüglich Anschlag des Spurkranzes und Gierrate geschlossen werden kann. Somit kann der Spurkranz- bzw. Radkranzanschlag sicher erkannt werden. Außerdem können Effekte, wie bspw. unterschiedliche Raddurchmesser, eingelernt und berücksichtigt werden. Es kann zudem ein Beschleunigungssensor verwendet werden, um eine Lateralbewegung zu erfassen. Hierzu kann bspw. ein Beschleunigungssensor im Drehteller, der als Stütze dient, eingesetzt werden. Eine Integration über das Beschleunigungssignal liefert eine Indikation zur Lateralablage. Damit ist die Neigung des Schienenbetts zu erkennen und kann von der Querbewegung im Gleis unterschieden werden.
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Es kann weiterhin eine Kamera in die geschützte Fahrerkabine eingebaut werden, um den Schienenverlauf und insbesondere den Kurvenverlauf zu erfassen. Mit all diesen Daten kann eine Fahrzeug-/Schienenmodellierung, bspw. auf geraden Strecken, aufgestellt werden, mit der der Anschlag des Spurkranzes am Gleis prädiziert werden kann. Damit ist auch eine Modellbildung in Kurven möglich.
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Mit den verbleibenden Unsicherheiten kann durch ein etwas zu frühes Einbringen der Schmierung das Risiko eines ungeschmierten Anschlags vermieden werden. Es können somit Sicherheitspuffer bei der Prädiktion vorgesehen werden. Zudem kann eine signifikante Reduzierung der Schmiermittelmenge und damit eine Verringerung der Kosten errreicht werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Spurkranz.
- 2 zeigt eine Achse eines Schienenfahrzeugs.
- 3 zeigt in einem Flussdiagramm eine Ausführung des beschriebenen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Rad 10 eines Schienenfahrzeugs, wobei das Rad 10 einen Spurkranz 12 trägt, der als sich vertikal erstreckender Wulst ausgebildet ist. Das Rad 10 läuft auf einer Schiene 14, wobei das Rad 10 in lateraler Richtung (Doppelpfeil 16) ein gewisses Spiel hat. Der Spurkranz 12, der sich an der zur Mitte des Gleises gerichtete Seite des Rads 10 befindet, verhindert nun ein Auslaufen des Rads 10 nach außen (Pfeil 18). In Zusammenspiel mit einem Spurkranz eines weiteren Rads, das an derselben Achse 20 angebracht ist, wird ein Auslaufen in beide Richtungen (Doppelpfeil 16) verhindert.
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Die Darstellung zeigt weiterhin einen Drehzahlsensor 30, der die Drehzahl des Rads 10 erfasst und hierzu ein entsprechendes Drehzahlsignal ausgibt. Es ist weiterhin ein Beschleunigungssensor 32 vorgesehen, der eine Beschleunigung in lateraler Richtung (Doppelpfeil 16) erfasst. Der Beschleunigungssensor 32 ist nicht im Rad 10, sondern im Drehteller integriert, so dass er bei perfekter ebener Geradeausfahrt ein zeitlich konstantes Signal liefert. Weiterhin zeigt die Darstellung eine Kamera 34, die bspw. in einer Fahrerkabine des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Diese erkennt einen Schienenverlauf und gibt ein entsprechendes Signal aus.
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Eine Anordnung 36 erfasst nunmehr das Signal der Kamera 34, das Beschleunigungssignal des Beschleunigungssensors 32 und das Drehzahlsignal des Drehzahlsensors 30 und wertet dieses mit Hilfe eines Modells aus, um einen drohenden Spurkranzanschlag zu erkennen und entsprechend eine Spurkranzschmierung auszulösen. Dabei wird der Zeitpunkt bestimmt, zu dem die Spurkranzschmierung beginnt. Es kann bzw. können auch die Dauer und/oder die Menge des eingesetzten Schmiermittels bestimmt werden.
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2 zeigt eine Achse eines Schienenfahrzeugs, die insgesamt mit Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Diese Achse 50 trägt an einem Ende ein erstes Rad 52 und an einem anderen, dem einen Ende gegenüberliegenden Ende ein zweites Rad 54. Dem ersten Rad 52 ist ein erster Drehzahlsensor 62 und dem zweiten Rad 54 ein zweiter Drehzahlsensor 64 zugeordnet. Die beiden Drehzahlsensoren 62, 64 liefern jeweils ein Drehzahlsignal. Diese Drehzahlsignale werden an eine Anordnung 66 zum Durchführen des hierin vorgestellten Verfahrens weitergegeben. Diese Anordnung 66 wertet die Drehzahlsignale aus, wobei die Anordnung 66 insbesondere die beiden Drehzahlsignale und somit die beiden Drehzahlen zueinander ins Verhältnis setzt.
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3 zeigt eine Ausführung des beschriebenen Verfahrens in einem Flussdiagramm. In einem ersten Schritt 80 fährt ein Schienenfahrzeug auf Schienen. Es werden dabei mindestens ein Drehzahlsignal von wenigstens einem Drehzahlsensor, zumindest ein Beschleunigungssignal von wenigstens einem Beschleunigungssensor und ein Bildsignal von einer Kamera erfasst und ausgewertet. Es wird dann in einem nächsten Schritt 82 ein bevorstehender Spurkranzanschlag an einem Rad erkannt. In einem Schritt 84 wird dann an diesem Rad eine Spurkranzschmierung vorgenommen.
