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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen von Schmiermittel auf Schienenfahrzeugräder.
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Schienenfahrzeuge weisen eine Anzahl von Rädern 3 auf, welche auf zwei im Wesentlichen parallelen Schienen 5, welche zusammen ein Bahngleis bilden, aufliegen und hierdurch geführt werden. Die Schienen 5 sind miteinander über eine Reihe von Bahnschwellen 7 verbunden, welche die Schienen 5 über korrespondierende Gleisschuhe 9 tragen, welche zwischen der Schiene 5 und der Bahnschwelle 7 angeordnet sind. Die Gleisschuhe 9 sind zum Tragen der Schienen 5 mit einer geringen Neigung zur Spurseite 11 der Schiene hin und von einer Schienenfeldseite 13 weg angeordnet. Der Bereich des Rades 3, welcher die Schiene 5 kontaktiert, ist als Radlauffläche 15 bekannt. Dieser Bereich ist im Wesentlichen kegelstumpfförmig und weist seinen größten Durchmesser zu der Spurseite der Schiene 5 und seinen kleinsten Durchmesser zu der Feldseite der Schiene 5 auf, um ein Halten des Schienenfahrzeuges auf dem Bahngleis zu unterstützen. Ein Radflansch ist an der Spurseite des Rades 17 ausgebildet und angeordnet, um die Räder 3 in Fahrt von einem Abspringen von den Schienen 5 abzuhalten.
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Eine der größten Kostenblöcke in der Eisenbahnindustrie bezieht sich auf die Erneuerung der Schienenfahrzeugräder und der Bahngleise. Schienenfahrzeugräder und Bahngleise werden allmählich beschädigt und beeinträchtigt durch die großen Kräfte, welche durch die schweren Fahrzeuge erzeugt werden, welche sich auf einen kleinen Kontaktbereich zwischen den Rädern und dem Bahngleis bewegen. Zwei der Hauptgründe von Rad- und Gleisschäden sind Metallabnutzung und Rollkontaktermüdung (RCF). Metallabnutzung auf der Bahnschiene und dem Rad ist auf einen Schlupf zwischen der Schiene und dem Rad in einer Kontaktstelle aufgrund der Bedingungen eines hohen Druckes und Reibung zurückzuführen. Die Kontaktstelle führt zu einer Verformung des Metalles der Schiene in Richtung des Radschlupfes. Rollkontaktermüdung tritt aufgrund der Kombination des Schienenprofiles, einer Kontaktstellenenergie, einer Schienenmetallurgie, Schienenbiegmomenten und eines Fluideinschlusses in den Schienenoberflächenrissen aufgrund Metallermüdung auf. RCF tritt sowohl an dem Rad als auch an der Schiene auf und, wenn es unbehandelt bleibt, kann dies zu Schienenbruch und Fahrzeugentgleisungen führen.
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Reibung zwischen dem Rad 3 und der Schiene 5 kann zu einer Verdünnung des Radflansches 17 an Bereichen führen, welche als Flanschwurzel 19 oder Flanschstirnseite 21 bekannt sind, welche sich von der Flanschspitze 23 weg erstrecken. Dies kann auch zu einem Verschleiß der Radlauffläche 15 in einem Umfang führen, dass deren Konizität beseitigt wird und zum Bilden eines Fehlflansches an dem Feldseitenabschnitt der Lauffläche 12 benachbart zu dem feldseitigen Fasenbereich 24 führen. Der Feldseitenabschnitt der Lauffläche 15 ist der Bereich, welcher an dem Hauptlaufabschnitt der Lauffläche angrenzt, welcher in Kontakt mit der Schiene kommt, wenn das Rad sich auf der unteren Schiene befindet. Reibung zwischen dem Rad und der Schiene 5 kann auch zu Schienenverschleiß an Bereichen der Schiene 5 führen, welche als Spurstirnseite 25, Spurecke 27, Spurschulter 29, Krone 31, Feldschulter 33, Feldecke 35 und Feldstirnseite 37 bekannt sind.
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Ein Ansatz, den Verschleiß und die Rollkontaktermüdung zu minimieren, besteht darin, ein Schmiermittel mit einem mittleren Reibungskoeffizienten auf die Oberseite der Schiene aufzubringen. Jedoch führt dies dazu, das Schmiermittel über die gesamte Lauffläche 15 des Rades verteilt und verspritzt wird, wodurch eine Bremseffizienz herabgesetzt wird, ohne die Reibung ausreichend zu reduzieren, um ein RCF an dem Rad zu mildern. Ein anderer Ansatz besteht darin, ein Schmiermittel mit geringem Reibungskoeffizienten auf die Flanschwurzel aufzubringen und ein Schmiermittel mit mittlerem Reibungskoeffizienten auf die zentrale Lauffläche des Rades aufzubringen. Jedoch kann dies die Bremsleistung gefährden, ohne dass das RCF ausreichend reduziert wird. Bahngleisseitige Systeme sind auch vorgesehen, welche ein Schmiermittel mit mittlerem Reibungskoeffizienten auf die Schienenoberseite aufbringen und ein Schmiermittel mit geringem Reibungskoeffizienten auf den Spureckbereich aufbringen, welche ebenfalls das Problem des RCF an dem Rad nicht lösen und eine Bremsleistung beeinträchtigen können. Zudem sind bestehende Schmiersysteme anfällig dafür, zu viel oder zu wenig Schmiermittel aufzubringen. Zu viel Schmiermittel kann zu einer Verschmutzung der Fahrzeugunterseite und zu einer Verschwendung von Schmiermittel führen, während zu wenig Schmiermittel keine Verringerung des Verschleißes, der Metallermüdung und von Lärm bewirkt.
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Ein herkömmliches Schmiersystem verwendet einen geschlossenen Kreislauf von Schmiermittel, welches auf die Räder über eine oder mehrere Düsen abgegeben wird. Das Schmiermittel wird entlang des Kreislaufes über einen Motor zu den Düsen getrieben, an welchen es unter Verwendung von Druckluft zerstäubt wird, um einen Sprühkegel auf das Rad zu richten. Diese Systeme sind nicht sehr flexibel und es kann eine sehr lange Zeit benötigen, diese zu befüllen, aufgrund der Notwendigkeit, relativ lange Röhren mit Schmiermittel zu befüllen.
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Ein anderes konventionelles Schmiersystem weist eine oder mehrere Düsen auf, von welchen jede mit einer Schmiermittelzuführung über eine entsprechende Leitung verbunden ist. Jede Leitung und Düse ist mit einer Pumpe versehen, welche durch Druckluft angetrieben ist, um Schmiermittel in die Leitung abzugeben, so dass dieses über die Düse ausgespritzt werden kann. Da für jede Düse eine Pumpe benötigt wird und, da jede Pumpe relativ teuer ist, besteht ein Problem bei einem solchen System dahingehend, dass dieses teuer und kompliziert in Aufbau und Betrieb ist. Des Weiteren wird dort, wo eine Ausgabe größerer Volumen von Schmiermittel in einem vorgegebenen Zeitrahmen gewünscht ist, eine größere Pumpe benötigt und folglich wird eine größere Schmiermittelzuführung benötigt, um die Pumpen aufzunehmen. Dies erhöht weiter die Kosten und auch den Platzbedarf des Systems, welches auf dem Schienenfahrzeug zu installieren ist.
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Das Problem der Bewältigung des Verschleißes und des RCF wird weiter durch Veränderungen in dem Kontaktbereich zwischen dem Rad und der Schiene verstärkt, da sich das Fahrzeug bewegt und auf Abweichungen in dem Bahngleis trifft.
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Es ist eine Aufgabe der Ausführungen der Erfindung, den Verschleiß und die Ermüdung der Schienen und der Räder zu reduzieren, während die vorgenannten Schwierigkeiten abgemildert werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Aufbringen von Schmiermittel auf ein Rad eines Schienenfahrzeuges vorgesehen, wobei das Rad eine Lauffläche mit einem zentralen Laufabschnitt, einem Feldseitenabschnitt und einem Flanschseitenabschnitt aufweist, wobei jeder Abschnitt mit einer Schiene Kontakt haben kann, wobei die Vorrichtung eine Schmiermittelzuführung und eine erste Düse aufweist, durch welche Schmiermittel aus der Schmiermittelzuführung ausgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düse angeordnet ist, um Schmiermittel zu wenigstens einem Teil des Feldseitenabschnitts der Lauffläche zu liefern, jedoch nicht zu einem Teil des zentralen Laufabschnittes.
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In vorteilhafter Weise erlaubt es die Eigenschaft, Schmiermittel gezielt auf die Feldseite der Lauffläche aufzubringen und nicht auf irgendeinen Teil der mittigen Lauffläche, die Rollkontaktermüdung in dem Rad zu reduzieren, ohne dass die Bremseffizienz des Schienenfahrzeuges signifikant beeinträchtigt wird. Durch Reduzieren der Rollkontaktermüdung in dem Rad werden die Frequenz der Raderneuerung und folglich auch die Kosten der Erneuerung vermindert.
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Das Schmiermittel kann ein Schmiermittel mit geringem Reibungskoeffizient sein. Das Schmiermittel kann zu einem Reibungskoeffizienten zwischen dem Rad und einer Schiene zwischen 0,05 und 0,15 führen. Das Schmiermittel kann zu einem Reibungskoeffizienten zwischen dem Rad und einer Schiene von 0,1 führen.
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Es kann eine zweite Düse vorgesehen sein, durch welche Schmiermittel aus der Schmiermittelzuführung ausgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düse angeordnet ist, um Schmiermittel zu einem anderen Abschnitt der Lauffläche als dem der ersten Düse zu liefern. Die zweite Düse kann angeordnet sein, um Schmiermittel zu wenigstens einem Abschnitt der Flanschseite der Lauffläche zu liefern, jedoch nicht zu irgendeinem Abschnitt der zentralen Lauffläche.
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Die ersten und/oder zweiten Düsen können angeordnet sein, so dass diese kein Schmiermittel an den zentralen Laufabschnitt der Radlauffläche liefern.
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Die ersten und zweiten Düsen können über einen Kanal mit der Schmiermittelzuführung verbunden sein und die Vorrichtung kann weiter eine Einrichtung zum Einleiten von Schmiermittel in den Kanal und eine Einrichtung zum Einleiten von Druckluft in den Kanal aufweisen, um Schmiermittel durch den Kanal zu treiben.
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In vorteilhafter Weise ermöglicht die Verwendung von Druckluft zum Ausgeben von Schmiermittel einen hohen Grad von Kontrolle über die Aufbringung von Schmiermittel auf die Schienenfahrzeugräder an geeigneten Bahngleispositionen. Auf diese Weise können ein Verschleiß der Räder und der Schienen, ein Quietschen und eine Rollkontaktermüdung wirksam reduziert werden, wodurch die Lebenszeit der Räder und der Schienen verlängert wird und eine Reduzierung der Kosten für eine Erneuerung von Bahngleis und Rad unterstützt wird. Weiterhin ist ein Schmiersystem, welches auf Luft und Schmierfett basiert, robuster, weil die Leitungen in derartigen Systemen größer als in reinen Schmiermittelsystemen und daher auch weniger schadenanfällig sind. Ein anderer Schlüsselvorteil besteht darin, dass es ermöglicht wird, die Auffüllzyklen zu nutzen, um die Menge des auszugebenden Schmiermittels in dem System zu ändern. Dies ermöglicht, genaue Mengen von Schmiermittel in einem vorgegebenen Zeitraum auszugeben, so wie es gewünscht ist.
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Die Einrichtung zum Einleiten von Schmiermittel in den Kanal kann angeordnet sein, um die Innenseite des Kanales mit einem Schmiermittelfilm zu bedecken. Die Einrichtung zum Einleiten von Schmiermittel kann mit Druckluft betrieben werden. Der Kanal kann ein erstes Ventil aufweisen, welches betätigbar ist, um Luft in Strömung zu versetzen und Schmiermittel durch den Kanal zu einer oder mehreren Düsen zu leiten. Der Kanal kann weiter ein zweites Ventil aufweisen, welches betätigbar ist, um Luft und Schmiermittel durch den Kanal zu einer oder mehreren Düsen zu leiten.
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Die Vorrichtung kann zum Betätigen des ersten Ventiles ausgebildet sein, um zu ermöglichen, dass ein Volumen von Luft durch den Kanal strömt, so dass ein Volumen von Schmiermittel in den Kanal durch die Einrichtung zum Einleiten von Schmiermittel eingeleitet wird, und die Vorrichtung kann weiter ausgebildet sein, um Luft aus dem Kanal abzuleiten.
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Es kann eine zweite Schmiermittelzuführung vorgesehen sein, welche ein Schmiermittel enthält, welches sich von dem der ersten Schmiermittelzuführung unterscheidet, und wobei die erste Düse angeordnet ist, um Schmiermittel aus der ersten Schmiermittelzuführung abzugeben, und eine zweite Düse angeordnet ist, um Schmiermittel aus der zweiten Schmiermittelzuführung abzugeben. Das Schmiermittel in der zweiten Zuführung kann derart ausgewählt sein, dass eine Aufbringung zu einem Reibungskoeffizienten zwischen dem Rad und einer Schiene führt, wobei das Schmiermittel unterschiedlich zu dem Schmiermittel in der ersten Schmiermittelzuführung ist.
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Jede Düse kann eine Öffnung aufweisen, und der Querschnittsbereich des Kanals relativ zu dem Querschnittsbereich der oder jeder Düsenöffnung kann derart ausgewählt sein, dass der Strömungswiderstand der Luft durch den Kanal relativ zu der oder jeder Düsenöffnung gering ist.
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Die Vorrichtung kann weiter eine Steuereinheit aufweisen, welche angeordnet ist, um abhängig von der Konfiguration des Bahngleises, auf welcher sich das Rad befindet, oder welche das Rad erreichen wird, Schmiermittel auf das Rad durch die oder jede Düse selektiv aufzubringen. Die Steuereinheit kann mit einer Software betrieben sein. Die Vorrichtung kann weiter einen Sensor aufweisen, um die Konfiguration des Bahngleises zu ermitteln, auf welcher sich das Schienenfahrzeug bewegt oder welche es erreichen wird, so dass die Steuereinheit selektiv die Düse oder jede Düse steuern kann, durch welche Schmiermittel ausgegeben wird. Der Sensor kann ein Inertialsensor sein, welcher zum Ermitteln der Winkelgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs um seine Vertikalachse betreibbar ist. Es kann ein Geschwindigkeitssensor vorgesehen sein, welcher zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges betreibbar ist. Der Sensor kann ein GPS-Sensor sein, welcher zur Ermittlung der Position des Schienenfahrzeuges betreibbar ist, und wobei die Steuereinheit zum Vergleich der ermittelten Position des Schienenfahrzeuges mit gespeicherten Informationen betreibbar ist, welche die Konfiguration des Bahngleises an dieser Position betreffen. Alternativ kann der Sensor ein RFID-Tag-Leser sein, welcher zur Bestimmung der Position des Schienenfahrzeuges relativ zu lokalen RFID-Tags betreibbar ist, und wobei die Steuereinheit zum Vergleich der ermittelten Position des Fahrzeuges mit gespeicherten Informationen betrieben werden kann, welche die Konfiguration des Bahngleises an dieser Stelle betreffen.
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In vorteilhafter Weise ist es möglich, die Position eines Fahrzeuges auf einem Bahngleis zu bestimmen, ohne sich auf Satellitensignale stützen zu müssen, um zu bestimmen, wann und auf welche Bereiche des Rades Schmiermittel aufzubringen ist. Auf diese Weise kann eine genaue Bahngleisposition ermittelt werden. Folglich kann ein genaues Aufbringen von Schmiermittel an Orten erfolgen, an welchen Satellitensignale nicht empfangbar sind, beispielsweise im Untergrund. Weiterhin besitzen viele Eisenbahnnetze bestehende RFID-Tags an Orten entlang der Bahngleise, so dass die notwendigen Installationskosten minimiert sind, um die Fahrzeugsposition basierend in Relation zu einer RFID-Tag-Position zu bestimmen. Die Verwendung von Kurvensensoren in Verbindung mit Geschwindigkeitssensoren kann eingesetzt werden, wenn ein Positionieren über RFID-Tags und/oder GPS nicht möglich ist, um die Enge einer Kurve zu ermitteln, auf welcher ein Schienenfahrzeug fährt, so dass die Schmierbedingungen sichergestellt werden können und die Räder auf einer zeitveränderlichen Ausgabebasis gemäß geschmiert werden können.
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Weiterhin kann ein zweites Paar Düsen vorgesehen sein, durch welche Schmiermittel ausgebbar ist und welche in korrespondierender Weise wie bei dem ersten Paar Düsen in Bezug auf die Lauffläche eines zweiten Rades angeordnet sind. Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, Schmiermittel durch die erste Düse eines Paares abzugeben, wenn das zugehörige Rad sich auf der unteren Schiene einer Kurve befindet oder diese erreicht, und um gleichzeitig Schmiermittel durch die zweite Düse des anderen Paares auszugeben, wenn das zugehörige Rad sich auf der oberen Schiene einer Kurve befindet oder diese erreicht.
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Der wenigstens eine Abschnitt des zentralen Laufabschnittes kann einen Hauptabschnitt umfassen. Der Hauptabschnitt kann ungefähr 90% des zentralen Laufabschnittes umfassen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Variieren des Volumens von Schmiermittel, welches auf Schienenfahrzeugräder aufzubringen ist, mit den Verfahrensschritten vorgesehen:
- – Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem Kanal, einer Einrichtung zum Einleiten von Druckluft in den Kanal und einer Einrichtung zum Einleiten von Schmiermittel in den Kanal, welche mit Druckluft betrieben wird; Ermöglichen, dass Druckluft in den Kanal eintritt, so dass die Einrichtung zum Einleiten von Schmiermittel ein Volumen von Schmiermittel in den Kanal zum Zwecke der Ausgabe einleitet; und
- – Ermöglichen, dass Druckluft aus dem Kanal austritt.
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Die Vorrichtung kann weiter ein erstes Ventil aufweisen, welches mit dem Kanal in Verbindung steht und ausgebildet ist, um zu ermöglichen oder zu verhindern, dass Luft durch den Kanal strömt, und der Schritt des Ermöglichens des Eintretens von Luft in den Kanal ein Betätigen des ersten Ventiles umfasst.
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Weiterhin weist die Vorrichtung ein zweites Ventil auf, welches mit dem Kanal in Verbindung steht und ausgebildet ist, um zu ermöglichen oder zu verhindern, dass Luft durch den Kanal strömt, und der Schritt des Ermöglichens des Austretens von Druckluft aus dem Kanal ein Betätigen des zweiten Ventiles umfasst, um eine Leiten von Luft durch den Kanal zu ermöglichen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufbringen von Schmiermittel auf Schienenfahrzeugräder mit den Verfahrensschritten vorgesehen:
- – Verwenden eines RFID-Tag-Lesers, um die Position eines Schienenfahrzeuges auf einer Bahn zu bestimmen;
- – Verwenden der ermittelten Position, um den Schmiermittelbedarf für die Räder an dem Schienenfahrzeug zu ermitteln; und
- – Aufbringen von Schmiermittel auf eines oder mehrere Räder, abhängig von dem Schmiermittelbedarf.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 einen Schienenfahrzeug-Monoblock auf einem im Wesentlichen geraden Bahngleis zeigt, wobei die Mitte der Lauffläche des Rades die Spurschulter der Schiene und eine Schienenkrone berührt;
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2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Randbereiches eines Fahrzeugschienenrades zeigt;
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3 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines äußeren Randbereiches eines Schienenfahrzeuges zeigt, welches auf einer Schiene sitzt;
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4 eine Draufsicht auf ein Schienenfahrzeug zeigt, welches entlang eines Bahngleises fährt und auf eine Reihe von Kurven trifft;
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5 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schienenfahrzeugrades in einem normalen Radlaufflächenkontakt mit einer Schiene zeigt, wenn sich dieses auf einem im Wesentlichen geraden Bereich des Bahngleises befindet;
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6 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Schienenfahrzeugrades in Kontakt mit der inneren Schiene einer Kurve eines Bahngleises zeigt;
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7 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schienenfahrzeugrades in Kontakt mit der äußeren Schiene einer Kurve eines Bahngleises zeigt;
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8 einen inneren Schaltplan eines Pneumatikschaltkreises zeigt, welcher als ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird;
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9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, welche den Pneumatikschaltkreis gemäß 8 umfasst;
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10 eine vergrößerte Ansicht von zwei Düsen ist, welche in den 8 und 9 gezeigt und in Bezug auf ein Rad angeordnet sind;
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11 einen Teil eines Schienenfahrzeuges zeigt, an welchem eine Vorrichtung angebracht ist, welche in 9 gezeigt ist;
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12 eine interne Schaltplandarstellung eines Pneumatikschaltkreises ist, welcher als Teil einer anderen Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird; und
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13 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, welche den Pneumatikschaltkreis umfasst, welcher in 12 gezeigt ist.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen und zunächst mit Bezug auf 8 ist ein Pneumatikschaltkreis 100 gezeigt, welcher einen Teil einer Vorrichtung aufweist, welcher an einem Schienenfahrzeug 37 installiert und angeordnet werden kann, um Schmiermittel auf die Schienenfahrzeugräder 3 aufzubringen. Der Schaltkreis 100 weist eine Verteileinrichtung 101 auf, welche einen Ventilblock 102 umfasst, welcher in diesem Ausführungsbeispiel aus Aluminium gefertigt ist, durch welches ein Kanal oder ein Einlass 104 für den Eintritt von Luft gebildet ist. Der Lufteinlass 104 führt zu einem magnetischen Luftventil 112, welches die Strömung von Luft von dem Einlass 104 zu einem Auslasskanal 114 steuert, welcher ebenfalls durch den Block 102 gebildet ist. Im Betrieb, wenn die Vorrichtung an einem Schienenfahrzeug installiert ist, ist der Lufteinlass 104 mit einem Luftkompressor/Behälter 106 des Fahrzeugs über eine Lufteinlass-Versorgungsleitung 108 verbunden, um eine Versorgung von Druckluft zu dem Einlass 104 bereitzustellen. Die Versorgung von Luft aus dem Behälter 106 wird über einen Druckluftregulator 110 gesteuert, welcher in der Luftversorgungsleitung 108 angeordnet und ausgebildet ist, um eine Zuführung von Luft zu dem System auf 8 bar zu begrenzen.
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Der Luftauslasskanal 114 ist über eine Leitung 118, 126 mit einem zweiten Einlasskanal 124 verbunden, welcher in dem Ventilblock 102 ausgebildet ist. Die Leitung 118, 126 erstreckt sich von dem Auslass 114 zu dem Einlass 124 über einen Tank 116 für Schmierfett (oder ein anderes Schmiermittel).
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Ein Schmierfettauslass 122 aus dem Schmierfetttank 116 verbindet den Tank mit der Leitung 126, welche sich von dem Tank 116 zu einem zweiten Einlass 124 des Ventilblocks 102 erstreckt. Der Schmierfetttank weist eine luftbetriebene Kolbenpumpe auf. Die Pumpe ist mit einem Auslass 120 aus der Leitung 118 verbunden, welche sich von dem Auslasskanal 114 des Ventilblocks 102 zu dem Schmierfetttank 116 erstreckt. Die Pumpe wird durch Änderung des Luftdruckes an dem Auslass 120 betrieben. Ein Druckanstieg veranlasst die Pumpe, eine Menge von Schmierfett über den Auslass 122 in die Leitung 126 zu fördern, welche von dem Tank 116 zu dem Ventilblock 102 führt. Der Auslass 120 ist ausgebildet, um Schmierfett auf die Innenwand der Leitung 126 zu verteilen. Um die Pumpe zu veranlassen, eine weitere Menge an Schmierfett zu fördern, muss der Luftdruck am Auslass 120 reduziert und erneut erhöht werden, um die Pumpe zu veranlassen, einen weiteren Zyklus durchzuführen.
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Der zweite Auslasskanal 124 in dem Ventilblock erstreckt sich zu einem Verteiler innerhalb des Blockes, wo eine Aufteilung (bei diesem Ausführungsbeispiel) in vier Kanäle 128 erfolgt, wobei jeder Kanal ein entsprechendes magnetisches Luft/Schmierfett-Ventil 130 zum Steuern des Flusses durch den Kanal zu dem entsprechenden Auslass 132 aus dem Block 102 besitzt. Die Auslässe 132 sind jeweils über eine Luft/Schmierfett-Versorgungsleitung 134 verbunden. Ein Teiler 136 ist am Ende jeder Versorgungsleitung 134 angebracht und dient dazu, die Leitung 134 in zwei getrennte Düsenversorgungsleitungen 138 aufzuteilen, entlang welchen Luft und Schmierfett strömen kann. Die Leitungen 108, 118, 126, 134, 138, die Einlässe 104, 124 und die Auslässe 114, 132 weisen eine Bohrungsgröße von ungefähr 8 mm auf, während die Ventile 112, 130 eine Bohrungsgröße/Innendurchmesser von ungefähr 3 mm besitzen.
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Die Düsenversorgungsleitungen 138 sind jeweils mit korrespondierenden Düsen 140 verbunden, welche eine Bohrungsgröße/Innendurchmesser von ungefähr 1 mm aufweisen und fähig sind, einen genau definierten Kegel von Schmierfettpartikeln auszubringen. Folglich führt jede Luft/Schmierfett-Versorgungsleitung 134 zu einem Paar von Düsen 140. Ein einstellbarer Zwillingsdüsen-Lagerblock 142 ist vorgesehen, an welchem zwei Düsen 140 gelagert werden können, sodass die Position der Düsen relativ zu einem Rad 3 eingestellt werden kann. In dem Ausführungsbeispiel, welches in 10 gezeigt ist, ist eine Düse 140 angeordnet, um einen Kegel von Schmierfett auf den Spur-/Flanschseitenbereich der Radlauffläche 15 zu richten, welche die Flanschwurzel 19 umfasst, und die andere Düse 140 ist angeordnet, um einen Kegel von Schmierfett zu der Feldseite 13 der Radlauffläche 15 zu richten.
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Die Vorrichtung weist weiter eine elektronische Steuereinheit 144 auf, welche über ein Elektrokabel 148 mit der elektrischen Energieversorgung 146 des Schienenfahrzeuges verbindbar ist. Die Steuereinheit 144 ist mit Nullgeschwindigkeits- und Vorwärtsanzeigen 150 des Schienenfahrzeuges verbunden, welche verwendet werden, um zu erfassen, wenn das Fahrzeug steht und die Fahrtrichtung vorliegt. Wenn das Fahrzeug steht, ist die Steuereinheit programmiert, die Aufbringung von Schmiermittel aus dem System zu unterbinden, da dies nicht notwendig ist und zur Verschwendung von Schmiermittel führen würde. Eine Kenntnis der Fahrtrichtung ist zweckmäßig, da dies der Steuereinheit erlaubt, Schmiermittel lediglich auf die führenden Räder aufzubringen, also die Räder, welche sich abhängig von der Fahrtrichtung an der Vorderseite des Schienenfahrzeuges befinden. Wenn also das Schienenfahrzeug in eine entgegengesetzte Richtung fährt, werden die Räder an dem gegenüber liegenden Ende des Fahrzeuges als Vorderräder erfasst, und Schmiermittel wird dementsprechend zu diesen Rädern ausgegeben. Zusätzlich ist die Steuereinheit mit dem globalen Satellitenpositionsbestimmungs- oder Reiseinformationssystem 152 des Schienenfahrzeuges verbunden, um die Position des Schienenfahrzeuges zu erfassen.
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Die elektronische Steuereinheit 144 ist auch mit der GPS-Antenneneinspeisung des Schienenfahrzeuges oder dessen RFID-Lesers 154 verbunden. Die elektronische Steuereinheit 144 ist mit einem Radgeschwindigkeitsdetektor 156 ausgestattet, welcher zusammen mit einer Radgeschwindigkeits-Codierscheibe 158 des Schienenfahrzeuges verwendet werden kann, um die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu erfassen. Die ermittelte Schienenfahrzeuggeschwindkeigkeit kann eingesetzt werden, um die Fahrstrecke zu bestimmen. Dies erlaubt, Schmiermittel in bestimmten Abstandsintervallen auszugeben. Die elektronische Steuereinheit 144 weist weiterhin eine Inertialermittlungselektronik oder Kurvensensoren zum Messen der Drehung des Fahrzeuges um die Horizontalebene und des Gierwinkels des Schienenfahrzeuges oder eine Winkelgeschwindigkeit um die Fahrzeugvertikalachse auf. Die elektronische Steuereinheit 144 weist eine Luftventilantriebs-Steuerelektronik zum Steuern des Betriebes der Magnetventile 112, 130 und folglich des Flusses von Luft und Schmierfett durch den Pneumatikschaltkreis 100 auf. Die Steuereinheit 144 wird über eine Software betrieben, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Position und eine Winkelgeschwindigkeit (Gierung) ermittelt und aufzeichnet. Die Steuereinheit 144 betätigt die Ventile entsprechend, um den Pneumatikschaltkreis 100 mit Schmierfett zu beladen und eine geeignete Menge an Schmierfett zu bestimmten Bereichen des Rades auszugeben.
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Die Vorrichtung kann an einer Unterseite oder im Inneren des Schienenfahrzeuges während des Aufbaues angeordnet sein, oder diese kann nachgerüstet werden. Die Düsenlagerblöcke 124 sind an der Seite und ungefähr auf halbem Weg oberhalb der Fahrzeugräder angeordnet, sodass, wenn die Düsen 140 in Position angeordnet sind, diese einen Kegel von Schmierfett auf den Außenumfang des Rades richten können. Bei dieser Ausführungsform sind die Düsen 140 entweder auf den Flanschwurzelbereich 19 des Rades oder einen Feldseitenbereich der Radlauffläche 15 gerichtet. Wenn die Räder rotieren und die Düsen 140 aktiviert sind, werden so die Bereiche der Lauffläche, welche zu den Düsen gerichtet sind, mit Schmiermittel entlang des Umfangs des Rades 3 beschichtet.
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Eine Düse 140 eines Paares von Düsen, welche von einer einzelnen Luft/Schmierfett-Versorgungsleitung 134 versorgt werden, ist benachbart zu einem ersten Rad an einer Seite des Fahrzeuges gelagert und so auf einen Flanschwurzelbereich 19 des Rades 3 gerichtet. Die andere Düse 140 des Paares ist benachbart zu einem zweiten Rad an der gegenüber liegenden Seite des Fahrzeuges gelagert und zu einem Feldseitenbereich der Radlauffläche 15 gerichtet. In einer Kurve, bei welcher das erste Rad sich auf der oberen Schiene 41 und das zweite Rad sich auf der unteren Schiene 43 befindet, trifft die Aufbringung von Schmierfett durch das Paar von Düsen von der gemeinsamen Versorgungsleitung 134 genau den geeigneten Bereich jedes Rades 3. Gleichermaßen ist eine Düse 140 eines anderen Paares benachbart zu dem ersten Rad 3 gelagert und zu der Feldseite der Radlauffläche 15 gerichtet, und die andere Düse 140 des Paares ist benachbart zu dem zweiten Rad 3 gelagert und zu der Feldseite des Rades 3 gerichtet. Zwei andere Paare sind in korrespondierender Weise zu einem anderen Paar von Rädern 3 an entsprechenden Seiten des Fahrzeuges angeordnet.
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Um im Betrieb Schmierfett aus den Düsen zu den Fahrzeugrädern 3 auszugeben, muss zuerst Schmierfett in die Leitung 126 eingeführt werden, welche sich von dem Schmierfetttank zu dem Ventilblock 102 erstreckt. Um dies zu erreichen, wird das magnetische Lufteinlassventil 112 geöffnet, während die magnetischen Auslassventile 130 für Luft und Schmierfett geschlossen bleiben. Dies führt dazu, dass der Luftdruck an dem Auslass 120, welcher zu der Schmierfettpumpe führt, ansteigt. Dies veranlasst die Pumpe, eine Menge an Schmierfett in die Leitung abzugeben. Zum Fördern weiterer Mengen an Schmierfett in die Leitung 126 muss der Luftdruck an dem Auslass 120 verringert und erneut erhöht werden. Dies wird durch ein Schließen des magnetischen Luftauslassventiles 112 und Öffnen eines oder mehrerer der Auslassventile 130 für Luft und Schmierfett erreicht, um zu ermöglichen, dass Druckluft aus dem System strömt. Ableiten von Druckluft, welches in dem System gefangen ist, erzeugt einen relativ kleinen Luftstrom aus den Düsen, was dazu führt, dass wenig oder gar kein Schmierfett von den Düsen ausgegeben wird. Der Beladungszyklus kann so oft wie notwendig wiederholt werden, wobei das Einlassventil 112 zum Unterdrucksetzen des Systems kurz geöffnet wird, und ein oder mehrere Auslassventile 130 kurz geöffnet werden, um Druck abzulassen, um eine gewünschte Menge von Schmierfett in das Leitungssystem einzuleiten. Auf diese Weise funktioniert das Leitungssystem als eine Aufnahme für Schmierfett, bevor dieses abgegeben wird.
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Zum Ausgeben von Schmierfett aus den Düsen wird das Lufteinlassventil 12 geöffnet und ein oder mehrere ausgewählte Luft/Schmierfett-Auslassventile 130 werden geöffnet. Dies ermöglicht einer signifikanten Menge von Druckluft aus der Luftversorgung zu strömen und durch zwei oder mehrere Ventile 140 auszutreten. Der Luftstrom ist ausreichend, um Schmierfett innerhalb des Leitungssystemes und der Kanäle stromabwärts von dem Schmierfetttank anzutreiben und einen feinen Nebel aus Schmierfett aus den Düsen zu erzeugen. Da das Schmierfett im Vergleich zu der Luft eine geringe Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitungen besitzt, wird die Menge an Schmierfett, welche von jeder Düse abgegeben wird, weitgehend durch die Dauer des Luftstromes durch die ausgewählten Düsen bestimmt. So wird die Gesamtmenge an ausgegebenem Schmierfett durch Steuerung der Menge an Schmierfett, welche in das System aus dem Schmierfetttank eingeführt wurde, und die Dauer der Betätigung der Düsen 140 erreicht.
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Die Einlass- und Auslassventile werden programmgesteuert von der Steuereinheit 144 betätigt. Die Steuereinheit 144 ist ausgebildet, die Ventile, wie oben dargelegt, zu betätigen, um das System mit einer gewünschten Menge an Schmierfett zu befüllen. Die Steuereinheit 144 veranlasst im Wesentlichen, Schmierfett von den ausgewählten Paaren von Düsen auszugeben, um ausgewählte Bereiche an den Fahrzeugrädern 3 mit Schmiermittel zu versehen, wenn bestimmte Bahngleisbedingungen gegeben sind. Alternativ kann das System eine Vielzahl von Düsen aufweisen, welche jeweils über ein entsprechendes zweites Ventil mit ihrer eigenen Luft/Schmierfett-Versorgungsleitung versorgt werden, sodass jede Düse unabhängig von einer anderen Düse zur Aufbringung von Schmierfett ausgewählt werden kann.
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Vornehmlich ist die Steuereinheit 44 ausgebildet, um Schmiermittel auf die Spurecke der Räder 3, welche auf der oberen Schiene einer Kurve fahren sollen, und auf die Feldseite der Räder, welche auf der unteren Schiene der Kurve fahren sollen, aufzubringen, unmittelbar bevor die Räder die Kurve erreichen. Schmiermittel kann auch ausgegeben werden, während die Räder um die Kurve fahren. Die Menge an ausgegebenem Schmiermittel kann von dem Radius der Kurve abhängen.
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Die Steuereinheit 144 kann die Konfiguration des Bahngleises, welches das Fahrzeug erreicht, durch Vergleich der Fahrzeugposition, welche durch einen GPS-Sensor, eventuell zusätzlich zur Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder gefahrenen Strecke, welche über die Fahrzeugräder gemessen wird, mit gespeicherten Informationen über die Konfiguration des Bahngleises, effektiv einer Karte, ermitteln.
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Die Steuereinheit 144 kann zusätzlich oder als eine Alternative, wenn GPS nicht empfangbar ist, etwa in einem Tunnel, die Position des Fahrzeuges unter Verwendung des RFID-Tag-Lesers 154 ermitteln, wobei bestehende RFID-Tags erfasst werden, welche regelmäßig entlang des Bahngleisnetzes, zum Beispiel an Messwertplatten, angeordnet sind. Bei Kenntnis der Position jeder Messwertplatte entlang des Gleisnetzes und Erfassen der Messwertplatte, zu welcher der Zug benachbart ist, ermöglicht die Verwendung eines RFID-Tag-Lesers die Positionsbestimmung des zu erfassenden Schienenfahrzeuges. Bestimmte RFID-Tags, welche an den Messwertplatten vorgesehen sind, welche vor einer Kurve angeordnet sind, können durch die Steuereinheit 144 verwendet werden, um die Aufbringung von Schmiermittel aus den Düsen 140 an den geeigneten Bereichen der Räder 3 auszulösen.
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Ein Schmiermittel mit geringem Schmierreibungskoeffizienten, welcher zu einem Reibungskoeffizienten zwischen dem Rad und dem Bahngleis von ungefähr 0,1 führt, kann zu dem Flanschwurzelbereich 19 des Rades gerichtet werden, bevor es zu eifern Kontakt zwischen dem Flansch 17 und der Spurschulter 29 oder Spurecke 27 des Schienenkopfes kommt. Die Aufbringung von Schmiermittel vor einem Kontakt zwischen diesen Bereichen des Rades 3 und der Schiene 5 reduziert den Radflanschverschleiß, ein Flanschquietschen und eine Rollkontaktermüdung in dem Schienenkopf. Ein Schmiermittel mit geringem Reibungskoeffizient kann auch durch eine Düse 41 auf die Feldseite der Lauffläche des Rades 3 auf Bereiche gerichtet werden, an welchen bekanntlich Rollkontaktermüdung an dem Rad auftritt, wie etwa auf der unteren Schiene einer Kurve. Aufbringen von Schmiermittel auf diesen Bereich des Rades, bevor dieses auf eine Kurve in dem Bahngleis trifft, reduziert Verschleiß in dem Schienenkopf, ein Quietschen und ein Rollkontaktermüdung in dem Rad 3. Zum Vermeiden einer Beeinträchtigung der Bremsleistung des Schienenfahrzeuges über normale Einschränkungen hinaus wird Schmiermittel durch die Düsen eher zu den Ecken der Hauptrolloberfläche des Rades gerichtet als auf die Hauptrolloberfläche selbst, wo der Großteil der Risse auftritt.
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Die entsprechenden Bohrungsgrößen der Leitungen 108, 118, 126, 134, 138, der Ventile 112, 130, der Einlässe 104, 124, der Auslässe 114, 132 und der Düsen 140 sind so gewählt, dass der Luftwiderstand durch das Leitungsnetz und die Ventile relativ zu den Düsenöffnungen gering ist, aus welchen das Schmierfett abgegeben wird. So wird fast vollständig der regulierte Luftdruck an den Düsen 140 abfallen, wenn diese durch ein korrespondierendes magnetisches Luft/Schmierfettventil 130 ausgewählt sind. Wenn eine Düse 140 ausgewählt ist, wird folglich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft aus dem Behälter 106 durch die Verteileinheit 101 zu den Düsen 140 weitgehend konstant sein und das abgegebene Volumen für eine gegebene Zeitspanne wird im Wesentlichen konstant sein. Es ist daher möglich, eine bekannte Menge an Schmierfett über einen vorgegebenen Zeitraum abzugeben und dadurch eine geeignete Menge an Schmiermittel zu einem bestimmten Bereich der Radlauffläche 15 entlang eines bestimmten Abschnittes des Bahngleises aufzubringen.
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Die Steuereinheit 144 kann auch Daten der Kurven/Gierungssensoren nutzen, um zu bestimmen, wann das Fahrzeug ein gerades oder ein kurvenförmiges Bahngleis durchläuft. Dies ermöglicht es, eine Information über das Bahngleis zu ermitteln, wenn weder GPS- noch RFID-Daten erhältlich sind oder die örtliche Konfiguration des Bahngleises der Steuereinheit nicht bekannt ist. Ein gerades Stück Bahngleis ist definiert, wenn das Gierungssignal, welches durch den Kurvensensor ermittelt ist, 1° pro Sekunde oder weniger beträgt. Wenn sich das Schienenfahrzeug auf einem geraden Stück des Bahngleises befindet, ist die Vorrichtung programmiert zum Ausgeben von Schmiermittel zu bestimmten Zeitintervallen, etwa alle 60 Sekunden, oder in bestimmten Streckenintervallen, etwa alle 500 Meter. Eine Kurve ist definiert, wenn ein Gierungssignal durch den Kurvensensor ermittelt wird, welches größer als 1° pro Sekunde ist. Das System ist zur Abgabe von Schmiermitteln auf einer veränderbaren Zeitbasis ausgebildet, wobei ein Kurvensensor und Geschwindigkeitsmessungen verwendet werden, um die Enge einer Kurve und somit auch zu bestimmen, wie oft Schmiermittel auf die Zugräder aufzubringen ist. Selbst wenn der Ort des Schienenfahrzeuges auf dem Bahngleis nicht ermittelt werden kann, ist es folglich noch möglich zu ermitteln, wenn sich das Schienenfahrzeug auf einem geraden Stück des Bahngleises oder in einer Kurve befindet und daher die Aufbringung von Schmiermittel entsprechend einzustellen.
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Es ist bevorzugt, dass, wenn sich die Vorrichtung lediglich auf die Geschwindigkeits- und Kurvensensoren stützt, um einen Hinweis auf den Radius der Kurve zu geben, es lediglich möglich ist, die momentane Konfiguration des Bahngleises zu bestimmen, als diese vorherzusagen.
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Die Steuereinheit 144 kann ausgebildet sein, um Schmiermittel zu den Rädern in unterschiedlicher Weise auszugeben, wenn Kurven erreicht werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, Schmiermittel auszugeben, wenn das Fahrzeug über Punkte fährt. Die Punkte, an welchen Schmiermittel abgegeben wird, können durch die GPS-Position mit Bezug auf gespeicherte Orte einer GPS-Karte ermittelt werden.
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Mit Bezug auf die 11 und 12 weist eine alternative Ausführungsform zwei Schmiermitteltanks 116, 216 auf, welche beide mit dem Druckluftbehälter 106 des Schienenfahrzeuges über eine gemeinsame Einlassversorgungsleitung 108 und entsprechende Einlässe 104 magnetische Luftventile 112 und Auslassleitungen 114, 118 verbindbar sind. Bei dieser Ausführungsform versorgt ein Schmiermitteltank 116 einen Satz 160 von Düsen 140 und der andere Tank 216 versorgt einen anderen Satz 162 von Düsen 140. Da die Vorrichtung größer ist als die der ersten Ausführungsform, sind keine Teiler 136 vorgesehen. Vielmehr ist eine Düsenversorgungsleitung 134 und ein korrespondierendes magnetisches Luft/Schmierfett-Ventil 130 vorgesehen, welche jeder Düse 140 zugeordnet sind. Dies ermöglicht eine noch größere Kontrolle und Flexibilität über die Abgabe von Schmierfett gegenüber der ersten Ausführungsform, da die einzelnen Düsen 140 unabhängig von den anderen Düsen 140 durch Betätigung des geeigneten magnetischen Luft/Schmierfett-Ventils 130 aktiviert werden können. Eine derartige Anordnung erlaubt es, unterschiedliche Schmiermittel auf unterschiedliche Abschnitte der Radlauffläche aufzubringen.
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Die Vorrichtung kann auf einem Schienenfahrzeug derart angebracht werden, dass jede Düse 140 von einem Satz 160 zu dem Flanschwurzelbereich 19 eines Rades 3 und jede Düse 140 eines anderen Satzes 162 zu dem Radlaufflächenbereich 15 eines Rades 3 gerichtet sind. Dies ist zweckmäßig, wenn es gewünscht ist, unterschiedliche Arten von Schmiermittel auf unterschiedliche Bereiche des Rades 3 aufzubringen. Dies kann der Fall sein, wenn die Aufgabe besteht, den Flanschverschleiß zu reduzieren und ein Radquietschen zu unterdrücken. In diesem Fall wird ein Schmiermittel mit einem Reibungskoeffizienten von ungefähr 0,1 (geringer Koeffizient) in dem ersten Schmiermitteltank 116 gespeichert und auf den Radflanschwurzelbereich 19 über die Düsen 140 des ersten Satzes 160 aufgebracht. Ein Schmiermittel mit einem Reibungskoeffizienten von ungefähr 0,2 bis 0,4 (mittlerer Koeffizient) wird in dem zweiten Schmiermitteltank 216 gespeichert und auf die Mitte des Radlaufflächenbereiches 15 über entsprechende Düsen 140 des zweiten Satzes 162 aufgebracht. Der Reibungskoeffizient des zweiten Schmiermittels ist ausgewählt, um die Reibung zwischen der Radlauffläche 15 und der Schiene 5 auf einem annehmbaren Niveau zu halten, ohne die Bremsleistung des Fahrzeuges zu beeinträchtigen, da ein Bremsen in diesem Bereich erfolgt. Da der Flanschwurzelbereich 19 des Rades 3 nicht beim Bremsen benötigt wird, kann ein Schmiermittel mit geringem Reibungskoeffizienten verwendet werden.
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Es ist selbstverständlich davon auszugehen, dass die obigen Ausführungsformen lediglich als Beispiel beschrieben wurden und dass viele Variationen möglich sind, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, welcher in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
