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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Spritzschutz für einen optischen Sensor, insbesondere für einen Sensor zur Messung einer Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeuges. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Freihalten eines Strahlenganges von Schnee und Eis in einem Spritzschutz. Schliesslich betrifft die Erfindung eine Heizung für einen Spritzschutz.
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Stand der Technik
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Ein Spritzschutz für einen optischen Sensor zur Messung von Geschwindigkeiten von Schienenfahrzeugen ist zum Beispiel aus der
DE 20 2013 100 973 U1 (HaslerRail) bekannt. Ein solcher Spritzschutz zeigt allerdings Probleme im Winterbetrieb, da durch die Kälte Schnee und Eis aus der Umgebung an dem Spritzschutz festfrieren können. Versuche haben auch gezeigt, dass der Spritzschutz im Gebrauch durch Schneewehen gezogen werden kann und sich in einem solchen Fall teilweise mit Schnee füllt. Der Sensor erhält in der Folge kein Signal mehr.
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Die
DE 10 2007 016 099 A1 (Siemens) beschreibt ebenfalls einen Spritzschutz für einen optischen Sensor. Dieser weist nun eine spezielle Vorrichtung auf, um den Spritzschutz von Schnee und Eis zu reinigen. Die Vorrichtung besteht aus einer Druckluftdüse, welche optional mit einer Heizung des Gehäuses kombiniert wird. Die DE 10 2007 016 099 A1 schliesst es dabei explizit aus, allein mit einer Heizung zu arbeiten. Aus Versuchen und theoretischen Überlegungen ergibt sich aber, dass ein gerichteter Druckluftstoss in einem Rohr einen Unterdruck in ebendiesem Rohr hinterlässt. Der Unterdruck wird durch die Umgebungsluft ausgeglichen, was zu einer lokalen Strömung in das Rohr bzw. den Spritzschutz hinein führt. Herumwirbelnder Schnee und Tröpfchen werden auf diese Art wieder in den Spritzschutz gesaugt. Die Reinigungswirkung ist daher von kurzer Dauer und wenig wirksam.
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Darstellung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörenden Spritzschutz zu schaffen, welcher auch im Winterbetrieb zuverlässige Messungen erlaubt.
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Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung handelt es sich um einen Spritzschutz für einen optischen Sensor, insbesondere für einen Sensor zur Messung einer Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeuges, der sich dadurch auszeichnet, dass er einerseits druckluftfrei arbeitet und andererseits einen Innenschutz und eine Heizung umfasst. Insbesondere handelt es sich bei dem Innenschutz um ein abschnittsweise konus- und/oder rohrförmiges Element, dessen Querschnitt senkrecht zu seiner Längsachse eine beliebige geschlossene Kurve sein kann, bevorzugt ein Kreis, ein Oval, oder eine abgerundete Raute.
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Während ein Kreisquerschnitt eine einfache und günstige Möglichkeit ist, so hat ein ovaler Querschnitt den Vorteil, dass das Lichtraumprofil eines Schienenfahrzeugs weniger beeinflusst wird. Eine abgerundete Raute vereint die Vorteile eines kleinen Lichtraumprofils bei geeigneter Montage und kann, da ebene Flächen existieren, manchen Montageschritt vereinfachen.
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Ein druckluftfreier Spritzschutz ist dabei im Folgenden so zu verstehen: Es ist ein Spritzschutz, der ohne Druckluftdüsen oder ähnliches arbeitet. Insbesondere stellt sich der Luftdruck in und um den Spritzschutz allein durch die Umgebungsbedingungen ein. Daher ändern sich die Druckverhältnisse bei Betriebsbedingungen nur langsam und nur dann wesentlich, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern (z. B. die Geschwindigkeit eines Zuges, an dem ein erfindungsgemässer Spritzschutz montiert ist). Entscheidend für die Funktion des Spritzschutzes ist dabei, dass sich im Inneren des Spritzschutzes immer nur derart kleine Unterdrücke ausbilden, dass die ausgleichende Strömung zu wenig stark und zeitlich zu begrenzt ist um typische Schneeflocken, Wassertröpfchen und Eispartikel in einer Grösse, die die Messung stört, mitzureissen.
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Der Innenschutz umgibt den Strahlengang und ist insbesondere genügend stabil, um seine Form während der Anwendung des Spritzschutzes an der Unterseite eines betriebenen Schienenfahrzeugs im Wesentlichen konstant zu halten. Bei dem Strahlengang handelt es sich hier um den Verlauf der Lichtstrahlen zwischen dem zu beobachtenden Objekt oder der Messstelle, typischerweise einem Teil des Gleises oder der Schiene, und dem Sensor, der zur Beobachtung und möglicherweise auch zur Beleuchtung genutzt wird. Der Innenschutz ist bevorzugt so stabil, dass er den auf der Unterseite von Schienenfahrzeugen vorkommenden Steinschlag bzw. Schotterflug abwehren kann, ohne seine Form wesentlich zu verändern. Insbesondere ist der Innenschutz aus Metall gefertigt und insbesondere vergleichsweise massiv gebaut. Der auf der Unterseite von Schienenfahrzeugen vorkommende Steinschlag besteht aus Steinen einer Grösse, die in diesen Bereich passen und Relativgeschwindigkeiten haben, die im Wesentlichen durch die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs bestimmt werden. Allerdings können solche Steine durch Ping-Pong Effekte zwischen dem Boden unter dem Schienenfahrzeug und dem Unterboden des Schienenfahrzeugs auch deutlich höhere Geschwindigkeiten als die Fahrzeuggeschwindigkeit selber erreichen.
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In einer Ausführungsform ändert der Innenschutz seinen Querschnitt in dem unteren Bereich, also in dem Bereich, der im installierten Zustand weit entfernt von dem zu schützenden Sensor ist, nicht. Der Bereich mit konstantem Querschnitt macht in dieser Ausführungsform insbesondere mehr als 50% der Gesamtlänge des Innenschutzes aus.
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Der Begriff „Innenschutz” ist hier als Bauteil mit den oben beschriebenen Eigenschaften zu verstehen. Es werden insbesondere keine weiteren Elemente, die um einen Innenschutz herum angeordnet sind, gebraucht, um diesen zu einem erfindungsgemässen Innenschutz zu machen.
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Überraschenderweise wurde festgestellt, dass eine Heizung alleine genügt, um den Spritzschutz im Winterbetrieb an der Unterseite eines Schienenfahrzeuges eis- und schnee- frei zu halten. Zusätzlich verhindert der druckluftlose Betrieb ein Einsaugen von Partikeln.
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Bevorzugterweise ist zumindest ein Teil einer Innenseite eines Innenschutzes von der Heizung beheizt.
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Schnee und Eis haben zwei negative Effekte auf einen Spritzschutz: Zum einen wird der Strahlengang zwischen Messstelle und Sensor behindert. Zum anderen wird der Spritzschutz schwerer.
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Der zweite Aspekt ist bei einem Spritzschutz an einem Schienenfahrzeug weniger störend, da dieser bevorzugt recht stabil montiert wird und somit häufig deutlich mehr als sein Eigengewicht tragen kann. Die Behinderung des Strahlengangs ist sehr viel schneller störend. Um den Energieverbrauch und Aufwand klein zu halten, ist es daher von Vorteil, die Eis- und Schneeablagerung primär im Strahlengang zu verhindern.
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Bevorzugt ist der Innenschutz auf der dem Strahlengang abgewandten Seite im Wesentlichen von einem Aussenschutz umgeben. Dieser Aussenschutz ist insbesondere ebenfalls zumindest abschnittsweise konus- und/oder rohrförmig und sein Querschnitt senkrecht zu seiner Längsachse ist eine beliebige geschlossene Kurve, bevorzugt ein Kreis, ein Oval, oder eine abgerundete Raute.
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Die Vorteile dieser Form wurden zum Beispiel in den Anmeldungen
DE 20 2013 100 973 U1 (HaslerRail) und
CH 980/14 (HaslerRail) verdeutlicht.
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Der Aussenschutz besteht bevorzugt aus einem elastischen Material, welches aber immer noch fest genug ist, um seine Form im Wesentlichen beizubehalten, und zwar während des Betriebs eines Schienenfahrzeugs, auf dessen Unterseite der Spritzschutz, welcher den Aussenschutz umfasst, montiert ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der Aussenschutz eine Heizung oder wird von einer Heizung erwärmt. Insbesondere wird die Innenseite des Aussenschutzes erwärmt. Insbesondere werden gleichzeitig die Innenseite des Aussenschutzes und die Aussenseite des Innenschutzes erwärmt. Damit wird verhindert, dass sich Schnee und Eis in dem Zwischenraum zwischen Innenschutz und Aussenschutz ansammeln oder haften bleiben.
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Die Heizung des Aussenschutzes ist bevorzugt eine Flächenheizung und von der Befestigung und Steuereinheit her der Heizung eines Innenschutzes gleich. Falls ein Spritzschutz sowohl eine Heizung des Innen- als auch des Aussenschutzes umfasst, so können die beiden Heizungen zum Beispiel Versorgungskabel, Steuereinheit und Überhitzungsschutz teilen oder auch einzelne oder alle dieser Teile einzeln nutzen. Eine gemeinsame Nutzung erspart Material und damit Kosten. Eine getrennte Nutzung erhöht die Redundanz und erleichtert Reparaturen.
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Bevorzugt handelt es sich bei der Heizung um eine Flächenheizung.
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Eine Flächenheizung kann eine Heizmatte oder eine Heizfolie sein. Obwohl manche dieser Vorrichtungen sehr wohl mit Heizdrähten arbeiten, so sind diese doch derart dicht und in einer solchen Form angeordnet, dass eine beheizte Fläche im Wesentlichen gleichmässig beheizt wird. Dies ist von Vorteil, da es ansonsten passieren könnte, dass Schnee oder Eis lokal schmilzt und das Schmelzwasser wenig daneben wieder festfriert. Um dies zu verhindern, müsste die Heizleistung so hoch gewählt werden, dass auch die minimal geheizten Stellen über der Mindesttemperatur liegen. Mit einer gleichmässigen Heizung kann daher mit kleineren Heizleistungen gearbeitet werden.
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Die Flächenheizung wird bevorzugt so an der Innenseite des Innenschutzes angebracht, dass die Flächenheizung den Strahlengang begrenzt.
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Wenn die Flächenheizung selbst die Aussenseite des Strahlengangs darstellt, bzw. den Strahlengang begrenzt, so wird die Wärme direkt dort produziert, wo sie benutzt wird.
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Damit ist es möglich, die Temperatur der Aussenseite des Strahlenganges schnell zu regulieren und sie schnell hoch- und runterzufahren. Weiter wird keine Energie dazu verwendet, Dinge zu heizen, an deren Erwärmung kein Interesse besteht. Es ist durchaus erstrebenswert, dass ein Grossteil des Spritzschutzes im Wesentlichen die gleiche, durchaus auch tiefe Temperatur hat, da so thermische Spannungen minimiert werden bzw. in der Montage und Herstellung berücksichtigt werden können.
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In einer alternativen Ausführungsform sind der Innenschutz und die Flächenheizung ein Bauteil. So könnte der Innenschutz zum Beispiel aus einem verstärkten Silikon mit eingebetteten Heizdrähten gefertigt werden.
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In einer anderen alternativen Ausführungsform ist die Flächenheizung im Inneren des Innenschutzes angeordnet, z. B. in einem Hohlraum. So ist die Heizung vor Umwelteinflüssen geschützt und gleichzeitig besteht eine grössere Wahlmöglichkeit bei Materialien für den Innenschutz.
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In einer anderen alternativen Ausführungsform ist die Flächenheizung aussen am Innenschutz angeordnet. Dies vereinfacht die Montage und Fertigung.
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Bevorzugterweise wird die Heizung durch ein Thermostat geregelt. Insbesondere erhält die Regelung eine im Wesentlichen konstante Temperatur des beheizten Elementes.
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Ebenso wie eine räumlich lokale Heizung dazu führen kann, dass sich Eisflächen an den kalten Stellen bilden, so kann eine zeitlich lokale, also zeitlich nicht konstante, Temperatur dazu führen, dass Tauwasser wieder festfriert. In jeder Heizperiode muss dann zunächst die latente Wärme aufgebracht werden, um das Eis zu schmelzen, bevor das Tauwasser ablaufen kann. Dünne Eisschichten rutschen tendenziell weniger gut ab, bieten aber eine Haftfläche für weiteres Material und sind auch daher eher nachteilig.
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Bevorzugt handelt es sich um ein relativ träges Thermostat, welches Schwankungen von bis zu mehreren Grad Celsius, bevorzugt ca. 10°C, besonders bevorzugt 5°C, zulässt. Durch die gegenüber einem feiner reagierenden Thermostat reduzierte Anzahl Schaltzyklen steigt die Lebensdauer des Thermostats. Weiter können günstigere Temperatursensoren und eine günstigere Regelung eingesetzt werden.
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Das Thermostat umfasst insbesondere die Steuereinheit. Die Steuereinheit liegt insbesondere ausserhalb des Innenschutzes.
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Eine Steuereinheit wird von den meisten Thermostaten benötigt und erlaubt, je nach Bauart, auch weitere Funktionen: So kann unter Umständen die gewünschte Soll-Temperatur eingestellt werden, je nach Bauart auch über Signale, so dass keine direkte Manipulation an der Steuereinheit vorgenommen werden muss. Solche Steuersignale zur Einstellung der Soll-Temperatur können zum Beispiel aus dem Führerstand eines Schienenfahrzeuges gegeben werden oder von einem Techniker während z. B. einer Wartung oder dem Betrieb. Weiter ist es möglich, dass die Steuereinheit Informationen von verschiedenen Sensoren oder Auswerteeinheiten erhält und verarbeiten kann. So könnte die Soll-Temperatur zum Beispiel in Abhängigkeit von Aussentemperatur und Luftfeuchtigkeit gewählt werden. Oder die Steuereinheit reagiert auf sich verschlechternde Messwerte des durch den Spritzschutz geschützten Sensors. Bevorzugt ist allerdings die Soll-Temperatur des Thermostats unveränderbar. Dies erleichtert die Benutzung des Spritzschutzes und senkt die Kosten.
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Es sollten möglichst wenige und ausschliesslich kleine Bauteile innerhalb des Strahlenganges liegen, um eben diesen so wenig wie möglich einzuschränken. Eine Steuereinheit hat eine gewisse Grösse und liegt daher bevorzugt ausserhalb vom Strahlengang.
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In der bevorzugten Variante einer Heizung, welche auf der Innenseite des Innenschutzes liegt, bedeutet das, dass Steuereinheit und Heizung auf unterschiedlichen Seiten des Innenschutzes liegen. Eine Verbindung zwischen Steuereinheit und Heizung kann durch das Herumführen von Kabeln um die Kanten des Innenschutzes realisiert werden. Bevorzugt weist der Innenschutz eine Öffnung auf: Auf zumindest einem Teil der Fläche dieser Öffnung können die Steuereinheit und die Heizung direkt miteinander verbunden sein. In einer besonders bevorzugten Variante ist die Öffnung so gross, dass die Steuereinheit vor der Installation an der Heizung befestigt werden kann und dann während der Platzierung der Heizung in das Innere des Innenschutzes durch die Öffnung in dem den Strahlengang begrenzenden Element gestossen werden kann, so dass im montierten Zustand die bevorzugte Lösung entsteht, bei der Steuereinheit und Heizung auf unterschiedlichen Seiten des Innenschutzes liegen.
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Das Thermostat umfasst weiter Temperatursensoren. Diese liegen bevorzugt auf der dem Strahlengang zugewandten Seite der Heizung und besonders bevorzugt zusätzlich möglichst nahe bei der Steuereinheit.
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In einer alternativen Ausführungsform sind die Temperatursensoren in die Heizung integriert. In einer anderen alternativen Ausführungsform sind die Temperatursensoren auf der Aussenseite des Innenschutzes, bevorzugt gerade bei der Steuereinheit angeschlossen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuereinheit nicht mehr als ein träges, bevorzugt voreingestelltes Thermostat und einen voreingestellten Überhitzungsschutz und es sind keine weiteren Steuergeräte in der Heizung integriert. Eine situationsangepasste Regelung geschieht mit Hilfe von externen Sensoren, die die Heizung als Ganzes an- und ausstellen und dies bevorzugt in Abhängigkeit von Bedienereingaben, Aussentemperaturmessungen, Fahrzeugparameter (z. B. Fahrtgeschwindigkeit) und/oder Sensorparameter wie z. B. die Temperatur eines Schutzglases des Sensors oder die Güte der erfassten Messwerte oder ähnlichen Messgrössen. Bei dem Überhitzungsschutz kann es sich zum Beispiel um einen Bimetallstreifen handeln.
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Diese Ausführungsform erlaubt es, den Spritzschutz einfach zu gestalten und trotzdem dem Kunden eine grosse Flexibilität zu ermöglichen, falls dies gewünscht ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Steuereinheit für die Heizung auf oder ausserhalb einer Aussenseite des Spritzschutzes, insbesondere auf oder ausserhalb des Aussenschutzes.
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Diese Ausführungsform ist vor allem für Spritzschutze interessant, die an der Stelle der montierten Steuereinheit nicht ausschliesslich den Innenschutz aufweisen. Bei einem solchen Spritzschutz könnte die Steuereinheit entweder zwischen dem Innenschutz und der Aussenseite des Spritzschutzes liegen oder auf bzw. ausserhalb des Aussenschutzes.
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Im Sinne einer einfachen Montage und Wartung kann es von Vorteil sein, wenn die Steuereinheit auf bzw. ausserhalb der Aussenseite des Spritzschutzes oder des Aussenschutzes angebracht wird. Dazu kann die Aussenseite des Spritzschutzes bzw. der Aussenschutz eine Öffnung aufweisen, die dazu führt, dass die Steuereinheit lokal die Aussenseite des Spritzschutzes bildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Steuereinheit für die Heizung auf oder ausserhalb der Aussenseite des Innenschutzes, insbesondere zwischen dem Innenschutz und der Aussenseite des Spritzschutzes, insbesondere zwischen dem Innenschutz und dem Aussenschutz. Diese Lage hat den Vorteil, dass die Steuereinheit weitestgehend vor Witterungseinflüssen und z. B. Steinschlag geschützt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein Kabel für eine Energieversorgung der Heizung ausserhalb der Aussenseite des Spritzschutzes, insbesondere ausserhalb des Aussenschutzes.
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Der Vorteil eines ausserhalb des Spritzschutzes liegenden Kabels besteht darin, dass der Spritzschutz unabhängig von der Heizung ist: Ein ähnlicher Spritzschutz ohne Heizung kann an derselben Stelle montiert werden und insbesondere kann der Anschluss für einen Spritzschutz ohne Heizung auch bestehen bleiben und genutzt werden, wenn ein Spritzschutz mit Heizung installiert werden soll. In diesem Fall muss einfach von irgendwoher noch die Energieversorgung der Heizung ermöglicht werden.
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Ausserdem erleichtert ein aussen liegendes Kabel die Montage, da bei sehr vielen Ausführungsformen die mechanische und die elektrische Montage der Heizung unabhängig voneinander ausgeführt werden können. Das heisst, dass zum Beispiel zunächst die Heizung am Spritzschutz montiert wird, dann der Spritzschutz am Schienenfahrzeug und in einem weiteren Schritt die Energieversorgung der Heizung angeschlossen wird. Diese Schritte können unter Umständen in beliebiger Reihenfolge geschehen.
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Ein Kabel, welches ausserhalb des Spritzschutzes verläuft, kann an verschiedenen Stellen den Spritzschutz verlassen: Bei einer aussenliegenden Steuereinheit kann das Kabel auf seiner gesamten Länge ausserhalb des Spritzschutzes liegen. Liegt die Steuereinheit zwischen dem Innenschutz und dem Aussenschutz, so wird das Kabel bevorzugt durch einen geeigneten Kanal geführt, der entweder zwischen Innenschutz und Aussenschutz oder im Innenschutz oder im Aussenschutz liegt und bevorzugt im Wesentlichen parallel zum Strahlengang oder parallel zur Längsachse vom Innenschutz verläuft. Dieser Kanal kann das Kabel dann bevorzugt auf Höhe des Sensors freigeben. Von dort an verläuft das Kabel dann ausserhalb des Spritzschutzes und kann zum Beispiel zu einem Verbindungskasten oder einem anderen Anschluss geführt werden. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Kabel auf einer Teilstrecke den Schutz durch den Innen- und/oder Aussenschutz geniesst und durch diese geführt wird.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform folgt ein Kabel für die Energieversorgung der Heizung einem Verlauf eines Kabels welches am Sensor angeschlossen ist. Insbesondere sind das Kabel für die Energieversorgung der Heizung und das Kabel welches am Sensor angeschlossen ist, über einen Teil ihrer Längen ineinander integriert.
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Diese Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zum Installationszeitpunkt des vom Spritzschutz geschützten Sensors bekannt war, dass die Installation und Benutzung eines Spritzschutzes mit Heizung möglich sein soll.
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Da jede Öffnung zur Durchführung von Kabeln Probleme durch Undichtigkeiten, Verschmutzung oder mechanische Instabilität verursachen kann, ist es in vielen Fällen vorteilhaft, die Anzahl Durchführungen zu minimieren. Auch fasst man in vielen Fällen Kabel bevorzugt zusammen, um einerseits die Übersichtlichkeit zu erhöhen und andererseits die Kabel besser vor versehentlichem Herausreissen, Abscheuern und/oder anderen Beschädigungen zu schützen.
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Im Fall eines Sensors, der von einem Spritzschutz geschützt wird, und einer Heizung für den Spritzschutz, verlaufen typischerweise mindestens zwei Kabel in das von dem Spritzschutz umfasste Gebiet: Dies ist zum einen das Kabel, welches Stromversorgung und Signalleitung des geschützten Sensors ermöglicht und andererseits die Strom- und gegebenenfalls Signalleitung zu und von der Steuereinheit und/oder der Heizung. Diese Kabel können bevorzugt durch eine oder mehrere gemeinsame Öffnungen aus z. B. dem Inneren eines Schienenfahrzeuges in das Innere des Spritzschutzes geleitet werden. Bevorzugt werden die Kabel durch eine gemeinsame Isolation, einen Schutzmantel, ein Klebeband oder ähnliches auf der Strecke miteinander verbunden, auf der sie durch gemeinsame Öffnungen geführt werden und/oder auf denen sie zwischen diesen gemeinsamen Öffnungen verlaufen. Unter „ineinander integriert” sollen hier Kabel verstanden werden, die nach aussen eine gemeinsame Oberfläche aufweisen, also z. B. Kabel, die einen gemeinsamen Mantel aufweisen oder die mit sich überlappendem Klebeband umwickelt sind. Gemeinsam verlaufende, zusammengefasste Kabel welche nicht ineinander integriert sind, können zum Beispiel mit Kabelbindern verbunden sein. Bei ineinander integrierten Kabeln können selbstverständlich zum Beispiel auch die unterschiedlichen Signale und Ströme durch gemeinsame Leiter fliessen. In diesem Fall sind unter Umständen weitere Bauteile nötig, die Signale und Ströme geeignet verteilen und/oder umwandeln, um von den Verbrauchern oder Erzeugern genutzt bzw. eingespeist werden zu können.
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Die gemeinsame Strecke der unterschiedlichen Kabel kann sehr kurz sein, wenn zum Beispiel die Steuereinheit der Heizung auf der Aussenseite des Spritzschutzes angebracht ist und von aussen angeschlossen werden soll. Dann ist es unter Umständen möglich, dass die Kabel nur auf einer Klebebandbreite ineinander integriert sind.
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Selbstverständlich können die Kabel auch in eigens dafür vorgesehenen Kabelkanälen verlegt werden. Das können sowohl starre Kabelkanäle sein oder es können z. B. Kabelkanäle in Form von Wellrohren verwendet werden, welche die Kabel nicht nur schützen, sondern gleichzeitig auch eine flexible Verlegung der Kabel ermöglichen. Dies ist insbesondere bei der Montage an einem Drehgestell eines Schienenfahrzeugs von Vorteil.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Heizung eine Silikonheizung bzw. eine Silikon-Heizmatte.
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Silikon-Heizmatten sind robuste Flächenheizungen. Alternativ sind auch Kapton-Heizfolien und Polyester-Heizfolien mögliche Beispiele für Flächenheizungen.
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Solche Heizfolien und -matten heizen gleichmässig und behindern den Strahlengang kaum, da sie dünn sind und eine glatte Oberfläche haben. Silikon hat dabei den Vorteil, dass es in optischen Wellenlängen wenig reflektiert und sich beschichten lässt. Weiter ist es sehr robust und ist über einen weiten Temperaturbereich stabil und flexibel. Letzteres erlaubt es, die Heizung und den Innenschutz auch bei Temperaturausdehnungen bzw. -schrumpfungen fest miteinander zu verbinden. Die Verbindung kann mit Hilfe von Klebstoffen, Clipverbindungen, Schraubverbindungen, Nieten, Klemmverbindungen und ähnlichem mehr geschehen. Bevorzugt wird die Silikonheizung auf einen Innenschutz aus Metall aufvulkanisiert. Wenn dies z. B. wegen der Materialkombinationen nicht möglich ist, so wie zum Beispiel bei der Heizung eines Aussenschutzes aus einem Elastomer, wird dafür bevorzugt auf eine andere Befestigungsmethode, wie zum Beispiel die oben genannten, zurückgegriffen.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt der Innenschutz selbst eine Heizung dar. In einer anderen weiteren Ausführungsform stellt der Aussenschutz eine Heizung dar. Für beide Ausführungsformen sollte das Material von Innen- und/oder Aussenschutz geeignet gewählt werden (z. B. Silikon) und mit einer Heizvorrichtung wie z. B. Heizdrähten oder geeigneter Tinte versehen werden. Die nötigen mechanischen Eigenschaften können durch Verstärkungen gewonnen werden, wenn dies nötig ist. Die Verstärkungen können gleichzeitig auch Heizmittel sein.
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Unabhängig von der Art der Heizung (also z. B. Flächenheizung, integrierte Heizung oder eine Vielzahl lokaler Heizungen) wird in einer weiteren Ausführungsform die Heizleistung nicht gleichmässig auf die gesamte zu beheizende Fläche verteilt. Insbesondere wird die Heizleistung an die zu erwartende Kühlung und Wärmeabstrahlung angepasst. Insbesondere wird der dem Sensor gegenüberliegende, untere Öffnungsbereich des Innen- und/oder des Aussenschutzes bzw. der dort befindliche Teil der Heizung mit einer grösseren Heizleistung versehen als höher, näher Richtung Sensor gelegene Teile der Heizung. Ebenso können Stellen, bei denen Eis und Schnee sich bevorzugt anlagern, mit grösseren Heizleistungen versehen sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Energie gezielter verteilt wird und so für das Erreichen derselben Reinigungsleistung weniger Energie verbraucht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Innenseite eines Innenschutzes mit einer Anti-Haft-Beschichtung, insbesondere einer Teflon-Beschichtung ausgerüstet.
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Eine solche Anti-Haft-Beschichtung begünstigt das Abrutschen von Eis- und Schnee decken im Inneren des Innenschutzes. Vor der Entstehung von Eis- und Schneedecken erschwert eine derartige Beschichtung auch das Anhaften von Eis und Schnee aber auch anderen Verschmutzungen.
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Teflon ist ein mögliches Beschichtungsmaterial, welches sich für die Bedingungen an der Aussenseite von Schienenfahrzeugen eignet. Ausserdem lässt sich in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Silikon mit Teflon beschichten.
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Silikon hat ebenfalls Anti-Haft-Eigenschaften. Diese können durch eine geeignete Oberflächenstruktur weiter gefördert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Oberfläche der Flächenheizung mit einer Anti-Haft-Beschichtung, insbesondere einer Teflon-Beschichtung ausgerüstet.
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Stellt die Oberfläche der Flächenheizung die Begrenzung des Strahlenganges dar und ist diese mit einer Anti-Haft-Beschichtung beschichtet, so nutzt man gleichzeitig den Taueffekt der Heizung mit den günstigen Eigenschaften einer direkten Heizung und die geringe Haftung dank der Anti-Haft-Beschichtung. Eis und Schnee rutschen zügig, in geringen und in grösseren Mengen ab. Andere Verschmutzungen haften schlecht an der Oberfläche und fallen ebenfalls ab oder werden, bei geeignetem Wetter, von Eis und Schnee mitgerissen. So kann sich der Spritzschutz teilweise selbst reinigen.
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Eine Silikonheizung kann die gewünschten Anti-Haft-Eigenschaften schon von sich aus aufweisen, da Silikonoberflächen Anti-Haft-Oberflächen darstellen können. Dazu kann die Oberflächenbeschaffenheit geeignet gewählt werden. (z. B. speziell glatt oder mit Einbuchtungen oder Vorständen in geeigneter Grösse oder auch mit speziellen Sägezahn- oder Kachelstrukturen.)
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Anti-Haft-Beschichtung, es kann sich sowohl um die der Flächenheizung als auch um die des Innenschutzes handeln, derart gestaltet, dass das Abrutschen vor allem in eine Richtung erleichtert wird. Derartige Beschichtungen sind wohl am besten von Fellen bekannt, welche in eine Richtung sehr glatt sind, ein Rutschen in die andere Richtung aber verhindern. Geeignete Beschichtungen und Strukturen wie die oben genannten Sägezahn- oder Kachelstrukturen können derartige richtungsabhängige Effekte hervorrufen. Der Vorteil einer derartigen Ausführungsform ist, dass rutschender Schnee und Eis weniger gut, z. B. vom Fahrtwind, ungewollt in Richtung Sensor bewegt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Heizung derart gestaltet ist, dass die Heizung und/oder die den Strahlengang begrenzende Fläche zumindest teilweise auf einer konstanten Temperatur von mehr als 20°C, bevorzugt auf einer Temperatur zwischen 30°C und 50°C, und besonders bevorzugt auf einer Temperatur von 35°C gehalten wird. Dazu umfasst die Heizung bevorzugt ein Thermostat.
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Die den Strahlengang begrenzende Fläche kann entweder der Innenschutz sein oder aber die Heizung, je nachdem welches dieser beiden Teile näher am Strahlengang liegt.
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Der Wert der konstanten Temperatur ergibt sich aus verschiedenen Überlegungen: So tritt die Reinigungswirkung bei hohen Temperaturen schneller ein, aber es wird mehr Energie verbraucht. In vielen Fällen ist auch die Leistung beschränkt, die der Heizung zur Verfügung steht. Bei tiefen Aussentemperaturen kann es daher sein, dass ein hoher gewünschter Temperaturwert nicht erreicht werden kann. Bei Temperaturen zwischen 30°C bis 50°C sind für übliche Verhältnisse alle oben genannten Voraussetzungen zufriedenstellend erfüllt.
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Das Thermostat ist bevorzugt ein wie oben beschriebenes, träges Thermostat. Auch bei einer eingestellten Soll-Temperatur können daher der oder die Temperaturmesswerte um einige Grad schwanken. Bevorzugt handelt es sich bei den genannten Temperaturwerten um die Temperaturen auf der Innenseite des Innenschutzes bei Betriebsbedingungen des Spritzschutzes an der Unterseite eines fahrenden Schienenfahrzeuges bei tiefen aber realistischen Umgebungstemperaturen, zum Beispiel bei –10°C oder –20°C, aber auch bei bis zu –40°C Umgebungstemperatur.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Heizung einen Übertemperaturschutz. Der Übertemperaturschutz schaltet die Heizung bei einer Temperatur der Heizung oberhalb eines definierten Schwellenwertes ab. Dieser Schwellenwert liegt insbesondere oberhalb von 60°C, bevorzugt bei 80°C.
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Eine zu hohe Temperatur kann die Heizung und das sie umgebende Material, hier vor allem das den Strahlengang begrenzende Element, schädigen oder zerstören. Um dies zu verhindern kann ein Übertemperaturschutz eingesetzt werden. Dieser schaltet die Heizung beim Überschreiten einer definierten Schwellentemperatur ab, unabhängig von möglichen anderen Steuereinheiten oder Steuersignalen.
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Ein Übertemperaturschutz kann Teil der Steuereinheit sein und zum Beispiel die Sensoren des Thermostates nutzen. Es kann sich aber auch um einen geeignet angebrachten Bimetallstreifen handeln der z. B. eine Stromzufuhr unterbricht oder auf andere Art die Heizung ausstellt. Auch kann es sich um einen eigenständigen Temperatursensor mit eigener Steuer- und Auswerteeinheit handeln. Oder der eigenständige Temperatursensor kann an die Steuereinheit der Heizung angeschlossen werden.
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Der Schwellenwert wird bevorzugt durch die Temperaturgrenzwerte für die einzelnen beteiligten Teile wie z. B. Heizung, Sensor, Strahlengang begrenzendes Element, Aussenkonus und/oder der Befestigungen der unterschiedlichen Teile untereinander bestimmt. Bis etwas über dem Schwellenwert soll keines dieser oder weiterer Teile einen Schaden erleiden oder sich unkontrolliert lösen. Es können dabei auch weitere Temperatursensoren an kritischen Punkten angebracht werden und vom Übertemperaturschutz genutzt werden. Gleichzeitig sollte der Schwellenwert genügend deutlich oberhalb von üblichen Betriebstemperaturen der Heizung des Spritzschutzes liegen um zu verhindern, dass der Übertemperaturschutz zu häufig ausgelöst wird.
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Der Schwellenwert des Übertemperaturschutzes wird bevorzugt bei der Herstellung der Heizung festgelegt und zwar bevorzugt schon durch die Wahl der verwendeten Bauteile. Da es sich bei dem Übertemperaturschutz um einen Sicherheitsmechanismus und Schutz der Heizung handelt, kann auf diese Art verhindert werden, dass die Heizung durch ein Versehen zerstört oder beschädigt wird.
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Alternativ kann der Schwellenwert des Übertemperaturschutzes auch nachträglich festlegbar sein. Dies ist zum Beispiel möglich, in dem die Steuereinheit entsprechend programmiert wird oder die Lage von Kontakten zueinander verändert wird, wenn ein Bimetallstreifen oder ähnliches genutzt wird. Dadurch kann die Heizung individuell an die geplante Nutzung angepasst werden.
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Ein Verfahren zum Freihalten eines Strahlenganges von Schnee und Eis in einem druckluftfreien Spritzschutz für einen Sensor, insbesondere für einen optischen Sensor und insbesondere für einen Sensor zur Geschwindigkeitsbestimmung von Schienenfahrzeugen, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizung zumindest einen Teil der Innenseite eines Innenschutzes und/oder eines Aussenschutzes beheizt. Insbesondere handelt es sich bei dem in diesem Verfahren genutzten Spritzschutz um einen der in diesem Text beschriebenen Art.
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Dieses Verfahren basiert primär auf Heizen. Zwischen Eis- und/oder Schneeablagerungen und der Innenseite des Innenschutzes bzw. der Begrenzung des Strahlenganges bzw. der Innenseite des Aussenschutzes bildet sich ein dünner Wasserfilm, und die Verbindung zwischen Innenseite des Innenschutzes bzw. der Begrenzung des Strahlenganges bzw. der Innenseite des Aussenschutzes und Eis- und/oder Schneeablagerungen wird geschwächt. Die Ablagerungen rutschen ab und fallen aus dem Spritzschutz, so dass der Strahlengang von Ablagerungen befreit wird. Vibrationen durch die Bewegung eines Schienenfahrzeuges oder durch anderweitig verursachte Bewegungen des Spritzschutzes können das Abrutschen zusätzlich unterstützen. Zusätzlich ist es natürlich auch wichtig, dass der zu schützende Sensor in Lotrichtung höher liegt als die für den Strahlengang offene Öffnung des Spritzschutzes.
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Dasselbe passiert an der Innenseite des Aussenschutzes und der Aussenseite des Innenschutzes mit Schnee und Eis, welches sich im Zwischenraum zwischen Innenschutz und Aussenschutz befindet.
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In einer besonderen Ausführungsform dieses Verfahrens wird die Temperatur auf der Innenseite des Innenschutzes oder der Innenseite des Aussenschutzes mit Hilfe eines Thermostats konstant gehalten.
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Diese konstante Temperatur verhindert ein Anfrieren des Wasserfilmes. Weiter wird so die Änderungsrate der Form des Spritzschutzes durch Wärmeausdehnung minimiert, was zum Beispiel eine sichere Befestigung der unterschiedlichen Bauteile aneinander erleichtert. Schliesslich wird so auch ein jederzeit wirkendes Verfahren zum Freihalten eines Strahlenganges geschaffen und damit die Ausfallzeiten des geschützten Sensors minimiert.
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Die Heizung für einen Spritzschutz für einen optischen Sensor, insbesondere für einen Sensor zur Messung einer Geschwindigkeit, umfasst:
- a. Eine oder mehrere Flächenheizungen in einer Form, die es ermöglicht zumindest einen vorderen Teil des den Strahlengang begrenzenden Elements in Umfangsrichtung derart zu bedecken, dass entlang des ganzen Umfangs eine vorgegebene Temperatur grösser der Umgebungstemperatur erreicht werden kann und insbesondere bedeckt die Heizung an zumindest einer Stelle die Innenseite des Innenschutzes in Umfangsrichtung im Wesentlichen vollständig.
- b. Eine Steuereinheit
- c. Ein Kabel zur Energieversorgung
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Eine solche Heizung kann ein Bauteil eines oben beschriebenen Spritzschutzes mit Heizung sein und in den oben beschriebenen Verfahren eingesetzt werden.
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Bevorzugt hat die Aussenseite der Flächenheizung im Wesentlichen die Form der Innenseite des Innenschutzes. Die so entstehende gleichmässige Innenfläche der Begrenzung des Strahlenganges (die nun gleich der Innenseite der Heizung ist), gibt Eis und Schnee keine Möglichkeit zum Anfrieren und keinerlei Ecken oder Kanten, in denen sich Verschmutzungen ansammeln könnten. Das Anfrieren kann aber auch dann verhindert werden, wenn der Innenschutz auf andere Art und Weise, z. B. durch Heizstreifen oder von seiner Aussenseite her, derart geheizt wird, dass seine innenseitige Temperatur zumindest in einem vorderen Bereich, entlang des Umfangs, über einem Schwellenwert liegt.
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Die Steuereinheit der Heizung ist bevorzugt direkt an der Flächenheizung befestigt. Alternativ kann aber auch ein Kabel Heizung und Steuereinheit verbinden.
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Das Kabel zur Energieversorgung kann Teil der Heizung sein oder auch Teil eines Schienenfahrzeuges oder es kann ein unabhängiges Kabel sein, welches auf beiden Seiten an den gewünschten Orten angeschlossen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Heizung an einem Innenschutz befestigt. Mit diesem zusammen ist sie als Teil des Spritzschutzes installierbar und wieder deinstallierbar.
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Insbesondere handelt es sich um eine Silikonheizung, welche an einem Innenschutz, insbesondere aus Metall, aufvulkanisiert ist. Andere Befestigungsmöglichkeiten sind zum Beispiel Klebstoffe, Clipverbindungen, Schraubverbindungen, Nieten, Klemmverbindungen und ähnliches mehr.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Heizung an einem Innenschutz befestigt und beide sind von einem Aussenschutz umgeben. Insbesondere befindet sich im Innenschutz oder im Aussenschutz oder zwischen Innen- und Aussenschutz ein Kanal, durch welches das Kabel zur Energieversorgung zumindest teilweise geführt ist.
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Der Aussenschutz ist in allen hier vorgestellten Ausführungsformen, welche einen Aussenschutz umfassen, bevorzugt mit einer einfach lösbaren aber festen Klemmverbindung am Innenschutz fixiert. Eine solche Klemmverbindung kann zum Beispiel eine Schlauchschelle sein oder ein Spannverschluss oder ein Spannring oder eine andere Art von zusammenziehbarem Ring. Es ist auch möglich, dass die Elastizität des Aussenschutzes ausgenutzt wird und dieser in seinem oberen Teil zum Beispiel einen nach innen reichenden Wulst aufweist, der in eine geeignete Nut des Innenschutzes greifen kann. Bevorzugt ist die Verbindung aber derart gestaltet, dass der Aussenschutz gegenüber dem Innenschutz versetzt werden kann. Dies geschieht aus folgendem Grund. Im Betrieb muss der Spritzschutz nämlich einen vorgegebenen Mindestabstand zur Oberkante der Schienen einhalten. Durch die Abnutzung der Räder des Schienenfahrzeugs nähert sich der Spritzschutz den Schienen jedoch langsam an. Damit nun nicht der gesamte Spritzschutz nach oben versetzt werden muss, wird der Spritzschutz zu Beginn derart montiert, dass sich die Unterkante des Aussenschutzes tiefer befindet als die Unterkante des Innenschutzes, wobei jedoch der vorgegebene Abstand zwischen der Unterkante des Aussenschutzes und den Schienen eingehalten wird. Wird der Abstand wegen der Abnutzung der Räder zu klein, muss lediglich der Aussenschutz gegenüber dem Innenschutz etwas nach oben versetzt werden, sodass der Mindestabstand wieder eingehalten ist. Dies erfolgt typischerweise während einer standardmässigen Wartung, welche in bestimmten Intervallen durchgeführt wird. Durch eine Verbindung mit einer Schlauchschelle, einem Spannverschluss oder ähnlichen Verbindungen, bei denen ein Ring zusammengezogen wird, lässt sich ein solches Versetzen des Aussenschutzes stufenlos und einfach ermöglichen. Andere übliche Verbindungen sind aber auch nicht ausgeschlossen.
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Der Aussenschutz kann dabei so weit nach oben versetzt werden, bis sich dessen Unterkante auf gleicher Höhe mit der Unterkante des Innenschutzes befindet. Weiter nach oben soll bzw. darf der Aussenschutz nicht montiert werden. Durch die Abnutzung der Räder nähert sich der Spritzschutz samt Sensor folglich immer weiter an die Schienen an. Wird dadurch der Abstand des Sensors von den Schienen zu gering, beispielsweise wenn sich der Sensor um mehr als etwa 40 mm bis 50 mm gesenkt hat, kann der Innenschutz samt Sensor nach oben versetzt werden, damit der Sensor wieder den korrekten Abstand zu den Schienen aufweist. Damit der Aussenschutz auch nach der Verschiebung des Innenschutzes nach oben wieder den korrekten Abstand zu den Schienen aufweist, wird er relativ zum Innenschutz entsprechend weit nach unten versetzt. Dies geschieht typischerweise während einer grossen Revision des Schienenfahrzeugs oder dessen Drehgestell. Danach kann der Aussenschutz wie oben beschrieben jeweils wieder entsprechend der Abnutzung der Räder schrittweise nach oben versetzt werden.
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Ein defekter oder zu stark abgenutzter Spritzschutz wird ersetzt.
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In einer weiteren Ausführungsform verläuft das Kabel zumindest teilweise ausserhalb des Spritzschutzes in der installierten Konfiguration und endet insbesondere in einem Standardstecker. So ist das Kabel schnell und einfach anschliessbar und wieder abnehmbar.
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Diese Ausführungsform erlaubt es, einen Spritzschutz einfach und schnell in einer Sommer- und einer Wintervariante zu montieren. Es ist dafür der Austausch des Innenkonus und das Einstecken eines Kabels nötig. Diese Arbeitsschritte können schnell und ohne besonderes Vorwissen vorgenommen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform verläuft das Kabel zumindest teilweise ausserhalb des Spritzschutzes in der installierten Konfiguration und endet offen. So kann es bei der Montage einfach auf die benötigte Länge gekürzt werden und an einer üblichen Anschlussbox angeschlossen werden oder mit einem gewünschten Stecker versehen werden.
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In einer Ausführungsform zeichnet sich die Heizung dadurch aus, dass es sich um eine Silikonheizung handelt und sie insbesondere auf einer Seite eine Anti-Haft-Beschichtung aufweist. Diese Anti-Haft-Beschichtung ist insbesondere eine Teflon-Beschichtung.
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Die Vorteile und Alternativen von Silikonheizungen wurden bereits oben im Zusammenhang mit dem Spritzschutz mit Heizung erläutert und treffen hier gleichermassen zu. Die Anti-Haft-Beschichtung sollte auf der Seite angebracht werden, die im montierten Zustand den Strahlengang begrenzt. Die Anti-Haft-Beschichtung kann ebenfalls auch eine geeignet strukturierte Oberfläche des Silikons, bevorzugt eine geeignet strukturierte Oberfläche der Silikonheizung, sein.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Heizung ergeben sich aus der Beschreibung des Spritzschutzes mit Heizung. So kann die Heizung zum Beispiel ein Thermostat umfassen, welches dazu geeignet ist, eine konstante Temperatur von mehr als 20°C, bevorzugt eine Temperatur zwischen 30°C und 50°C, und besonders bevorzugt auf einer Temperatur von 35°C zu halten. Ausserdem kann die Heizung auch einen Übertemperaturschutz umfassen.
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Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
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1 Eine einfache Ausführung eines Spritzschutzes mit Heizung und externer Steuereinheit;
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2a, b ein Innenschutz mit Heizung;
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3a, b eine Ausführungsform mit Innen- und Aussenschutz und Heizung und
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4 eine weitere Ausführungsform mit Innen- und Aussenschutz und Heizung.
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Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine sehr einfache Ausführungsform eines erfindungsgemässen Spritzschutzes mit Heizung: Eine Öffnung 7 des Spritzschutzes wird so montiert, dass sie den zu schützenden Sensor umfasst oder das Gehäuse dieses Sensors. Der Spritzschutz besteht aus einem Innenschutz 1. Auf einem Teil der Innenseite des Innenschutzes 1, die ungefähr die Hälfte der Höhe des Elements 1 ausmacht, ist eine Heizung 2 angebracht. Typischerweise erstreckt sich die Heizung 2 über mindestens die Hälfte der Höhe des Innenschutzes 1. Diese wird mit Hilfe eines Verbindungskabels 5 mit einer Steuereinheit 3 verbunden. Die Heizung 2 ist hier eine Flächenheizung und dünn gegenüber dem Innendurchmesser des Innenschutzes 1: Die Dicke der Heizung 2 beträgt weniger als 1/20 des Innendurchmessers. Die Steuereinheit 3 hat ein Energieversorgungskabel 4. Neben Energie können das Energieversorgungskabel 2 und das Verbindungskabel 5 auch entweder selbst Signale übermitteln oder aber Litzen beinhalten, die zur Signalübertragung geeignet sind.
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2a zeigt einen Spritzschutz mit Heizung, bei dem der Innenschutz 1 eine andere Form hat: Es verengt sich nach unten hin, wobei der sich verengende, konische Abschnitt ungefähr ein Drittel der Gesamthöhe ausmacht, während die oberen zwei Drittel weiterhin zylindrisch sind. Im sich verengenden Abschnitt verringert sich der Durchmesser auf ca. 80% des zylindrischen Teils. Die Heizfläche der Heizung 2 erstreckt sich wiederum über mindestens bzw. gut die Hälfte der Höhe des Innenschutzes 1 und somit aus dem zylindrischen in den sich verengenden Teil. Wie in allen hier gezeigten Ausführungsformen ist die Dicke der Heizung 2 dünn gegenüber dem Innendurchmesser des Innenschutzes 1. Mit „unten” ist hier, genau wie überall sonst in diesem Text, die Richtung weg von der Öffnung 7, an welcher der zu schützende Sensor oder sein Gehäuse angebracht wird, gemeint. Hier ist nun die Steuereinheit 3 direkt an der Heizung 2 befestigt. Es wird daher kein Verbindungskabel 5 benötigt, sondern einzig das Energieversorgungskabel 4. Damit diese direkte Befestigung möglich ist, braucht es eine Öffnung im Innenschutz 8. Diese erstreckt sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel vom mittleren zylindrischen Abschnitt bis in den unten anschliessenden, sich verengenden Abschnitt.
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2b zeigt einen Querschnitt von 2a. Hier ist nun zusätzlich auch das eigentliche Thermostat 6 zu sehen, welches mit der Steuereinheit 3 zusammenarbeitet. Das Thermostat 6 selbst stellt dabei primär die gemessenen Temperaturwerte zur Verfügung. Je nach Bauart und Anforderungen wird die Regelung der Heizung zwischen dem Thermostat 6 und der Steuereinheit 3 aufgeteilt. Das Thermostat 6 ist dabei hier direkt bei der Steuereinheit 3, aber auf der anderen Seite der Heizung 2 angebracht und steht im Querschnitt in Form eines kleinen Rechteckes in den Strahlengang hinein. Es ist aber durchaus möglich, das Thermostat 6 derart zu verkleinern oder die Bauteile derart zu verteilen, dass es kaum oder gar nicht tiefer ist als die Heizung 2 oder es in die Steuereinheit zu integrieren. In diesen Fällen wäre das Thermostat 6 in der gezeigten Ansicht nicht mehr erkennbar. Die Ausdehnung des Thermostates 6 in Richtung Inneres des Strahlenganges ist nur weniger als 10% des unbeeinträchtigten Strahlengangquerschnittes. In Höhe und Breite ist das Thermostat 6 deutlich kleiner als die Kontaktfläche zwischen Steuereinheit 3 und Heizung 2. Sowohl die Steuereinheit 3 als auch das Thermostat 6 sind bevorzugt gewölbt, so dass sie mit der gewölbten Heizung 2 auf ihrer gesamten der Heizung zugewandten Fläche in Kontakt sind, zumindest solange sich der Querschnitt des Innenschutzes 1 nicht verengt.
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3a zeigt einen Spritzschutz mit Heizung, der zusätzlich einen Aussenschutz 9 umfasst. Der Aussenschutz 9 wird hier mit einer Schlauchschelle 10 am Innenschutz 1 befestigt. In dieser Ausführungsform weist auch der Aussenschutz 9 eine Öffnung für die Steuereinheit 11 auf. Man kann wieder die Heizung 2 erkennen sowie die direkt an ihr befestigte Steuereinheit 3. Die Stromversorgung geschieht über das Energieversorgungskabel 4. Der Aussenschutz 9 hat in einem unteren Bereich senkrecht zum Strahlengang einen ovalen Querschnitt. Sein Durchmesser nimmt mit zunehmender Höhe ab. Etwas oberhalb der Höhe, auf welcher der Innenschutz 1 einen konstanten Durchmesser erreicht hat, erreicht auch der Aussenschutz 9 einen konstanten Durchmesser. Ausserdem sind sich auf dieser Höhe die Querschnitte senkrecht zum Strahlengang vom Innenschutz 1 und vom Aussenschutz 9 ähnlich. Der Durchmesser von beiden ist auf dieser Höhe und bis etwas über die Schlauchschelle 10 so aufeinander angepasst, dass der Innenschutz 1 dicht innerhalb des Aussenschutzes 9 liegt. Befestigungsstrukturen sind im oberen Bereich an dem Innenschutz 1 ausgebildet. Der Aussenschutz 9 endet knapp unterhalb dieser Strukturen.
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Analog zu 2b zeigt 3b einen Querschnitt durch 3a. Man erkennt in dieser Ansicht, wie die Heizung 2 einen Teil der Innenseite des Innenschutzes 1 bedeckt. Beide, Heizung 2 und Innenschutz 1, sind zu einem grossen Teil umgeben von dem Aussenschutz 9, der mit einer Schlauchschelle 10 am Innenschutz 1 befestigt ist. Die Heizung 2 wird wieder durch ein Thermostat 6 und eine Steuereinheit 3 gesteuert, die beide direkt an der Heizung 2 anliegen und direkt miteinander verbunden sind. Es gibt eine Öffnung im Innenschutz 8 und eine Öffnung im Aussenschutz 11. Das Energieversorgungskabel 4 der Steuereinheit 3 verläuft in dieser Ausführungsform ausserhalb des Spritzschutzes. Die Öffnung im Aussenschutz 11 umfasst im Wesentlichen dasselbe Gebiet wie die Öffnung im Innenschutz 8. Da der Aussenschutz 9 weiter nach aussen ragt als der Innenschutz 8, liegt die Steuereinheit 3 nun teilweise innerhalb des Volumens, welches der Aussenschutz 9 ohne Öffnung 11 einnehmen würde. Das Energieversorgungskabel 4 für Heizung 2 und Steuereinheit 3 ist so montiert, dass es ausserhalb des Aussenschutzes 9 verläuft.
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4a zeigt den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Spritzschutzes mit Aussenschutz 9, einem Innenschutz 1 und einer Heizung 2. Der Aussenschutz ist ähnlich gestaltet wie zuvor mit einem relativ langen zylinderförmigen Abschnitt und einem sich nach unten öffnenden, konischen Abschnitt. Beide Abschnitte müssen im Querschnitt senkrecht zum Strahlengang nicht zwingend rund sein, sondern sie können elliptisch oder rautenförmig oder einer anderen geschlossenen Figur entsprechen. Der Innenschutz 1 ist in dieser Ausführungsform zylinderförmig und hat einen ovalen Querschnitt. Allerdings besteht es aus einem unteren, dünneren Teil und einem oberen, weiteren Teil. Der Querschnitt senkrecht zum Strahlengang im oberen Teil ist ähnlich dem Querschnitt des Aussenschutzes 9 in diesem Bereich. Die Durchmesser der beiden Teile sind so gewählt, dass sie in diesem Bereich aneinander anliegen, wobei der Aussenschutz 9 aussen liegt. Aussenschutz 9 und der Innenschutz 1 werden in dem gezeigten Beispiel durch eine Schlauchschelle 10 aneinander fixiert.
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Die Heizung 2 bedeckt im Wesentlichen die gesamte Innenfläche des unteren, dünneren Teils des Innenschutzes 1. Sie umfasst ein Thermostat 6, welches in den Strahlengang hineinragt, ähnlich wie bei den anderen Ausführungsformen, und ähnlich wie dort könnte es auch wesentlich kleiner, flacher oder in die Steuereinheit 3 integriert ausgebildet sein. Weiter gibt es eine Steuereinheit 3, welches dem Thermostat 6 gegenüber an derselben Stelle an der Heizung 2 anliegt. Dazu weist der Innenschutz 1 in diesem Bereich eine Öffnung 8 auf.
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Der Unterschied der Durchmesser zwischen dem unteren, dünneren und dem oberen, weiteren Teil des Innenschutzes 1 ist so gross gewählt, dass die Steuereinheit 3 Platz findet zwischen dem Innenschutz 1 und dem Aussenschutz 9. Das Energieversorgungskabel 4 der Heizung 2 verläuft durch das Innere des Innenschutzes 1 und am Rand des Strahlengangs. Es kann dann zum Beispiel in das nicht gezeigte Sensorkabel integriert werden oder parallel zu diesem geführt werden.
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4b unterscheidet sich von 4a nur durch den Verlauf des Energieversorgungskabels 4 der Heizung 2. Dieses wird in dieser Ausführungsform durch einen Kanal zwischen Innenschutz 1 und Aussenschutz 9 hindurch nach aussen geführt. In diesem Beispiel wurde Material von dem Aussenschutz 9 entfernt, bzw. der Aussenschutz 9 wurde so geformt, dass der Kanal im Wesentlichen dort verläuft. Alternativ hätte auch der Innenschutz 1 an geeigneter Stelle in ähnlicher Weise verformt oder geformt werden können.
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Die gezeigten Ausführungsformen sind nur Beispiele. Insbesondere können die Kabel auch anders verlaufen und Steuereinheit und Thermostat können anders angeordnet werden. Der Innenschutz und/oder der Aussenschutz können so geformt sein, dass sie z. B. die Steuereinheit oder das Kabel aufnehmen können. Innenschutz und Aussenschutz können auch anders als gezeigt aneinander befestigt werden z. B. durch eine Schraubverbindung, durch Schrauben, mit Nieten, einem Bajonett oder einem Clipverschluss. Es ist auch möglich, dass der Innenschutz und der Aussenschutz zusammen einstückig ausgebildet sind. Schliesslich kann auch die Heizung wesentlich dicker sein als hier gezeigt oder in den Innenschutz integriert sein. Weiter kann die Heizung sich auch oder ausschliesslich in dem Aussenschutz befinden.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung einen Spritzschutz schafft, welcher auch im Winterbetrieb zuverlässige Messungen erlaubt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013100973 U1 [0002, 0016]
- DE 102007016099 A1 [0003]
- CH 980/14 [0016]
