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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Eisenbahntransports.
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Eines
der immer wieder auftretenden Probleme des Eisenbahntransports ist
die geringe Haftung zwischen Rad und Schiene, die unter bestimmten
Verkehrsbedingungen zu einem Schlupfphänomen führt. Dieses Phänomen tritt
in gleicher Weise von den niedrigen Geschwindigkeiten, Anfahren
des Zuges, bis zu den Höchstgeschwindigkeiten
auf. Es verstärkt
sich insbesondere bei Schlechtwetter, schweren angehängten Massen
oder umgekehrt bei geringer Schienenmasse für Fahrzeuge mit Eigenantrieb,
bei starken Steigungen der befahrenen Strecke, von Vegetation gesäumten Streckenabschnitten,
Regen nach einer Periode großer Hitze,
sogar Schienenschmiervorrichtungen, deren Ausrichtung fehlerhaft
ist.
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Die
diese Haftung beeinflussenden Parameter sind zahlreich, einige sind
bekannt und vorhersehbar, beispielsweise wird ein von Bäumen gesäumter Streckenabschnitt
dazu neigen, die Schienen im Herbst bei Laubfall zu „schmieren"; jedoch liegt das
Hauptmerkmal dieses Phänomens
in seiner zeitlichen und örtlichen Unvorhersehbarkeit,
was eine Vorrichtung an Bord voraussetzt.
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Die
derzeitige Lösung
zur Abhilfe des Schlupfes oder Durchrutschens ist die Verwendung
von Sand, der mit konstantem Durchsatz auf die Schienen vor die
Antriebsräder
gestreut wird, um die Rad-/Schiene-Haftung zu erhöhen. Dieser
Sand wird – wie
in 2 gezeigt – auf
der Antriebsmaschine in integrierten Behältern gelagert, um durch Unterdruck
angesaugt und mit Hilfe von Sandstreuern entweder durch beabsichtigtes
Einwirken des Fahrers oder automatisch über ein Schlupferfassungssystem
auf die Schienen gestreut zu werden. Der erforderliche Unterdruck
wird durch eine an Bord befindliche Einrichtung erzeugt, die eine
Einheit zum Erzeugen und Lagern von Luft, ein Druckminderventil
mit konstantem Druck sowie Strahldüsen umfaßt. Die so erhaltene Besandung
erfolgt unabhängig
von der Geschwindigkeit des Zuges mit gleichmäßig ausgestreuter Menge.
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Für Maschinen,
die für
Geschwindigkeiten von mehr als oder gleich 160 Km/h ausgelegt sind,
besteht eine Weiterentwicklung dieses Systems darin, das Druckminderventil
kurzzuschließen
und so die Sandstrahldüsen
jenseits einer Geschwindigkeitsschwelle, deren Minimum bei 120 Km/h
und 150 Km/h für Hochgeschwindigkeitszüge liegt,
mit dem verfügbaren
maximalen Luftdruck, also zwischen 7 und 9 bar, d. h. einer Sandmenge
wie in 1 anhand der durchgezogenen Kurve dargestellt
zu beaufschlagen.
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Der
hauptsächliche
Nachteil der derzeitigen Vorrichtung, der durch eine sehr schnell
erreichte Grenze veranschaulicht ist, liegt in ihrer mangelnden
Anpassung an die tatsächliche
Geschwindigkeit des Zuges. Ihre Wirksamkeit ist umgekehrt proportional
zur Geschwindigkeit, die Folge einer sehr schnell unzureichenden Sandmenge,
wie dies anhand der durchgezogenen Kurve der 1 aufgezeigt
ist.
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Jedoch
setzt die Besandung, die nicht durch eine zu große Menge zu Störungen im
Nebenschlußverhalten
der durch die Achsen hergestellten Gleisstromkreise führen darf,
die Kontrolle der ausgestreuten Sandmenge voraus.
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Derzeit
kommt es bei einem Schlupf oder Durchrutschen über eine Distanz von mehreren
Kilometern (gängiges
Phänomen),
sogar mehreren zehn Kilometern, folglich stets zu einem erheblichen
Geschwindigkeitsverlust bis der Haftungspunkt erreicht ist, eine
relativ geringe Geschwindigkeit, bei der die ausgestreute Sandmenge
groß genug
sein wird. Es kommt jedoch vor, daß der Haftungspunkt nicht oder
nicht lange genug erreicht wird, die Folge ist ein Stillstand des
Zuges auf offener Strecke, was ein Eingreifen von außen erforderlich
macht.
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Die
EP 0 217 636 beschreibt
ein Besandungssystem, das ermöglicht,
den Anteil der Teilchen, die sich tatsächlich zwischen Schiene und
Rad absetzen, zu optimieren.
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Die
erfindungsgemäße Lösung besteht
darin, die derzeitige Besandungsvorrichtung mit konstantem Durchsatz
in eine automatische Besandungsvorrichtung mit variablem Durchsatz
mit größerer Kapazität umzuwandeln,
die ermöglicht,
die vor die Antriebsräder
ausgestreute Sandmenge in Abhängigkeit
der Geschwindigkeit und eines Diagramms zu variieren.
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Genauer
gesagt betrifft die Erfindung eine automatische Besandungsvorrichtung
mit variablem Durchsatz, die das Ausstreuen von Sand vor die Antriebsräder einer
Eisenbahnantriebsmaschine ermöglicht
und die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen pneumatischen Durchsatzverstärker umfaßt, der über ein
proportionales Magnetventil, das selbst über einen durch einen elektronischen
Rechner erzeugten variablen elektrischen Strom gesteuert wird, mit
Druckluft mit einem variablen Druck beaufschlagt wird, und daß in dem
elektronischen Rechner ein variierbares Diagramm programmiert ist,
um die Zunahme und den Rückgang
des Sanddurchsatzes durch die Änderung
des Stroms zum Speisen des proportionalen Magnetventils festzulegen.
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Diese
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht,
die derzeitigen Defizite dadurch zu beheben, daß die Besandungskapazität erhöht wird
und daß gleichzeitig
die ausgestreute Sandmenge in Echtzeit in Abhängigkeit der Geschwindigkeit,
wobei die Geschwindigkeit die maximale auszustreuende Sandmenge
bestimmt, um Störungen
im Nebenschlußverhalten
der Schienen durch die Achsen zu verhindern, sowie in Abhängigkeit
eines in einem elektronischen Rechner programmierten Diagramms geregelt
wird. In diesen elektronischen Rechner ist ein variierbares Diagramm
der auszustreuenden Sandmenge integriert. Das Diagramm, das in dem
Rechner programmiert ist, kann an die Merkmale der Antriebsmaschine,
in die er eingebaut ist, angepaßt werden
und bestimmt die Zunahme und den Rückgang der ausgestreuten Sandmenge.
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Da
die derzeit an Bord von Antriebsmaschinen befindliche Einheit zum
Erzeugen und Lagern von Druckluft nicht ermöglicht, den für das Ansaugen
der angepaßten
Sandmenge erforderlichen Unterdruck sicherzustellen, enthält die Vorrichtung
einen Durchsatzverstärker
mit den genau entsprechenden Merkmalen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
die Kontrolle der ausgestreuten Sandmenge über die Steuerung des Versorgungsdruckes
des Durchsatzverstärkers,
dessen Eigenschaften bekannt sind, mittels eines proportionalen
Magnetventils, das selbst über
einen durch den Rechner gelieferten variablen Strom gesteuert wird.
Ein Druckfühler
gewährleistet
das Schleifen der Vorrichtung.
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Die
variable Sandmenge wird folglich dadurch erhalten, daß der Versorgungsdruck
des Durchsatzverstärkers
variiert wird. Dieser Durchsatzverstärker ist selbst in einem zu
Beginn in die Antriebsmaschine integrierten Sandbehälter untergebracht.
Die Merkmale der Vorrichtung können
beispielsweise ermöglichen,
unabhängig
von der Geschwindigkeit eine Besandung mit konstantem linearen Durchsatz
zu erzielen, wie dies die gestrichelte Kurve der 1 zeigt.
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Da
die Schlupf- und Zugbedingungen niemals gleich sind, bestimmt das
in dem Rechner programmierte Diagramm die Zunahme der Sandmenge
bis der Schlupf aufgehoben ist, was durch einen zu Beginn in die Antriebsmaschinen
integrierten Fühler
erfaßt
wird. Die nun erforderliche Sandmenge wird zwischen 0 und der durch
die Geschwindigkeit bestimmten Höchstmenge
liegen. Der Rechner bestimmt anschließend den Rückgang oder die Zunahme der
Sandmenge bis das Schlupfphänomen,
von dem ein Beispiel in 12 dargestellt ist,
nicht mehr vorhanden ist. Dieses Diagramm ist variierbar, da es
jeder Art von Antriebsmaschine in Abhängigkeit ihrer Merkmale, wie
Grenzgeschwindigkeit, Motordrehmoment, übliche Haftbedingungen etc.
angepaßt werden
muß.
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Die
Inbetriebnahme der Vorrichtung erfolgt, wie auch derzeit, entweder
durch beabsichtigtes Einwirken des Fahrers, unter Anwendung seiner
Vorgehensweisen, oder automatisch durch Einschalten eines verzögerten Relaiskontaktes
zur Schlupferfassung.
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Es
gibt eine Vielzahl von bedeutenden direkten und indirekten wirtschaftlichen
Vorteilen, die mit der Verwendung dieser Vorrichtung verbunden sind.
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Durchrutschen
bzw. Schlupf führt
nämlich
zu einem erheblichen und frühzeitigen
Verschleiß der
Laufflächen
der Räder,
deren Profil regelmäßig kontrolliert
und geschliffen werden muß,
sogar den Austausch der Achsen erforderlich macht. Die Arbeit ist
besonders kostenintensiv, und es müssen die Kosten für den Stillstand
der Antriebsmaschine hinzugerechnet werden.
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Schlupf
bewirkt auch eine Beschädigung
des Gleises, was kostspielige Arbeiten nach sich zieht und zu Verzögerungen
führt,
die selbst direkte und indirekte wirtschaftliche Konsequenzen haben.
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Darüber hinaus
kann die Lösung
des Schlupfproblems in einigen Fällen
das Verkehren schwererer Züge
vor allem dort ermöglichen,
wo das Relief hügeliger
ist.
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Die
Vorrichtung dieser Erfindung erbringt folglich einen signifikanten
wirtschaftlichen Vorteil aufgrund der realisierbaren Einsparungen
einerseits und aufgrund der höheren
potentiellen Einnahmen andererseits.
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Die
beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung:
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1 zeigt
die Kurven der Sandmenge pro Sandstreuer in cm3 pro
gefahrenem Schienenmeter proportional zur Geschwindigkeit des Zuges.
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Die
durchgezogene Kurve zeigt die derzeitige Situation, die mögliche maximale
Sandmenge, Erläuterung
eines Haftungspunktes bei sehr geringer Geschwindigkeit, die meiste
Zeit, bei einem Durchrutschen über eine
lange Strecke. Die Trägheit
der angehängten
Masse, die zu einer verminderten Haftung bei geringer Geschwindigkeit
hinzukommt, führt
dann manchmal zum Stillstand des Zuges auf offener Strecke.
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Die
gestrichelte Kurve zeigt ein Beispiel für das Sandungspotential der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
das nicht ihre Maximalgrenze ist, jedoch das Leistungsvermögen zeigt,
das erforderlich ist, um den Schlupf effektiv zu beheben.
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2 zeigt
die Art von Antriebsmaschine, die der Veranschaulichung der Erfindung
dient, also eine Antriebsmaschine mit 2 Triebdrehgestellen und folglich
8 Sandstreuern.
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3 zeigt
den mechanischen Einbau der erfundenen Vorrichtung, von dem Sandbehälter bis
zum Sandstreuer.
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4 zeigt
eine Gesamtansicht der in den Sandbehälter zu integrierenden mechanisch
geschweißten Vorrichtung,
die den Durchsatzverstärker,
dessen Versorgung sowie das Rohr, in dem der angesaugte Sand zirkuliert,
umfaßt.
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5 zeigt
eine Schnittansicht der mechanisch geschweißten Vorrichtung sowie ihre
Befestigung an dem Sandbehälter.
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6 zeigt
eine Draufsicht der mechanisch geschweißten Einheit.
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7 zeigt
eine Schnitt- und Außenansicht
der Druckluftversorgung des Durchsatzverstärkers.
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8 zeigt
eine Unteransicht der mechanisch geschweißten Einheit.
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9 zeigt
eine Teilaußenansicht
der mechanisch geschweißten
Einheit.
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10 zeigt
den elektrischen Schaltplan zur Steuerung der erfundenen Vorrichtung.
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11 zeigt
den pneumatischen Schaltplan der erfundenen Vorrichtung.
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12 zeigt
ein Beispiel eines Diagramm der Sandungsmenge in Abhängigkeit
der durch ein binäres Rechtecksignal
dargestellten Schlupferfassung, wobei „1" Schlupf oder Drücken eines Besandungsdruckknopfes
durch den Fahrer bedeutet. Die Zunahme ist derart, daß sie das
durch die gestrichelte Linie dargestellte Maximum über eine
Strecke von 1 km erreicht, es sei denn, der Schlupf ist vorher behoben.
An sie schließt sich
ein Absatz von 500 m an, es sei denn, es kommt zu einer erneuten
Schlupferfassung. Der Rückgang
ist derart, daß eine
Rückkehr
zu 0 über
eine Strecke von 500 m erfolgt. Geeignete Versuche werden das beste Diagramm
in Abhängigkeit
der technischen Merkmale einer jeden Antriebsmaschinenart bestimmen.
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Bezug
nehmend auf diese Zeichnungen umfaßt die Vorrichtung eine in
den 4, 5, 6, 7, 8, 9 dargestellte
mechanisch geschweißte
Einheit, die in dem Sandbehälter
(3) untergebracht und an diesem durch 1 Bolzen (22)
und 3 Bolzen (25) befestigt ist.
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Diese
mechanisch geschweißte
Einheit besteht aus einer Tragplatte (20), in die ein Metallrohr
(19) eingefügt
ist, das nach Justierung an der Platte festgeschweißt wird.
Am Ende dieses Rohrs ist ein Durchsatzverstärker (15) mittels
einer Gummimuffe (13) und 2 Klemmringen- oder schellen
(14) angebracht.
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In
der Tragplatte ist eine Bohrung ausgebildet, in die 2 Metallverbindungsstücke (21)
und (24) eingesetzt sind, die ebenfalls nach Justierung
an der Tragplatte festgeschweißt
werden. Ein gekapselter Gummischlauch (18) stellt die Verbindung
der 2 Verbindungsstücke
(16) und (24) sicher und ist mit diesen durch
2 Klemmringe (17) verbunden. Die Verbindung des Durchsatzverstärkers (15)
mit dem Verbindungsstück
(16) erfolgt mit Hilfe einer Dichtung (23).
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Die
Teile (21) (24) (17) (18) (16)
(23) gewährleisten
gemeinsam die Druckluftbeaufschlagung des Durchsatzverstärkers (15).
Die Positionierung des Durchsatzverstärkers ist derart, daß seine
beste Wirksamkeit sichergestellt ist.
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Die
Verbindung der Vorrichtung mit der an Bord befindlichen Druckluftquelle
erfolgt über
ein Rohr (5), das mittels eines Rings oder einer Schelle
(4) mit dem pneumatischen Verbindungsstück (21) verbunden
ist.
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Der
Sand, mit dem der Sandbehälter
(3) über
die Öffnung
(2) befüllt
wird, wird über
den Durchsatzverstärker
(15) angesaugt, fällt
anschließend
schwerkraftbedingt über
das Metallrohr (19) und den Gummisandfallschlauch (7),
nach Durchqueren der Tragplatte (20), bis zum Sandstreuer
(1).
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Der
Sandfallschlauch (7) ist an der Tragplatte (20)
mittels eines Klemmrings (6) und an dem Sandstreuer (1)
mittels eines Klemmrings (9) befestigt.
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Der
Sand wird dann vor dem Rad (8) auf die Schiene (11)
aufgebracht.
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Der
elektrische Steuerkreis sieht wie in 10 dargestellt
aus. Er umfaßt
einen elektronischen Rechner (150), der über eine
Schmelzsicherung (149) mit der Batterie elektrisch verbunden
ist. In diesem Rechner ist ein Diagramm programmiert, das die Zunahme
und den Rückgang
des Sanddurchsatzes bestimmt.
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Die
Eingänge
des Rechners (150) werden einerseits von der Geschwindigkeit
der Antriebsmaschine über
den mit einem vorhandenen Geschwindigkeitsmesser verbundenen Draht
(151) und andererseits von dem pneumatischen Versorgungsdruck
des Durchsatzverstärkers
(15) über
den Druckfühler
(140) gebildet.
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Die
Ausgänge
des elektronischen Rechners (150) sind einerseits die Versorgung
des proportionalen Magnetventils (146) mit einem variablen
Strom und andererseits die Stromversorgung eines Magnetventils (147)
oder (148) mittels eines von der Laufrichtung der Antriebsmaschine
abhängigen
Relaiskontaktes (141) oder (142).
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Die
Relaiskontakte (101) (111) sowie (102)
(112) sind bei Inbetriebsetzen des Steuerstandes 1 bzw.
2 geschlossen. Die Besandung kann nun, wie derzeit, durch den Führer des
Zuges durch Drücken
des Druckknopfs (131) oder (132) manuell gesteuert
werden.
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Das
Ingangsetzen der Besandung kann, wie gegenwärtig, durch Schließen des
notbremsungsabhängigen
Relaiskontakts (143) oder durch Schließen des schlupferfassungsabhängigen Relaiskontakts
(145) automatisch gesteuert werden. Der Druckknopf (144)
ermöglicht
den Test der Besandungsvorrichtung bei Stillstand. Zu jedem Zeitpunkt
hat der Fahrer unter Anwendung seiner Vorgehensweisen die Möglichkeit,
die automatische Besandung durch Drücken des Druckknopfes (121)
oder (122) entsprechend dem eingesetzten Steuerstand aufzuheben.
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Der
pneumatische Besandungskreis sieht wie in 11 dargestellt
aus. In diesen sind ein proportionales Magnetventil (146)
und ein Druckfühler
(140) integriert.
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Die
durch die Einheit zum Erzeugen und Lagern von Luft (152)
erzeugte Druckluft durchläuft
nach ihrer Filterung (153) ein Absperrventil (154),
um anschließend
durch das proportionale Magnetventil (146) reguliert zu
werden und den Durchsatzverstärker
(15) über
ein Magnetventil (147) oder (148) entsprechend
der Laufrichtung der Antriebsmaschine zu beaufschlagen. Ein Rückschlagventil
(155) und ein Druckfühler
(140) sind zwischen dem proportionalen Magnetventil (146)
und den Magnetventilen (147) und (148) eingefügt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte
Ausführungsform
begrenzt; es ist Aufgabe des Fachmannes, sie entsprechend dem technischen
Gebiet, auf dem diese Erfindung zum Einsatz kommen wird, anzupassen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist insbesondere für
die Eisenbahnindustrie und genauer gesagt für die Zugmaschinen, einschließlich aller
Antriebsmaschinen, Fahrzeugen mit Eigenantrieb sowie Motortriebwagen,
aller Motorisierungsarten bestimmt. Diese Vorrichtung ist geeignet,
in den Aufbau aller Arten einer Antriebsmaschine integriert sowie
an die bestehenden Antriebsmaschinen angepaßt zu werden.
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Diese
Vorrichtung kann auch auf andere Bereiche der Industrie angewandt
werden, in denen es erforderlich ist, einen pneumatischen Unterdruck
zu kontrollieren, um verschiedene Elemente anzusaugen.
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ÜBERSETZUNG DES TEXTES IN DEN
ZEICHNUNGEN
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FIG.
1
| débit | Menge |
| vitesse | Geschwindigkeit |
FIG.
3
| détail figure
4 | Einzelheit
Figur 4 |
FIG.
7
| vue
suivant G | Ansicht
entlang G |
FIG.
9
| vue
suivant F | Ansicht
entlang F |
FIG.
10
| cabine
1 | Kabine
1 |
| cabine
2 | Kabine
2 |
| vers
couplage extérieur | zur
Außenkopplung |
FIG.
11
| détail figure
3 | Einzelheit
Figur 3 |
| bogie
1 | Drehgestell
1 |
| bogie
2 | Drehgestell
2 |
FIG.
12
| débit | Menge |
| distance | Strecke |