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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbringung
von Schmiermittel auf ein Eisenbahngleis. Die Erfindung betrifft
ferner ein Eisenbahngleis-Schmiermittelsystem und ein Verfahren
zur Aufbringung von Schmiermittel auf ein Eisenbahngleis.
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Die
durch den Eisenbahnverkehr resultierende Geräuschentwicklung erhöht sich
als Ergebnis der ständig
zunehmenden Achsbelastungen des modernen Eisenbahnverkehrs, des
höheren
Benutzungsgrades von Schienennetzen, insbesondere in dicht bevölkerten
Gebieten, in denen die Benutzung des Eisenbahntransports als Alternative
zur Beförderung auf
der Straße
gefördert
wird, und als Ergebnis höherer
Fahrgeschwindigkeiten, wie im Fall von Hochgeschwindigkeitsstrecken.
Insbesondere für
Leute, die in der Nähe
des Schienenweges leben, wird eine solch hohe Geräuschemission
als sehr unangenehm wahrgenommen.
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Die
vom Eisenbahnverkehr verursachten Geräusche entstammen einer Anzahl
von unterschiedlichen Geräuschquellen.
Das Radschienensystem verursacht zum Beispiel dynamische Kräfte, die
Niederfrequenzvibrationen und Hochfrequenzgeräusche erzeugen. Die durch die
Luft übertragenen Geräusche bestehen
hauptsächlich
aus Motorengeräuschen
(Geräusche,
die von dem Motor der Lokomotive verursacht werden), Rollgeräuschen (Geräusche, die
durch das Rollen der Räder über die
Schienen verursacht werden), Kurvenpfeifgeräuschen (Geräusche, die in den Krümmungen
der Schiene auftreten) und Bremsgeräuschen (Geräusche, die beim Bremsen verursacht
werden). Aerodynamische Geräusche
können
darüberhinaus
bei sehr hohen Geschwindigkeiten ein Faktor sein.
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Kurvenpfeifgeräusche treten
an den Stellen auf, an denen die Schienen einen gebogenen Weg, wie
in einer Krümmung
oder in einer Weiche, definieren. Übermäßige Kurvenpfeifgeräusche treten
im Allgemeinen in Kurven mit einem Radius von weniger als 500 Metern
auf. Diese Kurvenpfeifgeräusche
sind in einem solchen gebogenen Weg das Ergebnis des Unterschiedes
hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit des inneren Rades und der Drehgeschwindigkeit
des äußeren Rades.
Eine weitere schädliche
Wirkung ist Abnutzung der Schienen und der Räder des Schienenfahrzeugs.
Um die Kurvenpfeifgeräusche
zu verringern, die von einem vorbeifahrenden Schienenfahrzeug verursacht
werden, sind stationäre
Eisenbahngleis-Schmierungssysteme
bekannt, mit denen die Reibung zwischen dem äußeren Schienenrad und dem äußeren Strang
(d. h. die Schiene auf der äußeren Seite
der Kurve) verringert werden kann, wobei die Traktion und die Bremsleistung
praktisch nicht nachteilig beeinflusst werden. Infolgedessen wird
die Lebensdauer der Schiene verlängert
und die Geräuschemission
des vorbeifahrenden Schienenfahrzeugs wird verringert.
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Bei
einem bekannten stationären
Eisenbahngleis-Schmierungssystem
ist entlang der Schiene eine verlängerte Platte geordnet, in
der verschiedene Schmierfett-Öffnungen
vorhanden sind. Das Schmiermittel wird auf die Seite der äußeren Schiene (äußerer Strang)
aufgebracht, wenn sich ein Schienenfahrzeug nähert. Allerdings gibt das bekannte System
eine ungenaue Menge an Schmiermittel ab. Wenn zu wenig Schmiermittel
aufgebracht wird, funktioniert das System nicht zufrieden stellend
und die hohen Geräuschemissionen
werden so nicht oder kaum verringert. Wenn zu viel Schmiermittel
aufgebracht wird, kann dies eine Zunahme des Bremsweges und eine
verringerte Traktion ergeben. Dies bedeutet außerdem, dass eine unnötigerweise
große Menge überschüssigen Schmiermittels
in die Umwelt eindringt, was schädliche
Effekte haben kann. Dies bedeutet auch, dass entweder ein großer Vorrat
an Schmiermittel vorhanden sein muss oder dass der Vorrat an Schmiermittel
in verhältnismäßig kurzen Abständen nachgefüllt werden
müssen.
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Weitere
Beispiele von Systemen, bei denen Schmiermittel auf die Seite einer
Schiene eines Eisenbahngleises, insbesondere auf die Seite des äußeren Strangs
eines Eisenbahngleises, zur Schmierung der Flansche der Räder gesprüht wird,
sind in
EP 0 787 638
A2 ,
US
2004/011593 A und
DE
41 41 049 A1 beschrieben.
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Aus
dem Dokument
US
2004/0031647 A1 ist ein Schmierungssystem bekannt, das
mit einer Anzahl von stationären
Düsen versehen
ist, mit denen Schmiermittel auf eine Schiene gesprüht werden können. Das
bekannte System umfasst einen Vibrationssensor, auf dessen Basis
das Herannahen eines Zugs detektiert wird. Die Düsen sprühen einen ersten Typ von Schmiermittel
auf die Seitenfläche
der Schiene und ein zweiter Typ von Schmiermittel mit einer Zusammensetzung,
die sich von der des ersten Typs unterscheidet, auf die Oberseite
der Schiene. Das erste Schmiermittel wird auf die Seitenfläche einer äußeren Schiene
(äußerer Strang)
gesprüht,
um die Schiene vor Abnutzung zu schützen, die aus den Spurkränzen der
Lokomotiven resultiert, während das
zweite Schmiermittel auf die Schiene gesprüht wird, nachdem die Lokomotive
vorbeigefahren ist, um die Abnutzung zu verringern, die durch die
Räder der
Fahrwerke verursacht wird. Das bekannte System liefert jedoch einen
unzulänglichen
Grad der Verringerung der Kurvenpfeifgeräusche, die durch einen vorbeifahrenden
Zug verursacht werden.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung
und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen die oben genannten
Nachteile verhindert werden und mit denen eine weitere Verringerung
der Geräusche
erzielt werden kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dies durch eine Vorrichtung
nach Anspruch 1 erreicht.
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Es
ist herausgefunden worden, dass ein bedeutender Teil der Kurvenpfeifgeräusche von
einem so genannten „Ruckgleiten" der Laufflächen des Schienerades
stammen kann, während
es durch die Biegungen fährt.
Das durch die äußere Biegung
fahrende Rad wird durch den Kontakt herstellenden Spurkranz in eine
kontinuierliche Bewegung in entgegengesetzter Richtung gezwungen.
Das innere Rad auf der inneren Seite der Kurve wird jedoch nicht
dieser erzwungenen Radführung
unterworfen. Infolge der Reibungskräfte und einer reibungsabhängigen Beanspruchung
zwischen Rad und Schiene dreht sich das innere Rad während der
Vorwärtsbewegung des
Schienenfahrzeugs weniger schnell. Dieses Gleiten des inneren Rades
wird auch als Ruckgleit-Effekt bezeichnet. In bekannten Systemen
wird das Schmiermittel auf die Seitenfläche des äußeren Stranges der Schiene
aufgebracht. Obgleich das Kurvenpfeifgeräusch, das von dem gegen den äußeren Strang
drückenden
Flansch resultiert, in der Tat hierbei verringert wird, wird das
Geräusch,
das durch das innere Rad als Ergebnis des Ruckgleit-Effekts erzeugt
wird, hierbei jedoch nicht verringert. Durch Aufbringung des Schmiermittels
auf die Lauffläche
der Schiene gemäß der Erfindung,
d. h. auf die Oberseite der Schiene, und darüberhinaus durch Durchführen dieses
in einer genauen Dosierung kann der Ruckgleit-Effekt stark verringert
oder sogar insgesamt vermieden werden. Dies führt zu einer beträchtlichen Verringerung
der Geräuschemission,
einer verringerten Abnutzung der Schienen und dadurch zumindest zu
einer dreifachen Zunahme ihrer Lebensdauer, einer verringerten Abnutzung
an den Rädern,
im Fall von Zügen
sowohl der Lokomotiven als auch der Wagen, und einem verringerten
Radwiderstand.
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Es
ist ferner herausgefunden worden, dass, mit einer exakten Dosierung
von durchschnittlich zwischen 0,01 g und 0,1 g an Schmiermittel
pro Schienenfahrzeugachse auf die Schiene ein überraschend gutes Resultat
erreicht werden kann. Umfangreiche Tests haben zum Beispiel gezeigt,
dass bei einer solchen Dosierung in Schienenkurven eine Verringerung
der Geräuschemission
von zwischen 7 und 16 dB(A) erzielt werden kann, was in den meisten
Fällen vollständig die
Geräuschbeeinträchtigung
für diejenigen
entfernt, die in der näheren
Umgebung leben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
der Sprühkopf
der Vorrichtung mehrere Düsen,
zum Beispiel zwei oder mehrere Düsen,
zum Sprühen
des Schmiermittels in unterschiedliche (zwei) Richtungen auf unterschiedliche
Stellen auf der oberen Schienenfläche (Lauffläche). Es wurde herausgefunden,
dass außergewöhnlich gute
Resultate erzeugt werden, wenn vier Düsen zum Sprühen des Schmiermittels in vier
unterschiedliche Richtungen verwendet werden. Vier „Tröpfchen" an Schmiermittel
kommen hierbei auf exakt der genauen Stelle auf der Schiene zu liegen.
Das Schmiermittel wird hier vorzugsweise auf die Mitte der Lauffläche aufgebracht.
Diese Maßnahme
stellt eine sehr einheitliche bzw. konstante und exakte Aufbringung
des Schmiermittels auf die Schiene sicher, wobei die Geräuschemission,
ohne hierbei eine schädliche
Wirkung auf die Traktion und den Bremsweg des Schienenfahrzeugs
zu haben, verringert wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Sprühmittelbehälter:
- – ein
Sprühmittelgehäuse;
- – einen
in dem Gehäuse
verschiebbaren Kolben;
- – einen
an den Sprühkopf
anschließbaren Schmiermittelauslass;
wobei
Schmiermittel zwischen dem Kolben und dem Schmiermittelauslass angeordnet
werden kann und der Kolben zum Zweck der Beförderung des Schmiermittels
längs des
Schmiermittelauslasses zu dem Sprühkopf unter dem Einfluss des
Kolbens antreibbar ist. Ein solcher Sprühmittelbehälter ist strukturell sehr einfach
und effektiv. Diese Konstruktion ist außerdem nicht von externen Energiequellen,
wie in Form von Hauptelektrizität,
abhängig.
Schließlich
ist diese Ausführungsform
so gut wie unempfindlich gegenüber
externen elektromagnetischen Feldern, die als Ergebnis der hohen
Spannungen (bis zu 25 KV steigend) in der (Ober-)Leitung der Eisenbahn
auftreten können.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung einen Kolben, der mit einem Elektromotor
antreibbar ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Gehäuse jedoch
mit einer Fluidzuführöffnung zur
Zuführung
eines Fluids, mit dem der Kolben angetrieben wird, versehen. Das
Fluid kann eine Flüssigkeit
sein, es ist aber vorzugsweise ein Gas, wie Stickstoff, das in einer
Standardstickstoffflasche gespeichert ist. Die Vorrichtung umfasst
vorzugsweise einen Fluidbehälter,
in dem die Flüssigkeit
unter hohem Druck gespeichert ist. Das Fluid steht unter einem hohen
Druck, so dass der Kolben dadurch in das Sprühmittelgehäuse getrieben wird. Diese letzte
Konstruktion ist extrem einfach und gegen Störungen gering empfindlich.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse,
in dem der Sprühkopf
angeordnet ist, wobei das Gehäuse
mit Höhenjustiermitteln
zur Änderung
der Höhe
des Sprühkopfes
relativ zu der Schiene versehen ist. Die Höhenjustiermittel ermöglichen
eine genaue Positionierung des Sprühkopfs relativ zu der Schiene,
so dass das Schmiermittel exakt an vorbestimmten Stellen auf der
Oberseite der Schiene zum liegen kommt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse,
in dem ein Vibrationssensor angeordnet ist. Das Gehäuse kann
hierbei starr auf direkte oder indirekte Weise mit der relevanten
Schiene verbunden sein, so dass Vibrationen in der Schiene über die
Verbindung und das Gehäuse
zu dem Vibrationssensor übertragen
werden. Der Vibrationssensor bleibt folglich durch das Gehäuse geschützt, wodurch
die Robustheit der Vorrichtung erhöht wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung einen Sprühmittelbehälter, der austauschbar in dem
Gehäuse
angeordnet ist, um die Wartung der Einrichtung zu vereinfachen.
Wenn der Vorrat an Schmiermittel fast verbraucht ist, kann der Vorrat
hierbei ferner auf effiziente Weise ohne zu viele Vorgänge aufgefüllt werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung einen Temperatursensor, der mit den Steuerungsmitteln
verbunden ist und der ein für
die Umgebungstemperatur charakteristisches Temperatursignal erzeugt,
wobei die Steuerungsmittel eingerichtet sind, um die Schiene nur
bei einer Temperatur oberhalb einer im Voraus abgespeicherten Mindesttemperatur
zu schmieren. Bei niedrigeren Temperaturen ist es ratsam, kein Schmiermittel
aufzubringen. Wenn zum Beispiel die Schiene mit Schnee oder in einem
Fall mit Eis bedeckt ist, bleibt das Schmiermittel in vielen Fällen nicht
auf der Oberseite der Schiene liegen, was zu einer Verunreinigung
der Umwelt führen
kann.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung
eine Sprüheinheit, mit
der eine vorbestimmte Schmiermitteldosierung zwischen 0,02 und 0,06
g pro m2 Schiene und vorzugsweise zwischen
0,03 und 0,04 g pro m2 Schiene abgegeben
werden kann. Die Mengen des auf den inneren sowie den äußeren Strang
aufgebrachten Schmiermittels sind hierbei sehr gering. Außerdem wird
im Allgemeinen weniger als die Hälfte
der Menge an Schmiermittel für
den äußeren Strang
zur Schmierung des inneren Strangs benötigt.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform umfasst
eine Einrichtung, wobei die Steuerungsmittel eingerichtet sind,
um, auf Basis des von dem Vibrationssensors empfangenen Signals,
die Anzahl der am Sprühkopf
vorbeigefahrenen Achsen zu bestimmen, und um, wenn eine vorgegebene
Anzahl von Achsen vorbeigefahren ist, durch die Sprüheinheit das
Schmiermittel jeweils in der vorbestimmten Schmiermitteldosierung
aufzubringen.
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Gemäß eines
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System vorgesehen, das zusätzlich zu
der vorstehend genannten Vorrichtung eine innere Schiene und eine äußere Schiene
eines in der Form einer Kurve umfasst, wobei die Vorrichtung nahe
der inneren Schiene zum Zweck der Aufbringung von Schmiermittel
auf die Oberseite der inneren Schiene angeordnet ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
das System eine zweite Vorrichtung, die nahe der äußeren Schiene
angeordnet ist, um auch Schmiermittel im Wesentlichen auf die Seitenfläche der äußeren Schiene
aufzubringen.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform umfasst
ein System, bei dem die Schienen einen Teil einer Weiche bilden,
die zwischen einer Geradeaus-Stellung und einer Abbiege-Stellung einstellbar ist,
ein Detektor bereitgestellt ist, mit dem die Stellung und/oder die
Bewegung des bewegbaren Schenkels der Weiche detektiert werden kann/können, und
die Steuerungsmittel eingerichtet sind, um die Schienen nur dann zu
schmieren, wenn sich die Weiche in der Abbiege-Stellung befindet.
Eine Schmierung der Weiche in der Geradeaus-Stellung ist demnach nicht notwendig
und würde
zu einer unnötigen
Belastung der Umwelt führen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst der Behälter
ein zylindrisches Gehäuse,
einen in dem Gehäuse
verschiebbaren Kolben, einen Schmiermittelauslass, über den
das Schmiermittel unter dem Einfluss des Kolbens ausgestoßen werden
kann, und eine Fluidzuführung
zur Zuführung
eines Fluids, mit dem der Kolben verschoben werden kann, wobei das Schmiermittel
in dem Gehäuse
angeordnet ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 16
vorgesehen:
- – Bereitstellen einer stationären Sprüheinheit
zum benachbarten Anordnen an einer Schiene;
- – Detektieren
der in der Schiene von einem Schienenfahrzeug erzeugten Vibrationen;
- – Erzeugen
eines für
ein Schienenfahrzeug charakteristischen Signals;
- – Sprühen von
Schmiermittel mit der Sprüheinheit in
einer vorbestimmten Schmiermitteldosierung auf die Oberseite der
Schiene auf Basis des Signals des Vibrationssensors.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden
auf Basis der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen
davon erklärt.
In der Beschreibung wird Bezug auf die Figuren genommen, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2a eine
perspektivische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2b eine
perspektivische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3 und 4 Schnittansichten
durch eine innere Schiene bi bzw. eine äußere Schiene
bu zeigen;
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5 eine
perspektivische Ansicht des Steuerungsgehäuses der Ausführungsform
aus 1 zeigt;
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6 eine
detaillierte, perspektivische Vorderansicht des Sprühkopfgehäuses der
Ausführungsform
aus 1 oder 2 in montierter
Position zeigt;
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7 eine
detaillierte, perspektivische Rückansicht
des Sprühkopfgehäuses aus 6 in geöffneter
Position zeigt;
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8 ein
schematisches Diagramm zeigt, in dem der Betrieb des Systems weiter
fortgesetzt wird; und
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9 eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
gemäß der Erfindung
zeigt, die an einem inneren Strang einer Weiche angewendet wird.
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
des Schienensystems 1 gemäß der Erfindung. Die Schienen
sind zur Beförderung
von Schienenfahrzeugen, einschließlich u. a. U-Bahn-Schienenfahrzeugen,
Zügen,
Straßenbahnen
und ähnlichen Fahrzeugen
zur Beförderung
mittels Schienen, verwendbar. Der Ausdruck „Schienenweg" wird folglich als
Schienen verstanden, die zur Beförderung
von U-Bahn-Schienenfahrzeugen, Zügen,
Straßenbahnen
und ähnlichen
Fahrzeugen bestimmt sind. Ein System 1 umfasst ein erstes
Steuerungsstahlgehäuse 2,
das mit einer wasserdichten und schließbaren Tür versehen ist. Dieses kann
vertikal oder horizontal auf dem Erdboden mittels eines Pfostens 3 oder
an einer Wand angeordnet werden. Im Gehäuse ist ein Vorrat an Schmiermittel
untergebracht, das über
ein Kunststoffrohr 4 befördert werden kann, das vom Steuerungsgehäuse 2 zu
einem Sprühkopfgehäuse 5 verläuft, das
auf der inneren Schiene bi mittels eines
Klemmelements 6 angeordnet ist. Das Rohr 4 umfasst
ein Schmiermittelrohr, entlang dem das Schmiermittel befördert wird,
ein Treibmittel-Gasrohr, ein elektrisches Kabel, das zu einem im
Gehäuse 5 vorgesehenen
Magnetventil verläuft,
und ein Koaxialkabel, das zu einem Vibrationssensor verläuft, wie nachstehend
dargelegt wird.
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Mittels
des Klemmelements 6 wird das Sprühkopfgehäuse 5 starr mit der
Schiene verbunden, so dass Vibrationen in der Schiene zu dem Gehäuse 5 und
zu dem in dem Gehäuse 5 angeordneten
Vibrationssensor übertragen
werden. Andere starre Verbindungen sind allerdings auch möglich, zum
Beispiel bei Ausführungsformen,
bei denen das Gehäuse 5 an
einer Eisenbahnschwelle 1 des Schienenwegs befestigt ist.
Das Gehäuse 5 ist
zwischen dem äußeren Strang
bu und dem inneren Strang bi des
Schienenwegs angeordnet, und dies derart, dass eine in dem Gehäuse vorgesehene
Düse 26 auf
die innere Schiene bi gerichtet ist. Mittels
der Düse 26 kann
eine genaue Dosierung an Schmiermittel in einem Zeitpunkt auf die
innere Schiene bi auf die nachstehend beschriebene
Weise aufgebracht werden.
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2a zeigt
eine alternative Ausführungsform,
bei der das System 1 mit einem zweiten System zur Schmierung
der äußeren Schiene
erweitert ist. Das zweite System umfasst ein Gehäuse 15, das mit einem
Sprühkopf
versehen ist und mit dem die äußere Schiene
bu geschmiert werden können. In der in 2b gezeigten
Ausführungsform
wird der äußere Strang
mit dem gleichen Schmiermittel wie der innere Strang geschmiert.
In den meisten Fällen
wird es allerdings empfohlen, ein Schmiermittel für den äußeren Strang
zu verwenden, das sich von dem für
den inneren Strang unterscheidet. In diesen Fällen kann das System die in 2a gezeigte
Ausführungsform aufweisen,
bei der der innere Strang und der äußere Strang jeweils mit ihrem
eigenen Schmiermittelsystem versehen sind.
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Um
eine optimale Verringerung des Lärms erzielen
zu können
ist es wichtig, das Schmiermittel für den inneren sowie für den äußeren Strang
präzise auf
die Stellen aufzubringen, an denen der Spurkranz mit der entsprechenden
Schiene bi, bu in
Kontakt tritt. Als Folge einer Sinuskurve der Radsätze sind
diese in Verbindung tretenden Stellen für den inneren und den äußeren Strang
verschieden und müssen
für jeden
Fall separat bestimmt werden.
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In
der in 2b gezeigten Situation unterscheidet
sich die Position zur Aufbringung von Schmiermittel am inneren Strang
bi von der Position zur Aufbringung von
Schmiermittel am äußeren Strang
bu. Die Schmierungsposition für den inneren Strang
befindet sich in der Nähe
des Endpunktes, an dem ein Kontakt vor der Kurve hergestellt wird,
und folglich in einem kurzen Abstand vor dem Beginn der Kurve (wobei
die Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs in der Figur mit P angezeigt
wird), während sich
die optimale Schmierungsposition für den äußeren Strang in der Kurve befindet.
Der Einfachheit halber sind die in der Figur dargestellten Schmierungspositionen
ziemlich nahe beieinander liegend gezeichnet. Der gewählte Abstand
zwischen den zwei Schmierungspositionen ist in der Praxis normalerweise
größer.
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Der
Teil der Schiene, an dem die Schmiermittel aufgebracht werden müssen, unterscheidet
sich auch für
den inneren und den äußeren Strang.
Um den Ruck-Gleit-Effekt an dem inneren Strang bi zu
reduzieren, muss das Schmiermittel auf die Oberseite oder die Lauffläche der
Schiene bi aufgebracht werden. Dies ist
im Schnittbild von 3 gezeigt. Die Schiene bi umfasst einen Fuß 16, einen Schienenkopf 18 und
dazwischen einen Verbindungsabschnitt 17. Der Schienenkopf 18 weist
eine senkrechte Innenfläche 20 und
eine obere Fläche
oder Lauffläche 19 auf.
Das Schmiermittel (s) wird auf die obere Fläche 19 der Schiene
bi mittels der Düse aufgebracht, die nachstehend
beschrieben werden wird.
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Wie
vorstehend angeführt
muss das Schmiermittel auf die obere Seite (den Radius) des Schienenkopfes
für eine
optimale Schmierung des inneren Stranges bi sehr
sorgfältig
aufgebracht werden. In diesem Fall wird das Schmiermittel in der
effektivsten Weise durch den Spurkranz des Rades und links auf der
Kontaktfläche
entlang der Schiene befördert.
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Für eine optimale
Lärmminderung
an der Position des äußeren Stranges
bu muss das Schmiermittel (s) allerdings
an der Position des Überganges 22 zwischen
vertikaler Fläche 20 und
der im wesentlichen horizontalen Lauffläche 19 der Schiene
aufgebracht werden. Das Schmiermittel wird hierbei durch den Spurkranz
des Rades und links auf den Kontaktflächen des Rades entlang der
Schiene befördert. Diese
Situation ist im Schnittbild von 4 gezeigt. Durch
Aufbringung des Schmiermittels auf den äußeren Strang bu kommt
auf diese Weise ein dünner
Film von Schmiermittel auf dem senkrechten Teil 20 sowie dem
liegenden Teil 19 der Schiene zum liegen, welches zumindest
für den äußeren Strang
eine optimale Schmierung erzielt.
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Es
sei ferner angemerkt, dass die Verwendung unterschiedlicher Schmiermittel
zur Schmierung des inneren Stranges bi und
des äußeren Stranges
bu empfohlen wird. Zur Schmierung des äußeren Stranges
wird ein Schmiermittel wie Schmierfett verwendet, mit dem die Schiene
hauptsächlich
schmieriger gemacht wird, während
für den
inneren Strang ein Schmiermittel verwendet wird, das (praktisch)
keine nachteilige Wirkung auf die Traktion und die Bremsleistung
des Schienenfahrzeugs hat. Ein solches Schmiermittel wird auf diesem
Gebiet als Reibungswandler bezeichnet.
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6 zeigt
ein Sprühkopfgehäuse 5,
das mittels der oben genannten Klemmeinrichtung 6 an dem
Fuß 16 einer
Schiene befestigt werden kann. Die Klemme umfasst eine Halterung 30,
in der zwei Öffnungen
(nicht gezeigt) ausgebildet sind. Solche Öffnungen sind ebenfalls in
zwei Klemmteilen 31 ausgebildet, die mit Vorsprüngen 32 versehen
sind, so dass eine Kante 34 der Schiene, die am Fuß 16 vorgesehen
ist, darunter festgeklemmt werden kann. Das Festklemmen erfolgt
mit einem Schraubenbolzen 33. Auf der inneren Seite der
Schiene bi, bu ist ferner
ein Schmiermittelbehälter 28 am
Sprühkopfgehäuse 5 mittels
Schrauben 29 vorgesehen. Der Behälter 28 sammelt überschüssiges Schmiermittel
und verhindert, dass es in die Umgebung (den Erdboden) eindringt.
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Die
gezeigte starre Kopplung von Sprühkopfgehäuse 5 an
der Schiene stellt sicher, dass, wie oben angeführt, die in der Schiene von
einem sich nähernden
Schienenfahrzeug verursachten Vibrationen sicher direkt über die
Halterung 30 zu dem Gehäuse 5 und
dem piezoelektrischen Vibrationssensor 45, der im Gehäuse angeordnet
ist, übertragen
werden.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt ist,
sind das Steuerungsgehäuse 2 und
das Sprühkopfgehäuse 5 für den Fall,
dass nur der innere Strang geschmiert wird, mittels eines Schlauchs 4 oder
für den
Fall, dass der innere sowie der äußere Strang
geschmiert werden, mittels Schläuche 4, 8 miteinander
verbunden. Im Fall der Schmierung des äußeren Stranges ist eine Verteilereinrichtung 7 vorgesehen,
mit der eine Menge an Schmiermittel, das vom Gehäuse zugeführt wird, über den verbleibenden Teil
von Schlauch 4 oder von Schlauch 8 verteilt werden kann.
Wie oben beschrieben worden ist, befindet sich in den Schläuchen 4, 8 ein
Schmiermittelschlauch, mit dem Schmiermittel geführt werden kann, ein Treibmittel-Gasschlauch
(häufig
ein Stickstoffschlauch), mit dem ein Treibmittel-Gas unter hohem Druck
zugeführt
werden kann, ein elektrisches Kabel zur Energieversorgung des Dreiwege-Magnetventils 43 (7)
und ein elektrisches Kabel zum Vibrationssensor 45.
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In
der Ausführungsform,
die in 5 gezeigt ist, ist in dem Gehäuse 2 ein austauschbarer Schmiermittelzylinder 46,
ein austauschbarer Stickstoff-Gaszylinder 47, eine Steuerungseinheit 48,
eine Energieversorgung in Form einer (vorzugsweise 9 V alkalischen)
Batterie 49 und ein Druckentlastungsventil 50 angeordnet.
Eine Sprühpistole 40,
ein Magnetventil 43 und ein Vibrationssensor 45 sind
in dem Sprühkopfgehäuse 5 (und 15)
angeordnet. Die Sprühpistole
ist an den oben genannten Schlauch 4, 8 angeschlossen,
wobei das Schmiermittel vom Schmierfettzylinder 46 zur
Pistole 40 über
ein Rohr 51 geführt
wird. Die Pistole 40 kann gemessene Mengen des Schmiermittels über das
Rohr 42 zu der Düse 26 auf
eine Art befördern,
die nachstehend beschrieben wird. Der Betrieb der Sprühpistole
findet unter der Wirkung des Stickstoff-Gases statt, das über den
Schlauch 4, 8 und das Rohr 41, 42 zugeführt wird.
Unter der Wirkung des Stickstoff-Gases kann
das zugeführte
Schmiermittel die Düse 26 mit einer
großen
Energie über
das Rohr 43 verlassen.
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Der
Betrieb des Systems wird mit Bezug auf das schematische Diagramm
von 8 erklärt.
Der Druck des Stickstoff-Gases im Stickstoff-Gaszylinder 47 wird über ein
Druckentlastungsventil 61 und ein Rückschlagventil 54 und über eine
Gas-Zufuhr-Öffnungen 58 im
Schmierfettzylinder 46 auf einen in dem Schmierfettzylinder 46 verschiebbaren
Kolben 53 übertragen.
Resultierend aus dem Gas-Druck des Stickstoff-Gases, das sich in der gezeichneten
Ausführungsform
auf der Oberseite des Schmierfettzylinders 46 befindet,
wobei der Gas-Druck über
den in Abwärtsrichtung
(P2) verschiebbaren Kolben 53 auf das
Schmiermittel (s) an der Unterseite des Schmierfettzylinders 46 übertragen
wird, wird das Schmiermittel über
den Schmiermittelauslass 49 im Schmierfettzylinder 46 und über die
Schläuche 4, 8 und 51 zu der
Sprühpistole 40 befördert. Über die
Verbindungsschläuche 4, 8, 51 übt das Schmiermittel
folglich einen konstanten Druck auf die Sprühpistole 40 aus.
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Der
Vibrationssensor 45, der in der in 6 gezeigten
Ausführungsform
fest an dem Sprühkopfgehäuse 5 angebracht
ist, detektiert die Vibrationen in der Schiene, die durch ein sich
näherndes
Schienenfahrzeug verursacht werden. Das Ausgangsignal des Vibrationssensors 45 wird über eine
Leitung 60 im Schlauch 4, 8 zu einer
im ersten Gehäuse 2 angeordneten
Zentralsteuerungseinheit 48 übertragen. In Abhängigkeit
von dem Signal, das von dem Vibrationssensor 45 erzeugt
wird, stellt die zentrale Verarbeitungseinheit 48 fest,
ob sich ein Schienenfahrzeug nähert
und ob eine Menge an Schmiermittel auf die relevante Schiene aufgebracht
werden muss.
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Die
Zentralsteuerungseinheit 48 aktiviert durch Betätigung eines
Dreiwegeventils 43 über
ein elektrisches Kabel 52 die Sprühpistole 40. Wenn
das Dreiwegeventil 43 geöffnet ist, strömt das Stickstoff-Gas über den
Stickstoff- Gaszylinder 47,
das Druckentlastungsventil 50 und die Gas-Zuführ-Rohre 41, 42 zu
der Sprühpistole 40.
Die Sprühpistole 40 umfasst
einen Kolben, der mittels des zugeführten Treibmittel-Gases verschoben
werden kann, wobei in diesem Fall das Stickstoff-Gas über das
Rohr 42 einströmt.
Beim Fehlen des Gas-Drucks wird der Kolben mittels einer Feder in
die Ausgangsposition zurückgebracht
(nicht gezeigt).
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Typischerweise
ist das Magnetventil 43 in jedem Fall für ungefähr 0,25 Sekunden geöffnet, um das
Schmiermittel über
das Rohr 61 und die Düse
auf die Außenseite 26 während der
Zeitdauer zu sprühen.
Jedes mal, wenn das Magnetventil 43 geöffnet ist, wird eine Dosierung
von ungefähr
0,2–0,4
g an Schmiermittel folglich in jedem Fall (insbesondere viermal
ein Tröpfchen
von 0,05 g bzw. von 0,1 g) ausgestoßen.
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Der
Sprühkopf 26 wird
hierbei relativ zu der Oberseite (dem Radius) der Schiene positioniert,
so dass das Schmiermittel (s) praktisch in der Mitte des Radius
zu liegen kommt, wie in den 3 und 5 gezeigt
ist. Wie in 6 gezeigt ist, ist der Sprühkopf 26 derart
ausgebildet, dass vier Strahlen an Schmiermittel in Richtung zu
der Schiene ausgestoßen
werden, so dass vier Tröpfchen
in einer Reihe praktisch in der Mitte der Oberseite der Schiene
(auf deren Längsachse)
positioniert werden, wodurch eine genaue Verteilung des Schmiermittels über die
Schiene sichergestellt ist.
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Die
Funktion des Druckentlastungsventils 61, das oben in Bezug
auf die Beschreibung von 8 erwähnt wurde, ist, den Gas-Druck
im Schmiermittelzylinder 46 und in der Sprühpistole 40 zu
regulieren. Ein erstes Manometer 61' zeigt den Gas-Druck im Zylinder 47 an.
Das andere Manometer 61'' zeigt den Druck
im Schmierfettzylinder 46 und in der Sprühpistole 40 an.
Die Druckminderung kann mit einer Einstellvorrichtung jetzt eingestellt
werden (nicht gezeigt). Es wird hierdurch möglich, den normalerweise sehr
hohen Druck innerhalb der Gasflasche (typischerweise ungefähr 200 bar)
auf einen Betriebsdruck zwischen 5 und 7 bar umzuwandeln.
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Höhenjustiermittel 70,
wie zum Beispiel in 7 gezeigt, sind vorgesehen,
um das Gehäuse 5 auf
genaue Weise relativ zu der Oberseite der Schiene zu positionieren.
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Der
Schmiermittelzylinder 46 ist vorzugsweise derart ausgebildet,
dass er einfach und schnell austauschbar und optional nachfüllbar ist.
Der Schmiermittelzylinder 46 ist zu diesem Zweck u. a. mit
einem Rückschlagventil 54 an
der Stickstoff-Zuführung 58 versehen,
so dass verhindert wird, dass Stickstoff aus dem Zylinder 46 heraus
strömt,
wenn die Verbindung zur Stickstoffflasche 47 freigegeben ist.
Der Betriebsdruck im Zylinder 46 beträgt ungefähr 7 bar mit einem Maximum
von 10 bar. Ungefähr
7 bis 10 kg an Schmiermittel können
im Schmiermittelzylinder 46 angeordnet werden, was unter
normalen Bedingungen ausreichend ist, das System für mehr als
ein Jahr in Betrieb zu halten, ohne dass dessen Wartung oder ein
Austausch des Schmiermittelzylinders notwendig ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist ein Temperatursensor 62, der über ein Kabel 63 an
der Steuerungseinheit 48 angeschlossen ist, im Gehäuse 2 oder
im Gehäuse 5 angeordnet.
Der Temperatursensor 62 erzeugt ein für die Außentemperatur repräsentatives
Temperatursignal und überträgt das Signal
an die Zentralsteuereinheit 48. Diese vergleicht die gemessene
Temperatur mit einem Mindestwert, der im Speicher der Einheit 48 vorgespeichert
ist. Wenn die gemessene Außentemperatur
niedriger als der Mindestwert ist (zum Beispiel –30°C), schaltet die Steuereinheit 48 das
System aus, da bei Temperaturen, die zu niedrig sind, die Schmierung
der Schienen eine ungenügende
Wirkung und/oder das Schmiermittel von der Schiene abgleiten kann,
was eine Verunreinigung der Umwelt bedeutet. Wenn sich die detektierte
Temperatur noch einmal über
die minimale Temperatur erhöht,
wird das System wieder eingeschaltet.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung ist in 9 gezeigt. In dieser Ausführungsform
wird das System an einer Weiche des Schienenwegs angewendet. Eine
Weiche weist im Grunde auch Schienen auf, die sich in einer Kurve
erstrecken, mit der Konsequenz, dass auch Kurvenpfeifgeräusche an
der Weiche auftreten können.
In der gezeigten Situation kommt das Schienenfahrzeug von der linken
Seite an und wird nach rechts in der gezeichneten Position der bewegbaren
Umschaltschenkel 72, 73 abbiegen. Die innere Schiene bi und die äußere Schiene bu bilden
hierbei eine Schienenkurve aus, wobei die gleichen Phänomene wie
hinsichtlich der in 1 und 2 diskutierten
Schienenkurve auftreten können.
Ein mit einem Sprühkopf versehenes
Gehäuse 5 ist
auf der Innenseite der inneren Schiene bi vorgesehen.
Bei jetzigem versehen des inneren Stranges bi mit
Schmiermittel, wenn sich das Schienenfahrzeug nähert, wird der oben erwähnte Ruckgleiteffekt,
der an solch einer Weiche folglich auch auftreten kann, vermieden.
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Es
ist offensichtlich, dass, wenn die Weiche geändert wird und das Schienenfahrzeug
folglich nicht abbiegt sondern weiter gerade aus fährt, keine Kurvenpfeifgeräusche erzeugt
werden und es folglich keine Weichenaufbringungsschmierung an den Schienen
gibt. Um zu verhindern, dass das System auch die Schienen bei Annäherung eines
geradeaus fahrenden Schienenfahrzeugs schmiert, ist ein Schenkelbewegungsdetektor 77 in
der gezeigten Ausführungsform
angeordnet. Der Detektor ist über ein
Kabel 76 an die Zentralsteuereinheit 48 angeschlossen.
In Abhängigkeit
von Stellung des Umschaltschenkels 73 und folglich des
Umschaltschenkels 72 stellt die Zentralsteuereinheit 48 fest,
ob das Schienenfahrzeug geradeaus fahren (Situation A) oder abbiegen
(Situation B) wird. In Situation A wird die Steuereinheit 48 verhindern,
dass Schmiermittel auf die Schienen aufgebracht wird, während in
Situation B dies der Fall ist. Es wird folglich verhindert, dass
Schmiermittel irrtümlich
auf die Schienen aufgebracht wird, was eine negative Auswirkung
auf die Umwelt bewirken kann.
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Die
Steuereinheit 48 kann auf Basis des von dem Vibrationssensor 45 erzeugten
Signals feststellen, wie viele Achsen das System passiert haben.
Die Steuereinheit 48 ist hierbei derart programmiert, dass jedes
mal, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Achsen, zum Beispiel 20 Achsen,
vorbei gefahren ist, eine einzelne Dosierung, vorzugsweise ungefähr 0,4 g
in der Gesamtmenge, in vier Tröpfchen
auf das Eisenbahngleis gesprüht
wird. Tests haben gezeigt, dass, wenn die Anzahl der Zeiten, zu
der eine Dosierung zugeführt
wird, erhöht
wird, während
die Dosierung selbst verringert wird, dies auch zu guten oder in
einigen Fällen
sogar besseren Ergebnissen führen kann.
Ein ähnlicher
Effekt kann hervorgebracht werden, wenn zum Beispiel im Falle einer
modifizierten Anzahl von Achsen, beispielsweise zehn Achsen, eine
Dosierung von 0,2 g zugeführt
wird (zum Beispiel in vier Tröpfchen
von 0,05 g). Der Vorteil hierbei ist, dass der Grad der Kontamination
aufgrund des in die Umwelt eindringenden Schmiermittels ferner verringert
wird.
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Die
oben angegebene Menge an Schmiermittel in Abhängigkeit von der Anzahl der
vorbeigefahrenen Achsen stellt eine optimales Gleichgewicht zwischen
einerseits der eingeschränkten
Schädigung
der Umwelt durch übermäßiges Schmiermittel und
andererseits die größte mögliche Lärmminderung
dar, während
Traktions- und Bremseigenschaften die selben bleiben.
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Es
ist offensichtlich, dass die ideale Menge pro Dosierung an abzugebendem
Schmiermittel ferner vom Radius der Schienenkurve abhängt. Im
Falle einer scharfen Kurve muss eine verhältnismäßig große Menge an Schmiermittel verwendet
werden, während
es im Falle einer sanften Kurve möglich ist, mit wenig Schmiermittel
auszukommen.
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Bezug
ist in der Beschreibung wiederholt auf das Schmiermittel als das
Material genommen worden, welches auf die Schienen aufgebracht wird,
um die gewünschten
Effekte wie eine Reduzierung der Geräuschemission und eine Begrenzung
des Verschleißes
an der Schiene und an den Radsätzen, hervorzubringen.
Es liegt innerhalb des Bereiches des Fachmanns, ein Schmiermittel
aufzufinden, das für
diesen Zweck geeignet ist. Beachtung muss hier der Tatsache beigemessen
werden, dass Schmiermittel keine negative Wirkung auf die Traktion
und die Bremsleistung des Schienenfahrzeugs als Ergebnis der Schmierung
haben können.
Das verwendete Schmiermittel zur Schmierung des inneren Stranges umfasst
folglich vorzugsweise auch einen Reibungswandler, zum Beispiel in
Form einer Aluminiumkomponente. Sehr feine Aluminium-Teilchen werden
solchen Schmiermitteln hinzugefügt,
um Traktions- und Bremsgleiten zu verhindern.
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Die
Erfindung ist nicht auf die bevorzugte Ausführungsform davon beschränkt, die
hierin beschrieben ist. Die ersuchten Rechte werden durch die folgenden
Ansprüche
definiert, wobei innerhalb des Anwendungsbereichs viele Modifikationen
ins Auge gefasst werden können.