EP3049302A1

EP3049302A1 - Sandungsvorrichtung und verfahren zum einblasen von sand in einen spalt zwischen einer schiene und einem rad eines schienenfahrzeugs

Info

Publication number: EP3049302A1
Application number: EP14772355.5A
Authority: EP
Inventors: Rainer Knoss
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2034-09-25
Also published as: WO2015044245A1; DE102013016143A1; EP3049302B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sandungsvorrichtung (102) zum Einblasen von Sand (110) in einen Spalt zwischen einer Schiene (106) und einem Rad (104) eines Schienenfahrzeugs (100), wobei die Sandungsvorrichtung (102) umfasst eine Düse (108), die ausgebildet ist, eine variable Sandmenge auszugeben sowie eine Einrichtung zum Einstellen (112) eines Ausblaswinkels (α) der Düse (108) an-sprechend auf eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (100), wobei der Ausblaswinkel (α) der Düse (108) aus einer Ebene von Rad (104) und Schiene (106) heraus beweglich einstellbar ist, um Sand (110) in den Spalt zwischen der Schiene (106) und dem Rad (104) einzublasen.

Description

Sandungsvorrichtung und Verfahren zum Einblasen von Sand in einen Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs

Beschreibung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sandungsvorrichtung zum Einblasen von Sand in einen Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs sowie auf ein entsprechendes Verfahren zum Einblasen von Sand in den Spalt.

Sandungsanlagen werden bei Schienenfahrzeugen eingesetzt, um den Haftwert zwischen Rad und Schiene zu verbessern. Dazu wird aus einem Sandbehälter über ein Rohr oder eine Gummitülle Sand vor das Rad auf die Schiene gestreut. Die Austrittsöffnung des Rohrs oder der Gummitülle, aus der der Sand auf die Schiene fällt, befindet sich einige Zentimeter vor dem Rad-Schienen-Eingriff. Luftverwirbelungen und quer zum Fahrzeug laufende Luftströme nehmen den Sand mit und verhindern, dass der ausgebrachte Sand auf der Schie- ne landet. Um den Haftwert zwischen Rad und Schiene mittels mehr Sand auf der Schiene zu verbessern, kann eine möglichst hohe Ausbringungsgeschwindigkeit verwendet werden. Der Sand wird über einen großen Luftstrom und dazu relativ kleiner Ausbring-Düse mit einer möglichst hohen Geschwindigkeit vor das Rad "geschossen". Die höhere Ausbringgeschwindigkeit verringert die seitliche Ablenkung. Die resultierende Geschwindigkeit setzt sich aus Ausbringgeschwindigkeit und Ablenkungsgeschwindigkeit zusammen. Der Anteil der Ablenkung bekommt in Folge der höheren Ausbringgeschwindigkeit weniger Einfluss. Der Sand landet in größeren Mengen auf der Schiene. Alternativ kann die Zielrichtung des ausgestreuten Sands verändert werden. So ist es eine Möglichkeit die Austrittsöffnung des Sandes in Richtung Fahrzeugmitte zu drehen, sodass der Sand erst in Kombination mit der Ablenkung durch die Querluft vor das Rad fällt. Es gibt einen Geschwindigkeitsbereich, bei dem der Sand optimal ausgebracht wird.

DE 600 26 290 T2 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung des Haftvermögens von Rädern eines Schienenfahrzeuges auf schienen durch Aufbringen von Sand zwischen Schie- ne und Rad. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Sandungsanlage und ein verbessertes Verfahren zum Einblasen von Sand in einen Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Einblasen von Sand in einen Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Einblasen von Sand in einen Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Durch eine variable Richtungseinstellung, insbesondere in Richtung der Fahrzeugmitte, kann eine Ablenkung durch von der Seite strömenden Wind kompensiert werden. Die quer zum Schienenfahrzeug laufenden Luftströme sind dabei proportional zur Fahrgeschwindigkeit, sodass die Richtungseinstellung abhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs gewählt werden kann,

Eine Sandungsvorrichtung zum Einblasen von Sand in einen Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs weist die folgenden Merkmale auf: eine Düse, die ausgebildet ist eine variable Sandmenge auszugeben; und eine Einrichtung zum Einstellen eines Ausblaswinkels der Düse ansprechend auf eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, wobei der Ausblaswinkel der Düse aus einer Ebene von Rad und Schiene heraus beweglich einstellbar ist, um Sand in den Spalt zwischen der Schiene und dem Rad einzublasen.

Ein Schienenfahrzeug kann eine Sandungsanlage aufweisen. Sandungsanlagen können in Schienenfahrzeugen eingesetzt werden, um die Haftreibung zwischen Rad und Schiene zu erhöhen. Eine Sandungsvorrichtung kann einen Teil einer Sandungsanlage darstellen. Dabei kann unter einer Düse eine Austrittsöffnung verstanden werden, beispielsweise von ei- nem Rohr. Alternativ kann eine Tülle darunter verstanden werden. Die Düse kann ausgebildet sein, einen Sand in eine Richtung auszugeben und/oder dass Sand durch die Düse in eine Richtung ausgeblasen werden kann. Unter Sand kann hier verallgemeinert ein Stoff verstanden werden, der die Haftreibung zwischen Rad und Schiene verbessert. Die Richtung, in die der Sand ausgegeben oder ausgeblasen wird, kann durch den Ausblaswinkel charakterisiert sein. Dabei kann der Ausblaswinkel als Winkel zwischen der Schiene und der Richtung, in die der Sand ausgegeben oder ausgeblasen wird, verstanden werden. In einer Ausführungsform kann der Ausblaswinkel in einer Ebene senkrecht zu der von Rad und Schiene aufgespannten Ebene beweglich einstellbar sein. Der Ausblaswinkel kann in Richtung der Fahrzeugmitte des Schienenfahrzeugs einstellbar sein, das heißt in Richtung einer Gleismitte.

Ferner kann in einer Ausführungsform die Düse ausgebildet sein, ein Steuersignal zu empfangen, um eine Größe einer Austrittsöffnung zu verändern, um eine abgegebene und/oder ausgeblasene Sandmenge zu beeinflussen. Das Steuersignal kann ansprechend auf die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs angepasst werden. Vorteilhaft kann die Sand- menge an die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs angepasst werden, um die Sandmenge pro Wegstrecke konstant zu halten.

In einer Ausführungsform kann die Sandungsvorrichtung einen Vorratsbehälter zur Bereitstellung von Sand aufweisen. Dabei kann die Düse über ein Verbindungsmittel mit dem Vorratsbehälter verbunden sein. Unter einem Vorratsbehälter kann ein Sandkasten verstanden werden. Der Vorratsbehälter kann ausgebildet sein, Sand über ein Verbindungsmittel wie beispielsweise ein Rohr oder einen Schlauch der Düse bereitzustellen. So kann die Verfügbarkeit der Sandungsvorrichtung verbessert werden. In einer Ausführungsform kann die Einrichtung zum Einstellen des Ausblaswinkels der Düse einen Schrittmotor aufweisen. Gleichzeitig oder alternativ kann die Einrichtung zum Einstellen des Ausblaswinkels der Düse einen elektrisch angesteuerten Linearmagnet, der gegen eine Feder wirkt, aufweisen. Günstig ist es auch, wenn in einer Ausführungsform die Einrichtung zum Einstellen des Ausblaswinkels eine pneumatische Versteileinrichtung, die ge- gen eine Feder wirkt, aufweist. Vorteilhaft kann eine robuste Versteileinrichtung geschaffen werden.

Ferner kann die Versteileinrichtung ausgebildet sein, mit einem eine auszubringende Sandmenge geschwindigkeitsabhängig steuernden Luftdruck angesteuert zu werden.

Wenn die Sandmenge über einen Luftdruck gesteuert wird, kann der Luftdruck geschwindigkeitsabhängig geregelt sein. Der geschwindigkeitsabhängige Luftdruck kann zum Ansteuern der pneumatischen Versteileinrichtung genutzt werden und somit kann auf ein zweites, unabhängiges Steuersignal verzichtet werden. So kann eine vorhandene Infrastruktur und/oder ein vorhandenes Steuersignal für die Sandungsvorrichtung genutzt werden. Dies bietet den Vorteil der Kostenersparnis und kann gleichzeitig ein robusteres System schaffen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Düse ausgebildet sein, dass eine Luftmenge geschwindigkeitsabhängig einbringbar ist, um eine Ausbringungsgeschwindigkeit des Sands zu steuern. Die Sandungsvorrichtung kann derart ausgebildet sein, dass ein Luftdruck und/oder eine Luftmenge die Sandmenge und/oder die Ausbringungsgeschwindigkeit des Sands steuert. Gleichzeitig oder kann mit dem Luftdruck auch der Ausblaswinkel der Einrichtung zum Einstellen eingestellt werden. Wenn die Sandmenge geschwindigkeitsabhängig über eine Luftmenge und/oder einen Luftdruck eingestellt wird, kann über einen entsprechenden Düsendurchmesser und/oder ein an der Sandungsvorrichtung einstellbares Verhältnis von sandfördernder und Sandfreier Luftmenge die Austrittsgeschwindigkeit geschwindigkeitsabhängig gesteuert werden. Ein Luftstrom ohne Sand kann beispielsweise über einen Bypass mit einem Sand fördernden Luftstrom vor der Düse vermischt werden.

Gemäß einer Ausführungsform variiert die Einrichtung zum Einstellen des Ausblaswinkels der Düse ansprechend auf ein Notsignal den Ausblaswinkel in einem vordefinierten Bereich. Die Düse kann ansprechend auf das Notsignal die Größe der Austrittsöffnung verändern, um die abgegebene und/oder ausgeblasene Sandmenge zu erhöhen. Unter einem Notsignal kann dabei eine Anforderung für eine Notbremsung verstanden werden. Unter einem Notsignal kann ein Signal verstanden werden, welches anzeigt, dass ein Haftwert zwischen Rad und Schiene einen vordefinierten Schwellwert unterschritten hat.

Vorteilhafterweise kann in einer Ausführungsform eine elektronische Steuerung zum Ansteuern der Sandungsvorrichtung in eine Bremssteuerungselektronik integriert werden. Dabei können die in der Bremssteuerungselektronik bereits vorhandenen Signale direkt einge- lesen werden, wie beispielsweise Geschwindigkeit oder Notbremse. Vorteilhaft brauchen in der Vorrichtung bereits vorhandene Signale nicht separat ermittelt oder übertragen werden. Im Falle einer Notbremse könnte dann beim Ermitteln von zu großem Schlupf durch die Gleitschutzelektronik das Sanden automatisch gestartet und wenn keine Schlupf besteht könnte das Sanden automatisch abgeschalten werden, um Sand zu sparen.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Ausbringwinkel der Sandungsanlage als Sandungsparameter in einem Bereich vergrößert und verkleinert werden und dabei die Sandmenge als Sandungsparameter erhöht werden, wenn ein bestimmter Haftwert eine vordefinierte Schwelle unterschreitet. So kann über die Einrichtung zum Einstellen eines Ausblas- Winkels während des Sandens das Sandrohr um den angesteuerten Zielwinkel schnell hin- und hergeschwenkt werden, um die Chance zu erhöhen, die Schiene zu treffen. Dabei kann die Sandmenge stark erhöht werden, um den Sandverlust durch nicht direktes Zielen, weil ein breiter Bereich gestreut wird, auszugleichen. Dies kann beispielsweise vorteilhaft als letzte Chance bei Notbremsungen sein, wenn beispielsweise der Haftwert einen extrem niedrigen Wert erreicht. Von Vorteil ist, wenn eine derartige Ausführungsform als Notmaß- nähme angesteuert werden kann.

Es wird ein Verfahren zum Einblasen von Sand in einen Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs vorgestellt. Dabei kann das Schienenfahrzeug eine Sandungsvorrichtung zum Einblasen von Sand in den Spalt zwischen der Schiene und dem Rad aufweisen. Die Sandungsvorrichtung kann eine Düse und eine Einrichtung zum Einstellen eines Ausblaswinkels der Düse ansprechend auf eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs umfassen. Dabei kann der Ausblaswinkel der Düse aus einer Ebene von Rad und Schiene heraus beweglich einstellbar sein. Um Sand in den Spalt zwischen der Schiene und dem Rad einzublasen, weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: einen Schritt des Einstellens des Ausblaswinkels der Düse ansprechend auf eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs; und einen Schritt des Ausblasen von bereitgestelltem Sand unter Verwendung der Düse, die in dem eingestellten Ausblaswinkel ausgerichtet ist, um Sand in den Spalt zwischen der Schiene und dem Rad einzublasen.

Ferner kann im Schritt des Einstellens der Ausblaswinkel ansprechend auf einen Luftdruck eingestellt werden. Dabei kann der Luftdruck ansprechend auf einen eine Sandmenge steuernden Luftdruck vor der Düse gesteuert werden. Vorteilhaft kann so auf ein zusätzliches Steuersignal oder Regelsignal verzichtet werden.

Günstig ist es auch, wenn das Verfahren einen Schritt des Überwachens des Ausblaswinkels aufweist. Dabei kann ein den Ausblaswinkel repräsentierendes Winkelüberwachungs- signal für eine Fahrzeugelektronik bereitgestellt werden. Das Winkelüberwachungssignal kann den eingestellten Ausblaswinkel der Düse repräsentieren. Beispielsweise kann in der Fahrzeugelektronik der Ausblaswinkel und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs überwacht werden und/oder korreliert werden. Ferner kann in einer Ausführungsform des Verfahrens im Schritt des Einstellens der Ausblaswinkel ansprechend auf das Winkelüberwachungssignal eingestellt werden. Eine Überwachung des Ausblaswinkels und bereitstellen des Winkelüberwachungssignals kann einen geschlossenen Regelkreis für das Einstellen des Ausblaswinkels schaffen. So kann ein Abweichen des eingestellten Ausblaswinkels der Düse von dem ansprechend auf die Geschwindigkeit einzustellenden Ausblaswinkel erkannt und korrigiert werden.

In einer Ausführungsform kann unter Verwendung einer Methode zur geschwindigkeitsabhängigen Zielausrichtung bei Sandungsanlagen die Zielrichtung anhand eines an einem Versuchszug gefundenen idealen geschwindigkeitsabhängigen Richtungskennfelds eingestellt werden und damit die Treffsicherheit des Sandstrahls erhöht werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit einer San- dungsvorrichtung in einer Seitenansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit einer Sandungsvorrichtung in einer Aufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung einer Sandungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbei- spiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 und 5 eine schematische Darstellung der Ausbringgeschwindigkeit einer Sandungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Sandungsvorrichtung mit einer pneuma- tischen Versteileinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Sandungsvorrichtung mit geschwindigkeitsabhängiger Austrittsgeschwindigkeit des Sands gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einblasen von Sand in einen

Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs 100 mit einer Sandungsvorrichtung 102 in einer Seitenansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Sandungsvorrichtung 102 ist in Fahrtrichtung vor einem Rad 104 des Schienenfahrzeugs 100 angeordnet. Das zumindest eine Rad 104 des Schienenfahrzeugs 100 ist zu einer Schiene 106 derart angeordnet, dass das Schienenfahrzeug 100 auf der Schiene 106 fährt. Die Sandungsvorrichtung 102 weist eine Düse 108 auf, die ausgebildet ist, Sand 1 10 in den Spalt zwischen dem Rad 104 und der Schiene 106 auszugeben oder zu blasen. Die Sandungsvorrichtung 102 ist verbunden mit einer Einrichtung zum Einstellen 1 12 eines Ausblaswinkels der Düse 108.

Die Düse 108 kann in einem Ausführungsbeispiel als ein Ausblasrohr ausgebildet sein. Alternativ kann die Düse 108 an einem Ende eines Ausblasrohrs angeordnet sein. So kann die Düse als eine Ausblasöffnung eines Ausblasrohrs ausgebildet sein. Alternativ kann die Düse 108 als eine Tülle ausgebildet sein. Die Düse 108 ist optional in einem Ausführungsbeispiel über ein Verbindungsmittel 1 14 mit einem Vorratsbehälter 1 16 verbunden. Bei dem Verbindungsmittel 1 14 kann es sich um das bereits beschriebene Ausblasrohr handeln.

Die in Fig. 1 gezeigte Sandungsvorrichtung 102 ist ausgebildet zum Einblasen von Sand 1 10 in den Spalt zwischen der Schiene 106 und dem Rad 104 des Schienenfahrzeugs 100. Dabei ist die Düse 108 der Sandungsvorrichtung 102 ausgebildet, eine variable Menge Sand auszugeben. Dabei ist der Ausblaswinkel des Sands aus der Düse mittels der Einrichtung zum Einstellen 1 12 einstellbar.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Düse 108 ausgebildet, ein Steuersignal zu empfangen und ansprechend auf das Steuersignal die Größe einer Austrittsöffnung der Düse 108 zu verändern. Durch die Größe der Austrittsöffnung wird die von der Sandungsvorrichtung abgegebene Sandmenge beeinflusst. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Schienenfahrzeugs mit einer Sandungsvorrichtung 102 in einer Aufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Rad 104 ist auf einer Schiene 106 angeordnet. Von dem Rad 104 und der Schiene 106 wird eine Ebene aufgespannt. In Fahrtrichtung vor dem Rad 104 ist eine Düse 108 einer Sandungsvorrichtung angeordnet. Bei der Sandungsvorrichtung und dem Rad kann es sich um Elemente eines in Fig. 1 gezeigten Schienenfahrzeugs 100 handeln. Das Rad 104 weist einen Spurkranz 218 auf, welcher in Richtung einer Fahrzeugmitte des Schienenfahrzeugs relativ zur Schiene 106 angeordnet ist. Die Düse 108 ist ausgebildet, Sand 1 10 unter einem Ausblaswinkel α auszugeben oder auszublasen. Die Düse 108 ist verbunden mit einer Einrichtung zum Einstellen 1 12 des Ausblaswinkels α der Düse 108. Als Ausblaswinkel a wird ein Winkel bezeichnet zwischen der Düse 108 oder der Austrittsrichtung 220 des Sandes 1 10 aus der Düse 108 und einer von dem Rad 104 und der Schiene 106 aufgespannten Ebene. Dabei ist der Ausblaswinkel α in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel in Bezug zu der aufgespannten Ebene in Richtung Fahrzeugmitte des Schienenfahrzeugs gerichtet.

In einem Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung zum Einstellen 1 12 des Ausblaswinkel α einen Schrittmotor auf, um den Ausblaswinkel α geschwindigkeitsabhängig einzustellen. In einem Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung zum Einstellen 1 12 des Ausblaswinkel α einen elektrisch angesteuerten Linearmagneten als Versteileinrichtung auf. Optional kann hier noch eine Feder auf die Einrichtung zum Einstellen 1 12 wirken, sodass der elektrisch angesteuerte Linearmagnet gegen die Feder wirkt.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Düse 108 ausgebildet, ein Steuersignal 222 zu emp- fangen, um eine Austrittsöffnung der Düse 108 in der Größe, insbesondere im Durchmesser oder Querschnittsfläche, zu verändern. Hierdurch kann die von der Düse 108 abgegebene Sandmenge verändert werden. Dabei kann das Steuersignal 222 geschwindigkeitsabhängig sein. Das Steuersignal 222 wird von einer Steuerelektronik bereitgestellt, wobei die Steuerelektronik in einem Ausführungsbeispiel ein Teil einer Fahrzeugelektronik 224 sein kann. In einem Ausführungsbeispiel weist die Sandungsvorrichtung 102 einen Winkelsensor 226 auf, der ein Winkelüberwachungssignal 228 bereitstellt.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Fahrzeugelektronik 224 ausgebildet, ein Einstellsignal 230 an die Einrichtung zum Einstellen 1 12 des Ausblaswinkels α auszugeben. In einem Ausführungsbeispiel ist das geschwindigkeitsbasierte Einstellsignal 230 ein Luftstrom oder ein Luftdruck und wird von einer entsprechenden Einrichtung bereitgestellt. In diesem Fall umfasst die Einrichtung zum Einstellen 1 12 des Ausblaswinkels α eine pneumatische Versteileinrichtung, die gegen eine Feder wirkt. So kann ein eine Sandmenge geschwindigkeitsabhängig steuernder Luftdruck die pneumatische Versteileinrichtung ansteuern. Dies ist auch in Fig. 6 mit gezeigt.

In einem Ausführungsbeispiel wird eine Luftmenge geschwindigkeitsabhängig in die Düse 108 oder das Verbindungsmittel 1 14 eingebracht, um eine Ausbringungsgeschwindigkeit des Sands zu steuern. Hierdurch kann ein Ort des Auftreffens des Sands auf die Schiene geschwindigkeitsabhängig beeinflusst werden.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung einer Sandungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird der von einer Düse 108 oder Ausblasrohr 108 in Richtung eines Rades 104 ausgeblasene Sand 1 10 von einer Luftströmung 332 zur Seite abgelenkt. Bei einem Schienenfahrzeug treten während der Fahrt im Bereich der Drehge- stelle und somit im Bereich des Rades 104 Luftverwirbelungen und eine quer zur Fahrtrichtung verlaufende Luftströmung 332 auf.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Sand 1 10 seitlich weggeblasen. Die dafür verantwortlichen Luftströmungen 332 hängen von der Geschwindigkeit des Schienenfahr- zeugs und beispielsweise den Windverhältnissen ab. Bei Stillstand oder geringer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs fällt der Sand 1 10 entsprechend der Austrittsöffnung direkt auf die Schiene, da im Stillstand kein Fahrtwind herrscht. Fährt der Zug schneller, entsteht vor dem Drehgestell ein Staudruck und die Luft wird daran gehindert, unter dem Zug durchzuströmen. Infolgedessen strömt die Luft vor dem Drehgestell nach außen, das heißt, es entsteht eine Luftströmung 332 direkt vor den Rädern 104, die den Sand 1 10 seitlich verweht. Somit kommt nur ein Teil des Sandes 1 10 auf die Schiene. Um den Verlust des Sandes 1 10 auszugleichen, kann die Menge des Sandes 1 10 erhöht werden.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Ausbringgeschwindigkeit einer Sandungs- Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Aus einer Düse 108 wird Sand in Richtung eines Rades 104 ausgeblasen, wobei ein Luftstrom von der Seite angenommen wird. Drei Geschwindigkeitsvektoren 434, 436, 438 repräsentieren eine Ausbringgeschwindigkeit 434 des Sandes, eine Ablenkgeschwindigkeit 436 sowie eine resultierende Geschwindigkeit 438 des Sandes. Der ausgeblasene Sand wird um den Winkel α abgelenkt von der Richtung, in die der Sand ausgeblasen wird. Um den Sand in einen Spalt zwischen dem Rad 104 und einer Schiene zu blasen, sollte die Richtung, in die der Sand ausgeblasen wird, um den Ausblaswinkel α entgegen der Richtung der Luftströmung korrigiert werden. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 4 zeigt die resultierende Geschwindigkeit 438 für eine geringe Ausbringgeschwindigkeit 434 im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 5, welches den gleichen Sachverhalt bei einer hierzu im Vergleich hohen Aus- bringgeschwindigkeit 434 darstellt.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Ausbringgeschwindigkeit einer Sandungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in Fig. 5 entspricht der Darstellung in Fig. 4, mit dem Unterschied, dass die Ausbringge- schwindigkeit 434 erhöht wurde, beispielsweise verdoppelt wurde. Bei im Vergleich zu Fig. 4 gleichbleibender Ablenkgeschwindigkeit 436 ergibt sich eine erhöhte resultierende Geschwindigkeit 438 und ein kleiner Winkel a.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen, dass ein Ausblasen des Sands in Richtung Fahrzeugmitte durch die Kombination der Ausbringgeschwindigkeit 434 mit der Luftströmung aufgrund von Staudruck, die zu einer Ablenkgeschwindigkeit 436 des Sands führt, den Sand unter bestimmten Bedingungen besser in den Spalt zwischen der Schiene und dem Rad blasen kann. Bei geringer Geschwindigkeit wird der Sand zu weit in Richtung Fahrzeugmitte gelenkt, bei mittlerer Geschwindigkeit in die richtige Position und bei hoher Geschwindigkeit zu weit nach au- ßen. So kann für einen Geschwindigkeitsbereich der Sand optimal ausgebracht werden.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Sandungsvorrichtung mit einer pneumatischen Versteileinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Sandungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine bereits in Fig. 2 be- schriebene Sandungsvorrichtung 102 handeln. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Düse 108 als ein Ausblasrohr 108 ausgeführt. Das Ausblasrohr 108 ist mit einem Lager 640 gelagert. Ein pneumatischer Druckzylinder 642 und eine Feder 644 sind mit dem Ausblasrohr verbunden und sind dazu ausgebildet, einen Ausblaswinkel des Ausblasrohrs einzustellen. Der pneumatische Druckzylinder 642 und die Feder 644 sind auf einer einer Aus- lassöffnung für Sand 1 10 im Bezug zu dem Lager 640 gegenüberliegenden Seite mit dem Ausblasrohr 108 verbunden. Die Feder 644 und der pneumatische Druckzylinder bilden eine Einrichtung zum Einstellen 1 12 des Ausblaswinkels des Ausblasrohrs 108, beziehungsweise eine Versteileinrichtung 1 12. Auf den ausgeblasenen Sand 1 10 wirkt eine Luftströmung 332, welche ein seitliches Verblasen des Sandes 1 10 bewirkt. Der Sand wird ent- sprechend abgelenkt und in Richtung eines Rades 104 geblasen. Somit wird die in Fig. 4 und Fig. 5 schematische Darstellung von Ausbringgeschwindigkeit, Ablenkgeschwindigkeit und resultierender Geschwindigkeit hier ohne Vektoren direkt mit einer Flugbahn für den Sand 1 10 dargestellt.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung zum Einstellen eines Ausblas- Winkels eine pneumatische Versteileinrichtung auf, welche einen pneumatischen Druckzylinder 642 und eine Feder 644 umfasst. Dabei ist das Ausblasrohr 108 mit einem Lager gelagert. So ist der Winkel des Ausblasrohrs 108 zur Schiene verstellbar.

Durch eine variable Richtungseinstellung der Düse 108, die auch als Ausblasrohr 108 und als Ausbringungsrohr 108 bezeichnet werden kann, in Verbindung mit dem von der Seite anströmenden Wind soll wesentlich weniger Sand daneben gehen, wobei gleichzeitig die Sandmenge im Bereich zwischen Rad und Schiene erhöht wird.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Sandungsvorrichtung mit geschwindig- keitsabhängiger Austrittsgeschwindigkeit des Sands gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Sandungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine in Fig. 6 beschriebene Sandungsvorrichtung handeln. Sand 1 10 wird von einer Düse 108 oder einem Ausblasrohr 108 ausgegeben. Die Richtung des ausgegebenen oder ausgeblasenen Sandes wird durch eine quer zu einem Schienenfahrzeug wirkende Luftströmung 332 abgelenkt. Um dies zu kompensieren beziehungsweise den Sand 1 10 in einen Spalt zwischen einem Rad 104 und einer Schiene einzublasen, wird der Sand 1 10 unter einem Ausblaswinkel α mit einer ^usbringgeschwindigkeit 434 aus dem Ausblasrohr 108 ausgeblasen. Der Ausblaswinkel aj[Au des Ausblasrohrs 108 ist geschwindigkeitsabhängig einstellbar.

Durch stufenlose Veränderung der Ausbringungsgeschwindigkeit 434 des Sandes in Verbindung mit einem winklig angeordneten Ausblasrohr 108 wird der Sand 1 10 bei jeder Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, und damit Luftströmung, vor das Rad 104 geblasen werden. Die Tülle 108 oder das Rohr 108, aus dem der Sand 1 10 vor das Rad 104 gebla- sen wird, wird seitlich mittels einer Versteileinrichtung, beispielsweise mit einer wie in Fig.1 oder Fig. 2 dargestellten Versteileinrichtung 1 12, eingestellt. Die Winkeleinstellung ist dabei beispielsweise abhängig von der Geschwindigkeit. Die passenden Winkel α können zum Beispiel vorab in Versuchen an einem Probezug ermittelt werden. Die Verstelleinheit 1 12 kann beispielsweise ein Schrittmotor sein, der den Winkel des Rohrs verstellt, oder ein elektrisch angesteuerter Linearmagnet, der gegen eine Feder wirkt, oder eine pneumati- sehe Verstellung 642, die gegebenenfalls auch gegen eine Feder 644 wirkt, wie es in dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Bei vielen Sandungsanlagen wird die Sandmenge mittels Luftdruck geregelt, der geschwin- digkeitsabhängig eingestellt werden kann und somit mehr oder weniger Sand 1 10 ausbringt. Dies ist notwendig, da bei höheren Geschwindigkeiten in gleicher Zeit eine längere Schienenstrecke gestreut werden muss. Über einen Druckluftanschluss kann in einem Ausführungsbeispiel dieser geschwindigkeitsabhängig geregelte Luftdruck über einen kleinen Schlauch parallel zum Sandungsschlauch an einen Kolben 642 geleitet werden, der wiede- rum gegen eine Feder 644 den Winkel α verstellt.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Ausbringungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit verändert. Die Tülle 108 wird so angebracht, dass sie etwas außerhalb der Räder 104 endet, aber in Richtung Fahrzeugmitte verstellt eingebaut wird. Wenn der Sand 1 10 mit wenig Luft ausgeblasen wird, fällt er daher außerhalb des Rads 104 neben die Schiene. Je höher die Luftmenge eingestellt wird, desto weiter wird der Sand 1 10 dann in die Fahrzeugmitte geblasen. Geschwindigkeitsabhängig kann damit der Luftstrom so eingestellt werden, dass die Kombination aus Ausbringgeschwindigkeit des Sands 1 10 und der entgegen gerichtetem Stauluftstrom 332 sich so ergänzt, dass der Sand 1 10 bei jeder Ge- schwindigkeit vor das Rad 104 fällt. Da bereits die Sandmenge geschwindigkeitsabhängig geregelt wird, kann über einen geeigneten Düsendurchmesser und ein an der Sandungseinrichtung einstellbares Verhältnis von sandfördernder und sandfreier Luftmenge die Austrittsgeschwindigkeit erhöht werden. Der Luftstrom ohne Sand 1 10 kann zum Beispiel über einen Bypass mit dem Sand 1 10 fördernden Luftstrom vermengt werden.

Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Einblasen von Sand in einen Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad eines Schienenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Einstellens 810 sowie einen Schritt des Ausblasens 830. Das Verfahren 800 kann auf einem Schienenfahrzeug, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ausgeführt werden. Das

Schienenfahrzeug umfasst eine Sandungsvorrichtung zum Einblasen von Sand in den Spalt zwischen einer Schiene und einem Rad des Schienenfahrzeugs. Hierbei weist die Sandungsvorrichtung eine Düse und eine Einrichtung zum Einstellen eines Ausblaswinkels der Düse ansprechend auf eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs auf, wobei der Ausblaswinkel der Düse aus einer Ebene von Rad und Schiene heraus beweglich einstellbar ist, um Sand in den Spalt zwischen der Schiene und dem Rad einzublasen. Im Schritt des Einstellens wird der Ausblaswinkel der Düse ansprechend auf eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs eingestellt. Im Schritt des Ausblasens 830 wird bereitgestellter Sand unter Verwendung der Düse ausgeblasen. Hierbei ist die Düse in dem im Schritt des Einstellens eingestellten Ausblaswinkel ausgerichtet. Im Schritt des Ausblasens wird Sand in den Spalt zwischen der Schiene und dem Rad eingeblasen.

In einem Ausführungsbeispiel wird Schritt des Einstellens 810 der Ausblaswinkel ansprechend auf einen Luftdruck eingestellt. Dabei wird der Luftdruck ansprechend auf einen eine Sandmenge steuernden Luftdruck vor der Düse gesteuert.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 800 einen optionalen Schritt des Überwachens 820 des Ausblaswinkels. Im Schritt des Überwachens 820 wird ein Winkelüberwachungssignal für eine Fahrzeugelektronik bereitgestellt. In einem Ausführungsbei- spiel wird im Schritt des Einstellens der Ausblaswinkel ansprechend auf das im Schritt des Überwachens bereitgestellte Winkelüberwachungssignal geregelt.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele betreffen Methoden zur geschwindigkeitsabhängigen Zielausrichtung bei Sandungsanlagen. Dabei verbessert das Verfahren 800 die Zielgenau- igkeit von ausgebrachtem Sand aus Sandungsanlagen. Dabei kann ein in etwa proportionaler Zusammenhang zwischen Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und der seitlichen Ablenkung des Sandes bestehen.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können mitei- nander kombiniert werden.

Bezugszeichenliste

100 Schienenfahrzeug

102 Sandungsvorrichtung

104 Rad

106 Schiene

108 Düse

1 10 Sand

1 12 Einrichtung zum Einstellen

1 14 Verbindungsmittel

1 16 Vorrats behälter

α Ausblaswinkel

218 Spurkranz

220 Austrittsrichtung

222 Steuersignal

224 Fahrzeugelektronik

226 Winkelsensor

228 Winkelüberwachungssignal

230 Einstellsignal

332 Luftströmung

434 Ausbringgeschwindigkeit

436 Ablenkgeschwindigkeit

438 Resultierende Geschwindigkeit

640 Lager

642 pneumatischer Druckzylinder

644 Feder

646 Versteileinrichtung

Claims

Patentansprüche

Sandungsvorrichtung (102) zum Einblasen von Sand (1 10) in einen Spalt zwischen einer Schiene (106) und einem Rad (104) eines Schienenfahrzeugs (100), mit folgenden Merkmalen: eine Düse (108), die ausgebildet ist, um eine, insbesondere variable, Sandmenge auszugeben; und eine Einrichtung zum Einstellen (1 12) eines Ausblaswinkels (a) der Düse (108) ansprechend auf eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (100), wobei der Ausblaswinkel (a) der Düse (108) aus einer Ebene von Rad (104) und Schiene (106) heraus beweglich einstellbar ist, um Sand (1 10) in den Spalt zwischen der Schiene (106) und dem Rad (104) einzublasen.

Sandungsvorrichtung (102) gemäß Anspruch 1 , bei der die Düse (108) ausgebildet ist, ein Steuersignal (222) zu empfangen, um eine Größe einer Austrittsöffnung zu verändern, um eine abgegebene und/oder ausgeblasene Sandmenge zu beeinflussen.

Sandungsvorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Vorratsbehälter (1 16) zur Bereitstellung von Sand (1 10), wobei die Düse (108) über ein Verbindungsmittel (1 14) mit dem Vorratsbehälter (1 16) verbunden ist.

Sandungsvorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Einstellen (1 12) des Ausblaswinkels (a) der Düse (108) einen Schrittmotor und/oder einen elektrisch angesteuerten Linearmagnet, der gegen eine Feder wirkt, und/oder eine pneumatische Versteileinrichtung, die gegen eine Feder wirkt, aufweist.

Sandungsvorrichtung (102) gemäß Anspruch 4, bei dem die pneumatische Versteileinrichtung ausgebildet ist, um mit einem eine auszubringende Sandmenge geschwindigkeitsabhängig steuernden Luftdruck angesteuert zu werden.

Sandungsvorrichtung (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Düse (108) ausgebildet ist, dass eine Luftmenge geschwindigkeitsabhängig einbringbar ist, um eine Ausbringungsgeschwindigkeit des Sands zu steuern.

7. Sandungsvorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Einrichtung zum Einstellen (1 12) des Ausblaswinkels (a) der Düse (108) ansprechend auf ein Notsignal den Ausblaswinkel () in einem vordefinierten Bereich variiert und bei der die Dü- se (108) ansprechend auf das Notsignal die Größe der Austrittsöffnung verändert, um die abgegebene und/oder ausgeblasene Sandmenge zu erhöhen.

8. Verfahren (800) zum Einblasen von Sand (1 19) in einen Spalt zwischen einer Schiene (106) und einem Rad (104) eines Schienenfahrzeugs (100), wobei das Schienenfahr- zeug (100) eine Sandungsvorrichtung (102) zum Einblasen von Sand (1 10) in den

Spalt zwischen der Schiene (106) und dem Rad (104) aufweist, wobei die Sandungsvorrichtung (102) eine Düse (108) und eine Einrichtung zum Einstellen (1 10) eines Ausblaswinkels (a) der Düse (108) ansprechend auf eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (100) umfasst, wobei der Ausblaswinkel (a) der Düse (108) aus einer Ebene von Rad (104) und Schiene (106) heraus beweglich einstellbar ist, um Sand

(1 10) in den Spalt zwischen der Schiene (106) und dem Rad (104) einzublasen, wobei das Verfahren (800) die folgenden Schritte aufweist:

Einstellen (810) des Ausblaswinkels (a) der Düse (108) ansprechend auf eine Ge- schwindigkeit des Schienenfahrzeugs (100); und

Ausblasen (830) von bereitgestelltem Sand (1 10) unter Verwendung der Düse (108), die in dem eingestellten Ausblaswinkel (a) ausgerichtet ist.

9. Verfahren (800) gemäß Anspruch 8, wobei im Schritt des Einstellens (810) der Ausblaswinkel (a) ansprechend auf einen Luftdruck eingestellt wird, wobei der Luftdruck ansprechend auf einen eine Sandmenge steuernden Luftdruck vor der Düse (108) gesteuert wird.

10. Verfahren (800) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, mit einem Schritt des Überwachens (820) des Ausblaswinkels (a), wobei ein den Ausblaswinkel (a) repräsentierendes Winkelüberwachungssignal (228) für eine Fahrzeugelektronik (224) bereitgestellt wird.

1 1 . Verfahren (800) gemäß Anspruch 10, bei dem im Schritt des Einstellens (810) der Ausblaswinkel (a) ansprechend auf das Winkelüberwachungssignal (228) eingestellt wird.