EP4021776A1 - Vorrichtung und verfahren zum überwachen eines sandungsvorgangs für eine sandungsanlage für ein schienenfahrzeug, sandungsvorrichtung, schienenfahrzeug und gleisvorrichtung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum überwachen eines sandungsvorgangs für eine sandungsanlage für ein schienenfahrzeug, sandungsvorrichtung, schienenfahrzeug und gleisvorrichtung

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Publication number
EP4021776A1
EP4021776A1 EP20765229.8A EP20765229A EP4021776A1 EP 4021776 A1 EP4021776 A1 EP 4021776A1 EP 20765229 A EP20765229 A EP 20765229A EP 4021776 A1 EP4021776 A1 EP 4021776A1
Authority
EP
European Patent Office
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grit
signal
sanding
grinding
rail
Prior art date
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Granted
Application number
EP20765229.8A
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English (en)
French (fr)
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EP4021776B1 (de
Inventor
Georg KRISMANIC
Kurt Haselsteiner
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Knorr Bremse GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse GmbH filed Critical Knorr Bremse GmbH
Publication of EP4021776A1 publication Critical patent/EP4021776A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4021776B1 publication Critical patent/EP4021776B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C15/00—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B61C15/08—Preventing wheel slippage
    • B61C15/10—Preventing wheel slippage by depositing sand or like friction increasing materials
    • B61C15/107—Preventing wheel slippage by depositing sand or like friction increasing materials with electrically or electromagnetically controlled sanding equipment

Definitions

  • the present approach relates to a device and a method for monitoring a sanding process for a sanding system for a rail vehicle and to a sanding device, a rail vehicle and a track device.
  • the object of the present approach is to create an improved sanding device, an improved rail vehicle, an improved track device, and an improved method for monitoring a sanding process.
  • a device for monitoring a sanding process for a sanding system for a rail vehicle has an evaluation device which is designed to read in a grinding signal which represents a grinding process sensed by a sensor device, which involves grinding at least one grit grain in a wheel rail gap between a rail and a Represents the wheel of the rail vehicle.
  • the device is further designed to use the grinding signal to determine a scattering material quantity signal which indicates a scattering material quantity of ground gritting material grains during the sanding process.
  • grit can be applied by the sanding system of the rail vehicle. Litter can be based on naturally occurring (degraded) media as well as on artificially produced substances.
  • a typical grit is sand, which can also be used here as a synonym for grit.
  • the grinding signal can indicate a physical variable sensed by the sensor device during the sanding process, for example a sensed acceleration, a sensed sound, such as a noise, or a vibration.
  • a characteristic of the grinding signal can depend on whether and, if applicable, how much of the spreading material is being ground. Thus, by means of a suitable evaluation of the characteristics of the grinding signal, conclusions can be drawn as to the amount of grit of grit during the sanding process.
  • the grinding signal can be evaluated in the time domain as well as in the frequency domain.
  • a device for monitoring a sanding process advantageously makes it possible to identify the amount of grit in the ground grit grains, whereby a function or malfunction of the sanding system can be checked.
  • the amount of grit signal can provide information on whether, as expected, a lot of grit landed on the rail during the sanding process, or an undesirably large amount of grit landed next to the rail.
  • a sand pipe or another component of the sanding system can then be checked or readjusted accordingly in order to achieve an ideal sanding process in the future enable to ensure faster and additionally or alternatively stronger braking of the rail vehicle.
  • the device can also have the sensor device which is designed to sense the grinding process and to provide the grinding signal representing the sensed grinding process. If the evaluation device and the sensor device are arranged separately from one another, a wireless or wired communication interface can be provided between the evaluation device and the sensor device.
  • the evaluation device and the sensor device can be arranged jointly on the rail vehicle or jointly on a track device or divided between the rail vehicle and the track device.
  • the sensor device is designed to detect an acceleration of an element of the rail vehicle or a rail element of a track device and additionally or alternatively a sound wave and to provide an acceleration signal representing the acceleration.
  • the element of the rail vehicle can be a wheel or a wheel axle of the rail vehicle.
  • the sound wave can be a structure-borne sound wave or an air-borne sound wave.
  • the sensor device can be designed to detect an acoustic signal.
  • An acoustic evaluation is advantageous.
  • the sensor device can for example comprise an acceleration sensor and additionally or alternatively at least one membrane or a microphone.
  • the microphone can be arranged on the sand hose, for example on the sand pipe heater.
  • the acceleration signal and in particular the acceleration signal provided during the sanding process can thus be used by the device as the grinding signal.
  • Such a sensor device creates a simple method of sensing the grinding process.
  • the device can furthermore have a transmitting device which is designed to transmit the scattered material quantity signal to a vehicle controller of the rail vehicle. So can it Scatter signal from an existing vehicle control of the rail vehicle can be processed further.
  • the evaluation device can be designed to evaluate the amplitude and additionally or alternatively the frequency of the grinding signal in order to determine the amount of scattered material signal.
  • the amplitude of the grinding signal can advantageously provide information as to whether there is any grit on the rail when the rail vehicle passes over it.
  • the frequency can provide an overview of when and how much grit is ground up during the sanding process.
  • the evaluation device can be designed to compare the grinding signal with a defined amplitude limit value in order to identify the grinding process. If the amplitude of the grinding signal exceeds the amplitude limit value, it can be concluded that scattering material is present. Additionally or alternatively, the evaluation device can be designed to determine and evaluate a frequency spectrum of the grinding signal in order to determine the ground amount of grit. For example, from a distribution or an average value of the frequencies comprised by the grinding signal, conclusions can be drawn as to the amount of the gritting material ground per unit of time. This creates a very quick way to monitor the sanding process.
  • the evaluation device can be designed to evaluate the frequency spectrum in order to determine the ground amount of grit within a specific time segment or the entire sanding process. In this way, the sanding process can be monitored periodically or continuously, for example.
  • the device has a comparison device which is designed to output a warning signal using the scattering material amount signal and a target scattering material amount signal which represents an expected scattering material amount of ground gritting material grains when the The amount of grit of ground grit deviates from the desired amount of grit of ground grit.
  • the comparison device can be designed to output a confirmation signal when the amount of grit of ground grit corresponds to the desired amount of grit of grit.
  • the comparison device can be implemented in the evaluation device or the vehicle controller.
  • the target amount of scattering material signal can be a signal provided or read in by a sand request device of the sanding system.
  • the comparison device can be designed to compare the amount of grit of ground grit with the expected amount of grit of ground grit and to output either the warning signal or the confirmation signal depending on a comparison result.
  • the confirmation signal can be understood as an all-clear signal, which indicates the correct amount of grit of ground grit. This creates a differentiation possibility for recognizing whether the amount of grit of ground grit is correct or not.
  • the warning signal can be designed to display information to a driver of the rail vehicle about an incorrectly ground amount of grit. Additionally or alternatively, the warning signal can be designed to indicate a difference between the amount of grit output and the ground grit grains and additionally or alternatively to change an alignment of a sand pipe of the sanding system. For example, the warning signal can be suitable for activating an optical or acoustic display device.
  • the sensor device and the evaluation device can be shaped as one component or else be shaped as at least two separate components.
  • the sensor device and the evaluation device can be accommodated in a common housing, for example, or the evaluation device can be incorporated into the sensor device be arranged integrated.
  • the sensor device and the evaluation device can be accommodated in separate housings, for example.
  • the complete device can be arranged, for example, near the wheel rail gap, for example on the wheel or axle bearing or on a wheel bearing, for example in the case of a single wheel chassis, the rail vehicle or on a rail element of a track device, in order to ideally sense and evaluate the grinding of grit to be able to.
  • at least the sensor device can be arranged near the wheel rail gap and the evaluation by the evaluation device can take place, for example, in another area of the rail vehicle that is protected from environmental influences, for example.
  • a sanding device for a rail vehicle has a sanding system and a device which is formed in one of the variants described above.
  • Such a sanding device can advantageously enable sanding of the rail vehicle and, thanks to the device, monitor its own sanding function.
  • a rail vehicle with such a sanding device is also presented.
  • This rail vehicle can advantageously be sanded effectively, the sanding process being optimally monitored thanks to the device.
  • At least the sensor device of the device can be arranged on or in an axle bearing, a wheel axle, a wheel, a bogie and additionally or alternatively a substructure of the rail vehicle.
  • the entire device can also be arranged on or in the axle bearing, the wheel axle, the wheel, the bogie or the substructure of the rail vehicle. The positions mentioned are close to the wheel rail gap and allow ideal sensing of the grinding of grit grains.
  • a track device with a rail element has one of the devices described above, at least the sensor device being arranged on or in the rail element.
  • the entire device can also be arranged on or in the rail element.
  • the rail element can be a component of the Be a rail or a rail sleeper.
  • Such a track device is suitable, for example, for use in connection with a test track system for testing the sanding process outside of the normal ferry operation of the rail vehicle.
  • the device can be designed to output a sanding signal to the sanding system of the rail vehicle in response to an activation signal, which represents the approaching of the rail vehicle to the sensor device, in order to start the sanding process.
  • the activation signal can be output or provided by a detection device which is arranged, for example, on or in the rail element.
  • the detection device can also be part of the device.
  • Such a track device can advantageously be used to test the sanding process of the sanding system before the sanding system is to be used in a normal ferry operation for the rail vehicle.
  • a method for monitoring a sanding process for a sanding system for a rail vehicle has a reading-in step and a determining step.
  • a grinding signal is read in, which represents a grinding process sensed by a sensor device, which represents grinding of at least one grain of grit in a wheel rail gap between a rail and a wheel of the rail vehicle.
  • a scattering material quantity signal is determined which indicates a scattering agent quantity of ground gritting material grains during the sanding process.
  • This method can be implemented, for example, in software or flardware or in a mixed form of software and flardware, for example in the device described above.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a rail vehicle with a sanding device with a sanding system and a device for Monitoring a sanding process of the sanding system according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a rail vehicle and a track device with a rail element and a device according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an acceleration signal of a sensor device for a braking process without a sanding process according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a grinding signal of a device for a braking process with a sanding process according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a frequency spectrum for a braking process without a sanding process according to an exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a frequency spectrum determined by a device for a braking process with a sanding process according to an exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows a flow chart of a method for monitoring a sanding process for a sanding system for a rail vehicle according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a rail vehicle 100 with a sanding device 105 with a sanding system 110 and a device 115 for monitoring a sanding process of the sanding system 110 according to an exemplary embodiment.
  • the sanding device 105 is received on the rail vehicle 100 merely by way of example.
  • the sanding device 105 has the sanding system 110 for sanding the rail vehicle 100 and the device 115, which is designed to monitor the sanding process of the sanding system 110.
  • the sanding system 110 has a sandpit 120 for storing grit, a sand metering device 125 for dosing the grit and a sand pipe 130 for feeding the grit into a wheel rail gap 135 between a wheel 140 of the rail vehicle 100 and a rail 145 on which the rail vehicle 100 is arranged.
  • the rail vehicle 100 also has at least one axle bearing 150, each with two mounted wheels 140 and / or at least one bogie 155, a vehicle control 160 and / or a sanding control 165.
  • the sanding control 165 is connected to the vehicle control 160 for signaling purposes and is designed to control the sand dosing device 125 in order to effect the dosing of the spreading agent.
  • the vehicle control 160, sanding control 165, the sandpit 120, sand metering device 125 and / or partly also the sand pipe 130 are accommodated in a vehicle body 167 of the rail vehicle 100 according to this exemplary embodiment.
  • the bogie 155, the axle bearings 150, wheels 140 and / or partially also the sand pipe 130 are arranged outside the vehicle body 167 according to this exemplary embodiment.
  • An arrow 168 shows a direction of travel of the rail vehicle 100.
  • the device 115 has an evaluation device 170 which is designed to read in a grinding signal 175 which represents a grinding process sensed by a sensor device 180, which represents grinding of at least one grain of grit, for example a grain of sand, in the wheel rail gap 135.
  • the evaluation device 170 is also designed to determine, using the grinding signal 175, a scattering material quantity signal 185 which indicates a scattering agent quantity of ground gritting material grains during the Shows the sanding process.
  • the evaluation device 170 is designed to evaluate a characteristic of the grinding signal 175 using a suitable evaluation rule in order to determine the scattering material quantity signal 185.
  • the evaluation device 170 is designed to evaluate a time curve and additionally or a frequency spectrum of the grinding signal 175, for example by comparing it with reference curves, reference spectra or reference threshold values characteristic of a grinding process.
  • the evaluation device 170 is accommodated in the vehicle body 167.
  • the device 115 comprises the sensor device 180, which is designed to sense the grinding process and to provide the grinding signal 175 representing the sensed grinding process.
  • the sensor device 180 is designed to detect an acceleration of an element of the rail vehicle 100 or a rail element of a track device and / or a sound wave and to provide an acceleration signal representing the acceleration, as shown in FIG. 3, for example.
  • the sensor device 180 according to this exemplary embodiment has an acceleration sensor and / or at least one membrane or a microphone.
  • the grinding signal 175 thus indicates an acceleration sensed by the sensor device 180 during the sanding process, for example a sensed sound such as a noise or a vibration.
  • the acceleration signal can be used as the grinding signal 175 during the sanding process, as is shown in FIG. 4, for example.
  • sensor device 180 is arranged on or in axle bearing 150, or, according to an alternative exemplary embodiment, on or in the wheel axle, wheel 140, bogie 155 or a substructure of rail vehicle 100. If the device 115 does not include the sensor device 180, the device 115 has, for example, an interface in order to receive the grinding signal 175 from another, for example read in sensors, processing devices or storage devices that have already been used.
  • the device 115 also has an optional transmission device which is designed to send the scattered material quantity signal 185 to the vehicle controller 160 of the rail vehicle 100.
  • the evaluation device 170 is designed, by way of example, to evaluate the amplitude and / or frequency of the grinding signal 175 in order to determine the scattered material quantity signal 185.
  • the evaluation device 170 according to this exemplary embodiment is designed to compare the amplitude with a defined amplitude limit value in order to identify the grinding process.
  • the amplitude limit value is suitable for distinguishing a situation in which no litter is ground from a situation in which litter is ground.
  • the amplitude limit value can be determined or learned, for example, by a test drive.
  • the evaluation device 170 is designed to determine and evaluate a frequency spectrum of the milling signal 175 using the milling signal 175 in order to determine the milled amount of grit.
  • the evaluation device 170 is designed to evaluate the frequency spectrum in order to determine the ground amount of grit within a specific time segment or the entire sanding process, as shown in FIG. 6.
  • the evaluation device 170 is designed, for example, to determine and evaluate a maximum or a mean value or a distribution of the frequency spectrum.
  • the evaluation device 170 is designed to use the maximum of the frequency spectrum in order to determine a quantity of grit granules ground per unit of time. The maximum can be used, for example, if a frequency assigned to the maximum lies in a predetermined frequency range 610 that is characteristic of a grinding process.
  • the device 115 also has a comparison device 190 which is designed to use the Spreading material quantity signal 185 and a target spreading material quantity signal, which represents an expected spreading material quantity of ground gritting material grains, to output a warning signal 192 if the spreading material quantity of ground gritting material grains deviates from the desired spreading material quantity of ground gritting material grains and / or to output a confirmation signal to the desired quantity of gritting material being ground corresponds to ground grit grains.
  • the target amount of scattered material signal is read in, for example, via an interface to a control device for controlling the sanding system 110 or for controlling a braking device of the rail vehicle 100.
  • the comparison device 190 is implemented in the evaluation device 170 or, according to an alternative exemplary embodiment, in the vehicle control 160 or sanding control 165. According to this exemplary embodiment, the comparison device 190 is designed to read in the setpoint quantity signal from a sand request device of the sanding system 110. The comparison device 190 is designed to compare the amount of grit of ground grit with the expected amount of grit of grit and to output either the warning signal 192 or the confirmation signal depending on a comparison result.
  • the warning signal 192 is designed to display information to a driver 195 of the rail vehicle 100 about an incorrectly ground amount of grit and / or to indicate a difference between the amount of grit and the ground amount of grit and / or an alignment of the sand pipe 130 of the sanding system 110 to change.
  • a corresponding display for the vehicle driver 195 can take place via a suitable display device.
  • the alignment of the sand pipe 130 can be carried out using a suitable adjusting device.
  • the sensor device 180 and the evaluation device 170 are formed as two separate components, the Sensor device 180 and evaluation device 170 are accommodated in separate housings according to an exemplary embodiment.
  • the sensor device 180 and the evaluation device 170 are formed as one component.
  • the sensor device 180 and the evaluation device 170 are accommodated in a common housing according to an exemplary embodiment, or the evaluation device 170 is arranged integrated into the sensor device 180.
  • the complete device 115 is arranged as one component near the wheel rail gap 135, for example on the wheel 140, axle bearing 150, the wheel axle, the bogie 155 or the substructure of the rail vehicle 100.
  • Sanding systems with sanding systems 110 are used in rail vehicles 100 to bring grit onto the rail 145 in front of the wheel 140 rolling over it or directly into the wheel rail gap 135 in order to increase the coefficient of friction between wheel 140 and rail 145 or to bring it to an originally higher value. This measure can improve the traction and braking of the rail vehicle 100. Sanding systems are often viewed as systems which contribute a considerable factor to reducing the risk of accidents, since the braking distance can be shortened when braking with activated grit application, i.e. a sanding process.
  • the device 115 presented here now advantageously enables the complete functional chain of the sanding system to be checked, from the request for sanding by the vehicle driver 195 or the vehicle control 160 through the sand pipe nozzle to the grit, which is ground in the wheel rail gap 135. It is therefore now possible to offset the sanding device 105 presented here for risk-reducing measures - specifically, for measures to reduce braking distance.
  • the device 115 advantageously enables quantitative detection of the grit entering the wheel rail gap 135.
  • the device 115 now enables a method of quantitatively detecting grit that has entered the wheel rail gap 135 during regular rail operation and / or during the journey.
  • the approach presented here relates to a mobile or stationary monitoring and measuring device for the sanding system of a rail vehicle.
  • a mobile embodiment of the device 115 is described in FIG. 1 and a stationary embodiment in FIG. 2.
  • the device 115 solves the problem of being able to detect the amount of grit ground in the wheel rail gap 135 while driving and also during normal ferry operation.
  • One of the tasks of the approach described here is to find appropriate sensors and evaluation procedures.
  • a fundamental idea is to use at least one grinding signal 175, which can also be referred to as “temporal acceleration signals”, which are recorded at corresponding measuring points, to infer the amount of ground grit.
  • the grinding of the grit produces vibrations which - if in the audible frequency range - can also be perceived acoustically.
  • the grinding of the grit grains in the wheel rail gap 135 results in accelerations which are transmitted to wheel 140 and rail 145 and subsequently to the wheel axle and wheel bearing on the one hand and to the rail sleeper and substructure on the other.
  • Corresponding measuring points for the sensor device 180 are thus, according to one embodiment, on wheel 140, rail 145, wheel axle, axle bearing 150, bogie 155, rail sleeper, substructure and / or on other bodies to which these accelerations are transmitted. Accelerations can also be transmitted to gases, such as sound in the ambient air, and to solid bodies, as structure-borne sound. Corresponding measuring points for the sensor device 180 can thus also, according to an exemplary embodiment, be attached to membranes, in microphones near the wheel rail gap 135. Each grit grit in the wheel rail gap 135 generates an acceleration pulse. Such an acceleration pulse is mapped in the grinding signal 175. Several such pulses, which are generated in chronological order, provide an acceleration spectrum.
  • the time interval between successive grit granules can be determined from the frequencies.
  • evaluation device 170 is used for this purpose. From the amplitude of the grinding signal 175 in the form of an acceleration signal, the evaluation device 170 in accordance with one embodiment already deduces the correct alignment of the sand pipe nozzle of the sand pipe 130 with regard to the accuracy of the scattering agent in the wheel rail gap 135 Grit grit. According to an exemplary embodiment, the evaluation device 170 shoots from this average frequency the number of ground grit grains per unit of time.
  • the evaluation device 170 uses the known average grit grain mass to determine the ground grit amount per unit of time, that is to say the mass of the ground grit per unit of time.
  • the output of approx. 1500 grit grains per second is represented in the spectrum by the maximum at approx. 1500 Hz.
  • the results ascertained by the evaluation device 170 are displayed or provided according to an exemplary embodiment using suitable signals, such as, for example, the scatter amount signal 185.
  • FIG. 1 shows a mobile version of the device 115 with the sensor device 180 on the axle bearing 150.
  • the device 115 is activated as a manually activated sanding check either manually by the vehicle driver 195 or as an automatic sanding check automatically with each sanding process initiated.
  • the vehicle driver 195 or, according to one exemplary embodiment, an anti-skid device request the sanding via the vehicle controller 160 while the rail vehicle 100 is traveling.
  • the sanding control 165 activates the sand dosing device 125, which doses grit from the sandpit 120 and conveys it through the sand pipe 130 and the sand pipe nozzle into the wheel rail gap 135.
  • the scattering agent is ground in the wheel rail gap 135 and generates corresponding accelerations at the axle bearing 150, which according to this exemplary embodiment are picked up by the acceleration sensor of the sensor device 180 and evaluated by the evaluation device 170 with regard to the amplitude signal and frequency spectrum. From the amplitude signal it is determined by means of a previously established limit value whether the grit was ground in the wheel rail gap 135. According to this exemplary embodiment, the evaluation device 170 determines the number of grit granules ground in the wheel rail gap 135 from the frequency spectrum. With the previously determined mean grit grain mass, the evaluation device 170 according to this exemplary embodiment calculates the amount of grit per time.
  • the evaluation device 170 calculates the cumulative amount of scattering material from the signal duration.
  • the determined values are sent to the vehicle controller 160 and / or the comparison device 190, which compares the setpoint value of the sanding request with the actual value and reports the correct or incorrect execution of the sanding request to the vehicle driver 195.
  • FIG. 2 shows a schematic side illustration of a rail vehicle 100 and a track device 200 with a rail element 205 and a device 115 according to an exemplary embodiment.
  • This can be the rail vehicle 100 described with reference to FIG. 1 and the device 115, with the difference that the device 115 according to this exemplary embodiment is formed as a component and / or is arranged on or in the rail element 205.
  • only the sensor device 180 is arranged on or in the rail element 205 and the other components of the device 115 are accommodated in the vehicle body 167 as described in FIG. 1.
  • the rail element 205 is formed as a component of the rail 145 or a rail sleeper.
  • the device 115 is designed to output a sanding signal 215 to the sanding system 110 of the rail vehicle 100 in response to an activation signal 210, which represents the approaching of the rail vehicle 100 to the sensor device 180, in order to start the sanding process.
  • the activation signal 210 is output or provided by a detection device 220 which, according to this exemplary embodiment, is arranged on or in the rail element 205.
  • the detection device 220 which can also be referred to as a “vehicle detector”, is part of the device 115.
  • the transmission device 225 of the device 115 receives the activation signal 210 and, in response to the activation signal 210, sends the transmission signal 215 to a receiver 230 in the vehicle body 167.
  • FIG. 2 shows a stationary exemplary embodiment of the device 115 on the rail 145 with an automatic sanding check according to this exemplary embodiment.
  • the upstream detection device 220 sends a signal by radio to the receiver 230 in the rail vehicle 100 that the rail vehicle 100 is shortly before the device 115, which can also be referred to as a “sanding checking unit”.
  • the vehicle control 160 requests sanding for a defined time while driving at a constant rate.
  • the sanding control 165 activates the sand dosing device 125, which doses grit from the sandpit 120 and conveys it through the sand pipe 130 into the wheel rail gap 135.
  • the grit is ground in the wheel rail gap 135 and generates corresponding accelerations on the rail 145, which are received by the stationary acceleration sensor of the sensor device 180 and from the evaluation unit 170 with regard to the amplitude signal and frequency spectrum can be evaluated. From the amplitude signal, it is determined by means of a previously defined limit value whether the grit was ground up in the wheel rail gap 135. The number of grit granules ground in the wheel rail gap 135 is determined from the frequency spectrum.
  • the determined values are sent to the vehicle control 160 or comparison device, which uses the previously determined mean grit grain mass to calculate the amount of grit per time, compares the target value of the sand request with the actual value and / or the correct or incorrect execution of the sand request to the vehicle driver 195 reports.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an acceleration signal 300 of a sensor device for a braking process 305 without a sanding process according to an exemplary embodiment.
  • This can be an acceleration signal 300 provided by one of the sensor devices described in FIG. 1 or 2.
  • the acceleration signal 300 is plotted over time t (s).
  • the ordinate shows an acceleration m / s 2.
  • the braking process 305 takes place over an entire distance without any grit and with 10% slip.
  • the acceleration signal 300 represents a time signal.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a grinding signal 175 of a device for a braking process with a sanding process 400 according to an exemplary embodiment.
  • This can be a grinding signal 175 provided by the sensor device described in FIG. 1 or 2, which can be read in by the evaluation device described in FIG. 1 or 2.
  • an acceleration signal 300 of a sensor device is shown, the acceleration signal 300 according to this exemplary embodiment being used as the grinding signal 175 during the period of the sanding process 400.
  • the acceleration signal 300 and thus the grinding signal 175 is plotted over the time t (s).
  • the ordinate shows an acceleration m / s 2.
  • the sanding process 400 takes place according to this exemplary embodiment during the braking process for a section of the entire route described in FIG. 3 with, for example, 4 g / m of sand.
  • the acceleration signal 300 has vibrations, the amplitude of which during the sanding process 400 is many times greater than the amplitudes of vibrations of the acceleration signal 300 outside the sanding process 400. These vibrations are caused by the grinding of grit.
  • a suitable amplitude limit value By comparing the amplitudes of the acceleration signal 300 and thus of the grinding signal 175 with a suitable amplitude limit value, it can be recognized that the scattering agent is being ground. According to this exemplary embodiment, this is the case when the amount of the grinding signal 175 exceeds the amplitude limit value.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a frequency spectrum 500 for a braking process without a sanding process according to an exemplary embodiment.
  • This can be the frequency spectrum 500 for the acceleration signal described in FIG. 3. It can be seen that the acceleration signal predominantly has frequencies in a low frequency range, for example up to 1000 Hz.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a frequency spectrum 600 determined, for example, by an evaluation device for a braking process with a sanding process according to an exemplary embodiment.
  • This can be the frequency spectrum 600 for the grinding signal described in FIG. 4.
  • a partial spectrum 605 of a frequency range 610 of the frequency spectrum 600 that is relevant for the sanding process shows a course that is characteristic of the sanding process. From the course of the partial spectrum 605, on the one hand, it can be concluded that grit is being ground and, on the other hand, it can be concluded how much grit is grinded per unit of time.
  • frequency components of the frequency spectrum 600 or the partial spectrum 605 can be compared with frequency threshold values, or a distribution of the frequency components of the frequency spectrum 600 or the partial spectrum 605 can be compared with a reference distribution, or a mean value of the frequency components can be used of the frequency spectrum 600 or of the partial spectrum 605 can be compared with a reference mean value, or a maximum of the frequency spectrum 600 or of the partial spectrum 605 can be compared with a reference maximum.
  • the frequency range 610 comprises, for example, frequencies between 1500 and 2500Flz.
  • the frequency spectrum 600 shown in FIG. 6 has a sequence of frequency components within the frequency range 610.
  • the accumulation of the frequency components within the frequency range 610 is used according to an exemplary embodiment in order to identify the scattering agent being ground up.
  • a distribution of the frequency components within the frequency range 610 is used in order to identify how much scatter material is being ground per unit of time.
  • a comminution of approx. 1500 sand grains per second can be seen in the frequency spectrum 600.
  • the comminution of the approx. 1500 grains of sand per second is represented according to this exemplary embodiment in the sub-spectrum 605 by the maximum 615 at approx. 1500 Hz.
  • FIG. 7 shows a flow chart of a method 700 for monitoring a sanding process for a sanding system for a rail vehicle according to an exemplary embodiment.
  • This method 700 can be controlled or executed by one of the devices described in one of FIGS. 1 or 2.
  • the method 700 has a step 705 of reading in and a step 710 of determining.
  • a grinding signal is read in, which represents a grinding process sensed by a sensor device, which represents grinding of at least one grain of grit in a wheel rail gap between a rail and a wheel of the rail vehicle.
  • a scattering material quantity signal is determined which indicates a scattering material quantity of ground gritting material grains during the sanding process.

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Abstract

Eine Vorrichtung (115) zum Überwachen eines Sandungsvorgangs für eine Sandungsanlage (110) für ein Schienenfahrzeug (100) weist eine Auswerteeinrichtung (170) auf, die dazu ausgebildet ist, um ein Zermahlsignal (175) einzulesen, das einen von einer Sensoreinrichtung (180) sensierten Zermahlvorgang repräsentiert, der ein Zermahlen zumindest eines Streumittelkorns in einem Radschienenspalt (135) zwischen einer Schiene (145) und einem Rad (140) des Schienenfahrzeugs (100) repräsentiert. Die Vorrichtung (115) ist ferner dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Zermahlsignals (175) ein Streumittelmengensignal (185) zu bestimmen, das eine Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern während des Sandungsvorgangs anzeigt.

Description

BESCHREIBUNG
Vorrichtung und Verfahren zum Überwachen eines Sandungsvorgangs für eine Sandungsanlage für ein Schienenfahrzeug, Sandungsvorrichtung, Schienenfahrzeug und Gleisvorrichtung
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen eines Sandungsvorgangs für eine Sandungsanlage für ein Schienenfahrzeug und auf eine Sandungsvorrichtung, ein Schienenfahrzeug und eine Gleisvorrichtung.
Beim Sanden eines Schienenfahrzeugs wird Streumittel in einen Radschienenspalt zwischen eine Schiene und ein Rad des Schienenfahrzeugs befördert, um bei einem Bremsvorgang bei niedrigen und sehr niedrigen Haftwerten die Bremswirkung signifikant zu verbessern und damit kurze Bremswege zu ermöglichen. Dies kann erforderlich sein, wenn der Kraftschluss durch Verunreinigungen wie Blätter oder auch durch Staub in Verbindung mit Feuchte stakt reduziert wird. Ohne Gegenmaßnahme kann dies zum Stillstand der Räder und in der Folge zu Flachställen auf den Rädern kommen.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des vorliegenden Ansatzes eine verbesserte Sandungsvorrichtung, ein verbessertes Schienenfahrzeug, eine verbesserte Gleisvorrichtung, und ein verbessertes Verfahren zum Überwachen eines Sandungsvorgangs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Vorrichtungsanspruchs 1 , durch eine Sandungsvorrichtung nach Anspruch 11 , durch ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 12, durch eine Gleisvorrichtung nach Anspruch 14 und durch ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass ein Sandungsvorgang einer Sandungsanlage eines Schienenfahrzeugs überwacht wird, um einen Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs optimieren zu können. Eine Vorrichtung zum Überwachen eines Sandungsvorgangs für eine Sandungsanlage für ein Schienenfahrzeug weist eine Auswerteeinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, um ein Zermahlsignal einzulesen, das einen von einer Sensoreinrichtung sensierten Zermahlvorgang repräsentiert, der ein Zermahlen zumindest eines Streumittelkorns in einem Radschienenspalt zwischen einer Schiene und einem Rad des Schienenfahrzeugs repräsentiert. Die Vorrichtung ist ferner dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Zermahlsignals ein Streumittelmengensignal zu bestimmen, das eine Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern während des Sandungsvorgangs anzeigt.
Während des Sandungsvorgangs kann von der Sandungsanlage des Schienenfahrzeugs Streumittel ausgebracht werden. Streumittel kann sowohl auf natürlich vorkommenden (abgebauten) Medien als auch auf künstlich hergestellten Stoffen basieren. Ein typisches Streumittel ist Sand, der hier auch als Synonym für Streumittel verwendet werden kann. Das Zermahlsignal kann eine von der Sensoreinrichtung während des Sandungsvorgangs sensierte physikalische Größe anzeigen, beispielsweise eine sensierte Beschleunigung, einen sensierten Schall, wie ein Geräusch, oder eine Vibration. Eine Charakteristik des Zermahlsignals kann davon abhängen, ob und gegebenenfalls wie viel von dem ausgebrachten Streumittel zermahlen wird. Somit kann durch eine geeignete Auswertung der Charakteristik des Zermahlsignals auf die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern während des Sandungsvorgangs geschlossen werden. Dabei kann das Zermahlsignal sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich ausgewertet werden. Eine solche Vorrichtung zum Überwachen eines Sandungsvorgangs ermöglicht es vorteilhafterweise, die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern zu erkennen, wodurch eine Funktion oder Fehlfunktion der Sandungsanlage überprüft werden kann. So kann das Streumittelmengensignal beispielsweise Aufschluss darüber geben, ob beim Sandungsvorgang erwartungsgemäß viel Streumittel auf der Schiene, oder aber unerwünscht viel Streumittel neben der Schiene gelandet ist. Ein Sandrohr oder eine andere Komponente der Sandungsanlage kann im Folgenden entsprechend überprüft oder neu eingestellt werden, um zukünftig einen idealen Sandungsvorgang zu ermöglichen, um ein schnelleres und zusätzlich oder alternativ stärkeres Bremsen des Schienenfahrzeugs sicherzustellen.
Die Vorrichtung kann auch die Sensoreinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um den Zermahlvorgang zu sensieren und das den sensierten Zermahlvorgang repräsentierende Zermahlsignal bereitzustellen. Wenn die Auswerteeinrichtung und die Sensoreinrichtung separat voneinander angeordnet sind, kann eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle zwischen der Auswerteeinrichtung und der Sensoreinrichtung vorgesehen sein. Vorteilhafterweise können die Auswerteeinrichtung und die Sensoreinrichtung gemeinsam an dem Schienenfahrzeug oder gemeinsam an einer Gleisvorrichtung oder aufgeteilt auf das Schienenfahrzeug und die Gleisvorrichtung angeordnet sein.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Sensoreinrichtung ausgebildet ist, um eine Beschleunigung eines Elements des Schienenfahrzeugs oder eines Schienenelements einer Gleisvorrichtung und zusätzlich oder alternativ eine Schallwelle zu erfassen und ein die Beschleunigung repräsentierendes Beschleunigungssignal bereitzustellen. Das Element des Schienenfahrzeugs kann ein Rad oder eine Radachse des Schienenfahrzeugs sein. Bei der Schallwelle kann es sich um eine Körperschallwelle oder eine Luftschallwelle handeln. Somit kann die Sensoreinrichtung gemäß einer Ausführungsform ausgebildet sein, um ein akustisches Signals zu erfassen. Eine akustische Auswertung ist vorteilhaft. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise einen Beschleunigungssensor und zusätzlich oder alternativ zumindest eine Membran oder ein Mikrofon umfassen. Beispielsweise kann das Mikrofon am Sandschlauch, beispielsweise an der Sandrohrheizung, angeordnet sein. Das Beschleunigungssignal und insbesondere das während des Sandungsvorgangs bereitgestellte Beschleunigungssignal kann somit von der Vorrichtung als das Zermahlsignal verwendet werden. Eine solche Sensoreinrichtung schafft eine einfache Methode, den Zermahlvorgang zu sensieren.
Die Vorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform ferner eine Sendeeinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um das Streumittelmengensignal an eine Fahrzeugsteuerung des Schienenfahrzeugs zu senden. So kann das Streumittelmengensignal von einer bereits vorhandenen Fahrzeugsteuerung des Schienenfahrzeugs weiterverarbeitet werden.
Die Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, um die Amplitude und zusätzlich oder alternativ Frequenz des Zermahlsignals auszuwerten, um das Streumittelmengensignal zu bestimmen. Die Amplitude des Zermahlsignals kann vorteilhafterweise Aufschluss darüber geben, ob bei der Überfahrt des Schienenfahrzeugs überhaupt Streumittel auf der Schiene vorhanden ist. Die Frequenz kann einen Überblick darüber verschaffen, wann wie viel Streumittel beim Sandungsvorgang zermahlen wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, um das Zermahlsignal mit einem festgelegten Amplitudengrenzwert zu vergleichen, um den Zermahlvorgang zu erkennen. Wenn die Amplitude des Zermahlsignals den Amplitudengrenzwert überschreitet, kann auf das Vorhandensein von Streumittel geschlossen werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, um ein Frequenzspektrum des Zermahlsignals zu ermitteln und auszuwerten, um die zermahlene Streumittelmenge zu bestimmen. Beispielsweise kann aus einer Verteilung oder einem Mittelwert der von dem Zermahlsignal umfassten Frequenzen auf die Menge des pro Zeiteinheit zermahlenen Streumittels geschlossen werden. Dies schafft eine sehr schnelle Methode, den Sandungsvorgang zu überwachen.
Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, um das Frequenzspektrum auszuwerten, um die zermahlene Streumittelmenge innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts oder des gesamten Sandungsvorgangs zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Sandungsvorgang beispielsweise periodisch oder fortlaufend überwacht werden.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Streumittelmengensignals und eines Sollstreumittelmengensignals, das eine erwartete Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern repräsentiert, ein Warnsignal auszugeben, wenn die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern von der gewünschten Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern abweicht. Zusätzlich oder alternativ kann die Vergleichseinrichtung dazu ausgebildet sein, ein Bestätigungssignal auszugeben, wenn die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern der gewünschten Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern entspricht.
Die Vergleichseinrichtung kann in die Auswerteeinrichtung oder die Fahrzeugsteuerung implementiert sein. Das Sollstreumittelmengensignal kann ein von einer Sandungsanforderungseinrichtung der Sandungsanlage bereitgestelltes oder eingelesenes Signal sein. Die Vergleichseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, um die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern mit der erwarteten Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern zu vergleichen und abhängig von einem Vergleichsergebnis entweder das Warnsignal oder das Bestätigungssignal auszugeben. Das Bestätigungssignal kann hierbei als ein Entwarnungssignal verstanden werden, das eine korrekte Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern anzeigt. Dies schafft eine Unterscheidungsmöglichkeit zum Erkennen, ob die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern korrekt ist, oder nicht.
Beispielsweise kann das Warnsignal dazu ausgebildet sein, um eine Information an einen Fahrzeugführer des Schienenfahrzeugs über eine inkorrekte zermahlene Streumittelmenge anzeigen. Zusätzlich oder alternativ kann das Warnsignal dazu ausgebildet sein, um eine Differenz zwischen der ausgegebene Streumittelmenge und den zermahlenen Streumittelkörnern anzeigen und zusätzlich oder alternativ eine Ausrichtung eines Sandrohrs der Sandungsanlage zu verändern. Beispielsweise kann das Warnsignal geeignet sein, um eine optische oder akustische Anzeigeeinrichtung zu aktivieren.
Gemäß einer Ausführungsform können die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung als ein Bauteil ausgeformt sein oder aber als zumindest zwei getrennte Bauteile ausgeformt sein. Als ein Bauteil können die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen oder aber die Auswerteeinrichtung kann in die Sensoreinrichtung integriert angeordnet sein. Als zumindest zwei getrennte Bauteile können die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung beispielsweise in getrennten Gehäusen aufgenommen sein. Als ein Bauteil kann die komplette Vorrichtung beispielsweise nahe des Radschienenspalts angeordnet werden, beispielsweise an dem Rad oder Achslager oder an einem Radlager, beispielsweise bei einem Einzelradfahrwerk, des Schienenfahrzeugs oder an einem Schienenelement einer Gleisvorrichtung, um hier das Zermahlen des von Streumittelkörnern ideal sensieren und auswerten zu können. Als zwei Bauteile kann zumindest die Sensoreinrichtung nahe des Radschienenspalts angeordnet werden und die Auswertung durch die Auswerteeinrichtung beispielsweise in einem anderen Bereich des Schienenfahrzeugs stattfinden, der beispielsweise vor Umwelteinflüssen geschützt ist.
Eine Sandungsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug weist eine Sandungsanlage und eine Vorrichtung auf, die in einer der vorangehend beschriebenen Varianten ausgeformt ist. Eine solche Sandungsvorrichtung kann vorteilhafterweise ein Sanden des Schienenfahrzeugs ermöglichen und dabei dank der Vorrichtung die eigene Sandungsfunktion überwachen.
Es wird ferner ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Sandungsvorrichtung vorgestellt. Dieses Schienenfahrzeug kann vorteilhafterweise effektiv gesandet werden, wobei der Sandungsvorgang dank der Vorrichtung optimal überwacht wird. Zumindest die Sensoreinrichtung der Vorrichtung kann an oder in einem Achslager, einer Radachse, einem Rad, einem Drehgestell und zusätzlich oder alternativ einem Unterbau des Schienenfahrzeugs angeordnet sein. Es kann auch die gesamte Vorrichtung an oder in dem Achslager, der Radachse, dem Rad, dem Drehgestell oder dem Unterbau des Schienenfahrzeugs angeordnet sein. Die genannten Positionen sind nahe am Radschienenspalt und ermöglichen hier ein ideales Sensieren des Zermahlens von Streumittelkörnern.
Eine Gleisvorrichtung mit einem Schienenelement weist eine der vorangehend beschriebenen Vorrichtungen auf, wobei zumindest die Sensoreinrichtung an oder in dem Schienenelement angeordnet ist. Es kann auch die gesamte Vorrichtung an oder in dem Schienenelement angeordnet sein. Das Schienenelement kann ein Bauteil der Schiene oder eine Schienenschwelle sein. Eine solche Gleisvorrichtung eignet sich beispielsweise für einen Einsatz im Zusammenhang mit einer Testgleisanlage zum Testen des Sandungsvorgangs außerhalb des normalen Fährbetriebs des Schienenfahrzeugs. Die Vorrichtung kann hierbei ausgebildet sein, um ansprechend auf ein Aktivierungssignal, das ein Nähern des Schienenfahrzeugs an die Sensoreinrichtung repräsentiert, ein Sandungssignal an die Sandungsanlage des Schienenfahrzeugs auszugeben, um den Sandungsvorgang zu starten. Das Aktivierungssignal kann von einer Detektionseinrichtung ausgegeben oder bereitgestellt werden, die beispielsweise an oder in dem Schienenelement angeordnet ist. Die Detektionseinrichtung kann auch Teil der Vorrichtung sein. Eine solche Gleisvorrichtung kann vorteilhafterweise zum Testen des Sandungsvorgangs der Sandungsanlage dienen, bevor die Sandungsanlage in einem normalen Fährbetrieb für das Schienenfahrzeug eingesetzt werden soll.
Ein Verfahren zum Überwachen eines Sandungsvorgangs für eine Sandungsanlage für ein Schienenfahrzeug weist einen Schritt des Einlesens und einen Schritt des Bestimmens auf. Im Schritt des Einlesens wird ein Zermahlsignal eingelesen, das einen von einer Sensoreinrichtung sensierten Zermahlvorgang repräsentiert, der ein Zermahlen zumindest eines Streumittelkorns in einem Radschienenspalt zwischen einer Schiene und einem Rad des Schienenfahrzeugs repräsentiert. Im Schritt des Bestimmens wird unter Verwendung des Zermahlsignals ein Streumittelmengensignal bestimmt, das eine Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern während des Sandungsvorgangs anzeigt.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Flardware oder in einer Mischform aus Software und Flardware beispielsweise in der vorangehend beschriebenen Vorrichtung implementiert sein.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische seitliche Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit einer Sandungsvorrichtung mit einer Sandungsanlage und einer Vorrichtung zum Überwachen eines Sandungsvorgangs der Sandungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische seitliche Darstellung eines Schienenfahrzeugs und einer Gleisvorrichtung mit einem Schienenelement und einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Beschleunigungssignals einer Sensoreinrichtung für einen Bremsvorgangs ohne Sandungsvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Zermahlsignals einer Vorrichtung für einen Bremsvorgang mit Sandungsvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Frequenzspektrums für einen Bremsvorgangs ohne Sandungsvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines von einer Vorrichtung ermittelten Frequenzspektrums für einen Bremsvorgang mit Sandungsvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen eines Sandungsvorgangs für eine Sandungsanlage für ein Schienenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische seitliche Darstellung eines Schienenfahrzeugs 100 mit einer Sandungsvorrichtung 105 mit einer Sandungsanlage 110 und einer Vorrichtung 115 zum Überwachen eines Sandungsvorgangs der Sandungsanlage 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Lediglich beispielhaft ist die Sandungsvorrichtung 105 gemäß diesem Ausführungsbeispiel an dem Schienenfahrzeug 100 aufgenommen. Die Sandungsvorrichtung 105 weist die Sandungsanlage 110 zum Sanden des Schienenfahrzeugs 100 und die Vorrichtung 115 auf, die dazu ausgebildet ist, um den Sandungsvorgangs der Sandungsanlage 110 zu überwachen. Die Sandungsanlage 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Sandkasten 120 zum Bevorraten von Streumittel, einen Sanddosierer 125 zum Dosieren des Streumittels und ein Sandrohr 130 zum Zuführen des Streumittels in einen Radschienenspalt 135 zwischen einem Rad 140 des Schienenfahrzeugs 100 und einer Schiene 145, auf welcher das Schienenfahrzeug 100 angeordnet ist. Das Schienenfahrzeug 100 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest ein Achslager 150 mit je zwei gelagerten Rädern 140 und/oder zumindest ein Drehgestell 155, eine Fahrzeugsteuerung 160 und/oder eine Sandungssteuerung 165 auf. Die Sandungssteuerung 165 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel signaltechnisch mit der Fahrzeugsteuerung 160 verbunden und dazu ausgebildet, um den Sanddosierer 125 anzusteuern, um das Dosieren des Streumittels zu bewirken. Die Fahrzeugsteuerung 160, Sandungssteuerung 165, der Sandkasten 120, Sanddosierer 125 und/oder teilweise auch das Sandrohr 130 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem Fahrzeugkörper 167 des Schienenfahrzeugs 100 aufgenommen. Das Drehgestell 155, die Achslager 150, Räder 140 und/oder teilweise auch das Sandrohr 130 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Fahrzeugkörpers 167 angeordnet. Ein Pfeil 168 zeigt eine Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 100.
Die Vorrichtung 115 weist eine Auswerteeinrichtung 170 auf, die dazu ausgebildet ist, um ein Zermahlsignal 175 einzulesen, das einen von einer Sensoreinrichtung 180 sensierten Zermahlvorgang repräsentiert, der ein Zermahlen zumindest eines Streumittelkorns, beispielsweise eines Sandkorns, in dem Radschienenspalt 135 repräsentiert. Die Auswerteeinrichtung 170 ist ferner dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Zermahlsignals 175 ein Streumittelmengensignal 185 zu bestimmen, das eine Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern während des Sandungsvorgangs anzeigt. Beispielsweise ist die Auswerteeinrichtung 170 ausgebildet, um eine Charakteristik des Zermahlsignals 175 unter Verwendung einer geeigneten Auswertevorschrift auszuwerten, um das Streumittelmengensignal 185 zu bestimmen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung 170 ausgebildet, um einen zeitlichen Verlauf und zusätzlich oder ein Frequenzspektrum des Zermahlsignals 175 auszuwerten, beispielsweise durch einen Vergleich mit für einen Zermahlvorgang charakteristischen Referenzverläufen, Referenzspektren oder Referenzschwellenwerten.
Die Auswerteeinrichtung 170 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Fahrzeugkörper 167 aufgenommen.
Die Vorrichtung 115 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Sensoreinrichtung 180, die dazu ausgebildet ist, um den Zermahlvorgang zu sensieren und das den sensierten Zermahlvorgang repräsentierende Zermahlsignal 175 bereitzustellen. Die Sensoreinrichtung 180 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine Beschleunigung eines Elements des Schienenfahrzeugs 100 oder eines Schienenelements einer Gleisvorrichtung und/oder eine Schallwelle zu erfassen und ein die Beschleunigung repräsentierendes Beschleunigungssignal bereitzustellen, wie es beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist. Die Sensoreinrichtung 180 weist hierzu gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Beschleunigungssensor und/oder zumindest eine Membran oder ein Mikrofon auf. Das Zermahlsignal 175 zeigt somit gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine von der Sensoreinrichtung 180 während des Sandungsvorgangs sensierte Beschleunigung an, beispielsweise einen sensierten Schall wie ein Geräusch oder eine Vibration. Somit kann das Beschleunigungssignal während des Sandungsvorgangs als das Zermahlsignal 175 verwendet werden, wie es beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist. Die Sensoreinrichtung 180 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an oder in dem Achslager 150, oder gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel an oder in der Radachse, dem Rad 140, Drehgestell 155 oder einem Unterbau des Schienenfahrzeugs 100 angeordnet. Wenn die Vorrichtung 115 die Sensoreinrichtung 180 nicht umfasst, weist die Vorrichtung 115 beispielsweise eine Schnittstelle auf, um das Zermahlsignal 175 beispielsweise von einer anderweitig bereits verwendeten Sensorik, Verarbeitungseinrichtung oder Speichereinrichtung einzulesen.
Die Vorrichtung 115 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner eine optionale Sendeeinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, um das Streumittelmengensignal 185 an die Fahrzeugsteuerung 160 des Schienenfahrzeugs 100 zu senden.
Die Auswerteeinrichtung 170 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft dazu ausgebildet, um die Amplitude und/oder Frequenz des Zermahlsignals 175 auszuwerten, um das Streumittelmengensignal 185 zu bestimmen. Hierbei ist die Auswerteeinrichtung 170 gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um die Amplitude mit einem festgelegten Amplitudengrenzwert zu vergleichen, um den Zermahlvorgang zu erkennen. Der Amplitudengrenzwert ist geeignet, um eine Situation in der kein Streumittel zermahlen wird von einer Situation zu unterscheiden, in der Streumittel zermahlen wird. Der Amplitudengrenzwert kann beispielsweise durch eine Testfahrt bestimmt oder angelernt werden. Zusätzlich oder alternativ ist die Auswerteeinrichtung 170 gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Zermahlsignals 175 ein Frequenzspektrum des Zermahlsignals 175 zu ermitteln und auszuwerten, um die zermahlene Streumittelmenge zu bestimmen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung 170 dazu ausgebildet, um das Frequenzspektrum auszuwerten, um die zermahlene Streumittelmenge innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts oder des gesamten Sandungsvorgangs zu bestimmen, wie in Fig. 6 gezeigt. Dazu ist die Auswerteeinrichtung 170 beispielsweise dazu ausgebildet, um ein Maximum oder einen Mittelwert oder eine Verteilung des Frequenzspektrums zu ermitteln und auszuwerten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung 170 dazu ausgebildet, um das Maximum des Frequenzspektrums zu verwenden, um eine Menge von pro Zeiteinheit zermahlenen Streumittelkörnern zu ermitteln. Dabei kann das Maximum beispielsweise verwendet werden, wenn eine dem Maximum zugeordnete Frequenz in einem vorbestimmten und für einen Zermahlvorgang charakteristischen Frequenzbereich 610 liegt.
Die Vorrichtung 115 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Vergleichseinrichtung 190 auf, die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Streumittelmengensignals 185 und eines Sollstreumittelmengensignals, das eine erwartete Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern repräsentiert, ein Warnsignal 192 auszugeben, wenn die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern von der gewünschten Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern abweicht und/oder ein Bestätigungssignal auszugeben, wenn die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern der gewünschten Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern entspricht. Das Sollstreumittelmengensignal wird beispielsweise über eine Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung zum Steuern der Sandungsanlage 110 oder zum Steuern einer Bremsvorrichtung des Schienenfahrzeugs 100 eingelesen.
Die Vergleichseinrichtung 190 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in die Auswerteeinrichtung 170 oder gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel in die Fahrzeugsteuerung 160 oder Sandungssteuerung 165 implementiert. Die Vergleichseinrichtung 190 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um das Sollstreumittelmengensignal von einer Sandungsanforderungseinrichtung der Sandungsanlage 110 einzulesen. Die Vergleichseinrichtung 190 ist dazu ausgebildet, um die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern mit der erwarteten Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern zu vergleichen und abhängig von einem Vergleichsergebnis entweder das Warnsignal 192 oder das Bestätigungssignal auszugeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Warnsignal 192 dazu ausgebildet, um eine Information an einen Fahrzeugführer 195 des Schienenfahrzeugs 100 über eine inkorrekte zermahlene Streumittelmenge anzeigen und/oder eine Differenz zwischen der ausgegebene Streumittelmenge und der zermahlenen Streumittelmenge anzeigen und/oder eine Ausrichtung des Sandrohrs 130 der Sandungsanlage 110 zu verändern. Eine entsprechende Anzeige für den Fahrzeugführer 195 kann über eine geeignete Anzeigeeinrichtung erfolgen. Die Ausrichtung des Sandrohrs 130 kann unter Verwendung einer geeigneten Stelleinrichtung erfolgen.
Lediglich beispielhaft sind die Sensoreinrichtung 180 und die Auswerteeinrichtung 170 gemäß diesem Ausführungsbeispiel als zwei getrennte Bauteile ausgeformt, wobei die Sensoreinrichtung 180 und die Auswerteeinrichtung 170 gemäß einem Ausführungsbeispiel in getrennten Gehäusen aufgenommen sind. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Sensoreinrichtung 180 und die Auswerteeinrichtung 170 als ein Bauteil ausgeformt. Hierbei sind die Sensoreinrichtung 180 und die Auswerteeinrichtung 170 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen oder aber die Auswerteeinrichtung 170 ist in die Sensoreinrichtung 180 integriert angeordnet. Als ein Bauteil ist die komplette Vorrichtung 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel nahe des Radschienenspalts 135 angeordnet, beispielsweise an dem Rad 140, Achslager 150, der Radachse, dem Drehgestell 155 oder dem Unterbau des Schienenfahrzeugs 100.
Sandungssysteme mit Sandungsanlagen 110 dienen bei Schienenfahrzeugen 100 dazu, Streumittel auf die Schiene 145 vor das ihn überrollende Rad 140 oder direkt in den Radschienenspalt 135 zu bringen, um den Reibwert zwischen Rad 140 und Schiene 145 zu erhöhen oder auf einen ursprünglich höheren Wert zu bringen. Durch diese Maßnahme können die Traktion und die Bremsung des Schienenfahrzeuges 100 verbessert werden. Sandungssysteme werden oft als Systeme betrachtet, welche einen erheblichen Faktor zur Risikominderung betreffend Unfälle beitragen, da bei einer Bremsung mit aktivierter Streumittelausbringung, also einem Sandungsvorgang, der Bremsweg verkürzt werden kann.
Die hier vorgestellte Vorrichtung 115 ermöglicht es nun vorteilhafterweise, die vollständige Funktionskette des Sandungssystems von der Anforderung der Sandung durch den Fahrzeugführer 195 oder die Fahrzeugsteuerung 160 durch die Sandrohrdüse bis hin zum Streumittel, welcher im Radschienenspalt 135 zermahlen wird, überprüfen zu können. Somit ist nun eine Anrechnung der hier vorgestellten Sandungsvorrichtung 105 zu risikomindernden Maßnahmen - im Konkreten zu Bremsweg reduzierenden Maßnahmen - möglich. Hierbei ermöglicht die Vorrichtung 115 vorteilhafterweise eine quantitative Erfassung des in den Radschienenspalt 135 gelangenden Streumittels.
Nur das Streumittel, welches in den Radschienenspalt 135 gelangt, trägt zu der erwünschten Reibwerterhöhung bei. Ob das Streumittel auf die Schiene 145 gelangt, könnte beispielsweise im Stillstand des Schienenfahrzeuges 100 ermittelt werden, wobei durch die Luftströmung, welche bei der Fahrt entsteht, das Streumittel im Extremfall auch neben die Schiene 145 geblasen werden könnte. Es könnten bei Fahrversuchen auch Kameras verwendet werden, um die Treffgenauigkeit der Streumittelausbringung in den Radschienenspalt 135 optisch zu überwachen. Kameras liefern aber nur qualitative, nicht aber quantitative Ergebnisse. Die Vorrichtung 115 ermöglicht nun eine Methode, im regulären Bahnbetrieb in den Radschienenspalt 135 gelangtes Streumittel quantitativ und/oder während der Fahrt zu erfassen.
Der hier vorgestellte Ansatz betrifft eine mobile oder stationäre Überwachungs- und Messeinrichtung für das Sandungssystem eines Schienenfahrzeugs. In Fig. 1 ist ein mobiles und in Fig. 2 ein stationäres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 115 beschrieben. Die Vorrichtung 115 löst das Problem, die im Radschienenspalt 135 zermahlene Streumittelmenge, während der Fahrt und auch im normalen Fährbetrieb, erfassen zu können. Eine Aufgabe des hier beschriebenen Ansatzes besteht also darin, eine entsprechende Sensorik und Auswertprozeduren zu finden.
Ein grundsätzlicher Gedanke ist es, aus zumindest einem Zermahlsignal 175, welches auch als „zeitliche Beschleunigungssignale“ bezeichnet werden kann, welche an entsprechenden Messstellen aufgenommen werden, auf die Menge des zermahlenen Streumittels zu schließen. Das Zermahlen der Streumittelkörner erzeugt Vibrationen, die - wenn im hörbaren Frequenzbereich - auch akustisch wahrnehmbar sind. Durch das Zermahlen der Streumittelkörner im Radschienenspalt 135 kommen Beschleunigungen zustande, welche sich auf Rad 140 und Schiene 145 und in Folge auf Radachse und Radlager einerseits sowie auf Schienenschwelle und Unterbau andererseits übertragen. Entsprechende Messstellen für die Sensoreinrichtung 180 sind somit gemäß einem Ausführungsbeispiel an Rad 140, Schiene 145, Radachse, Achslager 150, Drehgestell 155, Schienenschwelle, Unterbau und/oder an weiteren Körpern, an die diese Beschleunigungen übertragen werden. Beschleunigungen können auch an Gase, wie beispielsweise als Schall in die Umgebungsluft, und an feste Körper, als Körperschall übertragen werden. Entsprechende Messstellen für die Sensoreinrichtung 180 können somit auch gemäß einem Ausführungsbeispiel an Membranen, in Mikrofonen nahe dem Radschienenspalt 135 angebracht sein. Jedes im Radschienenspalt 135 zermahlene Streumittelkorn erzeugt einen Beschleunigungsimpuls. Ein solcher Beschleunigungsimpuls wird in dem Zermahlsignal 175 abgebildet. Mehrere solcher Pulse, welche in zeitlicher Folge erzeugt werden, liefern ein Beschleunigungsspektrum. In diesem Beschleunigungsspektrum kann aus den Frequenzen der zeitliche Abstand von aufeinanderfolgenden Streumittelkornzermahlungen bestimmt werden. Flierzu wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Auswerteeinrichtung 170 verwendet. Aus der Amplitude des Zermahlsignals 175 in Form eines Beschleunigungssignals schließt die Auswerteeinrichtung 170 gemäß einem Ausführungsbeispiel bereits auf die korrekte Ausrichtung der Sandrohrdüse des Sandrohrs 130 betreffend der Treffergenauigkeit des Streumittels in den Radschienenspalt 135. Ein Maximum im Beschleunigungsspektrum zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel außerdem die mittlere Frequenz der Streumittelkornzermahlungen an. Aus dieser mittleren Frequenz schießt die Auswerteeinrichtung 170 gemäß einem Ausführungsbeispiel auf die Anzahl der zermahlenen Streumittelkörner pro Zeiteinheit. Unter Verwendung der bekannten mittleren Streumittelkornmasse schließt die Auswerteeinrichtung 170 gemäß einem Ausführungsbeispiel auf die zermahlene Streumittelmenge pro Zeiteinheit, das heißt, auf die die Masse des zermahlenen Streumittels pro Zeiteinheit. Im Beispiel in Fig. 6 eines Beschleunigungsspektrums, das auch als Frequenzspektrum bezeichnet werden kann, ist die Ausbringung von ca. 1500 Streumittelkörnern pro Sekunde im Spektrum durch das Maximum bei ca. 1500 Hz repräsentiert. Die von der Auswerteeinrichtung 170 ermittelten Ergebnisse werden gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung geeigneter Signale, wie beispielsweise dem Streumittelmengensignal 185, angezeigt oder bereitgestellt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt Fig.1 eine mobile Ausführung der Vorrichtung 115 mit der Sensoreinrichtung 180 am Achslager 150. Die Vorrichtung 115 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine manuell aktivierte Sandungsüberprüfung entweder manuell durch den Fahrzeugführer 195 oder als automatische Sandungsüberprüfung automatisch bei jedem eingeleiteten Sandungsvorgang aktiviert. Der Fahrzeugführer 195 oder auch gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Gleitschutz fordern über die Fahrzeugsteuerung 160 während der Fahrt des Schienenfahrzeugs 100 die Sandung an. Die Sandungssteuerung 165 aktiviert den Sanddosierer 125, welcher aus dem Sandkasten 120 Streumittel dosiert und durch das Sandrohr 130 und die Sandrohrdüse in den Radschienespalt 135 fördert. Das Streumittel wird im Radschienespalt 135 zermahlen und erzeugt entsprechende Beschleunigungen am Achslager 150, welche gemäß diesem Ausführungsbeispiel vom Beschleunigungssensor der Sensoreinrichtung 180 aufgenommen und von der Auswerteeinrichtung 170 betreffend Amplitudensignal und Frequenzspektrum ausgewertet werden. Aus dem Amplitudensignal wird mittels eines zuvor festgelegten Grenzwertes ermittelt, ob Streumittel im Radschienespalt 135 zermahlen wurde. Aus dem Frequenzspektrum ermittelt die Auswerteeinrichtung 170 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Anzahl der im Radschienespalt 135 zermahlenen Streumittelkörner. Mit der zuvor festgelegten mittleren Streumittelkornmasse errechnet die Auswerteeinrichtung 170 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Streumittelmenge pro Zeit. Außerdem berechnet die Auswerteeinrichtung 170 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus der Signaldauer die kumulierte Streumittelmenge. Die ermittelten Werte werden gemäß einem Ausführungsbeispiel an die Fahrzeugsteuerung 160 und/oder die Vergleichseinrichtung 190 gesendet, welche den Sollwert der Sandungsanforderung mit dem Istwert vergleicht und die korrekte oder inkorrekte Ausführung der Sandungsanforderung an den Fahrzeugführer 195 meldet.
Fig. 2 zeigt eine schematische seitliche Darstellung eines Schienenfahrzeugs 100 und einer Gleisvorrichtung 200 mit einem Schienenelement 205 und einer Vorrichtung 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das anhand von Fig. 1 beschriebene Schienenfahrzeug 100 und die Vorrichtung 115 handeln, mit dem Unterschied, dass die Vorrichtung 115 gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Bauteil ausgeformt und/oder an oder in dem Schienenelement 205 angeordnet ist. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist lediglich die Sensoreinrichtung 180 an oder in dem Schienenelement 205 angeordnet und die anderen Komponenten der Vorrichtung 115 sind wie in Fig. 1 beschrieben in dem Fahrzeugkörper 167 aufgenommen. Das Schienenelement 205 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Bauteil der Schiene 145 oder eine Schienenschwelle ausgeformt.
Die Vorrichtung 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um ansprechend auf ein Aktivierungssignal 210, das ein Nähern des Schienenfahrzeugs 100 an die Sensoreinrichtung 180 repräsentiert, ein Sandungssignal 215 an die Sandungsanlage 110 des Schienenfahrzeugs 100 auszugeben, um den Sandungsvorgang zu starten. Das Aktivierungssignal 210 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel von einer Detektionseinrichtung 220 ausgegeben oder bereitgestellt, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel an oder in dem Schienenelement 205 angeordnet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Detektionseinrichtung 220, die auch als „Fahrzeugdetektor“ bezeichnet werden kann, Teil der Vorrichtung 115.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel empfängt die Sendeeinrichtung 225 der Vorrichtung 115 das Aktivierungssignal 210 und sendet ansprechend auf das Aktivierungssignal 210 das Sandungssignal 215 an einen Empfänger 230 im Fahrzeugkörper 167. Der Empfänger 230 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel signaltechnisch mit der Fahrzeugsteuerung 160 verbunden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2 ein stationäres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 115 an der Schiene 145 mit einer gemäß diesem Ausführungsbeispiel automatischen Sandungsüberprüfung.
Die vorgelagerte Detektionseinrichtung 220 sendet gemäß einem Ausführungsbeispiel per Funk an den Empfänger 230 im Schienenfahrzeug 100 ein Signal, dass das Schienenfahrzeug 100 kurz vor der Vorrichtung 115 ist, die auch als „Sandungsüberprüfungseinheit“ bezeichnet werden kann. Die Fahrzeugsteuerung 160 fordert daraufhin für eine definierte Zeit bei weiterhin konstanter Fahrt die Sandung an. Die Sandungssteuerung 165 aktiviert den Sanddosierer 125, welcher aus dem Sandkasten 120 Streumittel dosiert und durch das Sandrohr 130 in den Radschienespalt 135 fördert. Das Streumittel wird im Radschienespalt 135 zermahlen und erzeugt entsprechende Beschleunigungen an der Schiene 145, welche vom stationären Beschleunigungssensor der Sensoreinrichtung 180 aufgenommen und von der Auswerteeinheit 170 betreffend Amplitudensignal und Frequenzspektrum ausgewertet werden. Aus dem Amplitudensignal wird mittels zuvor festgelegten Grenzwertes ermittelt, ob Streumittel im Radschienespalt 135 zermahlen wurde. Aus dem Frequenzspektrum wird die Anzahl der im Radschienespalt 135 zermahlenen Streumittelkörner ermittelt. Die ermittelten Werte werden gemäß einem Ausführungsbeispiel an die Fahrzeugsteuerung 160 oder Vergleichseinrichtung gesendet, welche mit der zuvor festgelegten mittleren Streumittelkornmasse die Streumittelmenge pro Zeit errechnet, den Sollwert der Sandungsanforderung mit dem Istwert vergleicht und/oder die korrekte oder inkorrekte Ausführung der Sandungsanforderung an den Fahrzeugführer 195 meldet.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Beschleunigungssignals 300 einer Sensoreinrichtung für einen Bremsvorgangs 305 ohne Sandungsvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein von einer der in Fig. 1 oder 2 beschriebenen Sensoreinrichtungen bereitgestelltes Beschleunigungssignal 300 handeln. Das Beschleunigungssignal 300 ist über die Zeit t(s) aufgetragen. Die Ordinate zeigt eine Beschleunigung m/s2 Der Bremsvorgang 305 erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel über eine gesamte Strecke ohne Streumittel und mit 10% Schlupf. Das Beschleunigungssignal 300 stellt ein Zeitsignal dar.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Zermahlsignals 175 einer Vorrichtung für einen Bremsvorgang mit Sandungsvorgang 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein von der in Fig. 1 oder 2 beschriebenen Sensoreinrichtung bereitgestelltes Zermahlsignal 175 handeln, welches von der in Fig. 1 oder 2 beschriebenen Auswerteeinrichtung einlesbar ist.
Gezeigt ist entsprechend zu Fig. 3 ein Beschleunigungssignal 300 einer Sensoreinrichtung , wobei das Beschleunigungssignal 300 gemäß diesem Ausführungsbeispiel während des Zeitraums des Sandungsvorgangs 400 als das Zermahlsignal 175 verwendet wird.
Das Beschleunigungssignal 300 und somit das Zermahlsignal 175 ist über die Zeit t(s) aufgetragen. Die Ordinate zeigt eine Beschleunigung m/s2 Der Sandungsvorgang 400 erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel während des Bremsvorgangs für eine Teilstrecke der in Fig. 3 beschriebenen gesamten Strecke mit beispielhaften 4 g/m Sand.
Das Beschleunigungssignal 300 weist Schwingungen auf, deren Amplitude während des Sandungsvorgangs 400 um ein Vielfaches über den Amplituden von Schwingungen des Beschleunigungssignals 300 außerhalb des Sandungsvorgangs 400 liegen. Diese Schwingungen werden durch das Zermahlen von Streumittel hervorgerufen. Durch einen Vergleich der Amplituden des Beschleunigungssignals 300 und somit des Zermahlsignals 175 mit einem geeigneten Amplitudengrenzwert kann erkannt werden, das Streumittel zermahlen wird. Dies ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Fall, wenn das Zermahlsignal 175 den Amplitudengrenzwert betragsmäßig überschreitet.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Frequenzspektrums 500 für einen Bremsvorgang ohne Sandungsvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das Frequenzspektrum 500 für das in Fig. 3 beschriebene Beschleunigungssignal handeln. Zu erkennen ist, dass das Beschleunigungssignal vorwiegend Frequenzen in einem niedrigen Frequenzbereich, beispielsweise bis 1000 Hz aufweist.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielsweise von einer Auswerteeinrichtung ermittelten Frequenzspektrums 600 für einen Bremsvorgang mit Sandungsvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das Frequenzspektrum 600 für das in Fig. 4 beschriebene Zermahlsignal handeln. Ein Teilspektrum 605 eines für den Sandungsvorgang relevanten Frequenzbereichs 610 des Frequenzspektrums 600 zeigt einen für den Sandungsvorgang charakteristischen Verlauf. Aus dem Verlauf des Teilspektrums 605 kann zum einen darauf geschlossen werden, dass Streumittel zermahlen wird, und zum anderen darauf geschlossen werden, wie viel Streumittel pro Zeiteinheit zermahlen wird. Dazu können beispielsweise Frequenzanteile des Frequenzspektrums 600 oder des Teilspektrums 605 mit Frequenzschwellenwerten verglichen werden, oder es kann eine Verteilung der Frequenzanteile des Frequenzspektrums 600 oder des Teilspektrums 605 mit einer Referenzverteilung verglichen werden oder es kann ein Mittelwert der Frequenzanteile des Frequenzspektrums 600 oder des Teilspektrums 605 mit einem Referenzmittelwert verglichen werden oder es kann ein Maximum des Frequenzspektrums 600 oder des Teilspektrums 605 mit einem Referenzmaximum verglichen werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Frequenzbereich 610 beispielhaft Frequenzen zwischen 1500 und 2500Flz. Im Vergleich zu dem in Fig. 5 gezeigten Frequenzspektrum weist das in Fig. 6 gezeigte Frequenzspektrum 600 eine Fläufung von Frequenzanteilen innerhalb des Frequenzbereichs 610 auf. Die Häufung der Frequenzanteilen innerhalb des Frequenzbereichs 610 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet, um zu erkennen, das Streumittel zermahlen wird. Eine Verteilung der Frequenzanteile innerhalb des Frequenzbereichs 610 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet, um zu erkennen, wieviel Streumittel pro Zeiteinheit zermahlen wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Zerkleinerung von ca. 1500 Sandkörnern pro Sekunde im Frequenzspektrum 600 erkennbar. Die Zerkleinerung der ca. 1500 Sandkörnern pro Sekunde ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Teilspektrum 605 durch das Maximum 615 bei ca. 1500 Hz repräsentiert.
Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Überwachen eines Sandungsvorgangs für eine Sandungsanlage für ein Schienenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dieses Verfahren 700 ist von einer der in einer der Figuren 1 oder 2 beschriebenen Vorrichtungen ansteuerbar oder ausführbar.
Das Verfahren 700 weist einen Schritt 705 des Einlesens und einen Schritt 710 des Bestimmens auf. Im Schritt 705 des Einlesens wird ein Zermahlsignal eingelesen, das einen von einer Sensoreinrichtung sensierten Zermahlvorgang repräsentiert, der ein Zermahlen zumindest eines Streumittelkorns in einem Radschienenspalt zwischen einer Schiene und einem Rad des Schienenfahrzeugs repräsentiert. Im Schritt 710 des Bestimmens wird unter Verwendung des Zermahlsignals ein Streumittelmengensignal bestimmt, das eine Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern während des Sandungsvorgangs anzeigt. BEZUGSZEICHENLISTE
100 Schienenfahrzeug
105 Sandungsvorrichtung
110 Sandungsanlage
115 Vorrichtung
120 Sandkasten
125 Sanddosierer
130 Sandrohr
135 Radschienenspalt
140 Rad
145 Schiene
150 Achslager
155 Drehgestell
160 Fahrzeugsteuerung
165 Sandungssteuerung
167 Fahrzeugkörper
168 Fahrtrichtung
170 Auswerteeinrichtung
175 Zermahlsignal
180 Sensoreinrichtung
185 Streumittelmengensignal
190 Vergleichseinrichtung
192 Warnsignal
195 Fahrzeugführer
200 Gleisvorrichtung
205 Schienenelement
210 Aktivierungssignal
215 Sandungssignal
220 Detektionseinrichtung
225 Sendeeinrichtung
230 Empfänger 300 Beschleunigungssignal
305 Bremsvorgang 400 Sandungsvorgang
500 Frequenzspektrum für einen Bremsvorgang ohne Sandungsvorgang
600 Frequenzspektrum für einen Bremsvorgang mit Sandungsvorgang 605 Teilspektrum
610 Frequenzbereich
615 Maximum
700 Verfahren zum Überwachen eines Sandungsvorgangs für eine Sandungsanlage für ein Schienenfahrzeug 705 Schritt des Einlesens
710 Schritt des Bestimmens

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (115) zum Überwachen eines Sandungsvorgangs (400) für eine Sandungsanlage (110) für ein Schienenfahrzeug (100), wobei die Vorrichtung (115) die folgenden Merkmale aufweist: eine Auswerteeinrichtung (170), die dazu ausgebildet ist, um ein Zermahlsignal (175) einzulesen, das einen von einer Sensoreinrichtung (180) sensierten Zermahlvorgang repräsentiert, der ein Zermahlen zumindest eines Streumittelkorns in einem Radschienenspalt (135) zwischen einer Schiene (145) und einem Rad (140) des Schienenfahrzeugs (100) repräsentiert, und die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Zermahlsignals (175) ein Streumittelmengensignal (185) zu bestimmen, das eine Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern während des Sandungsvorgangs (400) anzeigt.
2. Vorrichtung (115) gemäß Anspruch 1 , mit der Sensoreinrichtung (180), die dazu ausgebildet ist, um den Zermahlvorgang zu sensieren und das den sensierten Zermahlvorgang repräsentierende Zermahlsignal (175) bereitzustellen.
3. Vorrichtung (115) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Sensoreinrichtung (180) ausgebildet ist, um eine Beschleunigung eines Elements (140, 150) des Schienenfahrzeugs (100) oder eines Schienenelements (205) einer Gleisvorrichtung (200) und/oder eine Schallwelle und/oder ein akustisches Signal zu erfassen.
4. Vorrichtung (115) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Sendeeinrichtung (225), die dazu ausgebildet ist, um das Streumittelmengensignal (185) an eine Fahrzeugsteuerung (160) des Schienenfahrzeugs (100) zu senden.
5. Vorrichtung (115) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Auswerteeinrichtung (170) dazu ausgebildet ist, um die Amplitude und/oder Frequenz (Hz) des Zermahlsignals (175) auszuwerten, um das Streumittelmengensignal (185) zu bestimmen.
6. Vorrichtung (115) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Auswerteeinrichtung (170) dazu ausgebildet ist, um das Zermahlsignal (175) mit einem festgelegten Amplitudengrenzwert zu vergleichen, um den Zermahlvorgang zu erkennen und/oder um ein Frequenzspektrum (600, 605) des Zermahlsignals (175) zu ermitteln und auszuwerten, um die zermahlene Streumittelmenge zu bestimmen.
7. Vorrichtung (115) gemäß Anspruch 6, bei der die Auswerteeinrichtung (170) dazu ausgebildet ist, um das Frequenzspektrum (600, 605) auszuwerten, um die zermahlene Streumittelmenge innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts oder des gesamten Sandungsvorgangs (400) zu bestimmen.
8. Vorrichtung (115) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Vergleichseinrichtung (190), die dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Streumittelmengensignals (185) und eines Sollstreumittelmengensignals , das eine erwartete Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern repräsentiert, ein Warnsignal (192) auszugeben, wenn die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern von der gewünschten Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern abweicht und/oder ein Bestätigungssignal auszugeben, wenn die Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern der gewünschten Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern entspricht.
9. Vorrichtung (115) gemäß Anspruch 8, bei der das Warnsignal (192) dazu ausgebildet ist, um eine Information an einen Fahrzeugführer (195) des Schienenfahrzeugs (100) über eine inkorrekte zermahlene Streumittelmenge anzuzeigen.
10. Vorrichtung (115) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Sensoreinrichtung (180) und die Auswerteeinrichtung (170) als ein Bauteil ausgeformt sind oder als zumindest zwei getrennte Bauteile ausgeformt sind.
11. Sandungsvorrichtung (105) für ein Schienenfahrzeug (100), wobei die Sandungsvorrichtung (105) eine Sandungsanlage (110) und eine Vorrichtung (115) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.
12. Schienenfahrzeug (100) mit einer Sandungsvorrichtung (105) gemäß Anspruch 11.
13. Schienenfahrzeug (100) gemäß Anspruch 12, bei der zumindest die Sensoreinrichtung (180) an oder in einem Achslager (150), einer Radachse, einem Rad (140), einem Drehgestell (155) und/oder einem Unterbau des Schienenfahrzeugs (100) angeordnet ist.
14. Gleisvorrichtung (200) mit einem Schienenelement (205) und einer Vorrichtung (115) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest die Sensoreinrichtung (180) an oder in dem Schienenelement (205) angeordnet ist.
15. Verfahren (700) zum Überwachen eines Sandungsvorgangs (400) für eine Sandungsanlage (110) für ein Schienenfahrzeug (100), wobei das Verfahren (700) zumindest die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen (705) eines Zermahlsignals (175), das einen von einer Sensoreinrichtung (180) sensierten Zermahlvorgang repräsentiert, der ein Zermahlen zumindest eines Streumittelkorns in einem Radschienenspalt (135) zwischen einer Schiene (145) und einem Rad (140) des Schienenfahrzeugs (100) repräsentiert; und
Bestimmen (710) eines Streumittelmengensignals (185), das eine Streumittelmenge an zermahlenen Streumittelkörnern während des Sandungsvorgangs (400) anzeigt, unter Verwendung des Zermahlsignals (175).
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