EP4561886A1 - Sandstreuanlage für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Sandstreuanlage für ein schienenfahrzeug

Info

Publication number
EP4561886A1
EP4561886A1 EP23777151.4A EP23777151A EP4561886A1 EP 4561886 A1 EP4561886 A1 EP 4561886A1 EP 23777151 A EP23777151 A EP 23777151A EP 4561886 A1 EP4561886 A1 EP 4561886A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sand
storage container
rail vehicle
force measurement
spreading system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23777151.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcel Berndt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4561886A1 publication Critical patent/EP4561886A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • B61C17/02—Bunkers; Tanks; Tenders; Water or fuel pick-up or scoop apparatus; Water or fuel supply fittings

Definitions

  • the invention relates to a sand-spreading system for a rail vehicle.
  • Sand-spreading systems are used to increase the friction of the wheels of a rail vehicle on the rails by sprinkling the rails with sand, e.g. when starting off heavy vehicles, in adverse weather conditions or on steep gradients, and to increase the braking effect.
  • the movement of rail vehicles relies on the friction of the wheels on the rails. If this is not large enough, the wheels can slide on the rails, which prevents both acceleration and braking. This can be counteracted by sprinkling the rails with sand.
  • the invention is based on the object of demonstrating an improved sand spreading system and a method for operating a sand spreading system.
  • the invention also relates to a method, a corresponding device or a system for data processing, a corresponding computer program, a corresponding computer-readable, preferably non-volatile, storage medium, and a corresponding data carrier signal.
  • Advantageous embodiments and further developments are the subject of subclaims.
  • a storage container for sand to be applied to the rails.
  • the storage container is connected to the rail vehicle via at least one bearing that enables force measurement.
  • the connection between the storage container and the rail vehicle is preferably made on a car body, in particular on a railcar. This connection is not rigid; rather, at least one bearing is provided which enables a relative movement between the component of the rail vehicle via which the connection between the storage container and the rail vehicle is made and the storage container. In addition to this at least one bearing, further connections can exist.
  • the at least one bearing enables force measurement. Since the sand within the storage container exerts a weight corresponding to its mass, a change in the mass of the sand results in a change in weight, which can be determined by means of the force measurement. This takes advantage of the fact that a change in mass leads to a relative movement between the storage container and the rail vehicle via the bearing.
  • the force measurement is carried out using at least one strain sensor.
  • a part of the bearing or a component connected to it can be stretched or compressed, which can be detected by the strain sensor and converted into a force.
  • the storage container is connected to the rail vehicle via a rotation bearing and a linear bearing that enables force measurement.
  • the arrangement of the rotation bearing and linear bearing can be different. It is important that a change in mass in the storage container leads to a movement in the linear bearing, which can be detected using the force measurement.
  • a plurality of such linear bearings can be provided in addition to the rotation bearing.
  • the storage container is connected to the rail vehicle via two linear bearings that enable force measurement. This is particularly advantageous if there is no rotation bearing.
  • the arrangement of the two linear bearings is such that a change in mass in the storage container leads to a movement in the linear bearings, which can be detected with the force measurement.
  • the change in the mass of the sand to be distributed in the storage container can be determined via the force measurement, e.g. B. It can be determined whether too much or too little sand is applied per sanding process. Depending on this result, appropriate measures can then be taken to correct the amount of sand applied.
  • sand is spread from a storage container onto the rails as part of a sanding process while the vehicle is traveling.
  • the change in the mass of the sand in the storage container due to the sanding process is determined via a force measurement at a bearing via which the storage container is connected to the rail vehicle.
  • the device or system for data processing has an input for receiving measured values from a force measurement of a sand spreading system, as well as means for calculating a change in the mass of the sand in the storage container due to a sanding process, and a memory for storing the calculated change in mass.
  • the computer program for a sand spreading system has means for receiving measured values of a force measurement, as well as means for calculating a change in the mass of the sand in the storage container due to a sanding process, and an output for outputting the calculated change in mass.
  • This output can be sent to a memory and/or to a display or other type of message, e.g. for the train driver.
  • the method according to the invention and/or one or more functions, features and/or steps of the method according to the invention can be computer-aided. It can be carried out or implemented, for example, by means of one or more computers, processors, application-specific integrated circuits (ASIC), digital signal processors (DSP) and/or so-called “field programmable gate arrays” (FPGA). It can also be carried out at least partially in a cloud and/or in an edge computing environment.
  • One or more interacting computer programs are used for the computer-aided process. If several programs are used, they can be stored together on and executed by one computer, or on different computers in different locations. Since this is functionally equivalent, “the computer program” and “the computer” are formulated in the singular here.
  • Figure 1 a section of a sand spreading system with spreading pipe in the area of the rail
  • Figures 2A, 2B, 2C the attachment of a sand container of a sand spreading system with different configurations for force determination
  • Figure 3 an evaluation system .
  • Rail vehicles usually have a sand spreading system. This is used to blow sand from a storage container under the wheels using compressed air in order to increase the friction between the wheel and the rail, i.e. to improve the adhesion of the wheel-rail system.
  • the aim of this procedure is to increase the friction between the wheel and the rail.
  • the spreading of sand is mainly used for e.g. B. due to reduced friction coefficients due to wetness, or strong pulling or braking forces. The increased friction increases the traction ons or Braking effect is improved and wheels slipping can be prevented.
  • Figure 1 shows a section of a sand spreading system.
  • the spreading tube la is used to specifically spread the sand 1c onto the rail 1b.
  • the sand to be spread is in a container, not shown in the figure, to which the spreading tube la is connected directly or via a hose.
  • the sand spreading system can have a diagnostic option based on optics, which detects whether or not there is sand in the outlet area. For this purpose, light is guided to the sensor head le using an optical fiber.
  • the arrangement of the sensor head le is such that, depending on whether or not sand is currently being spread from the spreading tube la, light is detected by a photo element in the sensor head le: if sand comes out of the spreading tube la, the sensor does not receive a light signal and vice versa.
  • Sanding is triggered when the driver in the locomotive orders this by pressing a button.
  • the proper functioning of the sand spreading system can be checked: it can be detected whether sand is coming out of the spreading pipe in accordance with the signal triggered by the driver.
  • the measured signal can be compared with the corresponding requirement and an “OK” or “Not OK” status can be assigned.
  • FIG. 1 The sand spreading system shown in Figure 1 is therefore modified to enable the mass reduction to be recorded for each individual sanding process.
  • Figures 2A, 2B and 2C show three configurations as examples.
  • the container B which contains the sand, is connected to a car body WK of the rail vehicle. This connection is used to attach the container B to the rail vehicle. Instead of the car body WK, another component of the vehicle can also be used.
  • the connection is made via a pivot bearing DL and a bearing with force detection FL .
  • the pivot bearing DL allows a rotational movement of the container B about an axis perpendicular to the image plane .
  • the bearing FL enables a translation, namely a relative movement between the container B and the car body WK in the longitudinal direction, namely in the horizontal direction indicated by the double arrow .
  • the bearing with force detection FL can be implemented with a strain sensor .
  • This electrical component reacts to stretching or compressing deformations with a change in electrical resistance .
  • strain sensors When strain sensors are used, forces and loads can be reliably measured via measured strains .
  • a strain gauge can be glued to a component; however, screwable strain sensors are preferably used .
  • the weight F of the sand in container B points downwards. As the amount of sand in container B decreases, the extensometer stretches in the horizontal direction indicated by the double arrow. The change in weight of container B, including the sand in it, can be calculated from the electrical signal from the extensometer.
  • the decisive factor here is the geometric design of the container. In an embodiment like in Figure 2A with a trapezoidal cross-section, the ratio of L2/L1 is crucial for this.
  • the structure of Figure 2B differs from that of Figure 2A in that the bearing with force determination FL enables a relative movement between the container B and the car body WK in the longitudinal direction, namely in the vertical direction indicated by the double arrow. As the amount of sand in container B decreases, the extensometer is compressed in the horizontal direction indicated by the double arrow. Otherwise, the comments on FIG. 2A apply accordingly.
  • the structure of Figure 2C differs from those of Figures 2A and 2B in that no pivot bearing DL is provided. Rather, the container B is connected to the car body WK via two bearings with force determination FL. Both enable a relative movement between the container B and the car body WK in the longitudinal direction, in each case in the vertical direction indicated by the double arrow.
  • the sand spreading system known from the state of the art is supplemented by sensors for measuring the force at the fastening points.
  • a force measurement can be used to draw conclusions about the contents of the container.
  • the sensors integrated into the fastening determine the change in the weight force and thus a change in the mass of the container, which is caused by the application of sand during a sanding process.
  • the mass reduction corresponds to the amount of sand applied, so a quantitative statement can be made about the amount of sand applied per sanding process.
  • a test sanding should be carried out before using the system described during operation.
  • a standard sand spreading system should dispense approximately 650g of sand per sanding process within a sanding process lasting 30 seconds.
  • the mass of container B reduced during the test sanding is determined using the arrangement described. From this, a percentage deviation from the nominal value of 650g can be calculated.
  • test sandings can also be carried out in order to be able to create statistics on the deviations.
  • strain gauges described here is the preferred method, as strain gauges are inexpensive and widely available products. Nevertheless, alternative sensors can be used, e.g. based on pressure measurements.
  • Figure 3 shows schematically an evaluation system SYS. While the components explained in more detail below are simply present in the figure, it is also possible that these are present in multiple versions, e.g. B. as a distributed system. In this way, the functionality of the SYS evaluation system can be divided into several systems, possibly hierarchically linked to one another. This or these are preferably located in the locomotive.
  • the evaluation system SYS comprises a computing unit or a processor PRO. This is connected to a memory MEM in which a computer program PROGRAM is stored.
  • the memory MEM is preferably a non-volatile computer-readable data storage medium. Storage can be carried out in any way that is suitable for ensuring readability by a computing unit, such as magnetic storage, e.g. using a floppy disk, optical storage, e.g. using a CD, magneto-optical storage, ROM (Read Only Memory) storage, RAM (Random Access Memory) storage, EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), flash memory.
  • the steps of the procedure explained above are carried out.
  • measured values from the force measurement are received and the change in mass of the sand in the container is calculated from this.
  • the mathematical relationships required for this, which result from the geometry of the container, are part of the PROGRAM program.
  • a processor integrated in the strain sensor The processor PRO has an input and output unit IN/OUT connected, via which information can be exchanged between the SYS evaluation system and other components and/or a user.
  • measured values can be received and results can be output.
  • This interface can be designed in a suitable manner, e.g. B. via radio or cable, and communication can take place via appropriate standards.
  • the SYS evaluation system can make a quantitative statement about the amount of sand applied based on the calculated mass reduction. This can be spent and used in different ways:
  • the mass of the sand applied can be stated after each sanding process. This can, for example, be displayed to the driver and/or saved in a file and, if necessary, evaluated at a later point in time.
  • the information obtained on the amount of sand spread can be used to adjust the sand spreading system. If, for example, it is determined that too much sand is being spread on average, the spreading system can be mechanically readjusted during maintenance. This adjustment can be made for fixed as well as variable amounts of sand per sanding process. With a variable amount of sand, for example, two different amounts of 400 grams or 650 grams per 30-second sanding process can be requested, or the required amount of sand can be determined depending on the speed of the rail vehicle.
  • this measuring technology can also be used to determine the filling level of the container.
  • the amount of sand in the container can be stored. By deducting the amount of sand discharged during each sanding process, a warning can be issued when a certain minimum filling level is reached. This means that viewing windows or similar measures that serve to roughly determine the amount of sand remaining can be dispensed with.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sandstreuanlage für ein Schienenfahrzeug mit einem Vorratsbehälter (B) für auf die Schienen auszubringenden Sand. Der Vorratsbehälter (B) ist über mindestens ein eine Kraftmessung ermöglichendes Lager (FL) mit dem Schienenfahrzeug verbunden.

Description

Beschreibung
Sandstreuanlage für ein Schienenfahrzeug
Die Erfindung betri f ft eine Sandstreuanlage für ein Schienenfahrzeug . Sandstreuanlagen werden eingesetzt , um durch Bestreuen der Schienen mit Sand die Reibung der Räder eines Schienenfahrzeugs auf den Schienen zu vergrößern, z . B . beim Anfahren schwerer Fahrzeuge , bei ungünstiger Witterung oder auf starken Steigungen, sowie zur Vergrößerung der Bremswirkung .
Die Fortbewegung von Schienenfahrzeugen beruht auf der Reibung der Räder auf den Schienen . I st diese nicht ausreichend groß , so kann es zum Gleiten der Räder auf den Schienen kommen, was sowohl Beschleunigung als auch Abbremsen verhindert . Dem kann durch Bestreuen der Schienen mit Sand entgegengewirkt werden .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine verbesserte Sandstreuanlage , sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Sandstreuanlage auf zuzeigen .
Diese Aufgabe wird durch eine Sandstreuanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Ferner sind Gegenstand der Erfindung ein Verfahren, eine entsprechende Vorrichtung oder ein System zur Datenverarbeitung, ein entsprechendes Computerprogramm, ein entsprechendes computerlesbares , vorzugsweise nicht flüchtiges , Speichermedium, und ein entsprechendes Datenträgersignal . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen .
Bei der erfindungsgemäßen Sandstreuanlage für ein Schienenfahrzeug ist ein Vorratsbehälter für auf die Schienen aus zubringenden Sand vorgesehen . Hierbei ist der Vorratsbehälter über mindestens ein eine Kraftmessung ermöglichendes Lager mit dem Schienenfahrzeug verbunden . Die Verbindung zwischen Vorratsbehälter und Schienenfahrzeug erfolgt vorzugsweise an einem Wagenkasten, insbesondere an einem Triebwagen . Diese Verbindung ist nicht starr, vielmehr ist zumindest ein Lager vorgesehen, welches eine Relativbewegung zwischen dem Bestandteil des Schienenfahrzeugs , über welches die Verbindung zwischen Vorratsbehälter und Schienenfahrzeug erfolgt , und dem Vorratsbehälter ermöglicht . Außer diesem mindestens einen Lager können weitere Verbindungen bestehen .
Das mindestens eine Lager ermöglicht eine Kraftmessung . Da der Sand innerhalb des Vorratsbehälters eine seiner Masse entsprechende Gewichtskraft ausübt , resultiert eine Änderung der Masse des Sandes zu einer geänderten Gewichtskraft , was mittels der Kraftmessung festgestellt werden kann . Hierbei wird ausgenutzt , dass eine Massenänderung zu einer Relativbewegung zwischen Vorratsbehälter und Schienenfahrzeug über das Lager führt .
Besonders vorteilhaft ist es , wenn die Kraftmessung mittels mindestens eines Dehnungsaufnehmers erfolgt . Hierbei kann ein Bestandteil des Lagers oder eine mit ihm verbundene Komponente gedehnt oder gestaucht werden, was mit dem Dehnungsaufnehmer detektiert und in eine Kraft umgerechnet werden kann .
In Ausgestaltung der Erfindung ist der Vorratsbehälter über ein Rotationslager und ein eine Kraftmessung ermöglichendes Linearlager mit dem Schienenfahrzeug verbunden . Die Anordnung von Rotationslager und Linearlager kann hierbei unterschiedlich sein . Wesentlich ist , dass eine Massenänderung im Vorratsbehälter zu einer Bewegung im Linearlager führt , welche mit der Kraftmessung erfassbar ist . Anstelle eines einzigen eine Kraftmessung ermöglichenden Linearlagers kann zusätzlich zu dem Rotationslager eine Mehrzahl solcher Linearlager vorgesehen sein . In einer alternativen Ausgestaltung ist der Vorratsbehälter über zwei eine Kraftmessung ermöglichende Linearlager mit dem Schienenfahrzeug verbunden . Dies ist insbesondere vorteilhaft , wenn kein Rotationslager vorhanden ist . Auch hier gilt , dass die Anordnung der zwei Linearlager so ist , dass eine Massenänderung im Vorratsbehälter zu einer Bewegung in den Linearlagern führt , welche mit der Kraftmessung erfassbar ist .
Wenn über die Kraftmessung die Veränderung der Masse des auszubringenden Sandes im Vorratsbehälter bestimmbar ist , kann z . B . festgestellt werden, ob pro Sandungsvorgang zu viel oder zu wenig Sand ausgebracht wird . Abhängig von diesem Ergebnis können dann entsprechende Maßnahmen getrof fen werden, um die ausgebrachte Sandmenge zu korrigieren .
Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Sandstreuanlage für ein Schienenfahrzeug wird im Rahmen eines Sandungsvorgangs während der Fahrt Sand aus einem Vorratsbehälter auf die Schienen ausgebracht . Über eine Kraftmessung an einem Lager, über welches der Vorratsbehälter mit dem Schienenfahrzeug verbunden ist , wird die aufgrund des Sandungsvorgangs erfolgte Änderung der Masse des Sandes im Vorratsbehälter bestimmt .
Die Vorrichtung oder das System zur Datenverarbeitung verfügt über einen Eingang zum Empfangen von Messwerten einer Kraftmessung einer Sandstreuanlage , sowie über Mittel zum Berechnen einer Änderung der Masse des Sandes im Vorratsbehälters aufgrund eines Sandungsvorgangs , und über einen Speicher zur Speicherung der berechneten Massenänderung .
Das Computerprogramm für eine Sandstreuanlage verfügt über Mittel zum Empfangen von Messwerten einer Kraftmessung, sowie über Mittel zum Berechnen einer Änderung der Masse des Sandes im Vorratsbehälters aufgrund eines Sandungsvorgangs , und über einen Ausgang zur Ausgabe der berechneten Massenänderung .
Diese Ausgabe kann an einen Speicher ergehen, und/oder an eine Anzeige oder andersartige Mitteilung, z . B . für den Triebfahrzeugführer .
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder eine oder mehrere Funktionen, Merkmale und/oder Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen können computergestützt ablaufen . Es kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer Computer, Prozessoren, anwendungsspezi fischer integrierter Schaltungen (AS IC ) , digitaler Signalprozessoren (DSP ) und/oder sogenannter „Field Programmable Gate Arrays" ( FPGA) ausgeführt bzw . implementiert werden . Es kann auch zumindest teilweise in einer Cloud und/oder in einer Edge- Computing-Umgebung ausgeführt werden . Für den computergestützten Ablauf kommt eines oder mehrere miteinander zusammenwirkende Computerprogramme zum Einsatz . Werden mehrere Programme verwendet , so können diese gemeinsam auf einem Computer gespeichert und von diesem ausgeführt werden, oder auch auf verschiedenen Computern an verschiedenen Orten . Da dies funktional gleichbedeutend ist , wird vorliegend im Singular „das Computerprogramm" und „der Computer" formuliert .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Aus führungsbeispiels näher erläutert . Dabei zeigen :
Figur 1 : einen Ausschnitt aus einer Sandstreuanlage mit Streurohr im Bereich der Schiene ,
Figuren 2A, 2B, 2C : die Befestigung eines Sandbehälters einer Sandstreuanlage mit verschiedenen Konstellationen zur Kraf termittlung,
Figur 3 : ein Auswertungssystem .
Schienenfahrzeuge verfügen üblicherweise über eine Sandstreuanlage . Dies dient dazu, mit Druckluft Sand aus einem Vorratsbehälter unter die Räder zu blasen, um die Reibung zwischen Rad und Schiene zu erhöhen, also den Kraftschluss des Rad-Schiene Systems zu verbessern . Ziel dieses Vorgehens ist die Erhöhung der Reibung zwischen Rad und Schiene . Angewandt wird das Ausbringen von Sand vor allem bei z . B . aufgrund von Nässe reduziertem Reibungskoef fi zienten, oder starken Zugoder Bremskräften . Durch die erhöhte Reibung wird die Trakti- ons- bzw . Bremswirkung verbessert und ein Durchrutschen der Räder kann verhindert werden .
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Sandstreuanlage . Das Streurohr la dient zum gezielten Ausbringen des Sandes 1c auf die Schiene 1b . Der aus zubringende Sand befindet sich in einem Behälter, welcher nicht in der Figur gezeigt ist , und an welchen das Streurohr la direkt oder über einen Schlauch angeschlossen wird . Die Sandstreuanlage kann eine Diagnosemöglichkeit basierend auf einer Optik aufweisen, wobei diese Optik erkennt , ob sich im Austrittsbereich Sand befindet oder nicht . Hierzu wird mittels eines Lichtwellenleiters Licht zum Sensorkopf le geleitet . Die Anordnung bei dem Sensorkopf le ist hierbei so , dass abhängig davon, ob aktuell Sand vom Streurohr la ausgebracht wird oder nicht , von einem Fotoelement des Sensorkopfes le Licht detektiert wird : wenn Sand aus dem Streurohr la kommt , empfängt der Sensor kein Lichtsignal und umgekehrt .
Das Sanden wird ausgelöst , indem der Fahrer im Triebfahrzeug dies durch Tastendruck anordnet . Durch die beschriebene Sensoranordnung in der Sandstreuanlage kann somit das ordnungsgemäße Funktionieren der Sandstreuanlage überprüft werden : es kann detektiert werden, ob in Übereinstimmung mit dem Signal , welches der Fahrer ausgelöst hat , Sand aus dem Streurohr kommt . Mit Hil fe einer Software kann das gemessene Signal mit der entsprechenden Anforderung verglichen und ein „in Ordnung" bzw . „nicht in Ordnung" Status vergeben werden .
Übermäßiges Sanden ist ungünstig, da der zerriebene Quarzsand den elektrischen Kontakt zwischen Rad und Schiene und somit die Möglichkeit der Gleis freimeldung beeinträchtigt . Durch fehlerhafte Gleis freimeldungen kam es bereits zu Zusammenstößen von Schienenfahrzeugen . Somit stellt zu viel Sand auf den Schienen ein Sicherheitsrisiko dar .
Ferner ist auch die durch das Ausbringen von Sand hervorgerufene Staubentwicklung unerwünscht . In der Nähe von Bahnstre- cken und auch im Passagierraum tritt durch Verschleiß am Rad- Schiene-Bremsen-System Eisen ( oxid) staub auf . Durch Sanden wird quarzhaltiger Sand zwischen Schiene und Rad zu feinem Staub zerrieben . Lungengängiger feiner Staub insbesondere mit Silikat- und Quarzanteil ist besonders gesundheitsschädlich .
Das Ausbringen von Sand ist also einerseits wichtig, um eine vorteilhafte Reibung zwischen Rad und Schiene und somit einen sicheren Fährbetrieb des Schienenfahrzeugs zu gewährleisten . Gleichzeitig ist die Verschlechterung des elektrischen Kontaktes durch den Sand auf den Schienen unerwünscht , und überdies ist die gesundheitsgefährdende Staubentwicklung ein negativer Ef fekt des Sandens . Hieraus folgt , dass eine Regulierung der ausgebrachten Sandmenge anzustreben ist . Dies impliziert , dass gemessen werden sollte , wie viel Sand tatsächlich ausgebracht wird . Eine derartige Ermittlung der Quantität des ausgebrachten Sandes wird derzeit nicht durchgeführt .
Vielmehr wird bei einer regelmäßigen Wartung der Sandstreuanlage , z . B . in regelmäßigen Inspektionsintervallen von drei Monaten, die Sandstreuanlage im Wartungsmodus aktiviert , um über eine externe Waage fest zustellen, wie viel Sand die Anlage ausbringt . Dies ermöglicht j edoch keine genaue Angabe , wie viel Gramm Sand pro Sandungsvorgang tatsächlich ausgebracht wurden, denn diese Menge kann von Vorgang zu Vorgang schwanken .
Die in Figur 1 gezeigte Sandstreuanlage wird daher dahingehend modi fi ziert , dass eine Erfassung der Massenreduktion für j eden einzelnen Sandungsvorgang ermöglicht wird . Hierzu zeigen die Figuren 2A, 2B und 2C beispielhaft drei Konstellationen . Jeweils ist hierbei der Behälter B, welcher den Streusand enthält , mit einem Wagenkasten WK des Schienenfahrzeugs verbunden . Diese Verbindung dient der Befestigung des Behälters B am Schienenfahrzeug . Anstelle des Wagenkastens WK kann auch eine andere Komponente des Fahrzeugs verwendet werden . In der Konstellation der Figur 2A erfolgt die Verbindung über ein Drehlager DL und ein Lager mit Kraftermittlung FL . Das Drehlager DL erlaubt eine Rotationsbewegung des Behälters B um eine senkrecht zur Bildebene stehende Achse . Das Lager FL hingegen ermöglicht eine Translation, nämlich eine Relativbewegung zwischen dem Behälter B und dem Wagenkasten WK in Längsrichtung, und zwar in der durch den Doppelpfeil angezeigten hori zontalen Richtung . Das Lager mit Kraftermittlung FL kann mit einem Dehnungsaufnehmer realisiert werden . Dieses elektrische Bauteil reagiert auf dehnende oder stauchende Verformungen mit einer Änderung des elektrischen Widerstands . Beim Einsatz von Dehnungsaufnehmern lassen sich über gemes- senene Dehnungen somit Kräfte und Lasten zuverlässig messen . Zur Umsetzung der Kraftmessungen mittels Dehnungsaufnehmer kann ein Dehnungsmessstrei fen auf ein Bauteil aufgeklebt werden; vorzugsweise j edoch werden auf schraubbare Dehnungssensoren eingesetzt .
Die Gewichtskraft F des Sandes in dem Behälter B zeigt nach unten . Bei abnehmender Sandmenge im Behälter B wird der Dehnungsaufnehmer in der durch den Doppelpfeil angezeigten horizontalen Richtung gedehnt . Aus dem elektrischen Signal des Dehnungsaufnehmers kann die Gewichtsänderung des Behälters B einschließlich des darin befindlichen Sandes berechnet werden . Hierfür ausschlaggebend ist die geometrische Ausgestaltung des Behälters . Bei einer Ausgestaltung wie in Figur 2A mit einem trapez förmigen Querschnitt ist hierfür das Verhältnis von L2 /L1 ausschlaggebend .
Der Aufbau der Figur 2B unterscheidet sich von derj enigen der Figur 2A darin, dass das Lager mit Kraftermittlung FL eine Relativbewegung zwischen dem Behälter B und dem Wagenkasten WK in Längsrichtung ermöglicht , und zwar in der durch den Doppelpfeil angezeigten vertikalen Richtung . Bei abnehmender Sandmenge im Behälter B wird der Dehnungsaufnehmer in der durch den Doppelpfeil angezeigten hori zontalen Richtung gestaucht . Ansonsten gelten die Aus führungen zu Figur 2A entsprechend . Der Aufbau der Figur 2C unterscheidet sich von denj enigen der Figuren 2A und 2B darin, dass kein Drehlager DL vorgesehen ist . Vielmehr ist der Behälter B mit dem Wagenkasten WK über zwei Lager mit Kraftermittlung FL verbunden . Beide ermöglichen eine Relativbewegung zwischen dem Behälter B und dem Wagenkasten WK in Längsrichtung, und zwar j eweils in der durch den Doppelpfeil angezeigten vertikalen Richtung .
Wie in den Figuren 2A, 2B und 2C gezeigt , wird die aus dem Stand der Technik bekannte Sandstreuanlage an den Befestigungsstellen um Sensoren zur Kraftermittlung ergänzt . Über eine Kraftmessung können Rückschlüsse auf den Inhalt des Behälters gezogen werden . Durch die in die Befestigung integrierten Sensoren wird die Änderung der Gewichtskraft und somit eine Änderung der Masse des Behälters ermittelt , welche durch eine Ausbringung von Sand während eines Sandungsvor- gangs hervorgerufen wird . Die Massenreduktion entspricht der ausgebrachten Sandmenge , es kann somit eine quantitative Aussage über die Menge des ausgebrachten Sandes pro Sandungsvor- gang getrof fen werden .
Zur Überprüfung sollte vor der Anwendung der beschriebenen Anlage im laufenden Betrieb eine Testsandung durchgeführt werden . Beispielsweise sollte eine übliche Sandstreuanlage pro Sandungsvorgang ca . 650g Sand innerhalb eines 30 Sekunden dauernden Sandungsvorgangs ausgeben . Die bei der Testsandung reduzierte Masse des Behälters B wird mittels der beschriebenen Anordnung ermittelt . Hieraus kann eine prozentuale Abweichung von dem Nominalwert von 650g errechnet werden . Es können auch mehrere Testsandungen vorgenommen werden, um eine Statistik betref fend die Abweichungen erstellen zu können .
Der Einsatz der Kraftmessung erfordert hinsichtlich der Hardware geeignete Sensoren . Bei der beschriebenen Verwendung der Dehnungsaufnehmer handelt es sich hierbei um die bevorzugte Methode , da es sich bei Dehnungsaufnehmern um günstige und viel fältig erhältliche Produkte handelt . Dennoch kann auch alternative Sensorik zum Einsatz kommen, z . B . basierend auf Druckmessungen .
Die Auswertung der Messwerte der Kraftmessung erfolgt computergestützt . Hierzu zeigt Figur 3 schematisch ein Auswertungssystem SYS . Während die im Folgenden näher erläuterten Bestandteile in der Figur einfach vorhanden sind, ist es auch möglich, dass diese in mehrfacher Aus führung vorhanden sind, z . B . als verteiltes System . Auf diese Weise kann die Funktionalität des Auswertungssystems SYS auf mehrere , gegebenenfalls hierarchisch miteinander verknüpfte , Systeme aufgeteilt werden . Dieses oder diese befinden vorzugsweise im Triebfahrzeug .
Das Auswertungssystem SYS umfasst eine Recheneinheit bzw . einen Prozessor PRO . Dieser ist verbunden mit einem Speicher MEM, in welchem ein Computerprogramm PROGRAM abgelegt ist . Bei dem Speicher MEM handelt es sich vorzugsweise um ein nicht- flüchtiges computerlesbares Datenspeichermedium . Die Speicherung kann auf j egliche Weise erfolgen, welche geeignet ist , die Auslesbarkeit durch eine Recheneinheit zu gewährleisten, wie durch magnetische Speicherung, z . B . mittels Diskette , optische Speicherung, z . B . mittels CD, magnetooptische Speicherung, ROM (Read Only Memory) Speicherung, RAM (Random Access Memory) Speicherung, EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) , EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) , Flash-Memory .
Durch Aus führen der Instruktionen des Programms PROGRAM in dem Prozessor PRO werden die Schritte der oben erläuterten Vorgehensweise durchgeführt . Insbesondere werden Messwerte der Kraftmessung empfangen und hieraus die Massenänderung des Sandes im Behälter berechnet . Die hierfür erforderlichen mathematischen Beziehungen, welche aus der Geometrie des Behälters resultieren, sind Bestandteil des Programms PROGRAM . Alternativ kann eine derartige Berechnung bereits von einem im Dehnungsaufnehmer integrierten Prozessor durchgeführt werden . Der Prozessor PRO ist mit einer Ein- und Ausgabeeinheit IN/OUT verbunden, über welche Informationen zwischen dem Auswertungssystem SYS und anderen Komponenten und/oder einem Nutzer ausgetauscht werden können . Insbesondere können hierüber Messwerte empfangen und Ergebnisse ausgegeben werden . Diese Schnittstelle kann hierbei auf geeignete Weise ausgestaltet sein, z . B . über Funk oder über Kabel , und die Kommunikation kann über geeignete Standards erfolgen .
Das Auswertungssystem SYS kann auf Grundlage der berechneten Massenreduktion eine quantitative Aussage über die ausgebrachte Sandmenge tref fen . Dies kann auf verschiedene Art ausgegeben und verwendet werden :
- Als Ergebnis kann nach j edem Sandungsvorgang die Masse des ausgebrachten Sandes angegeben werden . Dies kann beispielsweise dem Fahrer angezeigt werden, und/oder in einer Datei gespeichert und gegebenenfalls zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet werden .
- Es ist auch möglich, bei einem Überschreiten einer bestimmten Abweichung vom Nominalwert eine Warnung aus zugeben und/oder zu speichern, z . B . wenn die Abweichung der bei einem Sandungsvorgang ausgebrachten Sandmenge mehr als 10% vom Nominalwert beträgt .
- Die ermittelten Informationen über die ausgebrachte Sandmenge können zur Anpassung der Sandstreuanlage herangezogen werden . Wenn z . B . festgestellt wird, dass im Schnitt zu viel Sand ausgebracht wird, so kann das Austragungssystem in der Wartung mechanisch nachj ustiert werden . Diese Anpassung kann bei festen wie auch variablen Sandmengen pro Sandungsvorgang vorgenommen werden . Bei einer variablen Sandmenge können z . B . zwei unterschiedliche Mengen von 400 Gramm oder 650 Gramm pro 30-sekündigem Sandungsvorgang angefordert werden, oder die erforderliche Sandmenge kann abhängig von der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs bestimmt werden .
Es ist möglich, dass über die Durchführung dieser Anpassungsmaßnahmen im Rahmen einer Wartung entschieden wird, wenn der Speicher mit den Ergebnissen der Berechnungen ausgewertet wird . Alternativ kann das Auswertungssystem aber auch so programmiert sein, dass das Durchführen dieser Maßnahmen direkt während der Fahrt ausgelöst wird .
- Auch ein Wechsel des verwendeten Sandes und somit der Sandqualität kann sinnvoll sein . Z . B . kann auf eine Sandsorte mit veränderter Dichte gewechselt werden .
- Vorteilhaft ist die Kombination des Berechnungsergebnisses der Menge des ausgebrachten Sandes mit der eingangs zu Figur 1 erläuterten Diagnostik des grundsätzlichen Funktionierens der Sandstreuanlage . Somit kann für j eden Sandungsvorgang angezeigt und/oder gespeichert werden, ob aufgrund der optischen Messung die Sandstreuanlage ordnungsgemäß funktioniert und weiterhin, wie viel Gramm Sand bei dem j eweiligen Sandungsvorgang ausgetragen wurden .
- Schließlich kann diese Messtechnik zudem zur Ermittlung von Füllständen des Behälters genutzt werden . Beim Befüllen des Behälters kann gespeichert werden, welche Menge Sand sich im Behälter befindet . Durch Abzug der bei j edem Sandungsvorgang ausgetragenen Sandmassen kann eine Warnung ausgegeben werden, wenn ein bestimmter Mindest füllstand erreicht ist . Hierdurch kann auf Sichtfenster oder ähnliche Maßnahmen, die der ungefähren Ermittlung der verbleibenden Sandmenge dienen, verzichtet werden .
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Aus führungsbeispiel beschrieben . Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modi fikationen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird .

Claims

Patentansprüche
1. Sandstreuanlage für ein Schienenfahrzeug, mit einem Vorratsbehälter (B) für auf die Schienen auszubringenden Sand (1c) , wobei der Vorratsbehälter (B) über mindestens ein eine Kraftmessung ermöglichendes Lager (FL) mit dem Schienenfahrzeug verbunden ist.
2. Sandstreuanlage nach Anspruch 1, bei der die Kraftmessung mittels mindestens eines Dehnungsaufnehmers erfolgt.
3. Sandstreuanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der der Vorratsbehälter (B) über ein Rotationslager (DL) und ein eine Kraftmessung ermöglichendes Linearlager (FL) mit dem Schienenfahrzeug verbunden ist.
4. Sandstreuanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der der Vorratsbehälter (B) über zwei eine Kraftmessung ermöglichende Linearlager (FL) mit dem Schienenfahrzeug verbunden ist.
5. Sandstreuanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der über die Kraftmessung eine Veränderung der Masse des auszubringenden Sandes (1c) im Vorratsbehälter (B) bestimmbar ist.
6. Verfahren zum Betreiben einer Sandstreuanlage für ein Schienenfahrzeug, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im Rahmen eines Sandungsvorgangs während der Fahrt Sand
(1c) aus einem Vorratsbehälter (B) auf die Schienen ausgebracht wird, über eine Kraftmessung an einem Lager (FL) , über welches der Vorratsbehälter (B) mit dem Schienenfahrzeug verbunden ist, die aufgrund des Sandungsvorgangs erfolgte Änderung der Masse des Sandes (1c) im Vorratsbehälter (B) bestimmt wird. Vorrichtung oder System zur Datenverarbeitung (SYS) , mit einem Eingang (IN/OUT) zum Empfangen von Messwerten einer Kraftmessung einer Sandstreuanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Mitteln (PRO) zum Berechnen einer Änderung der Masse des Sandes (1c) im Vorratsbehälters (B) aufgrund eines Sandungsvorgangs , mit einem Speicher (MEM) zur Speicherung der berechneten Massenänderung . Computerprogramm (PROGRAM) für eine Sandstreuanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Mitteln zum Empfangen von Messwerten einer Kraftmessung, mit Mitteln zum Berechnen einer Änderung der Masse des Sandes (1c) im Vorratsbehälters (B) aufgrund eines Sandungsvorgangs , mit einem Ausgang zur Ausgabe der berechneten Massenänderung . Computerlesbares Speichermedium (MEM) mit einem Computerprogramm (PROGRAM) nach Anspruch 8. Datenträgersignal, das das Computerprogramm (PROGRAM) nach Anspruch 8 überträgt.
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