WO2017012776A1 - Schienenfahrzeug mit einer behandlungseinrichtung zur schienentrocknung - Google Patents

Schienenfahrzeug mit einer behandlungseinrichtung zur schienentrocknung Download PDF

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rails
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Tim Weigel
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle according to the preamble of claim 1,
  • a rail vehicle in particular a locomotive, comprises a vehicle body, at least one chassis carrying the vehicle box, which has at least one wheel set with two wheels connected to one another via a wheel axle for rolling on rails, and a treatment device arranged on the vehicle side for drying the vehicle traveled rails.
  • a narrow radius of curvature in combination with high adhesion values has a particularly unfavorable effect on the wear of the wheel flange or the rail head flank. Due to the angle of approach of the Radsat it to the track, so its deviation - From a radially oriented position in the track arc, transverse slip occurs and, especially with high adhesion values , high lateral forces or clamping forces between the inside and outside of the wheel of a wheel set. These lateral forces can actually support the
  • the lubricating device comprises egg NEN lubricant reservoir, a lubricant feed line to a lubrication point arranged on the nozzle and connected to a compressed air source, which opens into the compressed air nozzle ⁇ line in which an electrically operated valve is arranged.
  • a centrifugal switch and a mechanically actuated by a vehicle part in rail bends and the like switch on the rail vehicle are arranged.
  • Lubrication reduces sheet wear on the wheel flanges. From the translation DE 600 26 290 T2 of a European patent a device for increasing the wheel-rail adhesion for a railway vehicle is known.
  • the rail vehicle includes a wheel slip protection system that modulates the pressure in a brake cylinder in response to the detected wheel slip.
  • the apparatus comprises means for determining the pressure in the brake cylinder and means for adjusting the flow rate of the particles in accordance with the value of the pressure thus determined.
  • European Patent Publication DE 60 2004 001 162 T2 discloses a method for reducing the resonant clock oscillation of multiple asynchronous motors driven in a system fed in parallel by a common power supply.
  • the system is monitored for Vorlie ⁇ gen one or more factors indicative of the onset of counter-phase vibrations, the motor flux of the motors is reduced when such factors ent covers ⁇ .
  • a typical wheel slip traction characteristic for a rail vehicle is shown. Accordingly, rail vehicles are occasionally adapted to work on the ne ⁇ gative region of the characteristic towards the range of uncontrolled wheel spin. This can be used in the case of the first wheel set as an attempt to clean the rails and to increase the adhesion for subsequent wheelsets.
  • the invention has for its object to provide a generic rail vehicle, with the treatment device adhesion level and wear between the wheel and rail can be optimized.
  • the treatment device has a first drying unit and a second drying unit for the two-stage drying ei ⁇ nes rail head of the rails while driving on.
  • the first drying unit for mechanical Grobentfer ⁇ voltage of befindlichem on the rail head is trained water det.
  • second Trock ⁇ -drying unit is designed to evaporate on the rail head after the first drying stage remaining residual ⁇ moisture. This results in a complete drying of the rail head of moisture in two Stu ⁇ fen.
  • different types of drying units can be used, which can be designed independently of each other optimized.
  • the first drying unit the water is removed down to a small residual moisture, the evaporation power of the second drying unit, in view of the low residual moisture designed ⁇ the.
  • the complete drying of the rail head provides a high adhesion level between wheel and rail.
  • a treatment device before each ⁇ the wheel is arranged at least each of the leading wheel set driven arrival.
  • the arrangement of the treatment device before driven wheelsets is particularly effective because they transmit the traction of the drives on the rail.
  • the treatment device is arranged on a chassis frame of the chassis or on the vehicle body and aligned with the rails.
  • On the chassis frame are well suited installation locations for the treatment facility to this with their treatment area on the
  • the treatment device can also be attached to the underbody of a vehicle body, before ⁇ preferably the little swings in a range in the sheet rides.
  • the first drying unit has means for blowing off and / or sucking off and / or wiping off and / or centrifuging off water located on the rail head.
  • the mechanical coarse removal can be done by blowing off with compressed air from a compressed air tank or by means of a Tur ⁇ bogebläses.
  • water can be removed from the rail head by ⁇ means of a suction device.
  • a rail wiper can also be used for the rough removal of water.
  • the removal of water by means of ultrasound can be just ⁇ if thrown off by a rapidly rotating, profilanschmiegendes Gum ⁇ mirad.
  • water can be removed by means of a rubber paddle wheel which rotates about ei ⁇ ne axis of rotation, which is aligned parallel to a vehicle longitudinal axis or to a vehicle transverse axis or obliquely thereto in a plane defined by these axes plane.
  • the first drying unit of the treatmen ⁇ averaging means of the rail vehicle according to the invention means for receiving removed water and a tank for storing the water stored. In this way, recorded water can be stored and kept for other purposes. If the absorbed water is insufficient, the tank can also be filled from another water reservoir of the rail vehicle.
  • the second drying unit has means for heating residual moisture remaining on the rail head.
  • the means for heating concentrated heat energy in a very short time ready to fen to evaporate from the rail surface while driving the Restfeuchtig ⁇ ness.
  • laser radiation can be used here, but microwave radiation is also conceivable.
  • the treatment device has means for dispensing water onto the dried rail head, which are designed to apply water to the inside of the bow in the case of a track curve with a low traction force
  • the traction on the inner bow wheel is selectively influenced in order to reduce the clamping forces between the inner and outer wheel of a wheelset and thus counter ⁇ act with the very costly wheel flange wear.
  • a sensor unit for determining a radius of the track curve evaluates measuring signals which represent a position of the rail vehicle with respect to track data and / or a ne rotation of the chassis relative to the vehicle body and / or a swinging out of an overhang of the rail vehicle relative to the rails.
  • the irrigation of the inner rail can be automatically triggered and terminated.
  • the sensor unit can be determined whether the rail vehicle passes through a track curve whose radius of curvature falls below a predefinable limit radius. If this is driven with low traction, it can be done in this case, a wear-reducing irrigation of the inner rail.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug, insbesondere eine Lokomotive, umfassend einen Fahrzeugkasten, wenigstens ein den Fahrzeugkasten tragendes Fahrwerk, welches mindestens einen Radsatz mit zwei über eine Radachse miteinander verbundenen Rädern zum Abrollen auf Schienen aufweist, und eine fahrzeugseitig angeordnete Behandlungseinrichtung zur Trocknung der zu befahrenden Schienen. Erfindungsgemäß weist die Behandlungseinrichtung eine erste Trocknungseinheit und eine zweite Trocknungseinheit zur zweistufigen Trocknung eines Schienenkopfes der Schienen während der Fahrt auf. Dabei ist die erste Trocknungseinheit zur mechanischen Grobentfernung von auf dem Schienenkopf befindlichem Wasser ausgebildet, während die verfahrenstechnisch nachgeordnete, zweite Trocknungseinheit zur Verdampfung von auf dem Schienenkopf verbliebener Restfeuchtigkeit ausgebildet ist. Hierdurch können Kraftschluss und Verschleiß zwischen Rad und Schiene optimiert werden.

Description

Beschreibung
Schienenfahrzeug mit einer Behandlungseinrichtung zur Schienentrocknung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1,
Demnach umfasst ein Schienenfahrzeug , insbesondere eine Loko- motive , einen Fahrzeugkasten, wenigstens ein den Fahrzeugkas- ten tragendes Fahrwerk, welches mindestens einen Radsatz mit zwei über eine Radachse miteinander verbundenen Rädern zum Abrollen auf Schienen aufweist , und eine fahrzeugseitig angeordnete Behandlungseinrichtung zur Trocknung der zu befahren- den Schienen .
Im Kontakt zwischen Rad und Schiene , speziell eines angetriebenen Rades , stellt Feuchtigkeit einen wesentlichen Einflussfaktor für die Wirtschaftlichkeit und die Betriebssicherheit des Schienenfahrzeuges dar . So beeinflusst Feuchtigkeit die
Zugkraft eines Schienenfahrzeugs , da der Kraftschlusswert bei Feuchtigkeit - je nach vorhandener Verschmutzung und Oberflächenbeschaffenheit von Rad und Schiene - auf weniger als 20% des Auslegungswertes absinken kann . Dieser Umstand wird bei der Dimensionierung der maximalen Zuglast nicht berücksichtigt , was unterausgenutzte Schienenfahrzeuge zur Folge hat . Ferner beeinflusst Feuchtigkeit den Radverschleiß an der Lauffl che des Rades . Im Vergleich zum sich selbstregelnden ikroschlupfbetrieb bei Trockenheit ist der radschlupfgere- gelte Makroschlupfbetrieb bei Feuchtigkeit um ein Vielfaches verschleißintensiver . Ebenso ist der Verschleiß an den Schienen erhöht , was insgesamt einen signifikanten Kostenfaktor im Schienenverkehr darstellt . Des Weiteren beeinflusst Feuchtigkeit bei Bogenfahrten Radverschleiß am Spurkranz eines Rades . Ein enger Bogenradius in Kombination mit hohen Kraftschluss- werten wirkt sich besonders ungünstig auf den Verschleiß des Spurkranzes beziehungsweise der Schienenkopfflanke aus . Durch den Anlaufwinkel des Radsat es zum Gleis , also dessen Abwei - chung von einer radial ausgerichteten Stellung im Gleisbogen, kommt es zu Querschlupf und speziell bei hohen Kraftschluss¬ werten zu hohen Querkräften beziehungsweise Verspannkräften zwischen dem bogeninneren und dem -äußeren Rad eines Radsat- zes. Diese Querkräfte können die eigentlich abzustützende
Kraft aus der unausgeglichenen Bogenquerbeschleunigung um ein Vielfaches übersteigen. Auch der Spurkranzverschleiß stellt einen erheblichen Kostenfaktor im Betrieb von Schienenfahrzeugen dar. Zur Beeinflussung des Kontaktes zwischen Rad und Schiene sind verschiedene Behandlungseinrichtungen bekannt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 23 53 912 AI ist eine am
Schienenfahrzeug angeordnete Schmiereinrichtung für die Spur¬ kränze der Räder bekannt. Die Schmiereinrichtung umfasst ei- nen Schmierstoffbehälter, eine SchmierstoffZuleitung zu einer an der Schmierstelle angeordneten Düse und eine mit einer Druckluftquelle verbundene, in der Düse mündende Druckluft¬ leitung, in der ein elektrisch betätigtes Ventil angeordnet ist. Zur Impulsgabe an das elektrisch betätigte Ventil sind ein Fliehkraftschalter und ein mechanisch von einem Fahrzeugteil in Schienenbögen und dergleichen betätigter Schalter am Schienenfahrzeug angeordnet. Durch die Schmierung wird der Bogenverschleiß an den Spurkränzen verringert. Aus der Übersetzung DE 600 26 290 T2 einer europäischen Patentschrift ist eine Vorrichtung zum Vergrößern des Rad- Schiene-Haftvermögens für ein Schienenfahrzeug bekannt. Sie weist eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Tätigkeit des Bremssystems und eine Sandungseinrichtung zum Auf- tragen von Haftvermögen vergrößernden Teilchen an der Rad- Schiene-Schnittstelle auf. Das Schienenfahrzeug enthält ein Radschlupf-Schutzsystem, das den Druck in einem Bremszylinder in Reaktion auf den detektierten Radschlupf moduliert. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung, um den Druck in den Bremszylinder zu bestimmen, und Einrichtungen, um den Durchsatz der Teilchen in Übereinstimmung mit dem Wert des so bestimmten Drucks einzustellen. Die Übersetzung DE 60 2004 001 162 T2 einer europäischen Patentschrift offenbart ein Verfahren zur Verringerung der Ge- gentaktschwingung mehrerer in einem System angetriebener Asynchronmotoren, die parallel von einer gemeinsamen Strom- Versorgung gespeist werden. Dabei wird das System auf Vorlie¬ gen eines oder mehrerer Faktoren überwacht, die auf das Eintreten von Gegentaktschwingungen hinweisen, wobei der Motor- fluss der Motoren verringert wird, wenn solche Faktoren ent¬ deckt werden. Es wird eine typische Radschlupf-Traktions- Charakteristik für ein Schienenfahrzeug gezeigt. Demnach sind Schienenfahrzeuge gelegentlich dazu ausgebildet, auf dem ne¬ gativen Bereich der Charakteristik hin zu dem Bereich des unkontrollierten Durchdrehens der Räder zu arbeiten. Dies kann im Falle des ersten Radsatzes als ein Versuch verwendet wer- den, die Schienen zu reinigen und die Adhäsion für nachfolgende Radsätze zu erhöhen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 43 23 700 AI ist eine Einrich¬ tung zum Verändern der Reibung zwischen Rad und Schiene mit einer oder mehreren Düsen vor mindestens einem Rad oder Radpaar bekannt. Die Schienen werden beim Befahren gesäubert, indem sie bei Bedarf mit Druckwasser oder Wasserdampf hoher Geschwindigkeit durch die Düsen bestrahlt werden. Zum Abtauen können Druckwasser oder Wasserdampf auch erwärmt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Schienenfahrzeug bereitzustellen, mit dessen Behandlungseinrichtung Kraftschlussniveau und Verschleiß zwischen Rad und Schiene optimiert werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schienen¬ fahrzeug der eingangs genannten Art, mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach weist die Behandlungseinrichtung eine erste Trocknungseinheit und eine zweite Trocknungseinheit zur zweistufigen Trocknung ei¬ nes Schienenkopfes der Schienen während der Fahrt auf. Dabei ist die erste Trocknungseinheit zur mechanischen Grobentfer¬ nung von auf dem Schienenkopf befindlichem Wasser ausgebil- det. Die verfahrenstechnisch nachgeordnete, zweite Trock¬ nungseinheit ist hingegen zur Verdampfung von auf dem Schienenkopf nach der ersten Trocknungsstufe verbliebener Rest¬ feuchtigkeit ausgebildet. Es erfolgt hierdurch eine komplette Abtrocknung des Schienenkopfes von Feuchtigkeit in zwei Stu¬ fen. Durch Entkopplung des Trocknungsprozesses in zwei Stufen können unterschiedliche Arten von Trocknungseinheiten verwendet werden, die unabhängig voneinander für sich optimiert ausgebildet sein können. Während die erste Trocknungseinheit das Wasser bis auf eine geringe Restfeuchtigkeit entfernt, kann die Verdampfungsleistung der zweiten Trocknungseinheit im Hinblick auf die geringe Restfeuchtigkeit ausgelegt wer¬ den. Durch die vollständige Trocknung des Schienenkopfes wird ein hohes Kraftschlussniveau zwischen Rad und Schiene bereit- gestellt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist je eine Behandlungseinrichtung vor je¬ dem Rad wenigstens des führenden angetriebenen Radsatzes an- geordnet. Die Anordnung der Behandlungseinrichtung vor angetriebenen Radsätzen ist besonders effektiv, da diese die Traktionskraft der Antriebe auf die Schiene übertragen. Indem eine Behandlungseinrichtung nur vor dem führenden angetriebenen Radsatz vorgesehen ist, können weitere Behandlungsein- richtungen eingespart werden, da alle nachlaufenden Radsätze über eine bereits getrocknete Schiene laufen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist die Behandlungseinrichtung an einem Fahrwerksrahmen des Fahrwerks oder am Fahrzeugkasten angeordnet und auf die Schienen ausgerichtet. Am Fahrwerksrahmen bieten sich gut geeignete Einbauorte für die Behandlungseinrichtung, um diese mit ihrem Behandlungsbereich auf die
Schienen auszurichten. Alternativ, beispielsweise bei Abwe- senheit eines Rahmens, kann die Behandlungseinrichtung auch am Unterboden eines Fahrzeugkastens befestigt werden, vor¬ zugsweise in einem Bereich der in Bogenfahrten wenig ausschwenkt . In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs weist die erste Trocknungseinheit Mittel zum Abblasen und/oder Absaugen und/oder Abwischen und/oder Abschleudern von auf dem Schienenkopf befindlichem Wasser auf. So kann die mechanische Grobentfernung durch Abblasen mit Druckluft aus einem Drucklufttank oder mittels eines Tur¬ bogebläses erfolgen. Ebenso kann Wasser vom Schienenkopf mit¬ tels einer Absaugeinrichtung entfernt werden. Auch ein Schie- nenwischer kann für die grobe Entfernung von Wasser eingesetzt werden. Möglich ist hier auch die Entfernung von Wasser mittels Ultraschall. Zu entfernendes Wasser kann eben¬ falls durch ein schnell drehendes, profilanschmiegendes Gum¬ mirad abgeschleudert werden. Schließlich kann Wasser mittels eines Gummischaufelrades entfernt werden, welches sich um ei¬ ne Drehachse dreht, die parallel zu einer Fahrzeuglängsachse oder zu einer Fahrzeugquerachse oder schräg dazu in einer durch diese Achsen aufgespannten Ebene ausgerichtet ist. Vorzugsweise weist die erste Trocknungseinheit der Behand¬ lungseinrichtung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs Mittel zum Aufnehmen von entferntem Wasser und einen Tank zur Bevorratung des aufgenommenen Wassers auf. Auf diese Weise kann aufgenommenes Wasser gespeichert und für weitere Zwecke vorgehalten werden. Reicht das aufgenommene Wasser nicht aus, kann der Tank auch aus einem anderen Wasserreservoir des Schienenfahrzeugs befüllt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs weist die zweite Trocknungseinheit Mittel zum Erhitzen von auf dem Schienenkopf verbliebener Restfeuchtigkeit auf. Die Mittel zum Erhitzen stellen konzentriert Wärmeenergie in sehr kurzer Zeit bereit, um die Restfeuchtig¬ keit von der Schienenoberfläche während der Fahrt zu verdamp- fen. Vorzugsweise kann hier Laserstrahlung zum Einsatz kommen, denkbar ist aber auch Mikrowellenstrahlung. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs weist die Behandlungseinrichtung Mittel zur Abgabe von Wasser auf den getrockneten Schienenkopf auf, die dazu ausgebildet sind, Wasser bei einem mit ge- ringer Zugkraft befahrenen Gleisbogen auf die bogeninnere
Schiene abzugeben. Hierdurch wird gezielt der Kraftschluss am bogeninneren Rad beeinflusst, um die Verspannkräfte zwischen innerem und äußerem Rad eines Radsatzes zu reduzieren und so¬ mit dem sehr kostenintensiven Spurkranzverschleiß entgegen zu wirken.
Vorzugsweise wertet eine Sensoreinheit zur Ermittlung eines Radius des Gleisbogens Messsignale aus, welche eine Position des Schienenfahrzeugs in Bezug auf Streckendaten und/oder ei- ne Ausdrehung des Fahrwerks gegenüber dem Fahrzeugkasten und/oder eine Ausschwenkung eines Überhangs des Schienenfahrzeugs gegenüber den Schienen repräsentieren. Durch diese Sensoreinheit kann die Bewässerung der bogeninneren Schiene automatisch ausgelöst und beendet werden. Durch die Sensorein- heit kann festgestellt werden, ob das Schienenfahrzeug einen Gleisbogen durchfährt, dessen Bogenradius einen vorgebbaren Grenzradius unterschreitet. Wird dieser mit geringer Zugkraft befahren, so kann in diesem Betriebsfall eine verschleißvermindernde Bewässerung der bogeninneren Schiene erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Schienenfahrzeug, insbesondere Lokomotive, umfassend einen Fahrzeugkasten, wenigstens ein den Fahrzeugkasten tragendes Fahrwerk, welches mindestens einen Radsatz mit zwei über eine Radachse miteinander verbundenen Rädern zum Abrollen auf Schienen aufweist, und eine fahrzeugseitig angeordnete Be¬ handlungseinrichtung zur Trocknung der zu befahrenden Schienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung eine erste Trocknungseinheit und eine zweite Trocknungsein¬ heit zur zweistufigen Trocknung eines Schienenkopfes der Schienen während der Fahrt aufweist, wobei die erste Trock¬ nungseinheit zur mechanischen Grobentfernung von auf dem Schienenkopf befindlichem Wasser ausgebildet ist, und wobei die verfahrenstechnisch nachgeordnete, zweite Trocknungseinheit zur Verdampfung von auf dem Schienenkopf verbliebener Restfeuchtigkeit ausgebildet ist.
2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei je eine Behand- lungseinrichtung vor jedem Rad wenigstens des führenden angetriebenen Radsatzes angeordnet ist.
3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Behand¬ lungseinrichtung an einem Fahrwerksrahmen des Fahrwerks oder am Fahrzeugkasten angeordnet und auf die Schienen ausgerichtet ist.
4. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Trocknungseinheit Mittel zum Abblasen und/oder Ab- saugen und/oder Abwischen und/oder Abschleudern von auf dem Schienenkopf befindlichem Wasser aufweist.
5. Schienenfahrzeug nach Anspruch 4, wobei die erste Trock¬ nungseinheit Mittel zum Aufnehmen von entferntem Wasser und einen Tank zur Bevorratung des aufgenommenen Wassers aufweist.
6. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Trocknungseinheit Mittel zum Erhitzen von auf dem Schienenkopf verbliebener Restfeuchtigkeit aufweist.
7. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Behandlungseinrichtung Mittel zur Abgabe von Wasser auf den getrockneten Schienenkopf aufweisen, die dazu ausgebildet sind, Wasser bei einem mit geringer Zugkraft befahrenen
Gleisbogen auf die bogeninnere Schiene abzugeben.
8. Schienenfahrzeug nach Anspruch 7, wobei eine Sensoreinheit zur Ermittlung eines Radius des Gleisbogens Messsignale aus¬ wertet, welche eine Position des Schienenfahrzeugs in Bezug auf Streckendaten und/oder eine Ausdrehung des Fahrwerks gegenüber dem Fahrzeugkasten und/oder eine Ausschwenkung eines Überhangs des Schienenfahrzeugs gegenüber den Schienen reprä¬ sentieren .
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