WO2018210503A1 - Method for reducing friction at a wheel-rail contact of a rail-bound vehicle and use of an ultrasonic exciter - Google Patents

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WO2018210503A1
WO2018210503A1 PCT/EP2018/059558 EP2018059558W WO2018210503A1 WO 2018210503 A1 WO2018210503 A1 WO 2018210503A1 EP 2018059558 W EP2018059558 W EP 2018059558W WO 2018210503 A1 WO2018210503 A1 WO 2018210503A1
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wheel
contact
ultrasonic
vehicle
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Friedrich Vemmer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing friction in a wheel-rail contact in a rail-bound vehicle, which has at least one with a rail in the RadSchiene contact standing rail vehicle wheel, and a use of an ultrasonic exciter to reduce friction.
  • the distribution of the lubricants in these lubricant systems is based on the principle of adhesion of the lubricant to the rolling wheels of the rail vehicles, to distribute (by such lubrication systems) selectively applied amounts of lubricant over the route network.
  • these lubricants are also distributed to network areas or rail sections in which the lubricating effect is undesirable. This may, for example, relate to upgrades in which to overcome the
  • Lubrication Systems are grease lubrication devices installed on the track side, which run through the roller over it
  • Rail vehicle be activated, but usually only achieve a significantly imprecise lubrication wetting, and thus compared to vehicle-mounted spray systems to clear
  • trackside water spray systems are installed as lubrication systems to reduce the coefficient of friction.
  • the pollution caused by lubricants can be reduced, for which, however, increased rust formation on the rails must be accepted.
  • a use with frost is - because of the used water - likewise problematic.
  • tread lubrication systems are also in use, which are intended to prevent very annoying curve squeals, especially in the case of narrow rail bends, for example tram arcs and narrow metro turning loops.
  • the lubricant is sprayed onto the rail head of the rail or onto the wheel tread of the rail vehicle wheel via a spray nozzle installed on the rail vehicle side.
  • Thixotropic lubricants have an increased content of solids, such as aluminum, and develop their lubricating effect substantially only under a very high surface pressure, as it is in the wheel-rail contact point, but not under a rubber tire.
  • tread lubricants are always a compromise because they are designed to reduce the difference between static and slip coefficients without overly reducing the overall coefficient of friction required for safe braking and driving.
  • thixotropic lubricants Another problem with thixotropic lubricants is that they usually require an additional agitator in order to counteract segregation of the lubricant in the reservoir.
  • At least one of the components in the wheel-rail contact in particular the rail or its rail head and / or its rail web and / or the rail vehicle wheel or a component thereof, as well as a stub axle and / or or a wheel disc of the rail vehicle wheel, is excited to ultrasonic vibrations.
  • ultrasound may be sound having frequencies above a (usual) hearing frequency range of a human, i. Frequencies from about 16 kHz, to be understood.
  • vibration frequencies below the ultrasound may be meaningfully possible.
  • this procedural friction reduction in the wheel-rail contact using an ultrasonic exciter in particular an ultrasonic vibrator and / or ultrasonic vibrating head, for example on the basis of a piezoelectric or magnetostrictive effect to perform.
  • an ultrasonic exciter in particular an ultrasonic vibrator and / or ultrasonic vibrating head, for example on the basis of a piezoelectric or magnetostrictive effect to perform.
  • Under ultrasound exciter may be understood in general, any type of technical means which is capable of generating ultrasonic vibrations.
  • friction reduction in the wheel-rail contact or lubrication of the wheel-rail contact by means of ultrasonic vibrations is provided.
  • These friction-reducing or lubricating ultrasonic vibrations can be generated by means of the ultrasonic exciter, which can be arranged on at least one of the components in the wheel-rail contact, or introduced into the component (and this can be excited into corresponding vibrations).
  • the ultrasound excitation can also be generated at several locations on the at least one component in the wheel-rail contact, and / or several components in the wheel-rail contact can also be excited with the ultrasound.
  • the method and the arrangement are based on the finding that - at least one of two in (friction) contact with each other components, in particular here at least one of the standing in the wheel-rail contact components, in particular a rail head of the rail and / or the rail vehicle wheel, excited with ultrasonic vibrations - it in (Frictional) contact comes to a periodic reversal of directions of movement.
  • this friction-reducing (or friction force-reducing) or "lubricating-unfolding" effect is particularly effective if an absolute movement speed of a component is very low, so that it lies approximately in the same order of magnitude as a vibration speed of an ultrasound excitation, this is Method and use particularly advantageous (for rail vehicle wheels in the wheel-rail contact), when the rail vehicle wheels in a Bogenfahrt (in a (narrow) rail bend) cross hatching example.
  • the transverse slip in a Bogenfahrt in a 50m bow only about 1 , 8% of locomotion in rolling direction.
  • Another advantageous additional benefit with respect to the frictional force reduction / friction reduction or lubrication (direct) caused by the method and use is also a cleaning effect of the ultrasonic vibrations, which can help to remove wear-promoting particles from the rail and / or the rail vehicle wheel ,
  • the method and use is - depending on the excitation of the ultrasound excitation or installation / mounting location of or from ultrasound exciters - beyond also feasible together with a conventional rail vehicle wheel flange lubrication system - or for example as a combined (rail vehicle side) tread and wheel flange lubrication system.
  • the rail vehicle is a train, a tram, a subway or a rapid-transit railway.
  • the at least one - excited to ultrasonic vibrations - component rail also called “rail body”
  • the - at least one component to ultrasonic vibrations stimulating - ultrasonic exciter can be arranged on the rail, in particular on the rail web or the rail head, and / or on the rail vehicle wheel, in particular on the wheel disc, and / or in the axle stub.
  • the rail or the rail body - in particular by means of one or more of the ultrasonic exciters - to stimulate or there the ultrasonic vibration or apply.
  • This can be geometrically advantageous, for example, or this one or more ultrasound exciters can / can be geometrically advantageously arranged or arranged laterally on the rail web and / or on an underside of the rail head.
  • a selected rail section for example a (relevant narrow (see “transverse slip”)) arc section, can be provided with a limited number of the ultrasound exciters are lubricated.
  • a stationary ultrasonic lubrication system can be realized in a track curve in order to (significantly) reduce a sheet resistance (and thus an energy consumption) and prevent the curve squeaking.
  • the ultrasound application / excitation may be on the rail vehicle wheel, for example by means of an ultrasonic exciter which is arranged on the rail vehicle wheel and / or by means of an ultrasound exciter arranged in the stub axle of the rail vehicle wheel, not co-rotating.
  • the ultrasound excitation or the or the ultrasound exciter is switched off, for example when a danger brake is triggered, in order to achieve a short braking distance to achieve the highest possible coefficient of adhesion (in wheel-rail contact).
  • FIG. 1 shows a schematic view of a rail vehicle wheel with a rail vehicle side arranged
  • FIG. 2 shows a schematic view (cross section) of a
  • FIG 1 shows a (rail vehicle) wheel 2, in the following only wheel 2, of a rail vehicle 1, here a (train) train 1.
  • the wheel 2 - usually made of steel - a wheel disc 5, which sits on an axle shaft 9, visible here in Figure 1, a portion of a (inside 18 lying) steering knuckle 8 and (outer) axle stub 10, on.
  • On the wheel disc 5 sits the tire 4.
  • On the outside of the wheel tire 4 are the flange 6 and the tread 15 of the wheel. 2
  • the wheel flange 6 is a high vertical ridge which is located several centimeters, for example approximately three centimeters, on the side of the wheel 2 facing the middle 18 of a rail 11 (see FIG.
  • the flange flange 16 is adjoined by the flange rim 7, which is generally inclined at about 70 degrees, before the flange 6 passes over a groove 17 in the running surface 15 of the wheel 2.
  • an ultrasonic oscillating head 3 is attached to the wheel disc 5 of the wheel 2, which (directly bar) the wheel disc 5 - or spreading over it - the wheel 2 - and so also in frictional contact (the wheel-rail contact, see FIG 2) standing components of the wheel 2, ie the tread 15 and the flange edge 7 of the Rades 2, stimulates ultrasonic vibration, which reduces friction
  • the energy supply and control of the ultrasonic vibrating head 3 takes place - connected by cables (not shown) - by a corresponding energy supply and control unit (or (frictional force reducing) or "lubricating effect unfolding" effects (and other useful effects, such as cleaning effects,).
  • a (further) ultrasonic oscillating head (3) may also be arranged in the stub axle 10 of the axle shaft 9 of the wheel 2, and not in a co-rotating manner. not shown) - by a corresponding power supply and control unit (not shown).
  • the rail 11 has a rail 14, a rail web 13 and a rail head 12.
  • its running surface 15 is arranged, on which the wheel 2 rolls (in contact with it) over its running surface 15 and flange flange 7 or the running surface 15 and wheel flange 7 of the wheel tire 4).
  • the wheel-rail contact is formed.
  • an ultrasonic oscillating head 3 is arranged on the rail web 13, which (directly) the rail web 13 - or spreading over it - the rail 11 - and so also in frictional contact (the wheel-rail contact) standing component of the rail 11, ie the tread 15 of the rail 11, to ultrasonic vibrations stimulates what the friction-reducing (or reibkraftreduplicde) or "lubricating effect" (and other useful effects, such as cleaning effects, ) causes or causes.
  • the power supply and control of this ultrasonic vibrating head 3 is done - cable connected (not shown) - by a corresponding power supply and control unit.
  • ultrasonic vibrating heads 3 can also be arranged on the lower sides 19 of the rail head 12 of the rail 11 and / or on the outer side of the rail web 13.
  • the power supply and control of the or these ultrasonic vibrating heads 3 can also - done by cables (not shown) - by one or by appropriate power supply and control units.
  • the ultrasonic vibrating heads 3 provided for the rail 11 can be used in combination with the ultrasonic vibrating heads 3 provided for the wheel 2.
  • 3 shows a rail section 20 of a (railway 1) network, which - simplified in FIG 3 indicated - at least one (narrow) rail bow 21 - ranging from a beginning of sheet 22 to a bow end 23 - and a straight track / rail section 24 has.
  • a stationary ultrasonic lubrication system in the track / rail 21 is realized in order to reduce the arc resistance (and thus an energy consumption for the trains 1) and to prevent the curve squeaking.
  • FIG. 3 further clarifies, in order to lubricate even the straight track section 24, several, here for example, pairs (because two rails 11, which are laid in parallel), are provided define a track section 20) - two (four in total) ultrasonic vibrating heads 3, laterally arranged on the rail webs 13 and / or on the lower sides 19 of the rail heads 12.

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Abstract

The invention relates to a method for reducing friction at a wheel-rail contact of a rail-bound vehicle (1), which has at least one rail vehicle wheel (2) in wheel-rail contact with a rail (11), and a use of an ultrasonic exciter (3) to reduce friction. According to the method, at least one of the components (2, 11) in wheel-rail contact is excited to ultrasonically vibrate. According to the use, this reduction in friction at the wheel-rail contact according to the method is carried out by using an ultrasonic exciter (3).

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Reibungsreduktion in einem Rad-Schiene-Kontakt bei einem schienengebundenen Fahrzeug und Verwendung eines Ultraschallerregers Method for friction reduction in a wheel-rail contact in a rail-bound vehicle and use of an ultrasonic exciter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reibungsreduktion in einem Rad-Schiene-Kontakt bei einem schienengebundenen Fahrzeug, welches zumindest ein mit einer Schiene in dem RadSchiene-Kontakt stehendes Schienenfahrzeugrad aufweist, sowie eine Verwendung eines Ultraschallerregers zu einer Reibungsreduktion . The invention relates to a method for reducing friction in a wheel-rail contact in a rail-bound vehicle, which has at least one with a rail in the RadSchiene contact standing rail vehicle wheel, and a use of an ultrasonic exciter to reduce friction.
Bei einem Betrieb von schienengebundenen Fahrzeugen, kurz von Schienenfahrzeugen, tritt - abhängig vom Betriebszustand - ein teils erheblicher Schlupf, d.h. Längs-, Quer- und/oder Bohrschlupf, in einem Rad-Schiene-Kontakt zwischen einem Schienenfahrzeugrad des Schienenfahrzeugs und der Schiene auf . In operation of rail vehicles, in short rail vehicles, occurs - depending on the operating state - a partially significant slip, i. Longitudinal, transverse and / or Bohrschlupf, in a wheel-rail contact between a rail vehicle wheel of the rail vehicle and the rail.
Zusammen mit im Rad-Schiene-Kontakt vorliegenden hohen Flächenpressungen (zwischen dem Schienenfahrzeugrad und der Schiene) bewirkt dieser Schlupf hohe Reibungsverluste, welche zu abrasivem Verschleiß am Schienenfahrzeugrad, insbesondere an dessen Radreifen bzw. an den dortigen Laufflächen, und der Schiene, insbesondere an deren Schienenkopf bzw. an dortigen Laufflächen, (, was einen bedeutenden Anteil von Instandhaltungskosten ausmacht) , akustischen Beeinträchtigungen, wie Kurvenquietschen oder Spurkranzzischeln, sowie einem erhöhten Energieverbrauch (Bodenwiderstand) führen. Together with high surface pressures present in the wheel-rail contact (between the rail vehicle wheel and the rail), this slip causes high friction losses, which lead to abrasive wear on the rail vehicle wheel, in particular on its wheel tire or on the running surfaces there, and on the rail, in particular on the latter Rail head or on treads there, (which accounts for a significant proportion of maintenance costs), acoustic interference, such as curve squeaking or Spurkranzzischeln, as well as increased energy consumption (soil resistance) lead.
Weiterhin treten dadurch in vielen Schienennetzen von schienengebundenen Fahrzeugen periodische Verschleißmuster auf den Schienen, wie beispielsweise Riffel, Schlupfwellen, Martensitflecken, und/oder den Schienenfahrzeugrädern, wie Polygone, auf, welche in der Regel auf eine durch Stick-Slip- Effekte (durch Unterschiede zwischen Haft und Gleitreibbei - wert) im Rad-Schiene-Kontakt induzierte Anregung zurückzufüh- ren sind. Furthermore, this results in periodic wear patterns on the rails in many rail networks of rail vehicles, such as ripples, slip waves, Martensitflecken, and / or the rail vehicle wheels, such as polygons, which are as a rule due to a stick-slip effects (by differences between adhesion and Gleitreibbei - value) in the wheel-rail contact induced excitation.
Diese periodischen Verschleißmuster auf den Schienen und/oder Schienenfahrzeugrädern sind besonders störend, da sie in der Folge zu einer vertikaldynamischen Anregung mit teils erheb- licher Belästigung durch Körper- und Luftschall führen. These periodic wear patterns on the rails and / or rail vehicle wheels are particularly troublesome, since they subsequently lead to a vertical dynamic excitation with, in some cases, considerable annoyance due to body and airborne noise.
Um diesen Beeinträchtigungen bei Schienenfahrzeugrädern und Schienen entgegenzuwirken, ist präventiv ein hoher Instandhaltungsaufwand durch zum Beispiel (wöchentliches) Rutsch- ersteinschleifen der Schienen oder korrektiv durch häufiges Abdrehen der Radreifen und Schienenschleifen mit rotierenden Schleifscheiben und hohem Materialabtrag erforderlich. In order to counteract these impairments on rail vehicle wheels and rails, preventive maintenance is required, for example by (weekly) sliding first grinding of the rails or correctively by frequently turning off the wheel tires and rail grinding with rotating grinding wheels and high material removal.
Als Abhilfe gegen diesen Problemkreis werden auch schienen- fahrzeugseitige und/oder strecken-/schienenseitige Schmieranlagen verwendet . As a remedy against this problem area also rail vehicle side and / or track / rail side lubrication systems are used.
Die Verteilung der Schmierstoffe bei diesen Schmierstoffanlagen beruht dabei auf dem Prinzip der Adhäsion des Schmier- Stoffes an den darüber rollenden Rädern der Schienenfahrzeuge, um (durch solche Schmieranlagen) punktuell aufgebrachte Schmiermengen über das Streckennetz zu verteilen. The distribution of the lubricants in these lubricant systems is based on the principle of adhesion of the lubricant to the rolling wheels of the rail vehicles, to distribute (by such lubrication systems) selectively applied amounts of lubricant over the route network.
Dadurch werden diese Schmiermittel systembedingt auch auf Netzbereiche bzw. Schienenabschnitte verteilt, in denen die Schmierwirkung unerwünscht ist. Dies kann zum Beispiel Steigerungsstrecken betreffen, in denen zum Überwinden der As a result, due to the system, these lubricants are also distributed to network areas or rail sections in which the lubricating effect is undesirable. This may, for example, relate to upgrades in which to overcome the
Hangabtriebskraft und zum Beschleunigen der Schienenfahrzeuge ein hoher Kraftschlussbeiwert erforderlich ist. Generell ist die Verteilung des Schmiermittels dem Bremsvermögen der Schienenfahrzeuge abträglich, welches aufgrund der geringeren Kraftschlussbeiwerte bei den Schienenfahrzeugen mit ihrer Stahl-Stahl-Paarung per se schon deutlich kritischer ist, als beim Individualverkehr mit der Kontaktpaarung Gummi -Asphalt . Downgrade force and to accelerate the rail vehicles, a high adhesion coefficient is required. In general, the distribution of the lubricant is detrimental to the braking performance of rail vehicles, which is already much more critical per se with its steel-steel pairing per se due to the lower adhesion coefficients in rail vehicles, than in private transport with the rubber-asphalt contact pairing.
Weitere negative Auswirkungen der durch die Schmieranlagen applizierten Schmierstoffe sind Verunreinigung durch von den Schienenfahrzeugrädern abgeschleuderten oder auch fehlerhaft applizierten Schmierstoff, Rutschgefahr für andere Verkehrsteilnehmer durch Schmiermittel auf den Schienenköpfen straßenbündiger Schienen, Umweltverschmutzung durch den Schmier- Stoff, Verschleißsteigerung durch die Bindung von Straßenschmutz/Bremssand im Schmiermittel, Schmierstoffverlust durch Bewitterung, wie zum Beispiel Regen, sowie auch resultierende Verbrauchskosten, sowie Wartungskosten, beispielsweise zum Befüllen der Schmieranlagen. Other negative effects of lubricants applied by the lubrication systems are contamination by the rail vehicle wheels thrown or incorrectly applied lubricant, danger of slipping for other road users by lubricants on the rail heads road flush rails, pollution by the lubricant, increased wear due to the binding of road dirt / brake sand in the Lubricants, lubricant loss due to weathering, such as rain, as well as resulting consumption costs, as well as maintenance costs, for example for filling the lubrication systems.
Üblich - bei den schienenfahrzeugseitigen Schmieranlagen - sind fahrzeugseitig installierte Spurkranzschmieranlagen, welche mittels Fett-Sprühdüsen bzw. Fett- oder Graphit- Schmierstiften die Spurkranzflanken der Spurkränze der Schie- nenfahrzeugräder schmieren, um so den Verschleiß an der Spurkranzflanke und der Schienenkante zu reduzieren, sowie aus dem Reibkontakt angeregte Schwingungen, welche zu akustischen Emissionen führen (Spurkranzzischeln) zu begrenzen. Weiterhin üblich - bei den strecken-/schienenseitigen Conventional - in the rail vehicle side lubrication systems - are installed on the wheel flange lubrication systems, which lubricate the wheel flanks of the wheel flanges of the rail vehicle wheels by means of grease spray nozzles or grease or graphite lubrication pins, so as to reduce wear on the flange edge and the rail edge, and off the frictional contact excited vibrations, which lead to acoustic emissions (Spurkranzzischeln) limit. Still common - at the track / rail side
Schmieranlagen - sind streckenseitig installierte Fett- Schmiervorrichtungen, welche durch das darüber rollende  Lubrication Systems - are grease lubrication devices installed on the track side, which run through the roller over it
Schienenfahrzeugrad aktiviert werden, aber meist nur eine deutlich unpräzisere Schmierbenetzung erreichen, und damit gegenüber fahrzeugseitigen Sprühanlagen zu deutlichem Rail vehicle be activated, but usually only achieve a significantly imprecise lubrication wetting, and thus compared to vehicle-mounted spray systems to clear
Schmierstoff erlust führen. Lubricant loss lead.
Gelegentlich (insbesondere auf Rasengleisen) werden auch streckenseitige Wassersprühanlagen als Schmieranlagen installiert, um den Reibwert zu reduzieren. Dadurch lässt sich die Umweltverschmutzung durch Schmierstoffe reduzieren, wofür man aber eine erhöhte Rostbildung bei den Schienen in Kauf nehmen muss. Ein Einsatz bei Frost ist - wegen des verwendeten Was- sers - ebenfalls problematisch. Occasionally (especially on grass tracks) trackside water spray systems are installed as lubrication systems to reduce the coefficient of friction. As a result, the pollution caused by lubricants can be reduced, for which, however, increased rust formation on the rails must be accepted. A use with frost is - because of the used water - likewise problematic.
Neben der üblicherweise vorhandenen SpurkranzSchmierung/ - schmieranlagen sind auch Laufflächenschmierungen/ - schmieranlagen im Einsatz, die das, insbesondere bei engen Schienenbögen, beispielsweise Straßenbahn-Bögen und engen U- Bahn-Wendeschleifen, sehr störende Kurvenquietschen verhindern sollen. In addition to the usually existing wheel flange lubrication systems, tread lubrication systems are also in use, which are intended to prevent very annoying curve squeals, especially in the case of narrow rail bends, for example tram arcs and narrow metro turning loops.
Dort wird dabei über eine schienenfahrzeugseitig installierte Sprühdüse der Schmierstoff auf den Schienenkopf der Schiene bzw. auf die Radlauffläche des Schienenfahrzeugrades gesprüht . There, the lubricant is sprayed onto the rail head of the rail or onto the wheel tread of the rail vehicle wheel via a spray nozzle installed on the rail vehicle side.
Alternativ zu diesen schienenfahrzeugseitig installierten Laufflächenschmierungen/ - schmieranlagen gibt es aber auch entsprechende streckenseitig fest installierte Schmieranlagen . As an alternative to these rail-mounted lubrication systems, there are also appropriate lubrication systems permanently installed on the trackside.
Insbesondere auf Strecken bzw. Schienen ( -abschnitten) , die gemeinsam mit dem Individualverkehr genutzt werden, müssen spezielle thixotrope Schmiermittel verwendet werden, damit der Individualverkehr nicht durch den reduzierten Reibbei- wert, insbesondere auf den Schienenköpfen, gefährdet wird. Insbesondere für die einspurigen Motorräder und Fahrräder steigt die Sturzgefahr sonst erheblich an. Aber auch für zweispurige Fahrzeuge wie beispielsweise einem PKW, besteht eine erhöhte Gefährdung durch verlängerte Bremswege oder Schleudergefahr . In particular, on routes or rails (sections), which are used together with the individual traffic, special thixotropic lubricants must be used so that the individual traffic is not endangered by the reduced Reibbei- value, especially on the rail heads. Especially for single-track motorcycles and bicycles Otherwise, the danger of falling increases considerably. But even for two-lane vehicles such as a car, there is an increased risk of prolonged braking distances or danger of skidding.
Thixotrope Schmierstoffe besitzen einen erhöhten Gehalt an Feststoffen, beispielsweise Aluminium, und entfalten ihre Schmierwirkung im Wesentlichen erst unter einer sehr hohen Flächenpressung, wie sie im Rad-Schiene-Kontaktpunkt vor- liegt, nicht aber unter einem Gummireifen. Thixotropic lubricants have an increased content of solids, such as aluminum, and develop their lubricating effect substantially only under a very high surface pressure, as it is in the wheel-rail contact point, but not under a rubber tire.
Diese Laufflächen-Schmiermittel stellen immer einen Kompro- miss dar, da sie den Unterschied zwischen Haft- und Gleit- reibbeiwert reduzieren sollen, ohne den Gesamt-Reibbeiwert zu stark zu reduzieren, der zum sicheren Bremsen und Antreiben benötigt wird. These tread lubricants are always a compromise because they are designed to reduce the difference between static and slip coefficients without overly reducing the overall coefficient of friction required for safe braking and driving.
Problematisch ist bei den thixotropen Schmiermitteln auch, dass sie meist ein zusätzliches Rührwerk benötigen, um einer Entmischung des Schmierstoffs im Vorratsbehälter entgegenzuwirken . Another problem with thixotropic lubricants is that they usually require an additional agitator in order to counteract segregation of the lubricant in the reservoir.
Auf besonders engen Depotgleisen und Wendeschleifen werden Schmierstoffe teilweise auch manuell mittels Pinsel auf die Schienen aufgetragen, was einen erhöhten Aufwand erfordert. On particularly tight depot tracks and Wendeschleifen lubricants are sometimes applied manually by brush on the rails, which requires an increased effort.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile aus dem Stand der Technik bei schienengebundenen Fahrzeugen zu beheben und ein vorteilhaftes Verfahren zur Reibungsreduktion bzw. It is an object of the invention to overcome disadvantages of the prior art in rail-bound vehicles and an advantageous method for friction reduction or
Schmierung eines Rad-Schiene-Kontakts bei einem schienengebundenen Fahrzeug anzugeben. Specify lubrication of a wheel-rail contact in a rail-bound vehicle.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Reibungsreduktion in einem Rad-Schiene-Kontakt bei einem schienengebun- denen Fahrzeug, welches zumindest ein mit einer Schiene in dem Rad-Schiene-Kontakt stehendes Schienenfahrzeugrad aufweist, und einer Verwendung eines Ultraschallerregers zu einer Reibungsreduktion mit den Merkmalen des jeweiligen unab- hängigen Patentanspruchs . This object is achieved with a method for friction reduction in a wheel-rail contact in a rail vehicle. those vehicles, which has at least one rail vehicle wheel with a rail in the wheel-rail contact, and a use of an ultrasonic generator for a friction reduction with the features of the respective independent patent claim.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung und beziehen sich auf das Verfahren und die Verwendung. Advantageous embodiments and advantages of the invention will become apparent from the further claims and the description and are related to the method and use.
Nach dem Verfahren ist vorgesehen, dass zumindest eines der in dem Rad-Schiene-Kontakt stehenden Bauteile, insbesondere die Schiene bzw. deren Schienenkopf und/oder deren Schienensteg und/oder das Schienenfahrzeugrad bzw. ein Bauteil von diesem, wie auch einen Achsstummel und/oder eine Radscheibe des Schienenfahrzeugrads, zu Ultraschallschwingungen angeregt wird . According to the method, it is provided that at least one of the components in the wheel-rail contact, in particular the rail or its rail head and / or its rail web and / or the rail vehicle wheel or a component thereof, as well as a stub axle and / or or a wheel disc of the rail vehicle wheel, is excited to ultrasonic vibrations.
Dabei kann unter Ultraschall Schall mit Frequenzen oberhalb eines (üblichen) Hörfrequenzbereichs eines Menschen, d.h. Frequenzen ab etwa 16 kHz, verstanden werden. In this case, ultrasound may be sound having frequencies above a (usual) hearing frequency range of a human, i. Frequencies from about 16 kHz, to be understood.
Alternativ kann auch die Anwendung von Schwingungsfrequenzen unterhalb des Ultraschalls sinnvoll möglich sein. Alternatively, the use of vibration frequencies below the ultrasound may be meaningfully possible.
Nach der Verwendung ist vorgesehen, diese verfahrensgemäße Reibungsreduktion in dem Rad-Schiene-Kontakt unter Verwendung eines Ultraschallerregers, insbesondere eines Ultraschallschwingers und/oder Ultraschallschwingkopfes, beispielsweise auf Basis eines Piezo- oder magnetostriktiven Effekts, durchzuführen . Unter Ultraschallerreger mag dabei im Allgemeinen jede Art von technischem Mittel verstanden werden, welches geeignet ist, Ultraschallschwingungen zu erzeugen. Anders und kurz ausgedrückt, es ist die Reibungsreduktion in dem Rad-Schiene-Kontakt bzw. eine Schmierung des Rad-Schiene- Kontakts mittels Ultraschallschwingungen vorgesehen. After use, it is provided that this procedural friction reduction in the wheel-rail contact using an ultrasonic exciter, in particular an ultrasonic vibrator and / or ultrasonic vibrating head, for example on the basis of a piezoelectric or magnetostrictive effect to perform. Under ultrasound exciter may be understood in general, any type of technical means which is capable of generating ultrasonic vibrations. In other words, friction reduction in the wheel-rail contact or lubrication of the wheel-rail contact by means of ultrasonic vibrations is provided.
Diese reibungsreduzierende bzw. schmierende Ultraschall - Schwingungen können mittels des Ultraschallerregers, welcher an zumindest einem der in dem Rad-Schiene-Kontakt stehenden Bauteile angeordnet sein kann, erzeugt bzw. in das Bauteil eingeleitet (- und dieses zu entsprechenden Schwingungen angeregt) werden. These friction-reducing or lubricating ultrasonic vibrations can be generated by means of the ultrasonic exciter, which can be arranged on at least one of the components in the wheel-rail contact, or introduced into the component (and this can be excited into corresponding vibrations).
Die Ultraschallanregung kann gegebenenfalls auch an mehreren Orten an dem zumindest einem in dem Rad-Schiene-Kontakt stehenden Bauteil erzeugt werden und/oder es können auch mehrere in dem Rad-Schiene-Kontakt stehenden Bauteile mit dem Ultra- schall angeregt werden. If appropriate, the ultrasound excitation can also be generated at several locations on the at least one component in the wheel-rail contact, and / or several components in the wheel-rail contact can also be excited with the ultrasound.
Somit kann auf bekannte bzw. übliche Schmierstoffe bzw. Thus, known or customary lubricants or
SchmierstoffSysteme und ihre beschriebenen Nachteile für die Reibungsreduktion in dem Rad-Schiene-Kontakt bzw. die Schmie- rung des Rad-Schiene-Kontakts - ganz oder teilweise - verzichtet werden. Lubricant systems and their disadvantages described for the friction reduction in the wheel-rail contact or the lubrication of the wheel-rail contact - in whole or in part - be omitted.
Dem Verfahren und der Anordnung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass - wird mindestens eines von zwei in (Reib- ) Kontakt miteinander stehenden Bauteilen, insbesondere hier mindestens eines der in dem Rad-Schiene-Kontakt stehenden Bauteile, insbesondere ein Schienenkopf der Schiene und/oder das Schienenfahrzeugrad, mit Ultraschallschwingungen angeregt - es im (Reib- ) Kontakt zu einer periodischen Umkehrung von Bewegungsrichtungen kommt . The method and the arrangement are based on the finding that - at least one of two in (friction) contact with each other components, in particular here at least one of the standing in the wheel-rail contact components, in particular a rail head of the rail and / or the rail vehicle wheel, excited with ultrasonic vibrations - it in (Frictional) contact comes to a periodic reversal of directions of movement.
Wenn kontaktierende Bauteile bzw. deren sich kontaktierende Bauteilbereiche durch die Ultraschallschwingung entgegengesetzte Bewegungsrichtungen aufweisen, dann heben sich wirksame Reibungskräfte zum Teil gegenseitig auf (Reibkraftreduktion/Reibungsreduktion) . Idealerweise kann dadurch (Reibkraftreduktion/Reibungsreduktion) ein Verschiebewiderstand des einen Bauteils auf dem anderen - und damit der effektive äußere Reibewert bis auf null reduziert werden (Schmierwirkung/Schmierung) . Ist dieser reibungsreduzierende (bzw. reibkraftreduzierende) bzw. „Schmierwirkung entfaltende" Effekt besonders wirksam, wenn eine absolute Bewegungsgeschwindigkeit eines Bauteils sehr gering ist, so dass sie in etwa in der gleichen Größenordnung liegt, wie eine Schwingungsgeschwindigkeit einer Ult- raschallanregung, so ist das Verfahren und die Verwendung besonders dann vorteilhaft (bei Schienenfahrzeugrädern im Rad- Schiene-Kontakt) , wenn die Schienenfahrzeugräder bei einer Bogenfahrt (in einem (engen) Schienenbogen) querschlupfen. So beträgt beispielsweise der Querschlupf bei einer Bogenfahrt in einem 50m Bogen nur ca. 1,8% der Fortbewegung in Rollrichtung . If contacting components or their contacting component regions have opposite directions of movement due to the ultrasound oscillation, then effective frictional forces partly cancel each other out (friction force reduction / friction reduction). Ideally, this (friction force reduction / friction reduction), a displacement resistance of the one component on the other - and thus the effective outer friction coefficient can be reduced to zero (lubrication / lubrication). If this friction-reducing (or friction force-reducing) or "lubricating-unfolding" effect is particularly effective if an absolute movement speed of a component is very low, so that it lies approximately in the same order of magnitude as a vibration speed of an ultrasound excitation, this is Method and use particularly advantageous (for rail vehicle wheels in the wheel-rail contact), when the rail vehicle wheels in a Bogenfahrt (in a (narrow) rail bend) cross hatching example., For example, the transverse slip in a Bogenfahrt in a 50m bow only about 1 , 8% of locomotion in rolling direction.
Die - durch das Verfahren und die Verwendung bewirkte („Ultraschall") - Reibkraftreduktion im Rad-Schiene-Kontakt, ins- besondere den Laufflächenkontakten (Radlauffläche-The ("ultrasonic") frictional force reduction caused by the method and the use in the wheel-rail contact, in particular the tread contacts (wheel tread).
Schienenkopf-Kontakt) , führt auch zu einer deutlichen Reduktion von Verschleiß an den kontaktierenden Laufflächen, d.h. zu einer Reduktion des Radlaufflächenverschleißes und des Schienenkopf erschleißes , aufgrund von - dann reduzierten - Quer- und Längsschlupfkräften . Rail head contact), also leads to a significant reduction of wear on the contacting treads, ie a reduction of Radlaufflächenverschleißes and the Rail head weary, due to - then reduced - lateral and longitudinal slip forces.
Da die Spurführungskräfte, insbesondere in einem, im Besonde- ren engen, Schienenbogen, durch die geometrisch erzwungenen Quer- und Längsschlupfkräfte im Laufflächenkontakt dominiert sind, führt diese - durch das Verfahren und die Verwendung bewirkte - Reibkraftreduktion weiterhin zu einer entsprechenden Reduktion der in den Spurkranz -Kontaktpunkten abzustüt- zenden Spurführungskräfte. Since the tracking forces, especially in one, in particular narrow, rail arch, are dominated by the geometrically enforced lateral and longitudinal slip forces in tread contact, this - caused by the method and use - Reibkraftreduktion continues to lead to a corresponding reduction in the wheel flange Contact points to be supported.
Zusammen mit dem - durch das Verfahren und die Verwendung bewirkte („Ultraschall") - reduzierten Reibbeiwert im Spurkranzkontakt ergibt sich so eine erhebliche Reduktion der im Spurkranzkontakt umgesetzten Reibenergien und damit des Spurkranzverschleißes, sowie eines Schienenkantenverschleißes . Together with the - caused by the process and use ("ultrasound") - reduced coefficient of friction in the flange contact thus results in a significant reduction in the flange contact reacted frictional energy and thus the wheel flange wear, and a rail edge wear.
Als weiterer positiver Zusatzeffekt führen die - durch das Verfahren und die Verwendung bewirkte („Ultraschall") - Reib- kräfte auch zu einer Verbesserung der Sicherheit gegen Entgleisen des Schienenfahrzeugs. As a further positive additional effect, the frictional forces caused by the method and the use ("ultrasonic") also lead to an improvement in the safety against derailment of the rail vehicle.
Ein weiterer vorteilhafter Zusatznutzen bei bzw. zu dem durch das Verfahren und der Verwendung (unmittelbar) bewirkte Reib- kraftreduktion/Reibungsreduktion bzw. Schmierung ist auch eine Reinigungswirkung der Ultraschallschwingungen, welche helfen kann, verschleißfördernde Partikel von der Schiene und/oder dem Schienenfahrzeugrad zu entfernen. Das Verfahren und die Verwendung ist - je nach Erregungsort der Ultraschallerregung bzw. Installations-/Anbringungsort des bzw. von Ultraschallerregern - darüber hinaus auch zusammen mit einer herkömmlichen schienenfahrzeugseitigen Spurkranzschmieranlage durchführbar - oder aber beispielsweise als kombinierte ( schienenfahrzeugseitige) Laufflächen- und Spurkranzschmieranlage . Another advantageous additional benefit with respect to the frictional force reduction / friction reduction or lubrication (direct) caused by the method and use is also a cleaning effect of the ultrasonic vibrations, which can help to remove wear-promoting particles from the rail and / or the rail vehicle wheel , The method and use is - depending on the excitation of the ultrasound excitation or installation / mounting location of or from ultrasound exciters - beyond also feasible together with a conventional rail vehicle wheel flange lubrication system - or for example as a combined (rail vehicle side) tread and wheel flange lubrication system.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Schienenfahrzeug ein Zug, eine Straßenbahn, eine U-Bahn oder eine S-Bahn ist. It can further be provided that the rail vehicle is a train, a tram, a subway or a rapid-transit railway.
Zweckmäßigerweise kann das zumindest eine - zu Ultraschall - Schwingungen angeregte - Bauteil die Schiene (auch als „Schienenkörper" bezeichnet) , insbesondere ein Schienensteg und/oder ein Schienenkopf, und/oder das Schienenfahrzeugrad, insbesondere eine Radscheibe, und/oder ein Achsstummel sein. Auch anders ausgedrückt, der - das zumindest eine Bauteil zu Ultraschallschwingungen anregende - Ultraschallerreger kann an der Schiene, insbesondere an dem Schienensteg oder dem Schienenkopf, und/oder an dem Schienenfahrzeugrad, insbesondere an der Radscheibe, und/oder in dem Achsstummel angeordnet sein. Conveniently, the at least one - excited to ultrasonic vibrations - component rail (also called "rail body"), in particular a rail web and / or a rail head, and / or the rail vehicle, in particular a wheel disc, and / or a stub axle. In other words, the - at least one component to ultrasonic vibrations stimulating - ultrasonic exciter can be arranged on the rail, in particular on the rail web or the rail head, and / or on the rail vehicle wheel, in particular on the wheel disc, and / or in the axle stub.
Besonders zweckmäßig - da technisch einfach umsetzbar - ist es, die Schiene bzw. den Schienenkörper - insbesondere mittels eines oder mehrerer von den Ultraschallerregern - anzuregen bzw. dort die Ultraschallschwingung ein- bzw. aufzubringen . Das kann beispielsweise geometrisch vorteilhaft bzw. dieser eine oder diese mehreren Ultraschallerreger kann/können geometrisch vorteilhaft seitlich am Schienensteg und/oder auf einer Unterseite des Schienenkopfes erfolgen bzw. angeordnet sein . Particularly expedient - since technically easy to implement - it is, the rail or the rail body - in particular by means of one or more of the ultrasonic exciters - to stimulate or there the ultrasonic vibration or apply. This can be geometrically advantageous, for example, or this one or more ultrasound exciters can / can be geometrically advantageously arranged or arranged laterally on the rail web and / or on an underside of the rail head.
Über die Schwingungsausbreitung in der Schiene kann so ein ausgewählter Schienenabschnitt, beispielsweise ein (relevanter enger (vgl. „Querschlupf")) Bogenbereich, mit einer be- grenzten Anzahl von den Ultraschallerregern geschmiert werden . By way of the vibration propagation in the rail, a selected rail section, for example a (relevant narrow (see "transverse slip")) arc section, can be provided with a limited number of the ultrasound exciters are lubricated.
Auf diese Weise kann beispielsweise eine stationäre Ultra- schallschmieranlage in einem Gleisbogen realisiert werden, um einen Bogenwiderstand (und so einen Energieverbrauch) (deutlich) herabzusetzen und das Kurvenquietschen zu unterbinden. In this way, for example, a stationary ultrasonic lubrication system can be realized in a track curve in order to (significantly) reduce a sheet resistance (and thus an energy consumption) and prevent the curve squeaking.
Zweckmäßigerweise - zur Reduzierung eines Energieverbrauchs bei dem bzw. den Ultraschallerregern - kann dieser bzw. können diese nur während der Überfahrt des Schienenfahrzeugs über den ausgewählten Schienenabschnitt, beispielsweise einen Schienenbogen, aktiviert werden. Alternativ kann die Ultraschallan-/erregung am Schienenfahrzeugrad sein, beispielsweise mittels eines - mitdrehend - an dem Schienenfahrzeugrad angeordneten Ultraschallerregers und/oder mittels eines - nicht mitdrehend - in dem Achsstummel des Schienenfahrzeugrads angeordneten Ultraschallerre- gers . Conveniently - to reduce energy consumption in the case of the or the ultrasonic exciters - this or these can only during the crossing of the rail vehicle on the selected rail section, such as a rail arch, are activated. Alternatively, the ultrasound application / excitation may be on the rail vehicle wheel, for example by means of an ultrasonic exciter which is arranged on the rail vehicle wheel and / or by means of an ultrasound exciter arranged in the stub axle of the rail vehicle wheel, not co-rotating.
Zweckmäßigerweise - ebenfalls zur Reduzierung eines Energieverbrauchs bei dem bzw. den Ultraschallerregern - kann dieser bzw. können diese bei einer solchen „ schienenfahrzeugseiti - gen" Erregung/Installation, ähnlich wie bei einer konventionellen Spurkranzschmierung/Laufflächenschmierung, nur in dem ausgewählten Schienenabschnitt, beispielsweise einem Schienenbogen, aktiviert werden. Ist der ausgewählte Schienenabschnitt ein gerader Gleisabschnitt, so kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, den bzw. die Ultraschallerreger „dort" (d.h. schienenseitig oder auch schienenfahrzeugseitig angebracht/angeregt) (bei Überfahrt des Schienenfahrzeugs in dem ausgewählten Schienenabschnitt) mit einer reduzierten Leistung zu betreiben. Expediently-likewise for reducing energy consumption in the case of the ultrasound exciter or the latter-it can or may not be used in such a "rail vehicle-side" excitation / installation, similar to conventional wheel flange lubrication / tread lubrication, only in the selected rail section, for example a rail bend If the selected rail section is a straight track section, it may be expedient to provide the or the ultrasound exciters "there" (ie mounted / excited on the rail side or also on the rail vehicle side) (when crossing of the rail vehicle in the selected rail section) at a reduced power.
Ferner kann auch vorgesehen sein, insbesondere bei einer schienenfahrzeugseitigen Anregung/Erregung bzw. Installation (von einem oder mehreren Ultraschallerregern) , dass die Ultraschallerregung bzw. der bzw. die Ultraschallerreger beispielsweise bei Auslösung einer Gefahrenbremse ausgeschaltet wird/werden, um zur Erzielung eines kurzen Bremswegs einen möglichst hohen Kraftschlussbeiwert (im Rad-Schiene-Kontakt) zu erzielen. Furthermore, it can also be provided, in particular in the case of a rail-vehicle-based excitation / excitation or installation (of one or more ultrasonic exciters), that the ultrasound excitation or the or the ultrasound exciter is switched off, for example when a danger brake is triggered, in order to achieve a short braking distance to achieve the highest possible coefficient of adhesion (in wheel-rail contact).
Zusammenfassend lassen sich weitere durch das Verfahren und die Verwendung („Ultraschall") ergebenden Vorteile (insbeson- dere gegenüber der herkömmlichen Technologie der Reibungsreduktion mittels Schmierstoffen) kurz wie folgt aufzählen: In summary, other advantages resulting from the process and use ("ultrasound") (in particular compared to the conventional technology of friction reduction by means of lubricants) can be briefly enumerated as follows:
- Vollständiger oder zumindest teilweiser Verzicht von - Complete or at least partial waiver of
Schmierstoffen im Rad-Schiene-Kontakt führt zu:  Lubricants in the wheel-rail contact leads to:
- Vermeidung von Verunreinigungen durch Schmierstoffe, - avoidance of contamination by lubricants,
- Vermeidung von Beeinträchtigungen des Kraftschlusses - Avoidance of impaired adhesion
durch Schmierstoffe, wie z.B. beim Bremsen oder Befahren von Steigungen, was bei Laufflächenkonditionieranlagen nach wie vor problematisch ist,  by lubricants, e.g. when braking or driving on slopes, which is still problematic in tread conditioning systems,
- Vermeidung der durch Schmierstoffe gegebenen Rutschgefahr anderer Verkehrsteilnehmer, wie beispielsweise bzw. insbesondere Motorrad- und/oder Radfahrer, Avoidance of the risk of slipping by other road users, such as, for example, or in particular motorcycle and / or cyclists,
- Entfall der Verschleißsteigerung durch an Schmierstoffe gebundenen Straßenschmutz, beispielsweise Bremssand, Vermeidung von Umweltverschmutzung durch Schmierstoffe, Elimination of the increase in wear due to road dirt, for example brake sand, bound to lubricants, Avoidance of pollution by lubricants,
- keine Beeinträchtigung der Schmierung durch mangelnde Schmiermitteladhäsion aufgrund von Feuchte und/oder Staubeinwirkung, - no impairment of lubrication due to lack of lubricant adhesion due to moisture and / or dust,
- keine Beeinträchtigung der Schmierwirkung aufgrund - no impairment of the lubricating effect due
Schmiermittelabtrag durch Bewitterung, - keine Unterscheidung in Schmiermittel für Lauffläche und Lubricant removal through weathering, - no distinction in lubricant for tread and
Spurkranzflanke erforderlich, Wheel flank required,
- Schmierstoff-Verbrauchskosten/ -Wartungskosten entfallen, - keine Beeinträchtigung der Schienenliegedauer durch zusätzliche Rosteinwirkung (gegenüber stationärer Wasserschmierung) , - Lubricant consumption costs / maintenance costs omitted, - no impairment of the rail life by additional rust effect (compared to stationary water lubrication),
- einsetzbar in allen Temperaturbereichen (gegenüber sta- tionärer Wasserschmierung) . - Can be used in all temperature ranges (compared to stationary water lubrication).
- Vollständiger oder zumindest teilweiser Verzicht auf den Einsatz von Schmierfetten. - Wettbewerbsvorteil durch eine umweltfreundliche Technologie ohne Verlustschmierung, reduzierten Energieverbrauch, reduzierten Rad-Schiene-Verschleiß, Reduktion von Kurvenquietschen ohne die negativen Auswirkungen auf den Kraftschluss zum Bremsen/Antreiben. - Complete or at least partial waiver of the use of greases. - Competitive advantage through an environmentally friendly technology without loss lubrication, reduced energy consumption, reduced wheel-rail wear, reduction of curve squeal without the negative impact on the traction for braking / driving.
Bauraum, Gewichts- und Kostenvorteil durch Entfall einer Hydraulikverrohrung und/oder von Schmiermittelbehältern, insbesondere am Schienenfahrzeug. Wartungsarme elektrisch betreibbare Technologie ohne Verstopfungsgefahr und/oder Schmierstoffentmischung . Space, weight and cost advantage by elimination of a hydraulic piping and / or lubricant containers, especially on the rail vehicle. Low-maintenance electrically operable technology without risk of clogging and / or lubricant segregation.
Die Erfindung und die beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden. The invention and the developments described can be implemented both in software and in hardware, for example using a special electrical circuit.
Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer be- schriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder die Weiterbildung ausführt. Furthermore, a realization of the invention or a described development is possible by a computer-readable storage medium on which a computer program is stored, which carries out the invention or the development.
Auch können die Erfindung und/oder jede beschriebene Weiter- bildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder die Weiterbildung ausführt. Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weite- ren Kombinationen zusammengefasst werden. The invention and / or any further development described can also be realized by a computer program product which has a storage medium on which a computer program is stored which carries out the invention and / or the further development. The description of advantageous embodiments of the invention given hitherto contains numerous features which are reproduced in some detail in the individual subclaims. However, these features may conveniently be considered individually and combined into meaningful further combinations.
Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Anordnung kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale, gegenständlich formuliert, auch als Eigenschaft der entsprechenden Anordnung zu sehen und umgekehrt . Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das je- weilige Zahlwort eingeschränkt sein. Ferner sind die Wörter „ein" bzw. „eine" nicht als Zahlwörter, sondern als unbestimmte Artikel zu verstehen. In particular, these features can be combined individually and in any suitable combination with the method according to the invention and the arrangement according to the invention. Thus, process features, objectively formulated, can also be seen as a property of the corresponding arrangement and vice versa. Although some terms are used in the specification or claims in the singular or in conjunction with a number word, the scope of the invention for these terms should not be limited to the singular or the particular number word. Further, the words "a" and "an" are not to be understood as number words but as indefinite articles.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf darin angegebene Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel ent- fernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und mit einer beliebigen der Ansprüche kombiniert werden . The above-described characteristics, features, and advantages of the invention, as well as the manner in which they will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments of the invention, which will be described in connection with the drawings. The embodiments serve to illustrate the invention and do not limit the invention to combinations of features specified therein, not even with respect to functional features. In addition, suitable features of each embodiment can also be considered explicitly isolated, removed from one exemplary embodiment, introduced into another exemplary embodiment for supplementing it, and combined with any of the claims.
Es zeigen: Show it:
FIG 1 eine schematische Ansicht eines Schienenfahrzeugrades mit einem schienenfahrzeugseitig angeordneten1 shows a schematic view of a rail vehicle wheel with a rail vehicle side arranged
Ultraschallerreger, Ultrasonic excitation,
FIG 2 eine schematische Ansicht (Querschnitt) eines 2 shows a schematic view (cross section) of a
Schienenfahrzeugrades und einer Schiene im Rad- Rail vehicle wheel and a rail in the wheel
Schiene-Kontakt mit an verschiedenen Orten (amRail contact with in different places (am
Schienenfahrzeugrad und an der Schiene) angeordneten Ultraschallerregern FIG 3 einen Schienenabschnitt eines Streckennetzes fürRail vehicle wheel and on the rail) arranged ultrasonic exciters 3 shows a rail section of a route network for
Schienenfahrzeuge mit streckenseitig an verschiedenen Orten (an der Schiene) angeordneten Ultra- schallerregern. Rail vehicles with trackside ultrasonic transducers arranged at different locations (on the rail).
Schmierung/Reibungsreduktion des Rad-Schiene-Kontakts mittels Ultraschall (FIG 1, FIG 2 und FIG 3) . FIG 1 zeigt ein (Schienenfahrzeug- ) Rad 2, kurz im Folgenden nur Rad 2, eines Schienenfahrzeugs 1, hier eines (Eisenbahn-) Zuges 1. Lubrication / friction reduction of the wheel-rail contact by means of ultrasound (FIG 1, FIG 2 and FIG 3). 1 shows a (rail vehicle) wheel 2, in the following only wheel 2, of a rail vehicle 1, here a (train) train 1.
Wie FIG 1 zeigt, weist das Rad 2 - üblicherweise aus Stahl - eine Radscheibe 5 auf, welche auf einer Achswelle 9, hier sichtbar in FIG 1 ein Abschnitt eines (innen 18 liegenden) Achsschenkels 8 und eines (äußeren) Achsstummels 10, sitzt, auf. Auf der Radscheibe 5 sitzt der Radreifen 4. Auf der Außenseite des Radreifens 4 befinden sich der Spurkranz 6 und die Lauffläche 15 des Rades 2. As FIG 1 shows, the wheel 2 - usually made of steel - a wheel disc 5, which sits on an axle shaft 9, visible here in Figure 1, a portion of a (inside 18 lying) steering knuckle 8 and (outer) axle stub 10, on. On the wheel disc 5 sits the tire 4. On the outside of the wheel tire 4 are the flange 6 and the tread 15 of the wheel. 2
Der Spurkranz 6 ist, wie FIG 1 verdeutlicht, ein mehrere Zentimeter, beispielsweise etwa drei Zentimeter, hoher vertika- 1er Wulst, der sich an der zur Mitte 18 einer Schiene 11 gerichteten Seite des Rades 2 befindet (vgl. FIG 2) . As shown in FIG. 1, the wheel flange 6 is a high vertical ridge which is located several centimeters, for example approximately three centimeters, on the side of the wheel 2 facing the middle 18 of a rail 11 (see FIG.
An die Spurkranzkuppe 16 schließt sich, wie FIG 1 auch zeigt, die in der Regel ca. 70 Grad geneigte Spurkranzflanke 7 an, bevor der Spurkranz 6 über eine Hohlkehle 17 in die Lauffläche 15 des Rades 2 übergeht. As shown in FIG. 1, the flange flange 16 is adjoined by the flange rim 7, which is generally inclined at about 70 degrees, before the flange 6 passes over a groove 17 in the running surface 15 of the wheel 2.
Wie FIG 1 weiter zeigt, ist an der Radscheibe 5 des Rades 2 ein Ultraschallschwingkopf 3 angebracht, welcher (unmittel- bar) die Radscheibe 5 - bzw. sich darüber ausbreitend - das Rad 2 - und so auch die in Reibkontakt (des Rad-Schiene- Kontaktes, vgl. FIG 2) stehenden Bauteile des Rades 2, d.h. die Lauffläche 15 und die Spurkranzflanke 7 des Rades 2, zu Ultraschallschwingungen anregt, was reibungsreduzierendeAs FIG 1 further shows, an ultrasonic oscillating head 3 is attached to the wheel disc 5 of the wheel 2, which (directly bar) the wheel disc 5 - or spreading over it - the wheel 2 - and so also in frictional contact (the wheel-rail contact, see FIG 2) standing components of the wheel 2, ie the tread 15 and the flange edge 7 of the Rades 2, stimulates ultrasonic vibration, which reduces friction
(bzw. reibkraftreduzierende) bzw. „Schmierwirkung entfaltende" Effekte (sowie weitere nützliche Effekte, wie Reinigungseffekte,) verursacht bzw. bewirkt. Die Energieversorgung und Steuerung des Ultraschallschwingkopfes 3 erfolgt - kabelverbunden (nicht gezeigt) - durch eine entsprechende Energieversorgungs- und Steuerungseinheit (nicht gezeigt) . Alternativ oder ergänzend kann ein (weiterer) Ultraschallschwingkopf (3), wie in FIG 1 angedeutet ist, auch - nicht mitdrehend - im Achsstummel 10 der Achswelle 9 des Rades 2 angeordnet sein. Auch dessen Energieversorgung und Steuerung kann - kabelverbunden (nicht gezeigt) - durch eine entsprechende Energieversorgungs- und Steuerungseinheit erfolgen (nicht gezeigt) . The energy supply and control of the ultrasonic vibrating head 3 takes place - connected by cables (not shown) - by a corresponding energy supply and control unit (or (frictional force reducing) or "lubricating effect unfolding" effects (and other useful effects, such as cleaning effects,). Alternatively or additionally, a (further) ultrasonic oscillating head (3), as indicated in FIG. 1, may also be arranged in the stub axle 10 of the axle shaft 9 of the wheel 2, and not in a co-rotating manner. not shown) - by a corresponding power supply and control unit (not shown).
FIG 2 zeigt (in einem Querschnitt) dieses Rad 2 des Zuges 1 - zusammen mit einer Schiene 11 im Rad-Schiene-Kontakt. 2 shows (in a cross section) of this wheel 2 of the train 1 - together with a rail 11 in the wheel-rail contact.
Wie FIG 2 zeigt, weist die Schiene 11 einen Schienenfuß 14, einen Schienensteg 13 und einen Schienenkopf 12 auf. Auf der Oberseite des Schienenkopfes 12 ist dessen Lauffläche 15 an- geordnet, auf welcher das Rad 2 (über dessen Lauffläche 15 und Spurkranzflanke 7 bzw. der Lauffläche 15 und Spurkranz - flanke 7 des Radreifens 4) (in Kontakt stehend) abrollt. Über den Lauffläche 15/Spurkranzflanke 7 (des Rades 2) - Lauffläche 15 (der Schiene 11) - Kontakt zwischen dem Rad 2 und der Schiene 11 bildet sich der Rad-Schiene-Kontakt aus. Wie FIG 2 weiter zeigt, ist seitlich, d.h. an der zur Schienenmitte 18 zeigenden Seite, am Schienensteg 13 ein Ultraschallschwingkopf 3 angeordnet, welcher (unmittelbar) den Schienensteg 13 - bzw. sich darüber ausbreitend - die Schiene 11 - und so auch das in Reibkontakt (des Rad-Schiene- Kontaktes) stehende Bauteil der Schiene 11, d.h. die Lauffläche 15 der Schiene 11, zu Ultraschallschwingungen anregt, was die reibungsreduzierende (bzw. reibkraftreduzierende) bzw. „Schmierwirkung entfaltende" Effekte (sowie weitere nützliche Effekte, wie Reinigungseffekte,) verursacht bzw. bewirkt. As FIG 2 shows, the rail 11 has a rail 14, a rail web 13 and a rail head 12. On the upper side of the rail head 12, its running surface 15 is arranged, on which the wheel 2 rolls (in contact with it) over its running surface 15 and flange flange 7 or the running surface 15 and wheel flange 7 of the wheel tire 4). About the tread 15 / flange edge 7 (of the wheel 2) - tread 15 (the rail 11) - contact between the wheel 2 and the rail 11, the wheel-rail contact is formed. As FIG 2 further shows, on the side facing the rail center 18, an ultrasonic oscillating head 3 is arranged on the rail web 13, which (directly) the rail web 13 - or spreading over it - the rail 11 - and so also in frictional contact (the wheel-rail contact) standing component of the rail 11, ie the tread 15 of the rail 11, to ultrasonic vibrations stimulates what the friction-reducing (or reibkraftreduzierende) or "lubricating effect" (and other useful effects, such as cleaning effects, ) causes or causes.
Die Energieversorgung und Steuerung auch dieses Ultraschallschwingkopfes 3 erfolgt - kabelverbunden (nicht gezeigt) - durch eine entsprechende Energieversorgungs- und Steuerungs- einheit . The power supply and control of this ultrasonic vibrating head 3 is done - cable connected (not shown) - by a corresponding power supply and control unit.
Alternativ oder ergänzend können (weitere) Ultraschallschwingköpfe 3, wie in FIG 2 angedeutet ist, auch auf den Unterseiten 19 des Schienenkopfes 12 der Schiene 11 und/oder an der äußeren Seite des Schienensteges 13 angeordnet sein. Alternatively or additionally, (further) ultrasonic vibrating heads 3, as indicated in FIG. 2, can also be arranged on the lower sides 19 of the rail head 12 of the rail 11 and / or on the outer side of the rail web 13.
Die Energieversorgung und Steuerung des bzw. dieser Ultraschallschwingköpfe 3 kann ebenso - kabelverbunden (nicht gezeigt) - durch eine bzw. durch entsprechende Energieversorgungs- und Steuerungseinheiten erfolgen. The power supply and control of the or these ultrasonic vibrating heads 3 can also - done by cables (not shown) - by one or by appropriate power supply and control units.
Die für die Schiene 11 vorgesehenen Ultraschallschwingköpfe 3 können in Kombination mit den für das Rad 2 vorgesehenen Ultraschallschwingköpfen 3 verwendet werden. FIG 3 zeigt einen Schienenabschnitt 20 eines (Eisenbahn 1 -) Streckennetzes, welcher - vereinfacht in FIG 3 angedeutet - zumindest einen (engen) Schienenbogen 21 - reichend von einem Bogenanfang 22 bis zu einem Bogenende 23 - sowie einen gera- den Gleis-/Schienenabschnitt 24 aufweist. The ultrasonic vibrating heads 3 provided for the rail 11 can be used in combination with the ultrasonic vibrating heads 3 provided for the wheel 2. 3 shows a rail section 20 of a (railway 1) network, which - simplified in FIG 3 indicated - at least one (narrow) rail bow 21 - ranging from a beginning of sheet 22 to a bow end 23 - and a straight track / rail section 24 has.
Wie FIG 3 verdeutlicht, sind - um den Schienenbogen 21 mit einer begrenzten Anzahl von Ultraschallschwingköpfen 3 zu schmieren - mehrere, hier beispielsweise - paarweise (weil zwei parallel verlegte Schienen 11 einen Gleisabschnitt 20 definieren) - drei (so insgesamt sechs) ) Ultraschallschwingköpfe 3, wie in FIG 2 im Detail gezeigt bzw. dazu beschrieben, seitlich den Schienenstegen 13 und/oder an den Unterseiten 19 der Schienenköpfe 12 angeordnet. As illustrated in FIG. 3, in order to lubricate the rail arch 21 with a limited number of ultrasound vibration heads 3, several, in this example, in pairs (because two rails 11 laid in parallel define a track section 20), three ultrasound vibrating heads 3, thus a total of six, as shown in detail in FIG 2 or described, laterally the rail webs 13 and / or arranged on the lower sides 19 of the rail heads 12.
Auf diese Weise wird eine stationäre Ultraschallschmieranlage in dem Gleis-/Schienenbogen 21 realisiert, um den Bogenwider- stand (und so einen Energieverbrauch für die Züge 1) herabzusetzen und das Kurvenquietschen zu unterbinden. In this way, a stationary ultrasonic lubrication system in the track / rail 21 is realized in order to reduce the arc resistance (and thus an energy consumption for the trains 1) and to prevent the curve squeaking.
Zweckmäßig werden - zur Reduzierung des Energieverbrauchs der „ stationären"/» streckenseitigen" Ultraschallschwingköpfe 3 - diese nur während der (Schienenbogen 21 -) Überfahrt von Zügen 1 aktiviert. Appropriately - to reduce the energy consumption of the "stationary" / "trackside" ultrasonic vibrating heads 3 - this only during the (rail 21 -) crossing of trains 1 activated.
Entsprechendes ist auch für die „ schienenfahrzeugseitigen" Ultraschallschwingköpfe 3 (vgl. FIG 1) vorgesehen; d.h., auch diese werden nur dann aktiviert, wenn sich der entsprechende Zug 1 in der (Schienenbogen 21 -) Überfahrt im Schienenbogen 21 befindet. The same is also provided for the "rail-vehicle-side" ultrasonic vibrating heads 3 (see FIG 1), that is, these are only activated when the corresponding train 1 is in the (rail 21 -) crossing in the rail arch 21.
Wie FIG 3 weiter auch verdeutlicht, sind - um auch den geraden Gleisabschnitt 24 zu schmieren - mehrere, hier beispielsweise - paarweise (weil zwei parallel verlegte Schienen 11 einen Gleisabschnitt 20 definieren) - zwei (so insgesamt vier) Ultraschallschwingköpfe 3, seitlich an den Schienenstegen 13 und/oder an den Unterseiten 19 der Schienenköpfe 12 angeordnet . As FIG. 3 further clarifies, in order to lubricate even the straight track section 24, several, here for example, pairs (because two rails 11, which are laid in parallel), are provided define a track section 20) - two (four in total) ultrasonic vibrating heads 3, laterally arranged on the rail webs 13 and / or on the lower sides 19 of the rail heads 12.
Auch werden diese zweckmäßigerweise - zur Energieverbrauchs- ersparnis - dann aktiviert und mit reduzierter Leistung betrieben, wenn sich der Zug 1 in der Überfahrt im geraden Gleisabschnitt 24 befindet. Entsprechendes zur Aktivierung und Leistungsabgabe gilt auch für die „schienenfahrzeugseiti- gen" Ultraschallschwingköpfe 3. These are expediently - to save energy consumption - then activated and operated at reduced power when the train 1 is in the crossing in the straight track section 24. The same applies to the activation and power output for the "rail vehicle-side" ultrasonic vibrating heads 3.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein geschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be deduced therefrom without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Reibungsreduktion in einem Rad-Schiene- Kontakt bei einem schienengebundenen Fahrzeug (1) , welches zumindest ein mit einer Schiene (11) in dem Rad-Schiene- Kontakt stehendes Schienenfahrzeugrad (2) aufweist, 1. A method for reducing friction in a wheel-rail contact in a rail-bound vehicle (1), which has at least one with a rail (11) in the wheel-rail contact stationary rail vehicle wheel (2),
bei dem in which
zumindest eines der in dem Rad-Schiene-Kontakt stehenden Bauteile (2, 11) zu Ultraschallschwingungen angeregt wird. at least one of the components in the wheel-rail contact (2, 11) is excited to ultrasonic vibrations.
2. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 2. The method according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das zumindest eine Bauteil (2, 11) die Schiene (11), insbe- sondere ein Schienensteg (13) oder ein Schienenkopf (12), ist . the at least one component (2, 11) is the rail (11), in particular a rail web (13) or a rail head (12).
3. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 3. The method according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das zumindest eine Bauteil (2, 11) das Schienenfahrzeugrad (2) , insbesondere eine Radscheibe (5) oder ein Achsstummel (10) , ist . the at least one component (2, 11) is the rail vehicle wheel (2), in particular a wheel disc (5) or a stub axle (10).
4. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 4. The method according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Ultraschallschwingungen, insbesondere unter Verwendung eines Ultraschallschwingers (3) oder eines Ultraschall- schwingkopfes (3) , auf Basis eines Piezo- oder the ultrasonic vibrations, in particular using an ultrasonic vibrator (3) or an ultrasonic vibrating head (3), based on a piezo or
magnetostriktiven Effekts erzeugt werden. magnetostrictive effect can be generated.
5. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 5. The method according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das zumindest eine in dem Rad-Schiene-Kontakt stehende Bau- teil (2, 11) an mehreren Orten zu den Ultraschallschwingungen angeregt wird. the at least one component (2, 11) standing in the wheel-rail contact is excited at several locations to the ultrasonic vibrations.
6. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 6. The method according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mehrere von den in dem Rad-Schiene-Kontakt stehenden Bauteile (2, 11) zu den Ultraschallschwingungen angeregt werden. several of the components in the wheel-rail contact (2, 11) are excited to the ultrasonic vibrations.
7. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprü- che, 7. Method according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Erregung mit den Ultraschallschwingungen temporär the excitement with the ultrasonic vibrations temporarily
und/oder mit einer vorgebbaren Leistung, insbesondere während einer Überfahrt des Schienenfahrzeugs (1) über einen ausge- wählten Schienenabschnitt (20), erfolgt. and / or with a predefinable power, in particular during a crossing of the rail vehicle (1) via a selected rail section (20).
8. Verfahren nach mindestens dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass 8. The method according to at least the preceding claim, characterized in that
die temporäre, vorgebbare Leistung eine reduzierte Leistung während einer Überfahrt des Schienenfahrzeugs (1) über den ausgewählten Schienenabschnitt (20) , insbesondere einen geraden Schienenabschnitt (24), ist. the temporary, specifiable power is a reduced power during a passage of the rail vehicle (1) over the selected rail section (20), in particular a straight rail section (24).
9. Verfahren nach mindestens dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass 9. The method according to at least the preceding claim, characterized in that
der ausgewählte Schienenabschnitt (20) ein Schienenbogen (21) oder ein gerader Schienenabschnitt (24) ist the selected rail section (20) is a rail arch (21) or a straight rail section (24)
10. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 10. The method according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Schienenfahrzeug (1) ein Zug, eine Straßenbahn, eine U- Bahn oder eine S-Bahn ist. the rail vehicle (1) is a train, a tram, a subway or a S-Bahn.
11. Verwendung eines Ultraschallerregers (3) für eine Reibungsreduktion in einem Rad-Schiene-Kontakt bei einem schienengebundenen Fahrzeug (1) , welches zumindest ein mit einer Schiene (11) in dem Rad-Schiene-Kontakt stehendes Schienenfahrzeugrad (2) aufweist, 11. Use of an ultrasound exciter (3) for reducing friction in a wheel-rail contact in a rail-bound vehicle (1), which has at least one rail vehicle wheel (2) with a rail (11) in the wheel-rail contact,
wobei zumindest eines der in dem Rad-Schiene-Kontakt stehenden Bauteile (2, 11) unter Verwendung des Ultraschallerregers (3) zu Ultraschallschwingungen angeregt wird. wherein at least one of the components in the wheel-rail contact (2, 11) using the ultrasonic exciter (3) is excited to ultrasonic vibrations.
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