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Title:
SAND SPREADING SYSTEM AND RAIL VEHICLE WITH SUCH A SAND SPREADING SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/036690
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a sand spreading system (1) for a rail vehicle with driveable and/or brakeable rail wheels. The sand spreading system (1) comprises a sand box for storing spreading sand, a sand staircase (2) which is fastened to the sand box for the compressed-air-controlled metering of the output of spreading sand, and a sand outlet tube which is connected to the sand staircase (3) via a sand hose and opens in front of a rail wheel. By a heating device (16) for generating a hot air flow passing through the spreading sand being integrated in the sand staircase (2), the spreading sand can be kept dry and pourable even in the wet and frost, and therefore the function of the sand staircase (2) and hence effective operation of the rail vehicle are provided.

Inventors:
GRONAU, Hans-Joachim (Polzbergstr. 2, Vierkirchen, 85256, DE)
STELZLE, Wilfried (Weidenstr. 11, Kleinberghofen, 85253, DE)
Application Number:
EP2017/065661
Publication Date:
March 01, 2018
Filing Date:
June 26, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B61C15/10
Domestic Patent References:
WO2004080778A12004-09-23
WO2016134397A12016-09-01
WO2015044243A22015-04-02
Foreign References:
EP0499199A21992-08-19
DE10305551A12004-08-26
DE2938583A11981-04-09
DE202013000635U12013-04-22
DE4202413A11993-08-05
DE1279057B1968-10-03
DE2617331C31981-10-08
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Claims:
Patentansprüche

1. Sandstreuanlage (1) für ein Schienenfahrzeug mit antreib- und/oder abbremsbaren Schienenrädern, umfassend einen Sand- kästen zur Bevorratung von Streusand, eine am Sandkasten befestigte Sandtreppe (2) zur druckluftgesteuerten Dosierung des Streusandaustritts, und ein über einen Sandschlauch mit der Sandtreppe (3) verbundenes und vor einem Schienenrad mün¬ dendes Sandauslaufrohr, dadurch gekennzeichnet, dass in die Sandtreppe (2) eine Wärmeeinrichtung (16) zur Erzeugung eines Streusand durchströmenden Warmluftstromes integriert ist.

2. Sandstreuanlage (1) nach Anspruch 1, wobei die Sandtreppe (2) ein Treppengehäuse (3) mit einem Befestigungsflansch (4) zu deren Befestigung am Sandkasten aufweist, wobei sich im

Befestigungsflansch (4) ein Kanalsystem zur Aufnahme der Wärmeeinrichtung (16) und zur Führung eines die Wärmeeinrichtung (16) passierenden Luftstromes erstreckt. 3. Sandstreuanlage (1) nach Anspruch 2, wobei das Kanalsystem ein oder mehrere Anschlussöffnungen (20) aufweist, durch die jeweils ein stabförmiges Wärmeelement (22) der Wärmeeinrich¬ tung (16) von außen einführbar ist. 4. Sandstreuanlage (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Ka¬ nalsystem einen oder mehrere Einlässe (23) für einen Versorgungsluftstrom und einen oder mehrere Auslässe (21) für einen Warmluftstrom aufweist. 5. Sandstreuanlage (1) nach Anspruch 4, wobei der Versor¬ gungsluftstrom unabhängig von einem der Sandtreppe (2) zur Dosierung des Streusandaustritts zuführbaren Druckluftstrom steuerbar ist. 6. Sandstreuanlage (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei an we¬ nigstens einem Auslass (21) ein Sinterfilter (29) angeordnet ist, durch den der Warmluftstrom in den Sandkasten strömt.

7. Sandstreuanlage (1) nach Anspruch 6, wobei der Sinterfilter (29) kegelstumpfförmig ausgebildet ist und vom Befesti¬ gungsflansch (4) in den Sandkasten ragt.

8. Sandstreuanlage (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wo¬ bei das Treppengehäuse (3) einstückig ausgebildet ist.

9. Schienenfahrzeug, insbesondere Lokomotive, mit wenigstens einem antreib- und/oder abbremsbaren Schienenrad und einer Sandstreuanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

Description:
Beschreibung

Sandstreuanlage und Schienenfahrzeug mit einer solchen Sand ¬ streuanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sandstreuanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf ein mit einer solchen Sandstreuanlage ausgerüstetes Schienenfahrzeug. Derartige Sandstreuanlagen für Schienenfahrzeug umfassen ei ¬ nen Sandkasten zur Bevorratung von Streusand, eine am Sandkasten befestigte Sandtreppe zur druckluftgesteuerten Dosierung des Streusandaustritts, und ein über einen Sandschlauch mit der Sandtreppe verbundenes und vor einem antreib- und/ oder abbremsbaren Schienenrad mündendes Sandauslaufrohr . Der zwischen Schienenrad und Fahrschiene eingebrachte Streusand sorgt für einen optimalen Reibwert beim Anfahren, Bremsen und während der Fahrt des Schienenfahrzeugs. Sandstreuanlagen mit Sandtreppen sind seit langem bewährt und beispielsweise aus der Auslegeschrift DE 12 79 057 AI sowie der Patentschrift DE 26 17 331 C3 bekannt.

Die Funktion einer Sandstreuanlage mit Sandtreppe kann bei bestimmten Umgebungsbedingungen, wie etwa Feuchtigkeit, Nässe und/oder Frost, stark beeinträchtigt werden, wodurch ein effektiver Betrieb des Schienenfahrzeugs gefährdet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sandstreuanla ¬ ge für ein Schienenfahrzeug bereitzustellen, welche auch bei widrigen Umgebungsbedingungen funktioniert und damit einen effektiven Betrieb des Schienenfahrzeugs ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sandstreu ¬ anlage der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach ist in die Sandtreppe eine Wärmeeinrichtung zur Erzeugung eines Streusand durchströmenden Warmluftstromes integriert. Durch Integration einer Wärmeeinrichtung in die Sandtreppe kann Streusand, der aufgrund von Nässe oder Eis verklumpt und/oder gefroren ist, durch einen Warmluftstrom erwärmt und getrocknet werden. Hierdurch kann auch bei schlechten Wetterbedingungen rieselfähiger Streusand bereitgehalten werden, um beim Betreib des Schienenfahrzeugs jederzeit bedarfsgerecht sanden zu können. Indem die Wärmeeinrichtung in die Sandtreppe integriert ist, entfallen Herstellungs- und Montageschrit ¬ te für eine gegebenenfalls separate Heizeinrichtung. Die Wär ¬ meeinrichtung kann eine oder mehrere Wärmequellen aufweisen, die je nach Gestaltung an unterschiedlichen Stellen in die

Sandtreppe eingebaut werden können, um eine effektive Trock ¬ nung des Streusandes zu bewirken.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sandstreuanlage weist die Sandtreppe ein Treppengehäuse mit einem Befestigungsflansch zu deren Befestigung am Sandkasten auf, wobei sich im Befestigungsflansch ein Kanalsystem zur Aufnahme der Wärmeeinrichtung und zur Führung eines die Wärmeeinrichtung passierenden Luftstromes erstreckt. Das Kanal- System kann beispielsweise durch ein System strömungstechnisch verbundener Quer- und Längskanäle gebildet sein, die als in den Befestigungsflansch gebohrte Sack- oder Durchgangslöcher ausgeführt sind. Ein derartiges Kanalsystem ist fertigungstechnisch einfach herstellbar, in dem die Wärme- einrichtung angeordnet und der Luft zur Erzeugung des Warmluftstromes geführt werden kann.

Vorzugsweise weist das Kanalsystem der erfindungsgemäßen Sandstreuanlage ein oder mehrere Anschlussöffnungen auf, durch die jeweils ein stabförmiges Wärmeelement der Wärmeein ¬ richtung von außen einführbar ist. Die Wärmeeinrichtung kann je nach Wärmebedarf ein oder mehrere, stabförmige Wärmeele ¬ mente aufweisen, die durch Anschlussöffnungen in das Kanalsystem von außen einführbar sind. Die Anschlussöffnungen sind derart an Seitenflächen des Befestigungsflansches vorgesehen, dass bei an den Sandkasten angeflanschter Sandtreppe ein Bestücken beziehungsweise Austauschen von Wärmeelementen prob- lemlos möglich ist. Hierdurch wird die Wartungsfreundlichkeit der erfindungsgemäßen Sandstreuanlage verbessert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sandstreuanlage weist das Kanalsystem einen oder mehrere Ein- lässe für einen Versorgungsluftstrom und einen oder mehrere Auslässe für einen Warmluftstrom auf. An den Einlässen, die vorzugsweise ebenfalls an den leicht zugänglichen Seitenflä ¬ chen des Befestigungsflansches angeordnet sind, können eine oder mehrere Druckluftleitungen zur Zuführung eines Versorgungsluftstromes angeschlossen werden. Der Versorgungsluft ¬ strom wird durch das Kanalsystem zu dem oder den Wärmeelementen geführt, um bei deren Passage erhitzt zu werden. Der so erzeugte Warmluftstrom verlässt dann die Sandtreppe durch Auslässe des Kanalsystems, die beispielsweise in einer nach oben weisenden Flanschfläche des Befestigungsflansches ange ¬ ordnet sein können. Der in den Sandkasten aufsteigende Warmluftstrom durchsetzt auf diese Weise den nach unten nachrut ¬ schenden Streusand, wodurch eine besonders effektive Sand- trocknung im Gegenstrombetrieb erreicht wird.

Vorzugsweise ist der Versorgungsluftstrom unabhängig von einem der Sandtreppe der erfindungsgemäßen Sandstreuanlage zur Dosierung des Streusandaustritts zuführbaren Druckluftstrom steuerbar. Indem Druck und Volumenstrom des Versorgungsluftstroms für die Wärmeeinrichtung getrennt einstellbar ist, kann die Wärmemenge bedarfsgerecht und unabhängig von der be ¬ nötigten Streusandmenge bereitgestellt werden. Diese Möglich ¬ keit entfällt, wenn der Warmluftstrom identisch mit dem zur Dosierung des Streusandaustritts zugeführten Druckluftstrom wäre .

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sandstreuanlage ist an wenigstens einem Auslass ein Sinter- filter angeordnet, durch den der Warmluftstrom in den Sandkasten strömt. Der poröse Sinterwerkstoff des Sinterfilters ist durchlässig für den erzeugten Warmluftstrom, aber nicht für Streusandpartikel, so dass ein Verstopfen des Auslasses durch Streusand aus dem Sandkasten verhindert wird.

Vorzugsweise ist der Sinterfilter kegelstumpfförmig ausgebil- det und ragt vom Befestigungsflansch in den Sandkasten. Durch die kegelförmige Ausbildung des Sinterfilters wird eine gro ¬ ße, in den Sandkasten hineinragende Filterfläche gebildet, so dass der austretende Warmluftstrom eine große Schichtdicke von über der Flanschfläche liegendem Streusand durchdringt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sandstreuanlage ist das Treppengehäuse einstückig ausgebil ¬ det, beispielsweise durch ein Gießverfahren oder ein 3D- Druckverfahren wie Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen her- gestellt. Ein Gussteil ist für eine Sandtreppe mit ihrer kom ¬ plexen äußeren und inneren, den Sandweg bildenden Form einerseits einfach herstellbar und andererseits ein guter Wärme ¬ leiter für die von der integrierten Wärmeeinrichtung abgegebenen Wärmeenergie. Durch die Einstückigkeit werden Wärmebar- rieren in der Sandtreppe vermieden, wodurch die Wärmeenergie sich gut im Treppengehäuse verteilt und damit zu einer effek ¬ tiven Trocknung auch des in der Mulde des Treppengehäuses be ¬ findlichen Streusandes beiträgt. Ein Schienenfahrzeug, insbesondere eine Lokomotive oder ein Triebzug, welches wenigstens ein antreib- und/oder abbrems ¬ bares Schienenrad aufweist ist erfindungsgemäß mit einer Sandstreuanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgerüstet. Hierdurch können Antriebs- und Bremsvorgänge auch bei ungüns- tigen, durch Feuchtigkeit und niedrige Temperaturen gekennzeichneten Wetterbedingungen effektiv durchgeführt werden.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung der Zeichnungen, in deren

FIG 1 eine erfindungsgemäße Sandungsanlage mit Sandtreppe in teilweise geschnittener Seitenansicht, FIG 2 ein Schnitt durch den Befestigungsflansch der Sandtreppe entlang der in FIG 1 angedeuteten Schnittlinie II-II,

FIG 3 die Sandungsanlage gemäß FIG 1 in Draufsicht und

FIG 4 ein Längsschnitt durch den Befestigungsflansch der

Sandtreppe entlang der in FIG 3 angedeuteten

Schnittlinie IV-IV schematisch veranschaulicht sind.

Gemäß FIG 1 umfasst eine Sandstreuanlage 1 für ein nicht dar ¬ gestelltes Schienenfahrzeug, beispielsweise eine Lokomotive, mit antreib- und/oder abbremsbaren Schienenrädern einen ebenfalls nicht dargestellten Sandkasten zur Bevorratung von Streusand. Unterhalb des Sandkastens ist eine Sandtreppe 2 zur druckluftgesteuerten Dosierung des Streusandaustritts befestigt. Die Sandtreppe 2 ist über einen nicht dargestellten Sandschlauch mit einem in Fahrtrichtung vor dem Schienenrad mündenden Sandauslaufrohr, welches ebenfalls nicht darge- stellt ist, verbunden. Die nicht dargestellten Teile sind an sich bekannt. Die Sandtreppe 2 weist ein als einstückiges Gussteil ausgebildetes Treppengehäuse 3 auf, durch das ein syphonartiger, im Wesentlichen S-förmiger Sandweg verläuft. Das Treppengehäuse 3 weist einen Befestigungsflansch 4 zu dessen Befestigung am Sandkasten auf. Streusand tritt aus dem Sandkasten durch eine im Befestigungsflansch 4 vorgesehene Sandeintrittsöffnung 5 ein und rutscht in eine sich an diese anschließende, trichterförmige Mulde 6 des Treppengehäuses 3. Die Bodenwand 7 der Mulde 6 weist zweckmäßigerweise einen Neigungswinkel auf, der im Vergleich zum Schüttwinkel des verwendeten Streusandes ein Nachrutschen begünstigt. An die Mulde 6 schließt sich ein horizontales, relativ enges Kanal ¬ stück 8 an, welches als Drosselstelle für den nachrutschenden Streusand wirkt. Hierdurch wird vermieden, dass bei Erschüt- terungen des Schienenfahrzeugs übermäßig viel Streusand aus dem Sandkasten nachrutscht. Das Kanalstück 8 mündet in einen Sandraum 9, der durch eine vertikale Trennwand 10 von einem Ausblaskanal 11 des Treppengehäuses 3 getrennt ist. Dabei liegt ein Scheitel 12 des Kanalstückes 8 unterhalb einer Oberkante 13 der Trennwand 10 und damit unterhalb einer Ein ¬ trittsöffnung des sich von dieser vertikal nach unten erstreckenden Ausblaskanals 11. Oberhalb des Ausblaskanals 11 und des Sandraums 9 wird von oben über einen zwei Düsen 30, 31 aufweisenden Düsenstock 14 des Treppengehäuses 3 Druckluft zugeführt. Aus einer ersten Düse 30 strömt ein Luftstrahl in den Sandraum 9, so dass dort Streusand aufgewirbelt wird. Der aufgewirbelte Streusand wird von dem aus der zweiten Düse 31 ausströmenden Luftstrahl mitgerissen und durch den Ausblaskanal 11 befördert, den er durch eine Sandaustrittsöffnung 15 des Treppengehäuses 3 verlässt. An die Sandaustrittsöffnung 15 ist der mit dem Sandauslaufrohr endende Sandschlauch angeschlossen, aus welchem der Spalt zwischen Schienenrad und Fahrschiene zur Reibwerterhöhung mit Streusand bestrahlt wird .

Gemäß FIG 1 bis FIG 4 ist in die Sandtreppe 2 nach der vor ¬ liegenden Erfindung eine Wärmeeinrichtung 16 zur Erzeugung eines Streusandes durchströmenden Warmluftstromes integriert. Hierdurch wird der Streusand getrocknet und rieselfähig ge ¬ halten. Durch Integration der Wärmeeinrichtung 16 in die Sandtreppe 2 werden zusätzliche Bauteile und damit einherge ¬ hende Herstellungs- und Montagekosten eingespart. Zur Integ- ration der Wärmeeinrichtung 16 erstreckt sich im Befestigungsflansch 4 des Treppengehäuses 3 ein Kanalsystem zur Aufnahme der Wärmeeinrichtung 16 und zur Führung eines die Wärmeeinrichtung 16 passierenden Luftstromes. Gemäß FIG 2 verläuft das Kanalsystem parallel zu einer etwa quadratischen Flanschfläche 17 des Befestigungsflansches 4 und weist zwei parallele Längskanäle 18 sowie senkrecht hier ¬ zu einen die Längskanäle 18 kreuzenden Querkanal 19 auf, wo ¬ durch ein kommunizierendes Kanalsystem gebildet ist. Jeder der Längskanäle 18 verläuft von einer seitlichen Anschluss ¬ öffnung 20 in den Befestigungsflansch 4 hinein und mündet in je ein beiderseits der rechteckförmigen Sandeintrittsöffnung 5 liegendes Sackloch, welches zur Flanschfläche 7 hin offen ist und einen Auslass 21 bildet. Durch eine Anschlussöffnung 19 ist ein stabförmiges Wärmeelement 22 der Wärmeeinrichtung 16 von außen in den Längskanal 18 eingeführt und über eine Schraubverbindung befestigt. Die Anschlussöffnung 20 des an- deren Längskanals 18 ist je nach erforderlicher Wärmemenge für die Streusandtrocknung entweder durch ein nicht dargestelltes Abschlussstück verschließbar oder mit einem ebenfalls nicht dargestellten, zweiten stabförmigen Wärmeelement 22 bestückbar. Zum druckluftdichten Abschluss der Anschluss- Öffnungen 20 weisen die Längskanäle 18 Innengewindeansätze für die Schraubverbindungen auf. Der Querkanal 19 ist als Durchgangsloch ausgebildet und weist an gegenüberliegenden Stirnflächen des Befestigungsflansches 4 je einen Einlass 23 auf, an welchen eine nicht dargestellte Druckluftleitung zur Zuführung eines Versorgungsluftstromes anschließbar ist. Wird ein größerer Versorgungsluftstrom zur Streusandtrocknung benötigt, beispielsweise wenn beide Längskanäle 18 mit Wärme ¬ elementen 22 bestückt sind, können Druckluftleitungen an beiden Einlässen 23 angeschlossen sein. Andernfalls wird der nicht für eine Druckluftleitung benötigte Einlass 23 durch ein Abschlussstück druckluftdicht verschlossen. Ein besonderer Vorteil liegt in der Trennung des über die Druckluftlei ¬ tungen bereitgestellten Versorgungsluftstroms von dem zur Dosierung des Streusandaustritts zugeführten Druckluftstrom, so dass ersterer unabhängig vom Streusandbedarf nur nach dem aktuellen Wärmebedarf steuerbar ist.

Gemäß FIG 4 umfasst ein Wärmeelement 22 einen Außensechskant- abschnitt 24 zum Ansetzen eines Befestigungswerkzeugs, einen daran anschließenden Außengewindeabschnitt 25 zur Verschrau- bung mit dem Innengewindeansatz des Längskanals 18 und einen sich an diesen anschließenden Heizstab 26, der sich durch den Längskanal 18 bis fast zum Auslass 21 hin erstreckt. Der Heizstab 26 wandelt elektrische Energie, die durch stirnsei- tig von außen angeschlossene Versorgungsleitungen 27 zugeführt wird, in Wärmeenergie um. Von dem oder den seitlichen Einlässen 23 fließt ein Versorgungsluftstrom durch den Querkanal 19 weiter in die Längskanäle 18 durch einen den Heiz- Stab 26 umgebenden Ringspalt 28. Dabei erwärmt sich die am Heizstab 26 vorbeiströmende Luft und bildet ein Warmluft ¬ strom, der durch den Auslass 21 in den zu trocknenden Streusand fließt. Am Auslass 21 ist ein Sinterfilter 29 angeord- net, der für den Warmluftstrom durchlässig ist, nicht aber für Streusand zur Vermeidung einer Verstopfung des Auslasses 21. Der in den Auslass 21 eingeschraubte Sinterfilter 29 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und ragt von der Flanschfläche 17 des Befestigungsflanschs 4 nach oben in den Sandkasten. Die den oder die Sinterfilter 29 verlassende Warmluftstrom durchströmt nach oben den nach unten nachrutschenden Streusand im Sandkasten. Durch dieses Gegenstromprinzip wird eine besonders effektive Trocknung des Streusandes erzielt. Zu ¬ sätzlich wird durch die länglichen Heizstäbe 26 der Befesti- gungsflansch 4 aufgeheizt, der zusätzlich Wärme an den nachrutschenden Streusand abgibt. Durch die Einstückigkeit des als Gussteil oder 3D-Druckteil ausgebildeten Treppengehäuses 3 wird dieses durch Wärmeleitung auch im Bereich der Mulde 6 aufgeheizt, so dass auch der darin befindliche Streusand ge- trocknet wird.