Experimentelle Untersuchungen an einer Zellradschleuse für Sandungsanlagen am Schienenfahrzeug

Abstract

Schienenfahrzeuge stellen einen wesentlichen Bestandteil des öffentlichen Personenverkehrs dar. Witterungsbedingt - durch Regen, Laub oder Schnee - kann es bei ihnen zu verlängerten Bremswegen kommen, was zu einem erhöhten Verkehrsrisiko führt. Daher wird mit Hilfe von Sandungsanlagen Sand zwischen Schiene und Rad gefördert, um den Kraftschluss zu erhöhen. Bisher wird der Sand pneumatisch dosiert und gefördert, allerdings ist es bei diesem Konzept kaum möglich die Dosiergenauigkeit zu erhöhen. Deswegen werden aktuell Überlegungen hinsichtlich anderer Dosierkonzepte für Sandungsanlagen gemacht. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob eine Horizontalzellradschleuse als mechanische Dosiereinheit für Sandungsanlagen verwendbar ist. Deren Eignung wird anhand eines empirischen Versuches getestet, wobei der Focus auf Lebensdauer, Dosierbarkeit und Dosiergenauigkeit liegt. Als Erstes wird ein Überblick über den Aufbau von derzeit verwendeten Sandungsanlagen sowie die Anforderungen, die an diese gestellt werden, gegeben. Es wird vergleichend auf die Funktionsweise von pneumatischen Förderern eingegangen. Anschließend wird der Aufbau und die Funktionsweise einer Zellradschleuse erklärt, wobei hier zwischen Horizontal- und Vertikalzellradschleuse unterschieden wird. An Hand zweier Prototypen wird die Tauglichkeit der Horizontal-Zellradschleuse untersucht und hinsichtlich konstruktiver Auslegung behandelt. Außerdem wird auf Verschleißmechanismen durch den Sand eingegangen und inwiefern sich Änderungen an Material und Geometrie der Zellradschleuse auf den Verschleiß auswirken können. Auf Basis der empirischen Ergebnisse wird die Zellradschleuse mit einer pneumatischen Sandungsanlage verglichen, um deren technischen Nutzen zu bewerten. Auf Basis der Versuchsergebnisse und des Vergleichs mit der pneumatischen Sandungsanlage wird ein Ausblick hinsichtlich zukünftiger Verbesserungsmöglichkeiten des Prototyps gemacht.

Rail vehicles are an important part of public transport. Due to weather conditions - rain, leaves or snow - braking distances can strongly exceed, leading to an increased road risk. Therefore sand is transported between rail and wheel with sanding devices to increase friction. So far the sand is pneumatically dosed and conveyed, however, it is hardly possible to increase the accuracy of dosing with this concept. Therefore, it is considered to use other dosing concepts for sanding systems. This work deals with the question whether a horizontal -rotary valve can be used as a mechanical dosing system for sanding devices. Their suitability is tested by means of an empirical experiment, focusing especially on duration of life, dosing and dosing accuracy. First, an overview of the requirements and the assembly of the currently used sanding systems is given. Comparatively the function of pneumatic sanding devices is discussed. Subsequently, the construction and operation of a rotary valve is explained separately for horizontal- and vertical -rotary valve. Based on two prototypes, the design and the suitability of a horizontal -rotary valve is examined. Also wear mechanisms through the sand are discussed and to what extent changes in material and geometry of the rotary valve can affect the wear. Based on the empirical results, the rotary valve is compared with a sanding system currently used to evaluate the technical benefits. Based on the results a forecast is made with respect to future improvement of the prototype.