Messkonzept zur Erfassung der Feuchtigkeit des Lokstreusandes in den auf Schienenfahrzeugen installierten Sandbehältern

Abstract

Ausgangssituation: Auf Schienenfahrzeugen sind Behälter montiert, in denen sich Lokstreusand befindet. Dieser wird bei Bedarf zwischen Rad und Schiene eingebracht, um eine bessere Haftung zu erwirken. Zurzeit gibt es keine bestehende Vorrichtung, die den Feuchtegrad des Sandes misst. Da allerdings das Fließverhalten und somit das sichere Einbringen von Sand stark von dessen Feuchtegehalt abhängt, ist eine Messeinheit von Nöten, die ebendiesen erfassen kann. Diese Sandbehälter verfügen oft über eine Heizeinheit, die entweder per Thermostat bei Unterschreiten einer festgelegten Temperatur automatisch, oder vom Triebfahrzeugführer manuell aktiviert werden kann. Da das Fließverhalten des Sandes allerdings weit weniger von der Temperatur, als von dessen Feuchtigkeitsgrad abhängt, kann es nun vorkommen, dass aufgrund eines entsprechend eingestellten Temperaturgrenzwertes nicht geheizt wird, obwohl der Sand schon nicht mehr förderbar ist, oder, dass geheizt wird, obwohl der Sand vollkommen trocken ist. Beides gilt es zu vermeiden, da im ersten Fall kein Sand gefördert werden kann und der zweite Fall aus Energie- und Umweltgründen suboptimal ist. Zielsetzung: Ziel dieser Diplomarbeit ist es, eine für diese Anwendung geeignete Messvorrichtung zu entwickeln, die kostengünstig bei dennoch hoher Qualität der Messwerte ist, in bestehende Sandkästen leicht eingebaut werden kann (ohne, dass zusätzliche Löcher gebohrt und eventuelle Gewinde geschnitten werden müssen) und robust und unempfindlich gegen äußere Einflüsse (wie beispielsweise Temperaturschwankungen, mechanische Erschütterungen, oder Beschleunigungskräfte) ist. Des Weiteren soll zum Messen der Sandfeuchtigkeit keine Sandprobenentnahme erforderlich und das Erfassen großer Bereiche im Sandkasten möglich sein. Die Messwerte dieses Messkonzepts sollen schlussendlich dazu dienen, eine zuverlässige Aussage über die Feuchtigkeit des Sandes zu erhalten.

Starting point: Tanks containing locomotive grit are mounted on rail vehicles. On demand this grit is inserted between the wheel and rail to achieve better adhesion. At the moment there is no existing device that measures the degree of moisture of the sand. However, since the flow behaviour, and thus the safe placement of sand strongly depends on its moisture content, a measuring unit is needed for this purpose. These sand containers often have a heating unit which can be activated either automatically by a thermostat when the temperature falls below a specified temperature or manually by the driver. However, as the flow behaviour of the sand depends far less on the temperature than on its degree of moisture, two effects can occur: first, it can happen that, due to an appropriately set temperature limit, heating is not carried out even though the sand can no longer be conveyed, and secondly, that heating is provided even though the sand is completely dry. Both situations must be avoided, as in the first one no sand can be extracted and the second case is inefficient regarding energetic and environmental issues. Objectives: The aim of this diploma thesis is to develop a measuring device suitable for this application, which on the one hand is inexpensive while still providing high quality measured values and on the other one can easily be installed in existing sandboxes (without the need to drill additional holes and cut possible threads). Besides, the measuring circuit is supposed to be robust and insensitive to external influences such as temperature fluctuations, mechanical vibrations or acceleration forces. Furthermore, no sand sampling should be required to measure the sand moisture and it should be possible to measure large areas in the sandbox as well. Finally, the measured values of this measurement concept should serve to obtain a reliable statement about the moisture content of the sand.