CN105675299B - 具有安装装置的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于监测待监测部件(10)的传感器装置，其包括：至少一个传感器(22a,22b)，用于测量表示所述待监测部件(10)的条件的至少一个参数；信号处理装置(16)，用于处理传感器(22a,22b)的信号；壳体(14)，至少用于信号处理装置(16)；以及安装装置，用于将传感器装置安装为靠近待监测的部件(10)。所提出的安装装置包括螺栓(15)和支架(20)，支架(20)的第一部分(20a)包括在插入方向(17)上用于插入螺栓(15)的开口(20b)，并且其第二部分(29c)的表面平行于插入方向(17)，配置为安装所述壳体(14)。

Description

具有安装装置的传感器装置
技术领域
本发明涉及用于监测待监测机械部件的传感器装置，特别是用于监测列车轴箱中设置的列车轴承的传感器装置。
背景技术
本发明涉及的装置用于监测部件、特别是车辆或机器的旋转部件的状态。在试图监测该状态时，通常难以发现所需传感器系统的适当位置，从而它们在不拆卸机械系统以及它们旨在监测的组件和部件不会被最终破坏的情况下被应用。
传感器系统应配置为使它们可快速且容易地安装用于状态监测任务的范围。然而，提高安装的方便性通常导致增加传感器系统与被检测部件之间的距离，从而测量质量因衰减、噪声增大和环境因素而降低。
状态监测中测量的参数典型地为振动、声发射或温度。热或声波传输通道越长，信息损失的风险越高。对传感器最大化监测信号的传输是最大化信号-噪声比的关键因素。结果，优选根据实际情况尽可能使传感器设置为靠近监测的部件。特别是，传感器和待监测部件之间的材料界面和部件应最小化，因为每个界面可能显著增加信号衰减。此外，传感器系统应具有紧凑的设计，因为适合安装位置的空间范围通常很小。
发明内容
考虑到前面所述的各种情况，本发明寻求提供用于监测待监测部件的传感器装置，其可安装为靠近待监测的部件，该装置需要很小的空间并且没有显著增加待监测部件与传感器之间待测量的物理量在传输通道上的衰减。
本发明涉及的传感器装置用于监测待监测的部件。该传感器装置包括：至少一个传感器，其用于测量表示所述部件状态的至少一个参数；信号处理装置，其用于处理传感器的信号；壳体，其用于容纳和保护信号处理装置；以及安装装置，其用于将传感器装置安装到所述待监测的部件。
所提出的安装装置包括螺钉或螺栓和支架，其中支架具有包括开口用于在插入方向上插入螺钉或螺栓的第一部分和平行于插入方向的第二部分，其中第二部分的表面构造为安装壳体和/或传感器。优选地，支架的第一部分的端面配置为通过螺栓所产生的夹紧力而直接压向所述待监测部件的表面。
根据本发明的传感器装置的支架保证传感器对齐，用于优化检测。向上布置的支架的第二部分配置为安装传感器且优选具有平坦的表面。声音发射和振动的耦合是高质量的，因为通过第一部分进入支架的声波可以安全地被引导到第二部分和传感器。两个部分的呈角度的设置导致紧凑设计，同时允许螺钉或螺栓和固定工具的插入，从而即使在非常受限的空间限制中也可以旋紧螺钉或螺栓。
在本发明的优选实施例中，传感器形成为振动传感器、发声传感器和/或温度传感器。在任何情况下，在待监测部件和传感器之间改善声波传输的物质可用在其上安装有支架的部件和支架之间的界面处，其中该物质可为凝胶或膏。
优选地，传感器设置为尽可能地靠近支架的基部，以便最小化外部声音的影响。
此外，所提出的传感器装置包括至少一个电池以给所述信号处理装置和/或所述传感器提供电力。在本发明的选择性实施例中，所述传感器装置可配备有发电机装置，例如热发生器或电力采集器。
在本发明的优选实施例中，传感器装置包括用于无线通讯的发射器。这有利于在改型应用中的使用，因为可以避免电线或电缆的安装。如果壳体由允许发射器发射和/或旨在接收的电磁波传输的材料制造的话，发射器的天线可设置在受保护的空间中。
在本发明的优选实施例中，待监测部件是车辆轴承，特别是列车轴箱中的轴承。优选地，传感器装置配置为连接靠近轴承的非旋转环的加载区域。本发明人已经发现在统计上有更好的机会从轴承检测高频振动，如果传感器位于相对靠近轴承加载区域和/或大致与加载方向对齐的话。在诸如列车的车辆的情况下，负载线垂直向上通过轴承的中心。已经发现在负载线的±30度内设置传感器便于高频振动的良好信号检测。此外，提出了传感器相对于最大应力线定向，以便进一步改善信号检测质量。当传感器安装在最大应力线±25度上时，已经发现振动和发声传感器的性能给出最佳性能。这些参数特别适合于为监测列车轴箱设计的传感器装置。
此外，所提出的传感器装置配置为位于系统的最大刚度方向上。该方向适合于保证可靠地传输声波。
此外，所提出的支架的至少第二部分包括诸如凸缘或脊的结构以提高第二部分的刚度。
在本发明的优选实施例中，支架是金属铸件，特别是由Zamak 5合金制造，Zamak 5合金是标准EN12844中限定的合金，其中主要金属为锌以及铝、镁和铜的合金元素。Zamak合金是锌铝合金家族的一部分，其中它们与其它的锌铝合金有所区别，因为它们具有恒定4％的铝含量。然而，其它的高刚度材料也可适合于支架。通常，重要的是该材料传递振动、声音和温度，并且不会阻挡或者极大地衰减这些物理量。
此外，所提出的是配置成接触传感器的安装支架的表面以平坦表面的形式提供，优选为抛光表面，其选择性配备有改善声耦合的凝胶和/或导热膏。
此外，所提出的是信号处理装置形成为罐装或包覆模塑的PCB以保护电子部件不受振动、温度、火、外界物体冲撞等。电子部件应达到一定的标准，例如EN50155和EN61373所规定的那样。
本发明的上述实施例以及所附的权利要求和附图给出了本发明在特定组合中的多个特定特征。本领域的技术人员容易考虑这些特征的进一步组合或子组合以便根据其特别需要适应如权利要求限定的本发明。
附图说明
图1示出了配备有根据本发明的传感器装置的轴箱；
图2是根据图1的轴箱的轴向图；
图3是根据本发明第一实施例的传感器装置的分解图；
图4是根据本发明第一实施例的传感器装置的另一个分解图；
图5是根据本发明第一实施例的传感器装置在装配配置中的透视图；
图6是根据本发明第一实施例的传感器装置的第二透视图；
图7是根据本发明第二实施例的传感器装置的分解图；
图8是根据本发明第二实施例的传感器装置在装配配置中；
图9是根据本发明第三实施例的传感器装置的透视图；
图10是根据本发明第四实施例的传感器装置的透视图；
图11是根据本发明第五实施例的传感器装置的透视图；
图12是根据本发明第六实施例的传感器装置的透视图；
图13是根据本发明第六实施例的传感器装置去掉电池盖后的透视图；以及
图14是根据本发明第六实施例的传感器装置的分解图。
具体实施方式
图1示出了用于旅客列车的轴箱10，包括用于接收双排滚子轴承(未示出)的中心孔10a。根据本发明的传感器装置12连接至轴箱10的顶部上的法兰。
如图2所示，传感器装置12直接连接在轴箱10以及安装在其中的轴承的负载线13上，从而使传感器装置12在轴箱10的最大刚度的方向上设置为非常靠近轴承的负载区域。传感器装置包括螺栓15，用于固定传感器装置12的本体部分到轴箱。该安装位置最大化了高频噪声的传输，高频噪声例如由通过传感器装置12的滚子元件的缺陷产生。
图3是根据本发明的传感器装置12的分解图。传感器装置12包括壳体14，壳体14具有下壳体部分14a和壳体盖板部分14b，二者均由介电塑料材料制造。壳体14提供有垫圈(未示出)或多个垫圈，以便保护其中设置的电子部件。
传感器装置12包括PCB，其具有各种电子部件作为信号处理装置16。特别是，信号处理装置包括无线发射器18，其天线设置在壳体盖板构件14b的保护部分下，从而由发射器发送和/或由发射器接收的信号不受轴箱10和传感器装置12的金属部件的影响。
此外，传感器装置12包括具有大致斜角形状的支架20作为安装装置，支架20具有第一部分20a和第二部分20c，第一部分20a具有开口20b用于接收螺栓15，第二部分20c垂直于支架20的第一部分20a延伸。开口20b配置为使螺栓15可在插入方向17上配合在开口20b中。第二部分20c具有为平行于插入方向17延伸的表面，并且壳体可采用螺钉安装在所述表面上。
形成为温度和声音发射传感器的传感器22a、22b通过柔性电路板连接到信号处理装置16，并且直接连接到或嵌入在连接部分20a、20c的支架20的实体基部中。传感器22a、22b通过安装板和螺钉26a、26b固定在支架上。诸如用于滤波或衰减传感器信号的电容器的电子装置安装在安装板上，作为包括传感器22a、22b的传感器单元的一部分。
此外，传感器装置12包括电池28a、28b和电池室的盖板构件30以及适当的电极和密封电池室的垫圈。
形成信号处理装置16的印刷电路板设置在两侧上。
如图3所示，支架20的第二部分20c提供有适合电池28a、28b形状的稳定脊部，从而提高支架的刚度。支架是实体铸造金属件，由Zamak 5合金制造。
传感器22a、22b可连接到支架20的平坦部分和/或抛光部分，和/或配合在支架20的材料中所加工的凹陷中。传感器22a、22b连接到支架20的位置应尽可能靠近支架的第一部分20a的下表面，面对作为待监测部分的轴箱10和轴承。在图4和5所示的实施例中，传感器22a、22b轴向地设置在螺栓15的头部和轴箱10之间。
图4示出了去除了壳体部分14a、14b后的组件。
图5和6示出了在不同透视图上的传感器装置12。
本发明的进一步实施例示出在图7至11中。下面进一步实施例的下述描述限于与图1至6所示实施例的差别，以便避免重复。对于读者来说没有改变的特征是指上面图1至6的实施例的描述。为了突出类似性，类似的特征具有相同的附图标记。
在图7-8所示的实施例中，支架20形成为套筒状物体，其开口20b形成为轴孔，其平坦的侧面20d具有较小的孔以采用螺钉安装壳体14。传感器单元24埋设在侧面20d中的凹陷中，并且传感器22a、22b的感应表面与凹陷的内表面接触，其中所述内表面延伸在垂直于螺栓15的轴向方向的方向上以固定传感器装置12。
传感器装置12在图7的实施例中的电池室或动力封装的方向与图1或2的实施例相比旋转了90°。此外，电池室设置在信号处理装置16的顶部上。图7实施例中的更大的支架20保证了振动传输和热传递损失更小。螺栓15，为标准的M16螺栓，必须比图1-6的实施例长大约40mm。
在图9的实施例中，支架20形成为套筒状本体，其开口20b形成为轴向孔，其中孔远离被监测部件侧的一端具有较大的直径，以便容纳螺栓15的头部。
图10的实施例的特征是大致L状支架，其角形形状用于将传感器装置12固定到轴箱。
在图10的实施例中，传感器单元12的支架20包括大致半圆形状的内表面，其包围螺栓15的螺钉头部。半圆外形的侧边形成为脊部，以增加支架20的刚度。
图11至13是根据本发明第六实施例的传感器装置的示意图。不用带夹具的电池而是使用带连接器28d的电池组28c。电池组28设置在作为信号处理装置16的PCB与作为支架20的第二部分20c的主体部分之间提供的空间中。电池盖板30由两个螺钉30a、30b固定并且由缆索结30c保持装配到装置的壳体14。
本发明的进一步实施例包括设置在支架20和轴箱10之间的隔板。

Claims (13)

1.一种用于监测待监测部件(10)的传感器装置，包括：至少一个传感器(22a,22b)，其用于测量表示所述待监测部件(10)的状态的至少一个参数；信号处理装置(16)，其用于处理所述传感器(22a,22b)的信号；壳体(14)，其至少用于所述信号处理装置(16)；以及安装装置，其用于安装所述传感器装置靠近所述待监测部件(10)，
其特征在于
所述安装装置包括螺栓(15)和支架(20)，所述支架(20)的第一部分(20a)包括在插入方向(17)上用于插入所述螺栓(15)的开口(20b)，所述支架(20)的第二部分(20c)的表面平行于所述插入方向(17)配置为安装所述壳体(14),
所述壳体(14)具有均由介电塑料材料制造的下壳体部分(14a)和壳体盖板部分(14b)，
所述信号处理装置包括无线发射器(18)，其天线设置在所述壳体盖板部分(14b)的保护部分下,
所述支架(20)形成为套筒状物体，其开口(20b)形成为轴孔，
所述支架(20)的平坦的侧面(20d)具有孔以采用螺钉安装壳体(14)，传感器单元(24)埋设在侧面(20d)中的凹陷中，并且所述传感器(22a、22b)的感应表面与凹陷的内表面接触，其中
所述内表面延伸在垂直于螺栓(15)的轴向方向的方向上以固定传感器装置(12)。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，
其特征在于
所述至少一个传感器(22a,22b)形成为振动传感器、发声传感器和/或温度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，
其特征在于
包括至少一个电池(28a,28b)，其用于给所述信号处理装置(16)供电。
4.根据权利要求1或2所述的传感器装置，
其特征在于
包括用于无线通讯的发射器(18)。
5.根据权利要求4所述的传感器装置，
其特征在于
所述壳体(14)由允许所述发射器(18)发射和/或旨在由所述发射器(18)接收的电磁波传输的材料制造。
6.根据前述权利要求1所述的传感器装置，
其特征在于
所述待监测部件是车辆的轴承或者车辆的轴承的壳体，其中所述传感器装置配置为连接靠近所述轴承的非旋转环的加载区域。
7.根据权利要求6所述的传感器装置，
其特征在于
所述传感器装置配置为连接在负载线(13)相对于所述轴承的旋转轴线的+/–30度以内，所述负载线(13)限定为在所述轴承上的操作负荷为最大的方向上通过所述轴承的旋转轴线的直线。
8.根据前述权利要求1所述的传感器装置，
其特征在于
所述传感器装置配置为连接到列车的轴箱。
9.根据前述权利要求1所述的传感器装置，
其特征在于
所述支架(20)的第二部分包括增加其刚度的结构。
10.根据前述权利要求1所述的传感器装置，
其特征在于
所述支架(20)是铸造金属件。
11.根据前述权利要求1所述的传感器装置，
其特征在于
所述支架(20)由Zamak 5合金制造。
12.根据前述权利要求1所述的传感器装置，
其特征在于
改善待测量参数传输的物质设置在所述传感器(22a,22b)和所述支架(20)之间的界面处。
13.根据前述权利要求1所述的传感器装置，
其特征在于
所述支架(20)与所述传感器(22a,22b)接触的表面形成为平面表面。
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