CN107387575B - 用于支撑铁路轮轴的传感化的轮轴箱-轴承单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于轮轴(2)的轮轴箱‑轴承单元(1)，包括承载座元件(4)和传感器单元(6)，传感器单元包括传感器模块(7)、用于连接到处理单元的连接件(9)和使传感器模块和连接件结合成一体的柔性电缆(10)，其中，承载座元件由环形侧壁(13)界定，环形侧壁设置有横向通孔(14)，横向通孔被插头(15)接合，插头以流体密封的方式嵌合于位于传感器模块与连接件之间的柔性电缆，设置有第二通孔(18)的第一盘(17)与承载座元件的侧壁在承载座元件的外部刚性连接，第二通孔(18)与第一通孔(14)对齐并被插头(15)穿过，U形的第二盘(19)以跨骑插头的方式嵌合以与插头的从孔(14；18)径向突出的一端(20)连接，并与第一盘刚性连接。

Description

用于支撑铁路轮轴的传感化的轮轴箱-轴承单元
技术领域
本发明涉及一种用于支撑铁路轮轴(railway axle)的传感化的(sensorized，所述“传感化”是指在设备中添加传感器或者使具有传感功能)轮轴箱-轴承单元(axle-boxbearing unit)。
背景技术
例如由US3741614已知的，铁路车辆由与车轮压紧配合(press fitted)的一连串轮轴支撑。轮轴的每一端均被轮轴箱-轴承单元可转动地支撑，该轮轴箱-轴承单元包括轮轴箱和滚动轴承，其中轮轴箱使用合适的悬挂装置连接到铁路车厢。滚动轴承的内圈刚性附接到轮轴的被称为轴颈的较小直径的一端并且与其一起转动，而滚动轴承的外圈定位在轮轴箱的承载座元件内部，其通常是环形并在使用时静止，并且其还具有朝向轮轴箱的外部以保护滚动轴承的密封圈。根据WO2007/065413中示出的主题，传感器模块附接到密封圈，所述传感器模块是一体式传感器单元的一部分，该一体式传感器单元被设计成使得传感器模块能够从外向内穿过在承载座元件的侧壁中形成的径向孔而插入到承载座元件内，所述径向孔在使用时被传感器单元的刚性附接到承载座元件的外部的凸缘部分闭合。
所描述的解决方案有许多缺点。首先，由于存在凸缘部分，因此传感器单元相对昂贵并且制造复杂，并且特别难以组装，这是因为当将传感器单元插入到承载座元件内时，凸缘部分容易与轮轴的其它元件干涉，或者在任何情况下(特别是在空间有限的情况下)容易阻碍这种插入。其次，由传感器单元提供的对潜在的外部污染物的密封可能不够完美，从而潜在地使得水分能够进入承载座元件。再次，作为传感器单元的一部分并将传感器模块连接到连接件以用于将数据发送到电子处理单元的电数据传输电缆在使用时可能被缠住或者在任何情况下与轴颈或单元的其它移动部件相干涉。
发明内容
本发明旨在提供一种用于支撑铁路轮轴的传感化的轮轴箱-轴承单元，其解决了前述缺点，并且特别易于组装，其提供了对外部污染物可靠的密封，并防止了传感器单元的电数据传输电缆与轮轴箱-轴承单元的可运动部件之间的潜在干涉。
本发明提出一种具有技术方案中所列特征的用于支撑铁路轮轴的传感化的轮轴箱-轴承单元。
附图说明
以下参照附图来说明本发明，附图示出了本发明的非限制性示例实施例，在附图中：
图1是根据本发明的用于传感化的铁路轮轴的轮轴箱-轴承单元的示意性立体四分之三侧视图，
图2是图1中的轮轴箱-轴承单元的对应的组成部件的放大立体图，
图3是图2中的组成部件的组装的细节的进一步放大立体示意图，
图4是根据图2中的组成部件中的一者的可能组装变型的图2中的组成部件的分解立体示意图，
图5是图4中的组成部件的部分组装立体图，以及
图6示出了根据图1中的轮轴箱-轴承单元的传感器组成部件的可能变型的图1中的轮轴箱-轴承单元的两个组装阶段。
具体实施方式
在图1至图3中，附图标记1表示用于支撑铁路车辆的轮轴2的传感化的轮轴箱-轴承单元(总体)，其是已知类型的并就此而言，为了简单起见，未详细示出。
该单元1包括铁路轮轴箱3，铁路轮轴箱3被设计成借助于滚动轴承100来可转动地包含轮轴2的缩小直径的一个末端或轴颈，滚动轴承100是已知的并且为了简单起见仅使用影线(hatching)部分地示出，滚动轴承进而包括能够组装在轴颈上的内圈和与轮轴箱3的承载座元件(housing element，其可理解为轴承座)4刚性连接且在使用时静止的外圈，在所示的非限制性示例中，滚动轴承还包括密封圈5，密封圈5朝向轮轴箱3的外侧并绕着轮轴2定位，密封圈5意在保护滚动轴承100。
轮轴箱-轴承单元1还包括传感器单元6，传感器单元6进而包括：传感器模块7、连接件9(图2)和柔性的电数据传输电缆10，传感器模块7使用螺丝8以已知的方式与密封圈5联合组装，并包含多个用于监测轮轴2和轴承的传输元件，这些传输元件是已知的，因此为了简单起见未示出，连接件9用于连接到铁路车辆的电子处理单元，该电子处理单元也是已知的，因此为了简单起见未示出，柔性的电数据传输电缆10使传感器模块7与连接件10连接成一体。在下文中，表述“成一体”意思是三个元件7、9和10(还可以单独组装螺丝8)机械地且不可分离地连接，而没有任何中间机械或电连接，以使得形成单个完整的元件。
承载座元件4具有前开口11，轮轴2能够与相关的滚动轴承100一起进入穿过该前开口11，该相关的滚动轴承100借助于盖12和密封圈5而在轴向上固定于轮轴2。承载座元件4由设置有横向通孔14的环形侧壁13界定，在图示的示例中该横向通孔14为圆柱形，径向穿过环形侧壁13地形成。
在所示的非限制性示例中，孔14大于传感器模块7和连接件9，即，孔14的横向尺寸(在这种情况下为直径)大于与传感器模块7的(或如下面详细描述的，传感器模块7的组成部件的)电缆10相横向的尺寸和与连接件9的电缆10相横向的尺寸，使得传感器单元6可以根据需要从承载座元件4的外部朝向内部穿过孔14来组装，或者，根据未示出的但由同一申请人的另一件专利申请覆盖的变型，在组装盖12之前，从内部朝向外部地穿过开口11。
根据本发明的一个方面，传感器单元6具有插头或适配器15，插头(plug)或适配器15以流体密封的方式嵌合在柔性电缆10的布置在传感器模块7与连接件9之间的段(stretch)16(图4)上。插头或适配器15被设计成从外向内或从内向外沿径向插入通孔14内，在这两种情况下均以流体密封的方式封闭通孔14。
因此传感器单元6通过第一横向通孔14安装在承载座元件4内。
还参照图4至图6，并根据本发明的一个方面，轮轴箱-轴承单元1包括与上述元件相结合的第一盘(plate)17，第一盘17设置有第二通孔18(图4和图5)，第二通孔18穿过盘17横向地形成，盘17刚性连接到承载座元件4的环形侧壁13并位于环形侧壁13的外侧，第二通孔18与第一通孔14同轴对齐，插头或适配器15整个穿过盘17，或者穿过孔14或孔18。
根据本发明，轮轴箱-轴承单元1还包括第二U形盘19，第二U形盘19以跨骑(astride)插头或适配器15的方式嵌合，以与插头15的从第一通孔14和第二通孔18向承载座元件4的外部径向突出的第一端20联接(图3-图5)。根据本发明，盘19刚性地且可移除地附接到第一盘17，以在机械上固定穿过承载座元件4的侧壁13的插头15。
如所示的，插头15通过盘19机械固定，使得传感器单元6的插头15具有与第一端20反向的第二端29，所述第二端29布置在承载座元件4内部并从环形侧壁13径向突出到承载座元件4内。
管21从插头15的第二端29的第一侧沿承载座元件4的环形侧壁13的切向方向突出，优选为柔性的所述管21的横向尺寸小于孔14和18的横向尺寸，并且管21包含柔性的电数据传输电缆10的位于插头15与传感器模块7之间的第二段22(图4)，使得柔性电数据传输电缆10的所述第二段22相对于插头15向一旁弯曲，并且所述第二段22(明显地经由管21)邻近承载座元件4的侧壁13的内侧表面23地布置。
传感器模块7刚性附接到管21的与插头或适配器15反向的第一端24(图2)。
根据图2所示的实施例，传感器模块7包括壳体25和固定凸缘26，固定凸缘26与壳体25形成一体，并且固定凸缘26被配置成与壳体25的纵长地(lengthwise)延伸的最大尺寸平行且与管21的第一端24大致平行。在这种情况下，由于传感器模块6的与长度方向(longitudinal direction)垂直的横向尺寸小于第一孔14和第二通孔18的尺寸，因此传感器模块6被降低(lowered)。因此即使在存在紧固支架(bracket)26的情况下，传感器模块7也能够穿过孔14和18，这是因为紧固支架26与壳体25平行地设置且仅微不足道地增加了壳体25的横向尺寸。
然而，存在这样的传感器模块：出于与传感器模块有关的一系列结构上的原因，凸缘26与壳体25垂直/横向地布置。
图6中示出了这种变型，在图6中使用附图标记6b来表示根据本发明实施的传感器单元。在这种情况下，传感器单元包括传感器模块7b，传感器模块7b经由电缆10无中断地一体连接到连接件9。传感器模块7b包括壳体25和紧固凸缘26b。大致平行六面体状的壳体25被配置成在其最大延伸尺度(extension)的长度方向上与管21大致平行，且紧固凸缘26b被配置成在使用时与壳体25和柔性管21相横向。
然而，根据本发明的这方面，紧固凸缘26b形成为与壳体25分离的元件，并设置有用于将凸缘26b嵌合于管21的通槽30，所述槽能够沿着所述管滑动。槽30还可以用于使凸缘26b从壳体的朝向管21的第一端31的所在侧沿长度方向滑动到壳体25上，直到壳体25的与第一端31反向的且设置有止挡缘部33的第二端32为止。
当槽30嵌配(engage)柔性管21而未关联(but not)壳体25时，在凸缘30(可以)相对于管21歪曲地(crookedly)配置的情况下，传感器单元的变型6b的壳体25和凸缘26b的横向尺寸被设计成小于第一通孔14和第二通孔18的横向尺寸。这个结果还可以通过以下来实现：正确地确定凸缘26b的长度，使得当凸缘30相对于管21成角度配置时，凸缘26b的与管21垂直的投影小于孔14和18的直径，其优选是相同的。
插头或适配器15由圆柱形侧壁34(图4和5)界定，圆柱形侧壁34与通孔14和18联接并且在第一通孔14处设置有第一环形座35，第一环形座35被设计成容纳第一环形O形圈密封元件36，第一环形O形圈密封元件36在使用时被塞挤(packed)在第一通孔14与插头的圆柱形侧壁34之间。
此外，第一盘17在第二通孔18处设置有第二环形座37，第二环形座37被设计成容纳第二环形O形圈密封元件38(图4)，第二环形O形圈密封元件38在使用时被塞挤在第二通孔18与插头15的圆柱形侧壁34之间。
如图4和图5所示，U形的第二盘19在轴向环形肩部39(图4和图5)下方联接，轴向环形肩部39刚性连接到插头15的与第一盘17相对的一侧的第一端20。特别地，U形盘19插入在第一盘17与跟盘17重叠接触的轴向环形肩部39之间。
肩部39可以由插头15一体地形成，或者如在示出的示例中，用使用锁定螺母41固定的一个或多个垫圈40来提供。此外，根据示出的非限制性示例，插头15具有第二轴向环形肩部42，如图4所示，第二轴向环形肩部42通过增大插头15的中心部分43的直径而形成。中心部分43是圆柱形的，设置有O形圈36用的座35，并且被设计成以流体密封的方式接合和关闭孔14和18。该中心部分的直径大于插头15的两个相对的端部20和29，在所示的实例中这两个相对的端部20和29也是圆柱形的，特别是端部20是圆柱形的，以使得能够与螺母41和垫圈40联接，并且与中心部分43的直径差产生环形肩部42。
环形肩部42被设置成面向与其相对的肩部39，并且被设置成在使用时与盘17的上平坦前表面44齐平(图5)。因此，将U形盘19插入在肩部39与42之间并与平坦表面44接触，将插头15从内向外和从外向内地沿轴向固定在孔14和18内。
在实际中，当在使用时并且如上所述，盘19刚性地连接到盘17，在图4和图5所示的示例中，使用螺丝45(或类似的可移除的固定装置)，螺丝45还将盘17固定在承载座元件4上/抵靠承载座元件4，并插入到盘19中的四个相应的孔46内和盘17中的四个孔47内，每个孔46与下面的盘17中的孔47同轴。
为了将平坦的盘17和19正确连接到环形承载座元件4，环形承载座元件4至少在孔14处设置有平坦的周向突起部48(在示出的示例中，有五个突起部48成环地配置并且彼此等距地定位)。
作为一种选择，根据图3所示的实施例，第二U形盘19使用其对应相对的侧向叉(prong)49侧向地结合在对应的切向凹部50中，该切向凹部50形成在插头或适配器15的限制了其中心部分43的圆柱形侧壁34的一个段51中。该段51在盘17上方径向突出，使得该段51能够被抵靠第一盘17的第二盘19接合。
在这种情况下，肩部39和42不再是严格必需的并且可以被省略，这正如在图3的实施例中的情况。作为一种选择，可以根据凹部50的形状和轴向位置而仅包括肩部39、42中的一者。
最后，根据图3中的实施例，盘19通过一对螺丝52(或类似的可移除固定装置)连结到第一盘17，螺丝52与将第一盘17连结到承载座元件4的环形侧壁13的螺丝45不同。这使得盘17能够在随后组装传感器单元6或6b之前先安装在承载座元件4上。
承载座元件4设置有前部通过座，该前部通过座由横向抵达(reach)孔14并容纳有螺丝27或其它可移除的连接装置的轴向孔28形成。螺丝27与插头或适配器15(图4和图5)横向地接合，以防止插头或适配器15相对于孔14和18的内部转动。插头或适配器15还设置有基准销53(图4)，基准销53在插头15上方平行于第一端20并在第一端20旁边延伸，所述销的直径小于插头15的中心部分43，以与形成在第二盘19中的凹部54接合。
优选地，特别是在图4和图5所示的实施例中，电数据传输电缆10在承载座元件4的外部由第二管保护，该第二管优选是柔性的，用附图标记101表示，并刚性连接到插头或适配器15的端部20。
使用两个盘17和19(其中的一者设置有附加的密封系统)来对传感器单元6或6b进行说明的组装系统有助于显著改善对外部污染物的密封和减小传感器单元的大小，使得其易于组装。最后，诸如传感器单元6b的传感器单元(在该传感器单元中，传感器模块由两部分制成，其中紧固凸缘能够沿着电缆10和/或保护管21滑动)能够使用更大的传感器模块，更大的传感器模块能够监测轮轴箱-轴承单元的更多的运行参数。
因此实现了本发明的所有目的。

Claims (13)

1.一种用于支撑铁路轮轴(2)的传感化的轮轴箱-轴承单元(1)，包括轮轴箱(3)和传感器单元(6；6b)，所述轮轴箱(3)被设计成借助于滚动轴承(100)以可转动的方式容纳所述铁路轮轴(2)，并设置有在使用时静止的承载座元件(4)；所述传感器单元(6；6b)包括传感器模块(7；7b)、连接件(9)和柔性的数据传输电缆(10)，所述传感器模块(7；7b)与所述轮轴箱(3)连接成一体，并设置有用于监测所述轮轴和所述轴承(100)的多个传输元件，所述连接件(9)与电子处理单元连接，所述柔性的数据传输电缆(10)使所述传感器模块(7；7b)与所述连接件(9)连接成一体；其特征在于：
i)-所述承载座元件(4)由环形侧壁(13)界定，所述环形侧壁(13)设置有沿径向穿过所述承载座元件(4)的环形侧壁(13)形成的第一通孔(14)；
ii)-所述传感器单元(6；6b)通过所述第一通孔(14)安装在所述承载座元件(4)内；
iii)-所述传感器单元(6；6b)还包括插头或适配器(15)，所述插头或适配器(15)以流体密封的方式嵌合在所述传感器模块(7；7b)与所述连接件(9)之间的柔性的数据传输电缆(10)上，并且被设计成沿径向插入所述第一通孔(14)内，以便以流体密封的方式密封所述第一通孔(14)；
iv)-所述轮轴箱-轴承单元还包括第一盘(17)，所述第一盘(17)设置有横向穿过所述第一盘形成的第二通孔(18)；所述第一盘(17)被约束成与所述承载座元件(4)的所述环形侧壁(13)成为一体，位于所述环形侧壁(13)的外部，并且所述第二通孔(18)与所述第一通孔(14)同轴对齐，所述第一盘(17)被所述插头或适配器(15)穿过；
v)-所述轮轴箱-轴承单元还包括U形的第二盘(19)，所述U形的第二盘(19)以跨骑所述插头或适配器(15)的方式适配在所述插头或适配器(15)的位于所述承载座元件(4)外侧自所述第一通孔和所述第二通孔(14；18)径向突伸的第一端(20)上，并且，所述U形的第二盘(19)以可移除的方式刚性固定到所述第一盘(17)，用以机械锁定穿过所述承载座元件(4)的侧壁(13)的所述插头(15)。
2.根据权利要求1所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述传感器单元的所述插头(15)具有与所述第一端反向的第二端(29)，该第二端设置在所述承载座元件(4)内，在所述承载座元件(4)内自所述环形侧壁(13)沿径向伸出；在所述插头(15)的第二端(29)的第一侧，有管(21)沿承载座元件(4)的环形侧壁(13)的切向方向伸出，所述管(21)的横向尺寸小于所述第一通孔和所述第二通孔(14；18)的横向尺寸，并且所述管(21)内部容纳所述柔性的数据传输电缆(10)的被包括在所述插头(15)与所述传感器模块(7；7b)之间的第一段(22)，使得所述柔性的数据传输电缆的所述第一段(22)相对于所述插头(15)保持向一旁弯曲，并且贴近所述承载座元件(4)的所述侧壁(13)的侧向内表面(23)。
3.根据权利要求2所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述管(21)是柔性的。
4.根据权利要求2所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述传感器模块(7；7b)由所述管(21)的第一端(24)一体承载，与所述插头或适配器(15)相对。
5.根据权利要求2-4中的任一项所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述传感器模块(7)包括壳体(25)和与所述壳体(25)形成一体的固定凸缘(26)，所述固定凸缘(26)被配置成与所述壳体的在长度方向上展开的最大延伸尺度平行，并且与所述管的第一端(24)大致平行；所述传感器模块(7)在垂直于所述长度方向上具有小于所述第一通孔和所述第二通孔(14；18)的横向尺寸。
6.根据权利要求2-4中的任一项所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述传感器模块(7b)包括壳体(25)和固定凸缘(26b)，所述壳体(25)被配置成在其最大延伸尺度的长度方向上大致与所述管(21)平行，所述固定凸缘(26b)被配置成与所述壳体和所述管(21)横向；所述固定凸缘(26b)形成为独立于所述壳体(25)的元件，并且设置有通槽(30)，所述凸缘(26b)借助于所述通槽(30)适配在所述管(21)上，并能够沿着所述管(21)滑动，所述凸缘(26b)能够在所述壳体(25)的面向所述管(21)的第一端(31)侧以滑动方式插在所述壳体(25)上，直到抵靠所述壳体的与所述第一端(31)反向并设置有止挡缘部(33)的第二端(32)为止；当所述槽(30)嵌配所述管(21)而未关联所述壳体(25)时，在所述凸缘(26b)被配置成相对于所述管(21)歪斜的情况下，所述壳体(25)和所述凸缘(26b)的横向尺寸小于所述第一通孔和所述第二通孔(14；18)的横向尺寸。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述插头或适配器(15)由圆柱形侧壁(34)界定，所述圆柱形侧壁(34)与所述第一通孔和所述第二通孔(14；18)结合，并在所述第一通孔处设置有第一环形座(35)，在所述第一环形座(35)中，O形圈型式的第一环形密封元件(36)被容纳且夹持在所述第一通孔(14)与所述插头(15)的圆柱形侧壁(34)之间；所述第一盘(17)在所述第二通孔(18)处设置有第二环形座(37)，在所述第二环形座(37)中，O形圈型式的第二环形密封元件(38)被容纳且夹持在所述第二通孔(18)与所述插头的圆柱形侧壁(34)之间。
8.根据权利要求1-4中的任一项所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述U形的第二盘(19)结合于轴向环形肩部(39)的下方，所述轴向环形肩部(39)由插头(15)的第一端(20)承载于所述第一盘(17)的对侧，所述U形的第二盘(19)介于所述第一盘(17)与所述轴向环形肩部(39)之间。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述U形的第二盘(19)以其侧向叉(49)的相对内侧，侧向地结合所述插头或适配器(15)的从所述第一盘(17)径向伸出的一段(51)圆柱形侧壁(34)上形成的对应的切向凹部(50)内，所述第二盘(19)抵靠支撑在所述第一盘(17)上。
10.根据权利要求1-4中的任一项所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述第二盘(19)借助于螺丝(45；52)约束于所述第一盘，或者，螺丝(45；52)还将所述第一盘(17)约束于所述承载座元件的所述环形侧壁(13)。
11.根据权利要求1-4中的任一项所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述第二盘(19)借助于除螺丝以外的其它可移除的锁定装置约束于所述第一盘，或者，除螺丝以外的其它可移除的锁定装置还将所述第一盘(17)约束于所述承载座元件的所述环形侧壁(13)。
12.根据权利要求1-4中的任一项所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述承载座元件(4)前部设置有通过座(28)，所述通过座(28)横向抵达所述第一通孔(14)，容纳螺丝(27)，所述螺丝(27)与所述插头或适配器(15)横向接合，以阻止所述第一通孔和所述第二通孔(14；18)内的任何可能的相对转动；所述插头或适配器(15)还设置有基准销(53)，从所述插头伸出，平行于所述插头或适配器(15)的所述第一端(20)侧，与所述第二盘的凹部(54)接合。
13.根据权利要求1-4中的任一项所述的传感化的轮轴箱-轴承单元，其特征在于，所述承载座元件(4)前部设置有通过座(28)，所述通过座(28)横向抵达所述第一通孔(14)，容纳除螺丝以外的其它可移除的连接装置，除螺丝以外的其它可移除的连接装置与所述插头或适配器(15)横向接合，以阻止所述第一通孔和所述第二通孔(14；18)内的任何可能的相对转动；所述插头或适配器(15)还设置有基准销(53)，从所述插头伸出，平行于所述插头或适配器(15)的所述第一端(20)侧，与所述第二盘的凹部(54)接合。
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