CN113412213A - 用于轨道车辆的轮对轴承以及用于操作传感器系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆的轮对轴承(1)，该轮对轴承具有：发电机，该发电机设计为爪极发电机(12)，该爪极发电机包括至少一个非旋转的爪环(14、15)；以及传感器系统(17)，该传感器系统由发电机(12)提供电能量，该传感器系统包括多个传感器系统模块(19、20、21、22)，所述多个传感器系统模块至少部分地紧固至放置在爪环(14、15)上的传感器承载件(18)并连接至公共数据线路(23)。

Description

用于轨道车辆的轮对轴承以及用于操作传感器系统的方法
技术领域
本发明涉及轮对轴承，该轮对轴承设置成用于在轨道车辆中运行并且该轮对轴承包括发电机和借助发电机运行的传感器系统。本发明还涉及用于操作轨道车辆的轮对轴承的传感器系统的方法。
背景技术
从AT 507 382 A1已知一种具有用于轨道车辆的位置检测装置的轮对轴承壳体。为了给位置检测装置供电，提供了发电机，该发电机具有转子，该转子可以由以可旋转的方式安装在轮对轴承壳体中的轮对轴驱动。发电机的相关联的定子安装在轮对轴承壳体的覆盖件的内部上。总的来说，电力发电机设计为没有轴承的轮毂发电机。
DE 10 2006 035 703 A1公开了一种用于对轨道车辆的轮对轴承的至少一个操作变量进行监控的装置。在这种情况下，电力发电机包括作为随着轴旋转的发电机元件的韦根(Wiegand)元件。
发明内容
本发明的目的是说明与所提及的现有技术相比在轨道车辆的轮对轴承中附接和操作传感器系统的进一步改进的可能性。
根据本发明，该目的是通过设计用于在具有权利要求1的特征的轨道车辆中使用的轮对轴承实现的。该目的还通过一种用于操作根据权利要求10的轮对轴承的传感器系统的方法来实现。下面结合操作方法解释的本发明的构型和优点也类似地适用于装置、即轮对轴承，并且下面结合装置、即轮对轴承解释的本发明的构型和优点也类似地适用于操作方法。
轮对轴承包括：发电机，该发电机设计为爪极发电机，该爪极发电机具有非旋转的爪环；以及传感器系统，该传感器系统由爪极发电机提供电能量，该传感器系统包括多个传感器系统模块，所述多个传感器系统模块至少部分附接至放置在爪环上的传感器承载件并且连接至公共数据线路。
根据文献DE 10 2010 021 160 A1和EP 2 572 114 B1原则上已知不同的爪极发电机。在这些情况下，两个爪极发电机结合在滚动轴承中。
在DE 10 2014 207 209 A1中描述了具有成一体的爪极发电机的另一滚动轴承，在这种情况下，导磁爪仅沿着滚动轴承的轴承环的周向分段布置。
在根据本发明的轮对轴承的情况下，传感器承载件或者完全地或者仅部分地覆盖环形盘形状的爪环。在任何情况下，通过将传感器承载件附接至爪环，传感器系统模块在轮对轴承内的节省空间的布置是可能的。爪极发电机可以包括或者单个爪环或者多个爪环、特别是两个爪环，其中，在爪极发电机包括两个爪环的情况下，两个爪环优选地位于轮对轴承的滚动轴承的同一端部面上。
传感器承载件或者直接附接至爪环或者附接至轮对轴承的另一非旋转部分。爪环本身也可以用作传感器承载件。在任何情况下，传感器承载件都位于与爪环所在的平面平行的平面中。在优选实施方式中，传感器承载件沿径向方向既不向内也不向外突出超过爪环。在爪环的周向方向上，传感器承载件优选地在不超过180度的弧度上延伸、特别地最多在90度的角度上延伸。
布置在传感器承载件上的传感器系统模块根据个别情况的要求进行选择并且能够易于更换，其中，传感器系统模块所要连接的公共数据线路对传感器系统的生产友好型、多功能、可配置的结构具有重大贡献。在特别优选的实施方式中，共用数据线也向传感器系统模块供应能量，至少只要传感器系统模块布置在传感器承载件上的情况下，共用数据线也向传感器系统模块供应能量。
一种用于对轮对轴承的传感器系统进行操作的方法的特征通常在于借助于爪极发电机产生电能量，该爪极发电机包括非旋转的爪环，并且该爪极发电机用于对传感器系统进行操作，该传感器系统包括多个传感器系统模块，所述多个传感器系统模块至少部分地布置在环形空间内的爪极发电机上，并且其中，由传感器系统模块提供的数据经由也用作电源线的线路传输。
布置在传感器承载件上的传感器系统模块例如被设计成用于空间分辨率、温度测量、加速度测量和/或用于检测润滑剂的存在和可能的性质。就空间分辨传感器系统模块而言，空间分辨传感器系统模块原则上可以设计为增量式或绝对式传感器。空间分辨传感器可以集成到里程计系统中，该里程计系统是使用推进系统对位置进行估算的系统。可以使用相同的空间分辨传感器或单独的传感器作为速度传感器。
在文献DE 10 2017 121 010 A1和DE 10 2017 112 029 B3中描述了不同应用中的加速度传感器的示例。关于润滑剂传感器，参照了文献DE 10 2013 211 486 A1和DE 102010 015 722 A1中的技术背景。
根据可能的改进，压缩传感器和/或力传感器与定位在爪环上的传感器承载件在空间上分开并且集成到轮对轴承的传感器系统中。力传感器呈应变计的形式，例如，该应变计布置在轮对轴承的相对于爪环静止的滚动轴承环的外环上。
在所有情况下，结合在轮对轴承中的爪极发电机为传感器系统提供不间断的电源，一旦轨道车辆移动，该爪极发电机就提供电能量。可选地，爪极发电机耦合至能量存储器、例如呈蓄电池和/或电容器的形式的能量存储器，以便即使在轨道车辆处于停滞状态时也将传感器系统的能量供应保持了有限的时间。由爪极发电机提供的能量还可以用于由传感器检测到的数据的无线传输。
附图说明
下面借助于附图更详细地解释了本发明的示例性实施方式。在附图中：
图1示出了包括各种不同的传感器部件的轮对轴承的壳体覆盖件的立体图，
图2以截面图示出了包括壳体覆盖件的轮对轴承。
具体实施方式
整体使用附图标记1标识的轮对轴承意在用于在轨道车辆中使用并且包括滚动轴承2、即滚珠轴承，轮对轴3通过该滚动轴承安装在轮对轴承1的壳体4中。壳体4由壳体覆盖件5封闭。壳体覆盖件5的紧固突部由6表示。滚动轴承2的由7表示的外环接纳在壳体4中。滚动轴承2的用8表示并且保持在轮对轴3上的内环是滚动轴承2的旋转轴承环。内环8与端部盖9进行接触，该端部盖借助于螺钉10附接至轮对轴3的端部面。在端部盖9上存在磁性带11，该磁性带可以分配至爪极发电机12。
在轮对轴承1的操作期间旋转的磁性带11与附接在壳体4中的爪极发电机12的定子13相互作用，在该磁性带的圆周上存在具有交变极性的磁极。定子13包括由玻璃纤维增强塑料制成的线圈本体和两个相互平行的爪环14、15，在爪环之间存在由铜制成的线圈绕组16。爪环是深拉制且冲压的金属板部件。爪环14承载传感器系统17，这将在下面进行更详细地讨论。爪环14、15也被称为爪片材。
传感器承载件18直接放置在爪环14上并且在爪环14的圆周的部分上弧形地延伸。此外，里程计传感器19和速度传感器20作为空间分辨传感器系统模块19、20附接至传感器承载件18。温度传感器21、加速度传感器22和润滑剂传感器28作为另一传感器系统模块保持在传感器承载件18上。传感器系统模块19、20、21、22、28连接至公共线路23。相关联的电平转换器由24表示。线路23设计成传输数据并且经由爪极发电机12向整个传感器系统17提供能量。用于爪环14中的传感器系统17的电缆套管由25表示。
除了附接至传感器承载件18的传感器系统模块19、20、21、22、28之外，传感器系统17还包括与传感器承载件18间隔开的两个传感器26、27，即压缩传感器26和力传感器27。压缩传感器26位于滚动轴承2的外环7上。力传感器27是附接至壳体4的外部的应变计。传感器26、27在数据技术方面也经由线路23或单独的线路链接至位于传感器承载件18上的那些传感器系统模块19、20、21、22、28。作为连接至爪环14的电路板，传感器承载件18是爪极发电机12的一体部分。
附图标记列表
1轮对轴承 2滚动轴承 3轮对轴 4壳体 5壳体覆盖件 6紧固突部 7外环 8内环 9端部盖 10螺钉 11磁性带 12爪极发电机 13定子 14爪环 15爪环 16线圈绕组 17传感器系统 18传感器承载件 19里程计传感器 20速度传感器 21温度传感器 22加速度传感器23线路 24电平转换器 25电缆套管 26压缩传感器 27力传感器 28润滑剂传感器

Claims (10)

1.一种用于轨道车辆的轮对轴承(1)，所述轮对轴承具有发电机以及具有传感器系统(17)，所述发电机设计为爪极发电机(12)，所述爪极发电机包括至少一个非旋转的爪环(14、15)，所述传感器系统由所述发电机(12)提供电能量，所述传感器系统包括多个传感器系统模块(19、20、21、22)，所述多个传感器系统模块中的至少一些传感器系统模块附接至放置到所述爪环(14、15)上的传感器承载件(18)并连接至公共数据线路(23)。
2.根据权利要求1所述的轮对轴承(1)，其特征在于，所述传感器系统(17)包括至少一个空间分辨传感器系统模块(19、20)。
3.根据权利要求1所述的轮对轴承(1)，其特征在于，所述空间分辨传感器系统模块(19)是里程计系统的一部分。
4.根据权利要求2或3所述的轮对轴承(1)，其特征在于，所述空间分辨传感器系统包括速度传感器(20)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的轮对轴承(1)，其特征在于，温度传感器(21)设置为紧固至所述传感器承载件(18)的传感器系统模块。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的轮对轴承(1)，其特征在于，加速度传感器(22)设置为紧固至所述传感器承载件(18)的传感器系统模块。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的轮对轴承(1)，其特征在于，润滑剂传感器(28)设置为紧固至所述传感器承载件(18)的传感器系统模块。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的轮对轴承(1)，其特征在于，所述传感器系统(17)包括与所述传感器承载件(18)间隔开的压缩传感器(26)。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的轮对轴承(1)，其特征在于，所述传感器系统(17)包括与所述传感器承载件(18)间隔开的呈应变计形式的力传感器(27)，所述应变计布置在相对于所述爪环(14、15)静止的滚动轴承环(2)的外环(7)上。
10.一种用于对轨道车辆的轮对轴承(1)的传感器系统(17)进行操作的方法，其中，借助于爪极发电机(12)产生电能量，所述爪极发电机包括非旋转的爪环(14、15)，并且所述爪极发电机用于对传感器系统(17)进行操作，所述传感器系统包括多个传感器系统模块(19、20、21、22、26、27、28)，所述多个传感器系统模块至少部分地布置在环形空间内的爪极发电机(14、15)上，并且其中，由所述传感器系统模块(19、20、21、22、26、27、28)提供的数据经由也用作电源线路的线路(23)传输。
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