CN213779080U - 用于轨道车辆的传感装置和轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于轨道车辆(1000)的传感装置(100)，所述传感装置(100)具有传感头部(1)，所述传感头部(1)具有至少一个传感元件(10)、电子构件(2)和脱耦元件(3)，所述至少一个传感元件(10)在运行中提供模拟的测量信号，所述电子构件(2)具有至少一个转换电子器件(20)，所述转换电子器件(20)由所述模拟的测量信号产生数字信号，所述脱耦元件(3)将所述模拟的测量信号从所述传感头部(1)传递到所述电子构件(2)，并且所述脱耦元件(3)使所述电子构件(2)至少部分地从所述传感元件(1)热脱耦和/或机械脱耦。另外，本实用新型提供一种具有传感装置(100)的轨道车辆(1000)。

Description

用于轨道车辆的传感装置和轨道车辆

技术领域

本实用新型提供一种用于轨道车辆的传感装置以及一种轨道车辆。

背景技术

为了测量轨道车辆的牵引发动机或者牵引传动器的参数，例如温度，需要将合适的传感器安设在发动机或者传动器上或者至少紧邻发动机或者传动器的部位。然而，由于构造空间的问题和恶劣的环境条件，这可能随之带来一些困难，因为尤其还需要注意一系列的标准和规定：

-根据DIN EN 61373的防护级IP68；

-根据DIN EN 61373的至300m/s²的抗振动强度；

-根据DIN EN 61373的至1000m/s²的抗冲击强度；

-持久的防腐蚀和落石防护能力；

-传感器壳体在运行中在-40℃至120℃的范围内的耐温性；

-感测头在运行中在-40℃至250℃的范围内的耐温性；

-根据DIN EN 50121-3-2的EMV-抗干扰能力；

-根据DIN EN 45545-2、DIN EN 45545-5、DIN EN 45545-6的防火性能。

实用新型内容

在此背景下，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种传感装置，例如结合牵引发动机或者牵引传动器能够用于轨道车辆。本实用新型所要解决的技术问题至少还在于提供一种具有传感装置的轨道车辆。

本实用新型所要解决的技术问题通过一种用于轨道车辆的传感装置，所述传感装置具有传感头部、电子构件和脱耦元件，所述传感头部具有至少一个传感元件，所述至少一个传感元件在运行中提供模拟的测量信号，所述电子构件具有至少一个转换电子器件，所述转换电子器件由所述模拟的测量信号产生数字信号，所述脱耦元件将所述模拟的测量信号从所述传感头部传递到所述电子构件，并且所述脱耦元件使所述电子构件至少部分地从所述传感元件热脱耦和/或机械脱耦来解决。本实用新型所要解决的技术问题还通过一种轨道车辆来解决，所述轨道车辆具有驱动元件和布置在所述驱动元件上的传感装置。另外，在以下的阐述和附图中体现本实用新型的有利的实施形式和扩展方案的主题。

根据实施形式，传感装置、尤其优先用于轨道车辆的传感装置具有传感头部，该传感头部具有至少一个传感元件，该传感元件在运行中提供模拟的测量信号。特别优选地，至少一个传感元件规定和设计用于测量至少一个或者多个以下的参数的：温度、加速度、振动。换句话说，传感元件特别优选的是温度传感器、加速度传感器和/或振动传感器。至少一个传感元件优选地固定在传感头部中或者传感头部上，在该传感头部中还优选地导引用于至少一个传感元件的输入管线。传感元件例如设计为基于热导体材料或者冷导体材料的传感器芯片或者设计为微电子机械系统(MEMS)。

在以下的阐述中描述大多具有一个传感元件的传感装置。备选地，传感装置也能够具有传感头部，该传感头部具有多于一个的传感元件。以下所述的结合传感元件的特征也相应地适用于具有传感头部的传感装置，该传感头部具有多个传感元件。在此，传感头部可以具有相同的和/或不同的传感元件。

根据另外的实施形式，轨道车辆具有传感装置。轨道车辆特别优选具有驱动元件，该驱动元件具有例如发动机比如牵引发动机和/或传动器比如牵引传动器。传感装置优选地布置在驱动元件上。相应地，传感装置特别优选地规定和设置用于测量驱动元件的至少一个参数。所述一个或者多个参数例如选自温度、加速度、振动或者它们的组合或多个。由于构造空间的问题以及在传感器位置上的环境条件，例如在牵引发动机处或者在牵引传动器处符合标准和规定地集成传感装置往往是有难度的。尤其当需要改装传感装置时，例如在构造空间以及所需的机械的接口一致性方面也是有难度的。与已知的传感解决方案相比，借助在此阐述的传感装置能够更简单地优选实现这样的集成方案。

以上以及以下的阐述同样涉及传感装置和具有传感装置的轨道车辆。

另外，传感装置具有电子构件，该电子构件具有至少一个转换电子器件，该转换电子器件由模拟的测量信号产生数字信号。为了进一步地处理，可以将数字信号传递到数据处理装置、例如分析单元和/或控制单元，该数据处理装置远离传感装置的安装位置地布置并且传感装置能够与该数据处理装置连接。尤其可能的是，所述数据处理装置远离驱动元件，在该驱动元件上布置有传感装置。通过将模拟的测量信号转换成数字信号可以显著地简化传递，因为数字信号比模拟信号明显更加不易受到干扰，例如在电磁方面的干扰。因此，与模拟信号相比，对于数字信号在功率屏蔽以及最大可能的功率长度方面所要注意的要求明显更低。另外，与模拟信号相比，数字信号提供的优点在于能够更好地例如以插头的形式断开线路，然而这在具有模拟信号的或者导引模拟信号的线路中并不总是无限制地如此容易实现。

另外，传感装置具有脱耦元件，所述脱耦元件将模拟的测量信号从传感头部传递到电子构件的入口，并且所述脱耦元件至少部分地使电子构件与传感头部热脱耦和/或机械地脱耦。优选地，脱耦元件使传感头部和电子构件彼此至少部分机械地并且至少热脱耦。相应地，脱耦元件布置在传感头部和电子构件之间。通过脱耦元件优选可能的是，与电子构件直接在传感头部上或者传感头部中的布置方案的情况相比，热量和/或机械影响例如振动从传感头部至电子构件的传递更小。如果电子构件或者至少转换电子器件布置在传感头部中，这除了例如由于车辆运行中在驱动元件上的振动和/或冲击而引起的温度负载较高并且机械负载较高外，还继而导致传感头部的尺寸比这里阐述的传感装置来得庞大得多。因此，使用在此阐述的传感装置可以有利地显著减少构造空间。脱耦元件优选是灵活的，并且特别优选地能够塑性或者弹性变形，因此除了机械脱耦，还能够实现用于电子构件和传感头部相对于彼此的内置布置方案的灵活性。

根据另外的实施形式，脱耦元件具有软管状的套筒，为了传感头部与电子构件的电气连接，在该套筒中布置有至少一根电导线。套筒中的脱耦元件优选具有用于运行传感头部以及因此用于运行至少一个传感元件的所需的所有电导线。因此为了给传感头部和尤其至少一个传感元件提供电压和/或电流，脱耦元件还可以具有多根电导线。套筒具有例如塑料例如硅和/或合成橡胶。额外地，套筒可以具有加强装置，例如金属网形式的加强装置，该加强装置在维持灵活性的同时，还能够提高套筒的稳定性。套筒可以例如设计成液压软管的形式。至少一根电导线可以以单芯或多芯的屏蔽电缆或者非屏蔽电缆的形式布置。

根据另外的实施形式，脱耦元件具有电磁屏蔽件。通过所述电磁屏蔽件特别优选可能的是，通过脱耦元件传递的模拟的测量信号免受电磁干扰信号例如电动机的电磁场的干扰。电磁屏蔽件例如以金属层或者金属网的形式绕至少一根电导线设计。特别优选的是，电磁屏蔽件同时设计为加强装置。屏蔽件例如嵌入在套筒的材料中或者备选地布置在套筒内。

根据另外的实施形式，电子构件具有管状壳体，在该管状壳体中布置有转换电子器件。壳体特别优选地具有基本上相当于脱耦元件的套筒的直径的直径。在此以及在下文中，它指的是，套筒的直径和壳体的直径相互的差异分别相对于套筒的直径不超过20％，优选不超过10％并且特别优选地不超过5％。壳体示例性地具有金属并且由该金属构成。由此可以为布置在壳体中的转换电子器件提供足够的稳定性和电磁屏蔽。相应地，壳体优选设计为金属管。管端部优选具有导线套管。

根据另外的实施形式，脱耦元件分别与传感头部和电子构件永久地连接。这尤其指的是，在正常运行和维护条件下，脱耦元件不能与传感头部和电子构件分离。通过一个或者多个以下的连接技术来实现永久的连接：按压、夹持、旋拧、粘合、至少在连接点的区域中借助塑料浇铸。永久的连接优选通过选自旋拧、粘合和浇铸的至少两个或者所有来实现。因此，脱耦元件可以与传感头部和/或与电子构件示例性地夹持和/或选定和/或粘合和/或至少部分地浇铸，其中与传感头部的连接可以与与电子构件的连接相同/不同。通过永久的连接，传感头部、脱耦元件和电子构件构成优选在正常运行中永久的单元。

另外，电子构件具有出口，在该出口处提供数字信号。出口优选地与插接元件连接，该插接元件可以是插座或者插头或者是相应的套接口(Buchse)并且可以具有单通道或者多通道的数据总线，并且通过该数据总线借助电气的插拔连接，传感装置能够与其他的电子部件例如供应电流和/或供应电压和/或数据处理装置相连接。电子构件6的出口23优选直接与插接元件6相连接。可替代地，在电子构件的出口和插接元件之间存在有连接电导线，该连接电导线以前述的方式永久地与电子构件连接。由于在电子构件的出口处提供由模拟的测量信号产生的数字信号，在电子构件的出口处的电导线上的电磁屏蔽需求有利地比在脱耦元件上的电磁屏蔽需求要小得多。另外，在出口处可以布置有另外的脱耦元件，其可以具有前述特征的一个或者多个。在传感头部和电子构件之间的脱耦元件尤其可以与在电子构件的出口处的另外的脱耦元件相同设计或者至少相对于套筒是相同的。

在此所述的传感装置中，电子构件优选构成从传感头部除去的数字化组件，该数字化组件特别优选地具有管状壳体。从传感头部除去数字化组件以及将该数字化组件布置在优选管状的壳体中，该壳体优选与脱耦元件永久地连接，从而使电子器件从传感头部机械地以及导热脱耦。

另外，在此所述的传感装置附加地至少部分地解决对于具有集成在传感头部的电子器件的常见的传感器存在的安装空间的问题，因为电子构件能够被放置在待测量的部件的更好地被选择的位置处，而不是在测量点本身上。另外，电子构件的壳体固定点能够额外地从待测量的部件导热地和机械地脱耦，例如借助弹性的、但热稳定的塑料。

附图说明

以下结合相应的附图通过本实用新型的实施例的说明详细阐述本实用新型上述的特性、特征和优点以及如何实现它们的方式和方法。在附图中，

图1示出根据实施例的传感装置的示意图；

图2示出根据另外的实施例的传感装置的局部图；

图3和图4示出根据另外的实施例的传感装置的示意图；和

图5示出根据另外的实施例的轨道车辆的示意图。

在实施例和附图中，相同的、相似的或者起相同作用的元件能够分别配备有同样的附图标记。所示的元件和它们之间的尺寸关系不应视为按比例的，更确切地说，为了更好的说明和/或为了更好的理解，单独的元件、例如层、部件、构件和区域的尺寸可以是夸张放大的。

具体实施方式

在图1中示出了用于传感装置100的实施例，该传感装置100具有部1、电子构件2和脱耦元件3，其中为了更好地阐述，剖面示出电子构件2和结构元件3的一部分。传感装置100特别优先是用于轨道车辆的传感装置，并且例如规定和设计用于测量轨道车辆的驱动元件的至少一个参数。

传感装置100仅示例性地设计为温度传感装置，并且具有传感头部1，该传感头部1具有至少一个传感元件10。传感元件仅示例性地设计为PT100-传感元件，即基于冷导体材料。不应将传感装置100作为具有PT100-传感元件的温度传感装置的设计方案理解为限定的。更确切地说，也可以使用其他型号的温度传感元件。另外，也可以使用其他的传感元件以及多于一个传感元件。尤其也可能的是，对于测量温度备选地或者额外地，传感装置100测量例如振动和/或加速，并且具有至少一个适用于此的相应的传感元件，例如设计为MEMS-元件。

传感头部1具有头部11，该头部例如由金属制成并且在该头部上固定金属的薄管道12或者在这样的管道中穿过。在布置在远离头部11的管道12的端部上布置有至少一个传感元件10。在管道12中和在头部11中，传感头部1具有用于与至少一个传感元件10的电气接触的电气输入管线。传感头部1构造和设计用于在足够的稳定性下确保尽量小的空间需求。传感头部1的所示形状也仅应理解为示例性的而非限制性的。尤其传感头部1的形状即例如几何形状和尺寸能够适应于测量位置的外部条件。

传感元件10在运行中提供模拟的测量信号。在示例性的PT100-传感元件的情况下，模拟的测量信号是根据传感元件10的电阻的电气变量。另外，传感装置100具有电子构件2，该电子构件规定和设计用于将模拟的测量信号转换为数字信号。在此，电子构件2具有至少一个转换电子器件20，该转换电子器件20从模拟的测量信号产生数字信号。为此，转换电子器件20具有至少一个模拟数字转换器。如在实用新型内容中所阐述的，数字信号不太容易受到干扰信号例如电磁场的影响，因此可靠传递数字信号比模拟的测量信号容易得多。由于具有转换电子器件20的电子构件2与传感头部1分开地设计，使得实现传感头部1的结构尺寸较小。另外，电子构件2能够具有用于信号处理的额外的电子部件，例如一个或者多个滤波器和/或一个或者多个放大器。转换电子器件20以及按需另外的电子部件如所示地设计为例如组装好的电路板的形式。

传感装置100在传感头部1和电子构件2之间具有脱耦元件3。通过脱耦元件3将模拟的测量信号从传感头部1引导至电子构件2。为此，脱耦元件3具有相应的电导线31。另外，脱耦元件3规定和设计用于至少部分地与传感头部1导热和/或机械脱耦。因此通过脱耦元件3优选可能的是，与电子构件直接在传感头部之上或者之内的布置方案的情况相比，从传感头部1至电子构件2的导热传递和/或机械减值例如振动的传递更小。因此，与传感头部1的机械和导热负载相比，减少了电子构件2的机械和导热负载。

优选灵活地设计脱耦元件3，以便能够实现机械脱耦。另外，脱耦元件3的灵活性提高选择传感头部1和电子构件2相对于彼此的安装位置时的灵活度。脱耦元件3例如能够塑性变形，从而在弯曲处得以维持脱耦元件3的形状。与此备选地，脱耦元件3能够弹性变形。

脱耦元件3具有软管状的套筒30，在该软管状的套筒30中布置有电导线31用于传感头部1与电子构件2的电气连接。如图1中示例性地所示，管线31可以以电导线的形式布置在套筒30中。套筒30示例性地具有塑料例如硅和/或合成橡胶。通过这样的材料能够实现有效的导热脱耦。

套筒3可以额外地具有加强装置(未示出)，例如以金属网的形式，其能够在提供灵活性的同时提高套筒的稳固性。尤其能够按照液压软管的类型设计套筒30。加强装置能够设计为例如电磁屏蔽件，由此可以使在脱耦元件3中延伸的电导线31免受电磁干扰。

电子构件2优选具有管状的壳体21，在壳体21中布置有转换电子器件20。壳体特别优选地具有如所示的直径，所述直径基本对应脱耦元件3的套筒30的直径，使得套筒30的直径和壳体21的直径分别相对于套筒30的直径彼此相差不超过20％、优选不超过10％并且特别优选地不超过5％。壳体21优选是金属壳体。由此可以实现用于布置在壳体21中的转换电子器件20的足够的稳固性和电磁屏蔽。

在所示的实施例中，脱耦元件3与传感头部1以及与电子构件2永久地连接，使得传感头部1、脱耦元件3和电子构件2优选在普通运行中，即在普通的运行-和维护条件下形成永久单元。因此，在普通的运行-和维护条件下，脱耦元件3和电子构件2是不可分离的。通过以下连接技术的一个或者多个实现永久的连接：按压、夹持、旋拧、粘合、至少在连接点的区域中借助塑料浇铸。在所示的实施例中，传感头部1具有用于连接脱耦元件3的连接件13，该连接件13例如由金属构成，该连接件与脱耦元件3的套筒30永久地连接。另外，电子构件2具有入口22，该入口也与套筒30永久地连接并且通过该入口，电导线31进入壳体21的内部到达转换电子器件20。为此，壳体21如所示地能够具有例如类似卡圈(或者：领部，Kragen)的样式，它被推到套筒30的一部分的上面。

电子构件2具有出口23，在该出口处提供由转换电子器件20产生的数字信号。在所示实施例中，在出口23处向外导引电缆4，通过该电缆4传递数字信号。例如能够存在用于夹持接触或者用于连接插头的开放的电导线端部。因为在电子构件2的出口23处提供由模拟的测量信号产生的数字信号，所以在电缆4上的电磁屏蔽需求有利地比在脱耦元件3上的屏蔽需求要小得多，在该脱耦元件中导引模拟的测量信号。

如已阐述地，脱耦元件3提供传感头部1与电子构件2的导热脱耦的优点。另外，它实现机械的脱耦，尤其相对于振动。此外，通过所阐述的套筒30实现电导线31的保护、即电导线保护，尤其相对于由于振动产生的疲劳、通过过小的弯曲半径产生的电导线断裂以及例如通过被石子打击产生的机械损坏。另外，由于其简单且同时又有效的结构，在强度和长度的方面可以自由地选择脱耦元件3。

另外，在脱耦元件3中也能够存在用于屏蔽模拟的测试信号的电磁屏蔽件，以金属网的形式或者以金属层的形式在套筒30的塑料材料中或者套筒30之内或者在脱耦元件3的套筒30上。在图2的根据另外的实施例的传感装置100的局部图中示出这样的屏蔽件32，例如以金属薄膜或者金属网的形式存在在套筒30和电导线31之间。备选地，屏蔽件32也能够布置在图2中所示的、导引电导线31的电导线之内。

图3和图4以与图1的视角相应的部分局部图以及以外部视角示出用于传感装置100的另外的实施例，与上文的实施例相比，此实施例在电子构件2的出口23处具有另外的脱耦元件5。相对于它的套筒50和/或电导线51，和相对于其他的特征、例如屏蔽件和/或与电子构件2的连接，该另外的脱耦元件5可以具有之前相对于脱耦元件3所阐述的特征。相对于套筒30和50，脱耦元件3和5尤其能够构造为相同的，并且在大多数情况下，相对于电导线31和51的相应的数量或者相对于布置在相应的套筒30、50中的具有管线31、51的电导线，脱耦元件3和5构造为不同的。结合图1示出了具有脱耦元件3的单侧设计方案的实施例，而图3和图4的实施例具有多侧的脱耦元件设计方案。

另外，在所示的实施例中，电子构件2的出口23通过另外的脱耦元件5与插接元件6相连接，该插接元件可以是插座或者插头或者是相应的套接口并且可以具有单通道或者多通道的数据总线，通过该数据总线借助电气的插拔连接，传感装置100能够与其他的电子部件例如电流-和/或电压供应和/或数据处理装置相连接。可替代地，电子构件6的出口23也直接与插接元件6相连接。可替代地，在电子构件2的出口23和插接元件6之间也存在类似图1所示的电缆4的连接电缆。

与在传感头部之内或者直接在其之上布置转换电子器件的方式相比，根据这里所阐述的实施例的传感装置100因此提供多个优势，例如传感头部的构造高度更低，相对于直接置于传感头部上的元件的弯曲半径的刚性长度更短和机械和/或导热脱耦转换电子器件以及还有安设在转换电子器件上的插口。

图5示出用于具有传感装置100的轨道车辆1000的实施例，根据前面的实施例设计该传感装置。轨道车辆1000具有驱动元件200，该驱动元件例如具有或者备选地是发动机201比如牵引发动机和/或传动器202比如牵引传动器。传感装置100布置在驱动元件200上，以便传感装置100能够测量驱动元件200的至少一个参数，与前述的实施例相应的即是例如温度。与具有直接集成在传感头部之内或者之上的数字化电子器件的常见传感器相比，由于电子构件通过脱耦元件与传感头部脱耦，更加容易在驱动元件200上符合标准和规定地集成传感装置100。

尽管根据实施例详细地示出以及说明了本实用新型，而本实用新型不局限于所披露的实施例以及在其中所阐述的确切的特征组合。本领域技术人员能够推导出本实用新型的其他变型方案，而并不脱离本实用新型所要保护的保护范围。

附图标记清单

1 传感头部

2 电子构件

3 脱耦元件

4 电缆

5 脱耦元件

6 插接元件

10 传感元件

11 头部

12 管道

13 连接件

20 转换电子器件

21 壳体

22 入口

23 出口

30 套筒

31 电导线

32 屏蔽件

50 套筒

51 电导线

100 传感装置

200 驱动元件

201 发动机

202 传动器

1000 轨道车辆

Claims (14)

1.一种用于轨道车辆(1000)的传感装置(100)，所述传感装置(100)具有：

-传感头部(1)，所述传感头部(1)具有至少一个传感元件(10)，所述至少一个传感元件(10)在运行中提供模拟的测量信号；

-电子构件(2)，所述电子构件(2)具有至少一个转换电子器件(20)，所述至少一个转换电子器件(20)由所述模拟的测量信号产生数字信号；和

-脱耦元件(3)，所述脱耦元件(3)将所述模拟的测量信号从所述传感头部(1)传递到所述电子构件(2)，并且所述脱耦元件(3)使所述电子构件(2)至少部分地从所述传感头部(1)热脱耦和/或机械脱耦。

2.根据权利要求1所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述电子构件(2)具有管状的壳体(21)，在所述壳体(21)中布置有所述转换电子器件(20)。

3.根据权利要求2所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述壳体(21)具有金属。

4.根据权利要求2所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述脱耦元件(3)具有软管状的套筒(30)，所述套筒(30)具有至少一个电导线(31)用于将所述传感头部(1)与所述电子构件(2)电气连接。

5.根据权利要求4所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述壳体(21)具有相当于所述套筒(30)的直径的直径。

6.根据权利要求4所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述套筒(30)具有塑料。

7.根据权利要求1至3之一所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述脱耦元件(3)是柔性的。

8.根据权利要求1至3之一所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述脱耦元件(3)具有电磁屏蔽件(32)。

9.根据权利要求1至3之一所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述脱耦元件(3)分别与所述传感头部(1)和所述电子构件(2)永久地连接。

10.根据权利要求1至3之一所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述电子构件(2)具有出口(23)，在所述出口(23)处提供所述数字信号并且在所述出口(23)处布置有另外的脱耦元件(5)。

11.根据权利要求1至3之一所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述电子构件(2)具有出口(23)，在所述出口(23)处提供所述数字信号并且所述出口(23)与插接元件(6)相连接。

12.根据权利要求1至3之一所述的传感装置(100)，其特征在于，

所述至少一个传感元件(10)规定和设计用于测量至少一个或多个下列参数：温度、加速度、振动。

13.一种轨道车辆(1000)，所述轨道车辆(1000)具有驱动元件(200)和布置在所述驱动元件(200)上的根据权利要求1至12之一所述的传感装置(100)。

14.根据权利要求13所述的轨道车辆(1000)，其特征在于，

所述驱动元件(200)具有发动机(201)和/或传动器(202)。

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