DE102018110462A1 - Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, wobei das Kuppel- und/oder Dämpfungselement wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung bewegliche Bauteile aufweist, mit wenigstens einem Geber und wenigstens einem Sensor, die eingerichtet und angeordnet sind, die Bewegung der beiden Bauteile entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung zu erfassen, wobei der Geber und der Sensor signalübertragend verbunden sind, sodass der Sensor ein vom Geber erzeugtes Signal erfasst.
Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Geber und der wenigstens eine Sensor mit konstantem Abstand zueinander positioniert sind und ein die Signalübertragung modifizierendes Element vorgesehen ist, das mit einem der Bauteile oder in Abhängigkeit der Relativbewegung der Bauteile beweglich ist, um in Abhängigkeit seiner Position das übertragene Signal zu verändern.
Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Geber und der wenigstens eine Sensor mit konstantem Abstand zueinander positioniert sind und ein die Signalübertragung modifizierendes Element vorgesehen ist, das mit einem der Bauteile oder in Abhängigkeit der Relativbewegung der Bauteile beweglich ist, um in Abhängigkeit seiner Position das übertragene Signal zu verändern.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
- Kuppel- und/oder Dämpfungselemente von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, wie sie die vorliegende Erfindung betrifft, übertragen Fahr- und/oder Aufprallkräfte. Sie können dabei zur Reduzierung von in das Fahrzeuginnere übertragenen Stoßkräften mit Energieverzehrelementen versehen sein. Die Lebensdauer entsprechender Kuppel- und/oder Dämpfungselemente hängt von deren Belastung während des Betriebs des Fahrzeugs ab. Um den aktuellen Zustand eines solchen Kuppel- und/oder Dämpfungselementes besser bewerten zu können, wird in der
WO 2017/198520 A1 -
WO 2014/124848 A1 - Die beiden genannten Schriften greifen auf Überwachungssysteme zurück, bei welchen ein Sensor und ein Geber derart in das Kuppel- und/oder Dämpfungselement integriert sind, dass sie sich gemeinsam mit den zwei relativ zueinander entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung beweglichen Bauteile relativ zueinander bewegen und die Relativbewegung durch die sich verändernde Position des Gebers gegenüber dem Sensor bestimmt wird. Dies ist bei einer gewünschten möglichst bauraumeffektiven Integration des Überwachungssystems in das Kuppel- und/oder Dämpfungselement nachteilig und kann sich auf die Erfassungsgenauigkeit ungünstig auswirken, wenn nämlich die Relativposition von Sensor und Geber mit Toleranzen behaftet ist.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, anzugeben, das gegenüber dem gattungsgemäßen Überwachungssystem hinsichtlich der genannten Nachteile verbessert ist.
- Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Überwachungssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen werden ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement mit einem erfindungsgemäßen Überwachungssystem und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
- Ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, wobei das Kuppel- und/oder Dämpfungselement wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung bewegliche Bauteile aufweist, umfasst wenigstens einen Geber und wenigstens einen Sensor, die eingerichtet und angeordnet sind, die Bewegung der beiden Bauteile entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung zu erfassen. Der Geber und der Sensor sind signalübertragend verbunden, sodass der Sensor ein vom Geber erzeugtes Signal erfasst. Bei dem Signal kann es sich beispielsweise um ein vom Geber erzeugtes Magnetfeld handeln. Jedoch kommen auch andere analoge oder digitale Signale in Betracht.
- Erfindungsgemäß sind der wenigstens eine Geber und der wenigstens eine Sensor mit konstantem Abstand zueinander positioniert. Ferner ist ein die Signalübertragung modifizierendes Element vorgesehen, das mit einem der Bauteile oder in Abhängigkeit der Relativbewegung der Bauteile beweglich ist, um in Abhängigkeit seiner Position das übertragene Signal zu verändern.
- Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann somit die Position von Geber und Sensor, insbesondere innerhalb eines gemeinsamen Bauteils oder montiert an einem gemeinsamen Bauteil, exakt festgelegt werden. Toleranzen werden weitgehend vermieden. Die Bestimmung der relativen Bewegung der beiden Bauteile entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung erfolgt nicht mehr dadurch, dass sich der Sensor und der Geber relativ zueinander bewegen, sondern dadurch, dass das die Signalübertragung modifizierende Element vorgesehen ist, das sich relativ zum Sensor und dem Geber bewegen kann, und zwar in Abhängigkeit der Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen, bevorzugt gemeinsam mit einem der beiden Bauteile.
- Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Überwachungssystem auch mit Überwachungssystemen, umfassend herkömmlich positionierte Sensoren und Geber, kombiniert werden.
- Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass anstelle der mit konstantem Abstand zueinander positionierten Geber und Sensor der Geber als Drehgeber ausgeführt ist und an einem Knickgelenk angeschlossen ist. Man könnte auch definieren, dass der Drehgeber einen Geber und einen Sensor ausbildet, die zu einem Drehgeber integriert sind. Das Knickgelenk ist ausgeführt, um eine relative Linearbewegung der beiden Bauteile zueinander in eine Drehbewegung umzuwandeln, wobei diese Drehbewegung mit dem Drehgeber erfasst wird. Somit kann auch hier auf einen herkömmlichen Sensor, der die Position des Gebers erfasst, verzichtet werden. Vielmehr kann der Geber selbst das notwendige Signal liefern, über seine Verdrehposition, um die Bewegung der beiden Bauteile relativ zueinander bewerten zu können.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Geber wenigstens einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten, auf oder wird durch diesen gebildet und der Sensor ist zur Erfassung eines vom Geber erzeugten Magnetfeldes eingerichtet. Das die Signalübertragung modifizierende Element ist dann im Magnetfeld beweglich, um dieses in Abhängigkeit seiner Position zu verändern. Diese Veränderung des Magnetfeldes kann der Sensor erfassen und ein entsprechendes Signal erzeugen, das in Abhängigkeit der erfassten Veränderung die Relativbewegung der beiden Bauteile beschreibt.
- Das die Signalübertragung modifizierende Element ist beispielsweise aus Metall hergestellt und kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch eine Kupplungsstange gebildet werden.
- Bevorzugt ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche mit dem Sensor verbunden oder in diesen integriert ist. Die Auswerteeinheit ist bevorzugt eingerichtet, aus dem vom Sensor erfassten Signal, oder bei der Ausführungsform mit Drehgeber aus dem vom Drehgeber erzeugten Signal das Ausmaß der Bewegung, die Geschwindigkeit der Bewegung und/oder die Beschleunigung der Bewegung der beiden Bauteile relativ zueinander zu ermitteln.
- Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind der Geber und der Sensor innerhalb einer gemeinsamen Aussparung angeordnet und das die Signalübertragung modifizierende Element ist entlang der Aussparung, insbesondere unmittelbar neben dieser, oder innerhalb der Aussparung oder in die Aussparung beweglich.
- Insbesondere bei der Ausführungsform mit Drehgeber kann eine Schutzvorrichtung vorgesehen sein, welche den Sensor und/oder den Geber umschließt, um diesen gegen mechanische und Umwelteinflüsse abzuschirmen.
- Die vom Sensor erzeugten oder weitergeleiteten Signale beziehungsweise die Signale des Drehgebers können in der optionalen Auswerteeinheit ausgewertet werden und einem übergeordneten System zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann die Auswerteeinheit in das übergeordnete System integriert sein.
- Ein erfindungsgemäßes Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, weist wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung bewegliche Bauteile auf, sowie ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem. Die Bewegungsrichtung kann beispielsweise horizontal ausgerichtet sein. Bei dem Kuppel- und/oder Dämpfungselement kann es sich beispielsweise um einen Puffer, wie Seitenpuffer oder Mittelpuffer, ein Kollisionselement oder eine Kupplung eines Schienenfahrzeugs zu einem anderen Schienenfahrzeug handeln.
- Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kuppel- und/oder Dämpfungselementes stehen die beiden Bauteile in der Bewegungsrichtung miteinander in einem Teleskopeingriff und sind mittels einer Verdrehsicherung gegen eine Verdrehung relativ zueinander gesichert, wobei die Verdrehrichtung einer Umfangsrichtung um die Bewegungsrichtung entspricht. Der Sensor und der Geber können dann in der Verdrehsicherung angeordnet sein.
- Bevorzugt weist die Verdrehsicherung einen an einem der beiden Bauteile montierten oder durch diesen ausgebildeten Riegel auf, der sich mit seiner Längsachse in der Bewegungsrichtung erstreckt und in eine sich ebenfalls in Richtung der Längsachse erstreckende Aussparung des anderen Bauteils zur Ausbildung einer Hinterschneidung eingreift. Der Sensor und der Geber können dann im Riegel oder am Riegel positioniert sein und das andere Bauteil kann das die Signalübertragung modifizierende Element ausbilden.
- Bevorzugt ist die wenigstens eine gemeinsame Aussparung in dem Riegel vorgesehen, wobei sich diese gemeinsame Aussparung bevorzugt ebenfalls in Richtung der Längsachse innerhalb des Riegels erstreckt.
- Der Geber kann beispielsweise auf der Oberfläche oder in einer Schraube montiert sein, mit welcher der Riegel an dem einen Bauteil montiert ist.
- Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
- Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems; -
2 eine alternative Ausführungsform der Erfindung; -
3 eine Zugkupplung mit Verdrehsicherung, in welche das erfindungsgemäße Überwachungssystem integrierbar ist; -
4 einen Riegel der Verdrehsicherung aus der3 in einer Rückansicht; -
5 den Riegel in einer Frontansicht; -
6 eine schematische Darstellung einer möglichen Integration des erfindungsgemäßen Überwachsungssystems in den Riegel in einer Draufsicht; -
7 den Riegel aus der6 in einer Frontansicht; -
8 eine alternative Integration des Überwachungssystems in den Riegel in einer schematischen Draufsicht; -
9 den Riegel aus der8 in einer Frontansicht. - In
1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem gezeigt, mit einem ersten Bauteil2 und einem zweiten Bauteil3 . Das zweite Bauteil3 ist in der Bewegungsrichtung1 relativ zum ersten Bauteil2 beweglich. - Im ersten Bauteil
2 sind ein Geber4 und ein Sensor5 mit konstantem Abstand zueinander angeordnet. Das bedeutet, der Abstand zwischen dem Geber4 und dem Sensor5 ändert sich nicht, wenn sich das zweite Bauteil3 relativ zum ersten Bauteil2 bewegt. - Der Geber
4 erzeugt ein Signal, das vom Sensor5 empfangen wird. Beispielsweis ist das Signal ein Magnetfeld8 , wenn der Geber4 einen Magneten7 umfasst oder durch diesen gebildet wird. - Das zweite Bauteil
3 bildet ein die Signalübertragung modifizierendes Element6 , hier mit dem Bereich seiner axialen Stirnseite. Das die Signalübertragung modifizierende Element6 gleitet derart über den Sensor5 in der Bewegungsrichtung1 hinweg, dass das vom Geber4 erzeugte Signal, beispielsweise das Magnetfeld8 , verändert wird, wobei diese Veränderung vom Sensor5 erfasst wird. - Damit kann aus dem vom Sensor
5 erfassten Signal bestimmt werden, dass sich das zweite Bauteil3 gegenüber dem ersten Bauteil2 bewegt hat. Insbesondere kann das Ausmaß der Bewegung, also die vom Bauteil3 zurückgelegte Strecke, und/oder die Geschwindigkeit der Bewegung und /oder die Beschleunigung bei der Bewegung erfasst beziehungsweise aus erfassten Werten bestimmt werden. - In einer Auswerteeinheit
10 , an welcher der Sensor5 drahtgebunden oder drahtlos angeschlossen ist, kann zum Beispiel die Bestimmung der gewünschten Größe aus dem vom Sensor5 erfassten Signal beziehungsweise aus den Ausgabewerten des Sensors5 erfolgen. - Bei der Ausgestaltung gemäß der
2 ist der Geber4 als Drehgeber ausgeführt. Beispielsweise ist das zweite Bauteil3 in das erste Bauteil2 in der Bewegungsrichtung1 teleskopartig einfahrbar. Am ersten Bauteil2 und am zweiten Bauteil3 ist ein Knickgelenk12 mit zwei Hebelarmen17 ,18 und drei Drehpunkten19 ,20 ,21 angeschlossen, das die relative Linearbewegung zwischen dem ersten Bauteil2 und dem zweiten Bauteil3 entlang der Bewegungsrichtung1 in eine Drehbewegung umwandelt, die der Geber4 als Drehgeber erfasst. Diese Bewegung, insbesondere das Ausmaß der Bewegung, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung kann dann wiederum zum Beispiel in der Auswerteeinheit10 aus den Ausgabewerten des Gebers4 bestimmt werden. - In der
3 sind das erste Bauteil2 und das zweite Bauteil3 Bestandteil einer Zugkupplung. Das erste Bauteil2 und das zweite Bauteil3 stehen in einem Teleskopeingriff miteinander, sodass das zweite Bauteil3 mehr oder minder in das erste Bauteil2 eingefahren werden kann. Beim Einfahren wirken Energieverzehrelemente22 , um die Einfahrbewegung des zweiten Bauteils3 zu dämpfen. - Die Bewegungsrichtung
1 entspricht der Längsachse15 der beiden Bauteile2 ,3 . - Das zweite Bauteil
3 umfasst eine Kupplungsstange9 oder wird durch diese gebildet. - Um zu verhindern, dass die Kupplungsstange
9 beziehungsweise das zweite Bauteil3 gegenüber dem ersten Bauteil2 um die Längsachse15 verdreht wird, ist eine Verdrehsicherung13 vorgesehen. Diese umfasst einen Riegel14 , der mit Schrauben23 innen im Bauteil2 montiert ist, sowie eine entsprechende Aussparung16 im zweiten Bauteil3 beziehungsweise in der Kupplungsstange9 . - In die Verdrehsicherung
13 , bevorzugt in den Riegel14 , kann nun die Überwachungseinrichtung integriert werden. - In den
4 und5 ist der Riegel14 nochmals dargestellt. Wie man sieht, weist dieser eine Aussparung auf, vorliegend als gemeinsame Aussparung11 bezeichnet, weil diese sich besonders gut für die Anordnung des Gebers4 und des Sensors5 eignet und die Ausbreitung eines Magnetfeldes8 begünstigt, wie beispielhaft in den6 bis9 dargestellt ist. - Bei der Gestaltung gemäß der
6 ist der Sensor5 anstelle einer der beiden Schrauben23 in der3 vorgesehen beziehungsweise kann auch deren Funktion erfüllen. Der Geber4 ist in die andere der beiden Schrauben23 integriert oder auf dessen Oberfläche vorgesehen, beispielsweise am äußeren Umfang, wie in der6 dargestellt ist, oder stirnseitig, wie in der7 angedeutet ist. - Bei der Ausgestaltung gemäß den
8 und9 ersetzt der Sensor5 wiederum eine der beiden Schrauben23 in der3 , bevorzugt die Schraube, die dem zweiten Bauteil3 beziehungsweise der Kupplungsstange9 näher liegt, und der Geber4 ist in der Mitte zwischen den beiden Schrauben23 in der gemeinsamen Aussparung11 befestigt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bewegungsrichtung
- 2
- erstes Bauteil
- 3
- zweites Bauteil
- 4
- Geber
- 5
- Sensor
- 6
- die Signalübertragung modifizierendes Element
- 7
- Magnet
- 8
- Magnetfeld
- 9
- Kupplungsstange
- 10
- Auswerteeinheit
- 11
- gemeinsame Aussparung
- 12
- Knickgelenk
- 13
- Verdrehsicherung
- 14
- Riegel
- 15
- Längsachse
- 16
- Aussparung
- 17
- Gelenkarm
- 18
- Gelenkarm
- 19
- Drehpunkt
- 20
- Drehpunkt
- 21
- Drehpunkt
- 22
- Energieverzehrelement
- 23
- Schraube
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2017/198520 A1 [0002]
- WO 2014/124848 A1 [0003]
Claims (10)
- Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, wobei das Kuppel- und/oder Dämpfungselement wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung (1) bewegliche Bauteile (2, 3) aufweist, mit wenigstens einem Geber (4) und wenigstens einem Sensor (5), die eingerichtet und angeordnet sind, die Bewegung der beiden Bauteile (2, 3) entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung (1) zu erfassen, wobei der Geber (4) und der Sensor (5) signalübertragend verbunden sind, sodass der Sensor (5) ein vom Geber (4) erzeugtes Signal erfasst; dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Geber (4) und der wenigstens eine Sensor (5) mit konstantem Abstand zueinander positioniert sind und ein die Signalübertragung modifizierendes Element (6) vorgesehen ist, das mit einem der Bauteile (2, 3) oder in Abhängigkeit der Relativbewegung der Bauteile (2, 3) beweglich ist, um in Abhängigkeit seiner Position das übertragene Signal zu verändern.
- Überwachungssystem gemäß
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (4) wenigstens einen Magneten (7), insbesondere Permanentmagneten, umfasst oder durch diesen gebildet wird, der Sensor (5) zur Erfassung eines vom Geber (4) erzeugten Magnetfeldes (8) eingerichtet ist und das die Signalübertragung modifizierende Element (6) im Magnetfeld (8) beweglich ist, um dieses in Abhängigkeit seiner Position zu verändern. - Überwachungssystem gemäß
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das die Signalübertragung modifizierende Element (6) aus Metall hergestellt ist und insbesondere durch eine Kupplungsstange (9) gebildet wird. - Überwachungssystem gemäß einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (10) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, das aus dem vom Sensor (5) erfassten Signal das Ausmaß der Bewegung, die Geschwindigkeit der Bewegung und/oder die Beschleunigung der Bewegung der beiden Bauteile (2, 3) relativ zueinander zu ermitteln. - Überwachungssystem gemäß einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (4) und der Sensor (5) innerhalb einer gemeinsamen Aussparung (11) angeordnet sind und das die Signalübertragung modifizierende Element (6) entlang der Aussparung (11), insbesondere unmittelbar neben dieser, oder innerhalb der oder in die Aussparung (11) beweglich ist. - Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, wobei das Kuppel- und/oder Dämpfungselement wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung (1) bewegliche Bauteile (2, 3) aufweist, mit wenigstens einem Geber (4), der eingerichtet und angeordnet ist, die Bewegung der beiden Bauteile (2, 3) entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung (1) zu erfassen; dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (4) als Drehgeber ausgeführt ist und an einem Knickgelenk (12) angeschlossen ist, das ausgeführt ist eine relative Linearbewegung der beiden Bauteile (2, 3) zueinander in eine Drehbewegung umzuwandeln, wobei diese Drehbewegung mit dem Geber (4) erfasst wird.
- Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, mit wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung (1) beweglichen Bauteilen (2, 3) und einem Überwachungssystem gemäß einem der
Ansprüche 1 bis6 . - Kuppel- und/oder Dämpfungselement gemäß
Anspruch 7 mit einem Überwachungssystem gemäß einem derAnsprüche 1 bis5 , wobei die beiden Bauteile (2, 3) in der Bewegungsrichtung (1) miteinander in einem Teleskopeingriff stehen und mittels einer Verdrehsicherung (13) gegen eine Verdrehung relativ zueinander in Umfangsrichtung zu der Bewegungsrichtung (1) gesichert sind, wobei der Geber (4) und der Sensor (5) in der Verdrehsicherung (13) angeordnet sind. - Kuppel- und/oder Dämpfungselement gemäß
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (13) einen an einem der beiden Bauteile (2, 3) montierten oder durch dieses ausgebildeten Riegel (14) umfasst, der sich mit seiner Längsachse (15) in der Bewegungsrichtung (1) erstreckt und in eine sich in Richtung der Längsachse (15) erstreckenden Aussparung (16) des anderen Bauteils (2, 3) zur Ausbildung einer Hinterschneidung eingreift, wobei der Geber (4) und der Sensor (5) im oder am Riegel (14) positioniert sind und das andere Bauteil (2, 3) das die Signalübertragung modifizierende Element (6) ausbildet. - Kuppel- und/oder Dämpfungselement gemäß
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (14) die gemeinsame Aussparung (11) aufweist und sich die gemeinsame Aussparung (11) in Richtung der Längsachse (15) im Riegel (14) erstreckt.
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