-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine regenerative Energieabsorptionsvorrichtung zum Abdämpfen von im (normalen) Betrieb eines spurgeführten Fahrzeuges auftretenden Kräften, insbesondere Zug-, Stoß- und/oder Torsionskräften.
-
Die Erfindung betrifft ferner eine Kupplungs- oder Gelenkanordnung eines spurgeführten Fahrzeuges, insbesondere Schienenfahrzeuges, zum gelenkigen Verbinden zweier benachbarter Wagenkästen, wobei die Kupplungs- oder Gelenkanordnung mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung der zuvor genannten Art aufweist.
-
Aus der Schienenfahrzeugtechnik ist es allgemein bekannt, Energieverzehrvorrichtungen insbesondere als Stoßsicherung einzusetzen. In der Regel besteht eine solche Stoßsicherung aus einer Kombination einer regenerativ arbeitenden Energieabsorptionsvorrichtung/Dämpfungseinrichtung (beispielsweise in Gestalt eines Federapparates) und einer destruktiv ausgebildeten Energieverzehreinrichtung. Die regenerativ ausgebildete Energieabsorptionsvorrichtung bzw. Dämpfungseinrichtung dient dazu, die im normalen Fahrbetrieb auftretenden Zug- und Stoßkräfte abzudämpfen, während mit der destruktiv ausgebildeten Energieverzehreinrichtung das Fahrzeug insbesondere bei größeren Auffahrgeschwindigkeiten geschützt wird.
Üblicherweise ist dabei vorgesehen, dass die als Dämpfungseinrichtung dienende regenerativ ausgebildete Energieabsorptionsvorrichtung Zug- und Stoßkräfte bis zu einer definierten Größe aufnimmt und darüberhinausgehende Kräfte in das Fahrzeuguntergestell weiterleitet. Dadurch werden Zug- und Stoßkräfte, welche während des normalen Fahrbetriebs beispielsweise bei einem mehrgliedrigen Schienenfahrzeug zwischen den einzelnen Wagenkästen auftreten, in dieser regenerativ ausgebildeten Energieabsorptionsvorrichtung absorbiert.
-
Bei Überschreiten der Betriebslast der regenerativ ausgebildeten Energieabsorptionsvorrichtung hingegen, wie in etwa beim Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis oder beim abrupten Abbremsen des Fahrzeuges, oder bei einem Kupplungsvorgang mit überhöhter Geschwindigkeit, besteht die Gefahr, dass die als Dämpfungseinrichtung dienende regenerativ ausgebildete Energieabsorptionsvorrichtung und die gegebenenfalls vorgesehene Gelenk- oder Kupplungsverbindung zwischen den einzelnen Wagenkästen bzw. allgemein ausgedrückt die Schnittstelle zwischen den einzelnen Wagenkästen möglicherweise beschädigt oder sogar zerstört wird. In jedem Fall reicht die als Dämpfungseinrichtung dienende regenerativ ausgebildete Energieabsorptionsvorrichtung nicht zum Abdämpfen der insgesamt anfallenden Energie aus. Dadurch ist die regenerativ ausgebildete Energieabsorptionsvorrichtung dann nicht mehr in das Energieverzehrkonzept des Gesamtfahrzeuges eingebunden.
-
Um zu verhindern, dass in solch einem Crash-Fall die anfallende Stoßenergie direkt auf das Fahrzeuguntergestell übertragen wird, ist es aus der Schienenfahrzeugtechnik allgemein bekannt, der als Dämpfungseinrichtung dienenden regenerativ ausgebildeten Energieabsorptionsvorrichtung eine Energieverzehreinrichtung nachzuschalten. Die Energieverzehreinrichtung spricht üblicherweise nach Überschreiten der Betriebslast der als Dämpfungseinrichtung dienenden regenerativ ausgebildeten Energieabsorptionsvorrichtung an und dient dazu, die anfallende Stoßenergie zumindest teilweise zu verzehren, d.h. in beispielsweise Wärmeenergie und Verformungsarbeit umzuwandeln. Das Vorsehen einer derartigen Energieverzehreinrichtung ist aus Gründen der Entgleisungssicherheit grundsätzlich empfehlenswert, um zu verhindern, dass die in einem Crash-Fall anfallende Stoßenergie direkt auf das Fahrzeuguntergestell übertragen wird, und insbesondere um zu verhindern, dass das Fahrzeuguntergestell extremen Belastungen ausgesetzt und unter Umständen beschädigt oder gar zerstört wird.
-
Um sicherzustellen, dass in dem Energieverzehrkonzept des Gesamtfahrzeuges sowohl im normalen Fahrbetrieb auftretende Situationen als auch Crash-Situationen wirksam berücksichtigt werden können, ist dafür Sorge zu tragen, dass alle in das Energieverzehrkonzept eingebundenen Energieverzehreinrichtungen bzw. Energieabsorptionsvorrichtungen noch nicht angesprochen haben bzw. ordnungsgemäß funktionieren. Im Hinblick auf die destruktiv ausgebildeten Energieverzehreinrichtungen ist es zu diesem Zweck aus der Schienenfahrzeugtechnik beispielsweise bekannt, dass die Energieverzehrvorrichtung eine Art „Verformungsanzeige“ aufweisen kann, welche ausgelegt ist, nach bzw. beim Ansprechen der destruktiv ausgebildeten Energieverzehreinrichtung die Inanspruchnahme des Energieverzehrelements anzuzeigen. Mit einer solchen Verformungsanzeige ist es möglich, in einer einfachen Weise zu entscheiden, ob oder ob nicht das Energieverzehrelement der Energieverzehreinrichtung bereits (teilweise oder vollständig) ausgelöst hat.
-
In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die Druckschrift
EP 2 072 370 A1 verwiesen, welche eine derartige (mechanische) Verformungsanzeige für destruktiv ausgebildete Energieverzehreinrichtungen beschreibt. Die aus diesem Stand der Technik bekannte Verformungsanzeige weist eine Triggerung auf, welche bei einer plastischen Verformung des Energieverzehrelements anspricht und die Verformungsanzeige initiiert. Im Einzelnen wird in der
EP 2 072 370 A1 dem Fachmann gelehrt, als Verformungsanzeige ein Signalelement, wie beispielsweise ein Signalblech, einzusetzen, welches über ein als Triggerung dienendes Abscherelement an dem Energieverzehrelement fixiert ist, wobei das Abscherelement bei einer plastischen Verformung des Energieverzehrelements abschert und seine Haltefunktion verliert, so dass dann das Signalblech nicht mehr an dem Energieverzehrelement fixiert ist und somit leicht erkannt werden kann, dass das destruktiv ausgebildete Energieverzehrelement bereits angesprochen hat.
-
Obgleich mit einer solchen an sich bekannten Lösung sichergestellt werden kann, dass die destruktiv ausgebildeten Energieverzehreinrichtungen einer Energieverzehrvorrichtung wirksam zur Verfügung stehen und mit in das Gesamt-Energieverzehrkonzept das Fahrzeuges eingebunden sind, ist nicht sichergestellt, dass andere Komponenten der Energieverzehrvorrichtung, insbesondere regenerativ ausgebildete Energieabsorptionsvorrichtungen, auch nach einer längeren Betriebszeit noch ordnungsgemäß funktionieren. „Ordnungsgemäß funktionieren“ bedeutet in diesem Sinne, dass sich das Ansprech- und Dämpfungsverhalten der regenerativ ausgebildeten Energieabsorptionsvorrichtungen nicht oder nicht im Wesentlichen im Vergleich zur ursprünglichen Auslegung verändert hat.
-
Andererseits ist die oben im Zusammenhang mit der Druckschrift
EP 2 072 370 A1 diskutierte Lösung nicht auf regenerativ ausgebildete Energieabsorptionsvorrichtungen anwendbar, da das Ansprechen der aus diesem Stand der Technik bekannten Verformungsanzeige eine plastische Verformung des Energieverzehrelements voraussetzt, also eine nicht-regenerative Verformung. Eine solche nicht-regenerative Verformung ist bei Energieabsorptionsvorrichtungen der hierin berücksichtigten Art grundsätzlich nicht vorgesehen.
-
Auf Grundlage dieser Problemstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine regenerativ ausgebildete Energieabsorptionsvorrichtung anzugeben, bei der in einer einfach zu realisierenden Weise sichergestellt werden kann, dass bedarfsweise eine Stoßdämpfung stets nach einem vorab festgelegten oder festlegbaren Ereignisablauf stattfindet, ohne dass hierzu die einzelnen Komponenten der Energieabsorptionsvorrichtung individuell und regelmäßig zu überprüfen sind.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der dort angegebenen regenerativen Energieabsorptionsvorrichtung in den entsprechenden abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.
-
Demgemäß betrifft die Erfindung insbesondere eine regenerative Energieabsorptionsvorrichtung zum Abdämpfen von im (normalen) Betrieb eines spurgeführten Fahrzeuges auftretenden Kräften, insbesondere Zug-, Stoß- und/oder Torsionskräften, wobei die Energieabsorptionsvorrichtung mindestens eine Federeinrichtung mit einem Elastomerkörper aufweist, welcher derart ausgebildet ist, dass sich dieser bei Einleiten von Kräften in die Energieabsorptionsvorrichtung zumindest bereichsweise elastisch verformt. Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass der Elastomerkörper zumindest bereichsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, dessen spezifischer elektrischer Widerstand bei Zug- und/oder Druckbelastung variiert, wobei der Energieabsorptionsvorrichtung eine Widerstandssensoreinrichtung zugeordnet ist zum Erfassen einer elektrischen Leitfähigkeit oder eines elektrischen Widerstandes des elektrisch leitfähigen Materials.
-
Die mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbaren Vorteile liegen auf der Hand: indem der Elastomerkörper der zur Energieabsorptionsvorrichtung gehörenden Federeinrichtung zumindest bereichsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, kann das Material des Elastomerkörpers, also im übertragenen Sinne der Elastomerkörper selber als Teil einer Sensorik verwendet werden, welcher ausgebildet ist, direkt oder indirekt einen Lastwechsel, dem der Elastomerkörper unterzogen ist, zu ermitteln oder abzuschätzen. Bei diesem Lastwechsel, dem der Elastomerkörper unterzogen ist, handelt es sich insbesondere um eine auf den Elastomerkörper der Federeinrichtung wirkende mechanische Zug-, Druck- oder Torsionsspannung.
-
Demnach kann mit Hilfe der in dem Material der Energieabsorptionsvorrichtung zumindest bereichsweise oder teilweise integrierten Sensorik wirksam die Funktionsweise der Energieabsorptionsvorrichtung überwacht werden, und zwar indem beispielsweise mit Hilfe der Widerstandssensoreinrichtung über einen vorab festgelegten oder festlegbaren Zeitraum bei einer Kraftübertragung über die Energieabsorptionsvorrichtung auftretende Belastungen des Elastomerkörpers erfasst werden. Daraus kann ein Gesamt-Lastwechsel oder eine Gesamt-Belastung des Elastomerkörpers oder andere Komponenten der Energieabsorptionsvorrichtung ermittelt werden. Insbesondere kann dann eine, eine Wartung und/oder einen Austausch des Elastomerkörpers oder einer anderen Komponente der Energieabsorptionsvorrichtung betreffende Information in Abhängigkeit von dem ermittelten Gesamt-Lastwechsel und/oder der ermittelten Gesamt-Belastung ausgegeben werden.
-
Alternativ oder zusätzlich ist es mit der Widerstandssensoreinrichtung möglich, beim Betrieb der Energieabsorptionsvorrichtung unter Umständen auftretenden Degenerationen des (Elastomer-)Materials des Elastomerkörpers frühzeitig zu erkennen.
-
Insbesondere kann somit mit der Widerstandssensoreinrichtung und dem elektrisch leitfähigen Material des Elastomerkörpers, der Teil einer Sensorik darstellt, wirksam das Auftreten von Betriebszuständen erfasst werden, welche zu einer insbesondere nicht unmittelbar ersichtlichen Be- oder Vorschädigung der regenerativen Energieabsorptionsvorrichtung führen. Insbesondere kann aufgrund des Vorsehens dieser Sensorik (Widerstandssensoreinrichtung in Kombination mit dem elektrisch leitfähigen Material des Elastomerkörpers) auf eine Sichtprüfung bei der Überwachung der regenerativ ausgebildeten Energieabsorptionsvorrichtung verzichtet werden.
-
Darüber hinaus sind mit der Widerstandssensoreinrichtung und dem elektrisch leitfähigen Material des Elastomerkörpers wirksam etwaige Abnutzungen oder Vorschädigungen von anderen Komponenten insbesondere der Energieabsorptionsvorrichtung erfassbar, wie insbesondere Abnutzungen von weiteren in der Energieabsorptionsvorrichtung zum Einsatz kommenden regenerativ ausgebildeten Dämpfungselementen, wie beispielsweise Elastomerlager. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da - wie auch der Elastomerkörper der Energieabsorptionsvorrichtung - diese Komponenten in der Regel nicht frei zugänglich sind und somit eine Überprüfung durch Sichtprüfung sehr aufwendig wäre.
-
Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Lösung frühzeitig und zuverlässig eine Vorschädigung von Komponenten der Energieabsorptionsvorrichtung erkannt und signalisiert werden, um dadurch mögliche Folgeschäden und damit verbundene Ausfälle des Gesamtsystems durch nichtplanmäßige Instandhaltungsmaßnahmen zu vermeiden. Die hierzu zum Einsatz kommende Sensorik in Gestalt der Widerstandssensoreinrichtung in Kombination mit dem elektrisch leitfähigen Material des Elastomerkörpers zeichnet sich durch einen kompakten und kostengünstigen Aufbau aus, so dass eine freie Zugänglichkeit der zu überwachten Bauteile der Energieabsorptionsvorrichtung und insbesondere des Elastomerkörpers der Energieabsorptionsvorrichtung, nicht mehr notwendig ist.
-
Zudem kann eine On-Board-Diagnose realisiert werden, um dem Fahrzeugsystem eine frühzeitige Diagnose zu ermöglichen und die Wartung zu vereinfachen. Bei einer solchen On-Board-Diagnose erfolgt vom Fahrzeugsystem eine automatische Abfrage der Widerstandssensoreinrichtung bzw. einer der Widerstandssensoreinrichtung zugeordneten Auswerteeinrichtung.
-
Dadurch, dass mit Hilfe der Widerstandssensoreinrichtung eine elektrische Leitfähigkeit oder ein elektrischer Widerstand des elektrisch leitfähigen Materials des Elastomerkörpers erfasst wird, wobei diese Daten anschließend einer weiteren Auswertung zu Grunde gelegt werden, kann insbesondere auch auf externe Sensoren, insbesondere Dehnungssensoren (Dehnungsmessstreifen oder Dehnungsaufnehmer) verzichtet werden. Insbesondere ist es mit der vorliegenden Erfindung nicht mehr erforderlich, entsprechende Sensoren an bestehende Strukturen von außen zu befestigen, wie beispielsweise anzuschrauben, in Folge dessen in struktureller Hinsicht die Komponenten und insbesondere der Elastomerkörper der Energieabsorptionsvorrichtung verändert werden müsste. Auch beeinflusst das elektrisch leitfähige Material des Elastomerkörpers, welches im übertragenen Sinne die Funktion eines Dehnungssensors übernimmt, nicht die Dämpfungseigenschaft des Elastomerkörpers, so dass die dynamischen Eigenschaften des Elastomerkörpers unangetastet bleiben.
-
Zur Ausbildung des elektrisch leitfähigen Bereichs im Material des Elastomerkörpers kommen verschiedene Lösungen in Frage. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige Material bzw. der elektrisch leitfähige Bereich im Material des Elastomerkörpers durch mindestens ein insbesondere metall- oder kohlenstoffbasiertes Füllstoffnetzwerk in einem Polymermaterial gebildet wird. Das Füllstoffnetzwerk wird insbesondere durch metall- oder kohlenstoffbasierte Füllstoffpartikel gebildet, die in einer Matrix des Polymermaterials aufgenommen sind. Dabei ist es von Vorteil, dass das Polymermaterial des elektrisch leitfähigen Materials mit einem Polymermaterial übereinstimmt, aus welchem der Elastomerkörper gebildet ist. Auf diese Weise wird durch die Integration der „Sensorik“ in den Elastomerkörper das dynamische Dämpfungsverhalten des Elastomerkörpers nicht beeinflusst.
-
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird weitestgehend auf das Hinzufügen von separaten, aktiven und/oder passiven Bauelementen zu der Energieabsorptionsvorrichtung verzichtet. Das Ausbilden eines elektrisch leitfähigen Bereiches in dem Material des Elastomerkörpers erfordert keine elektrische Infrastruktur, die den besonderen Bedingungen im Fahrbetrieb angepasst sein und beispielsweise lokalen Deformationen mit einer hohen Anzahl von Wiederholungen sowie Temperaturbereichen zwischen minus 50° bis +50° widerstehen muss.
-
Natürlich ist es möglich, dem elektrisch leitfähigen Material im Elastomerkörper mit rußbeschichteten Fäden, Rußdispersionen (Ruß-Tinte, Ruß-Paste, rußhaltige Lösungen), Fäden, die mit Ruß-Tinte oder Ruß-Pasta benetzt wurden, leitende (vernetzte) Gummifäden oder ähnliche Elemente einzusetzen. Allerdings wird das dynamische Verhalten des Elastomerkörpers vollständig unangetastet gehalten, wenn leitende Füllstoffe, wie CNT (=Carbon Nanotubes), Graphen, Grafit oder Metallpulver, insbesondere Amorphiszinnoxid, in das Polymermaterial des Elastomerkörpers eingebettet werden.
-
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden leitfähige Materialien wie Ruß, Grafit, Carbon, Carbon Nanotubes, Kupfer, Gold, Silber, etc. in die Polymermatrix eingearbeitet. Ab einem bestimmten Füllgrad bilden diese Polymere ein elektrisch leitfähiges Netzwerk. Wird das Polymermaterial einer Zugbelastung oder Druckbelastung ausgesetzt, so ändert sich der Widerstand aufgrund der Querschnittsverengung und der Veränderung der Partikelverteilung in der Polymermatrix. Durch diesen Aufbau können verschiedene Ausdehnungen des Elastomerkörpers gemessen werden. Untersuchungen haben in diesem Bereich ergeben, dass das elastische und elektrisch leitfähige Material des Elastomerkörpers als Sensormaterial zur Feststellung und Messung von Zugbelastung oder Druckbelastung eingesetzt werden kann. Die sensorischen Eigenschaften verbessern sich bei zunehmenden Füllgrad des Polymermaterials, obgleich sich die mechanischen Eigenschaften des ursprünglichen Polymermaterials verschlechtern.
-
Aus diesem Grund ist es von Vorteil, wenn nicht das gesamte Polymermaterial des Elastomerkörpers mit entsprechenden leitfähigen Partikeln versetzt wird, sondern nur einzelne Bereiche des Polymermaterials mit einem entsprechenden Füllstoffnetzwerk versehen werden. In vorteilhafter Weise liegen diese Bereiche in einem Bereich des Elastomerkörpers, durch den beim Abdämpfen von im Betrieb des spurgeführten Fahrzeuges mindestens ein vorab berechneter Lastpfad verläuft. Die sensorischen Eigenschaften dieses elektrisch leitfähigen Bereiches des Elastomerkörpers werden dann mit der Widerstandssensoreinrichtung ausgenutzt, um entsprechende Daten, die indikativ für einen auf den Elastomerkörper einwirkenden bzw. eingewirkten Lastwechsel und/oder indikativ auf eine Degeneration des Materials des Elastomerkörpers sind.
-
Gemäß Realisierungen der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Widerstandssensoreinrichtung ausgebildet ist, die elektrische Leitfähigkeit und/oder den elektrischen Widerstand zwischen mindestens zwei Messpunkten im elektrisch leitfähigen Material des Elastomerkörpers zu erfassen, wobei hierzu die Widerstandssensoreinrichtung mindestens einen vorzugsweise potenzialfrei arbeitenden Messaufnehmer aufweist. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass die vorzugsweise potenzialfrei arbeitenden Messaufnehmer derart angeordnet sind, dass der elektrische Widerstand bzw. die elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitfähigen Materials im Elastomerkörper über verschiedene Raumachsen bestimmt wird, um so eine Aussage über Zugbelastungen oder Druckbelastungen bzw. Dehnungsbelastungen des Elastomerkörpers in unterschiedlichen Raumachsen erhalten zu können.
-
Die Widerstandssensoreinrichtung weist in bevorzugter Weise eine insbesondere kabellos arbeitende Schnittstelleneinrichtung auf, über welche von der Widerstandssensoreinrichtung erfasste und optional ausgewertete Daten vorzugsweise über einen Fernzugriff zumindest teilweise auslesbar sind.
-
So ist es beispielsweise denkbar, dass der Widerstandssensoreinrichtung eine entsprechende Auswerteeinrichtung zugeordnet ist, welche ausgebildet ist, die von der Widerstandssensoreinrichtung erfassten Daten bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstandes entsprechend auszuwerten. Zum Auswerten der ermittelten Leitfähigkeits- bzw. Widerstandsdaten werden gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diese Messdaten mit entsprechenden Bezugsdaten verglichen, wobei die Bezugsdaten vorzugsweise im Rahmen einer Kalibrierung zuvor aufgenommen wurden. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass sich beispielsweise durch mechanischen Verschleiß des Elastomerkörpers die Dehnungseigenschaften und damit die Dämpfungseigenschaften des Elastomerkörpers ändern und von einem idealen Zustand (Soll-Zustand) abweichen. Der Grad bzw. das Ausmaß der Änderung bzw. der Abweichung von dem Soll-Zustand kann dann als Indiz für eine fehlerhafte Funktionsweise des Elastomerkörpers bzw. für einen Verschleiß des Elastomerkörpers dienen.
-
Potenzielle Abweichungen der Funktionsweise des überwachten Elastomerkörpers bzw. ein potenzieller Verschleiß des Elastomerkörpers werden somit durch die Widerstandssensoreinrichtung und dem elektrisch leitfähigen Bereich des Materials des Elastomerkörpers, der als Sensormaterial dient, detektiert und Abweichungen von einem erwarteten Soll-Zustand werden entweder über Fehlermeldungen an den Betreiber des spurgeführten Fahrzeuges oder über eine Remote-Control-Schnittstelle an einen zuständigen Wartungsservice, insbesondere Fernwartungsservice, übermittelt.
-
Die Fernwartung (Remote Maintenance) von Komponenten eines spurgeführten Fahrzeuges gewinnt beim Support der Hard- und Software von Zulieferern in der Schienenfahrzeugtechnik zunehmend an Bedeutung. Durch die immer stärkere Vernetzung der Steuersysteme über das Internet, dem Aufbau von firmeninternen Intranets und herkömmliche Telekommunikationswege (ISDN, Telefon, etc.) erweitern sich die Möglichkeiten der direkten Unterstützung im Support. Nicht zuletzt wegen der Einsparungsmöglichkeiten bei Reisekosten und die bessere Ressourcennutzung (Personal und Technik) werden Produkte der Fernwartung zur Kostensenkung in Unternehmen genutzt. Fernwartungsprogramme ermöglichen es dem entfernt sitzenden Servicetechniker, direkt auf den überwachten Elastomerkörper bzw. Komponenten der Energieabsorptionsvorrichtung zuzugreifen und deren Status abzufragen, um vorausschauende Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise Wartungsintervalle, einzuplanen und durchzuführen.
-
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist der Widerstandssensoreinrichtung eine Speichereinrichtung zugeordnet zum Speichern von insbesondere im Betrieb des Schienenfahrzeuges in dem Elastomerkörper eingeleiteten Dehnungen, Stauchungen und Scherbeanspruchungen bzw. anderer relevanten Informationen und Daten, wobei die Speichereinrichtung insbesondere ausgebildet ist, vorzugsweise alle mit der Widerstandssensoreinrichtung erfassten Daten und Informationen zumindest für eine vorab festgelegte oder festlegbare Zeitperiode dauerhaft zu speichern. Dabei bietet es sich an, dass die Speichereinrichtung ausgebildet ist, vorzugsweise über einen Fernzugriff zumindest teilweise auslesbar zu sein.
-
Indem in Hinblick auf den Betrieb des überwachten Elastomerkörpers relevante Informationen und Daten und insbesondere Dehnungen, Stauchungen und Scherbeanspruchungen des Elastomerkörpers im Betrieb des Schienenfahrzeuges gespeichert werden, kann der entsprechende Betrieb und die Belastung des Elastomerkörpers dokumentiert werden, um so auch Wartungsintervalle vorhersagend einplanen zu können.
-
Insbesondere ist gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Widerstandssensoreinrichtung eine Speichereinrichtung zugeordnet ist zum Dokumentieren von über einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Zeitraum bei einer Kraftübertragung auftretenden Belastungen (Dehnungen, Stauchungen und Scherbeanspruchungen in unterschiedlichen Raumrichtungen) des Elastomerkörpers zu dokumentieren. Es bietet sich in diesem Zusammenhang an, dass eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, um einen Gesamt-Lastwechsel und/oder eine Gesamt-Belastung des Elastomerkörpers zu ermitteln, und zwar auf Grundlage der dokumentierten Belastungen. In diesem Zusammenhang sollte die Auswerteeinrichtung ferner ausgebildet sein, eine eine Wartung und/oder einen Austausch des Elastomerkörpers bzw. einer anderen Komponente der Energieabsorptionsvorrichtung betreffende Information in Abhängigkeit von dem ermittelten Gesamt-Lastwechsel und/oder der ermittelten Gesamt-Belastung auszugeben.
-
Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass Komponenten der Energieabsorptionsvorrichtung, wie beispielsweise der Elastomerkörper, ausgetauscht oder gewartet werden müssen, wenn sich die ertragbaren Belastungen bis zu einem fest definierten Wert aufsummiert haben. Bislang erfolgt eine Überprüfung oder Wartung über eine Dokumentation der jährlichen Lastwechsel, was in der Regel auf einer Schätzung basiert. Darin liegt eine große Ungenauigkeit, da tatsächlich nicht genau bekannt ist, wie viele Lastwechsel wirklich stattgefunden haben und wie hoch dabei die Beanspruchung war.
-
Mit der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise das Lastkollektiv mitgeschrieben werden, was einen größeren Ausnutzungsgrad der Komponenten der Energieabsorptionsvorrichtung bzw. des Elastomerkörpers ermöglicht. Dadurch kann insbesondere die Lebensdauer der Komponenten der Energieabsorptionsvorrichtung erhöht werden. Ferner ist es möglich, dass schon vorher erkannt wird, wann und welche Komponenten der Energieabsorptionsvorrichtung ausgetauscht werden müssen. Dadurch kann ein entsprechender Ersatz vorab beschafft werden und die Ausfallzeiten werden minimiert und die Prozesssicherheit deutlich erhöht.
-
In diesem Zusammenhang ist es grundsätzlich denkbar, dass der Auswerteeinrichtung mindestens eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere in Gestalt eines Displays und/oder mindestens einer Lichtquelle, zugeordnet ist zum optischen Anzeigen des ermittelten Gesamt-Lastwechsels und/oder der ermittelten Gesamt-Belastung und/oder entsprechenden Informationen diesbezüglich.
-
Alternativ oder zusätzlich bietet es sich an, dass die Auswerteeinrichtung eine digitale Schnittstelle aufweist, insbesondere eine Modbus-, CAN-, CANopen-, 10-Link- und/oder Ethernet-kompatible Schnittstelle, um mit einer externen Vorrichtung entsprechend kommunizieren zu können. Auf diese Weise kann insbesondere eine On-Board-Diagnose realisiert werden, um dem Fahrzeugsystem eine frühzeitige Diagnose zu ermöglichen und eine Wartung zu vereinfachen. Bei einer solchen On-Board-Diagnose erfolgt vom Fahrzeugsystem vorzugsweise eine automatische Abfrage der Auswerteeinrichtung oder der entsprechenden Widerstandssensoreinrichtung.
-
Der mindestens eine Bereich aus dem elektrisch leitfähigen Material ist vorzugsweise in einem Bereich des Elastomerkörpers ausgebildet, welcher im Betrieb des spurgeführten Fahrzeuges sich oft wiederholende Dehnungen, Stauchungen und/oder Scherbeanspruchungen ausgesetzt ist.
-
Wie bereits ausgeführt, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass der Bereich mit dem elektrisch leitfähigen Material durch mindestens ein insbesondere metall- oder kohlenstoffbasiertes Füllstoffnetzwerk in einem Polymermaterial gebildet wird, wobei hierzu insbesondere metall- oder kohlenstoffbasierte Füllstoffpartikel zum Einsatz kommen, die in einer Matrix des Polymermaterials aufgenommen sind. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden als Füllstoffe unterschiedliche elektrisch leitfähige Kohlenstoffallotrope eingesetzt, die sich in ihren geometrischen Strukturen unterscheiden können. Beispielsweise kann als Füllstoff Ruß (engl.: Carbon Black, CB) verwendet werden, der typischerweise aus nahezu kugelförmigen Partikeln von 50 nm Durchmesser besteht. Die Ausdehnung liegt in allen drei Dimensionen im Nanometer-Bereich. Andererseits können alternativ oder zusätzlich hierzu Kohlenstoffnanoröhrchen (engl.: Carbon Nanotubes, CNT) als Füllstoff verwendet werden, die der Form eines Zylinders gleichen, und die einen Radius im Bereich von wenigen Nanometern und eine Länge, die im Mikrometer-Bereich liegt, aufweisen. Als weiterer Füllstoff können Graphen-Nanoplättchen (engl.: Graphene Nanoplatelets, GNT) eingesetzt werden, deren Struktur einem Plättchen ähnelt. Die Dicke liegt dabei im Bereich von wenigen Nanometern, während die laterale Ausdehnung der Plättchen im Mikrometer-Bereich liegt.
-
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es selbstverständlich aber auch denkbar, wenn zumindest bereichsweise das Füllstoffnetzwerk gebildet wird durch in Elastomermaterial des Elastomerkörpers eingebettete Textile und metallische Festigkeitsträger, welche mit einer elektrisch leitfähigen Faser oder einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen sind. In diesem Fall können diese im Elastomermaterial bereits integrierten Textile und metallische Festigkeitsträger als elektrische Leiterbahnen genutzt werden.
-
Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung kann insbesondere Teil einer Kupplungs- oder Gelenkanordnung eines spurgeführten Fahrzeuges sein, wobei diese Kupplungs- oder Gelenkanordnung zum gelenkigen Verbinden zweier benachbarter Wagenkästen dient. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Verwendung der Energieabsorptionsvorrichtung in einer Dämpfungsanordnung, beispielsweise in einem Seitenpuffer eines spurgeführten Fahrzeuges.
-
Bei diesen Anwendungen ist es durch das Vorsehen der Widerstandssensoreinrichtung und dem in dem Material des Elastomerkörpers ausgebildeten Sensormaterial (dem elektrisch leitfähigen Bereich) möglich, die Funktionsweise der Kupplungs- oder Gelenkanordnung bzw. der Dämpfungsanordnung in intelligenter Weise zu überwachen.
-
Hierbei wird mit Hilfe der Widerstandssensoreinrichtung über einen vorab festgelegten oder festlegbaren Zeitraum bei einer Kraftübertragung auftretende Belastungen des Elastomerkörpers erfasst und vorzugsweise daraus ein Gesamt-Lastwechsel oder eine Gesamt-Belastung ermittelt, wobei eine eine Wartung und/oder einen Austausch einer Komponente der Energieabsorptionsvorrichtung betreffende Information in Abhängigkeit von dem ermittelten Gesamt-Lastwechsel und/oder in Abhängigkeit der ermittelten Gesamt-Belastung ausgegeben wird.
-
Um einen möglichst autarken Betrieb der Widerstandssensoreinrichtung zu ermöglichen, und um insbesondere aufwendige Verkabelungen der Widerstandssensoreinrichtung mit dem Fahrzeugkörper zu verhindern, ist insbesondere vorgesehen, dass die Widerstandssensoreinrichtung ausgebildet ist, nur bei vorab festgelegten oder festlegbaren Zeiten und/oder Ereignissen (beispielsweise während eines Kupplungsvorganges) eine elektrische Leitfähigkeit oder einen elektrischen Widerstand des elektrisch leitfähigen Bereiches in dem Elastomermaterial zu erfassen. Beispielsweise ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass die Widerstandssensoreinrichtung aktiviert (getriggert) wird, sobald über eine entsprechende Sensorik das Einleiten einer einen vorab festgelegten Schwellwert überschreitenden Kraft in die Energieabsorptionsvorrichtung erfasst wird.
-
Auf diese Weise kann der Verbrauch von elektrischer Energie durch die Widerstandssensoreinrichtung minimiert werden.
-
Gemäß Weiterbildungen insbesondere des zuletzt genannten Aspekts weist die Widerstandssensoreinrichtung mindestens einen Generator, insbesondere einen Nanogenerator auf, um das Konzept des „Energy Harvesting“ umzusetzen. Mit diesem Generator, insbesondere Nanogenerator, kann die Widerstandssensoreinrichtung zumindest einen Teil der beim Betrieb der Widerstandssensoreinrichtung von dieser benötigten elektrischen Energie aus der unmittelbaren Umgebung der Widerstandssensoreinrichtung gewonnen werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass mit Hilfe des Nanogenerators aus einer Vibration des Elastomerkörpers entsprechende elektrische Energie gewonnen wird. Zweckmäßigerweise kann zur Übertragung der von der Widerstandssensoreinrichtung gewonnen Informationen an die nächstliegende Datenschnittstelle vorteilhaft eine Low-Power Near-Field-Communication (NFC-)Lösung, beispielsweise ZigBee oder Bluetooth LE oder andere geeignete Standards verwendet werden
-
Mit diesem Aspekt ist eine vollkommen drahtlose Realisierung der Widerstandssensoreinrichtung denkbar, wobei Einschränkungen durch kabelgebundene Stromversorgung oder Batterien und/oder kabelgebundene Kommunikationstechniken vermieden werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben.
-
Es zeigen:
- 1 schematisch und in einer isometrischen Ansicht eine erste Ausführungsform einer Kupplungsanlenkung für eine Mittelpufferkupplung eines spurgeführten Fahrzeuges, insbesondere Schienenfahrzeuges, wobei in dieser Kupplungsanlenkung eine exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung zum Einsatz kommt;
- 2 die Kupplungsanlenkung gemäß 1 in einer Seitenschnittansicht;
- 3 schematisch und in einer Seitenschnittansicht eine zweite Ausführungsform einer Kupplungsanlenkung für einen Wagenkasten eines mehrgliedrigen Fahrzeuges mit einer exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung;
- 4 schematisch und in einer isometrischen Ansicht die bei der Kupplungsanlenkung gemäß 3 zum Einsatz kommende Energieabsorptionsvorrichtung („Sphärolager“);
- 5 schematisch und in einer Schnittansicht die Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 4;
- 6 das Schaltbild einer exemplarischen Ausführungsform einer Widerstandssensoreinrichtung der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung; und
- 7 schematisch eine weitere Ausführungsform einer Widerstandssensoreinrichtung mit Auswerteeinrichtung und Schnittstelleneinrichtung der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung.
-
In 1 ist schematisch und in einer isometrischen Ansicht eine Kupplungsanlenkung 10 einer Mittelpufferkupplung für Schienenfahrzeuge gezeigt, wobei in dieser Kupplungsanlenkung 10 eine exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung zum Einsatz kommt. Die Darstellung in 2 zeigt die Kupplungsanlenkung 10 gemäß 1 in einer Seitenschnittansicht.
-
In der dargestellten Kupplungsanlenkung 10 ist eine Energieabsorptionsvorrichtung integriert, welche insgesamt drei Federeinrichtungen mit jeweils einem ringförmigen Elastomerkörper 1 aufweist. Diese ringförmigen Elastomerkörper 1 der Federeinrichtungen sind derart ausgelegt, dass Zug- und Stoßkräfte bis zu einer definierten Größe aufgenommen und darüberhinausgehende Kräfte über den Lagerbock 11 in das Fahrzeuguntergestell weitergeleitet werden.
-
Die in 1 und 2 dargestellte Kupplungsanlenkung 10 umfasst den hinteren Teil einer Kupplungsanordnung und dient dazu, den Kupplungsschaft 15 einer Mittelpufferkupplung über den Lagerbock 11 an einer (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Anschraubplatte eines Wagenkastens horizontal schwenkbar anzulenken.
-
Da bei der in 1 und 2 dargestellten Kupplungsanlenkung 10 die als Dämpfungseinrichtung dienende regenerative Energieabsorptionsvorrichtung mit den ringförmigen Elastomerkörpern 1 innerhalb des Lagerbockes 11 aufgenommen ist, weist der Lagerbock 11 eine im Hinblick auf die ringförmigen Elastomerkörper 1 angepasste Konfiguration auf. Im Einzelnen weist der Lagerbock 11 eine Käfig- bzw. Gehäusestruktur 16 auf, mit welcher die Lagerschalen des Lagers mit einem vertikal verlaufenden Flansch verbunden sind.
-
Im Betrieb der Kupplungsanlenkung 10 werden über den Kupplungsschaft 15 Zug- oder Druckkräfte in die Energieabsorptionsvorrichtung eingeleitet. Im Einzelnen bewegt sich bei Einleiten von Zug- oder Druckkräften der Kupplungsschaft 15 relativ zu der Käfig- bzw. Gehäusestruktur 16 des Lagerbockes 11, wobei dabei die Elastomerkörper 1 der Energieabsorptionsvorrichtung entsprechend deformiert werden, um die übertragenen Zug- oder Druckkräfte abzudämpfen.
-
Wie in 2 schematisch angedeutet, ist bei dieser exemplarischen Ausführungsform ein Elastomerkörper 1 der in der Käfig- bzw. Gehäusestruktur 16 des Lagerbockes 11 aufgenommenen Energieabsorptionsvorrichtung bereichsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material 2 gebildet, wobei dieser Bereich als Sensormaterial dient. Das elektrisch leitfähige Material 2 des Elastomerkörpers 1 ist derart ausgebildet, dass sein spezifischer elektrischer Widerstand bzw. seine elektrische Leitfähigkeit bei Zug- und/oder Druckbelastung des Bereiches aus dem elektrisch leitfähigen Material 2 variiert.
-
In vorteilhafter Weise ist der elektrisch leitfähige Bereich 2 des Elastomerkörpers 1 durch ein Füllstoffnetzwerk, welches metall- oder kohlenstoffbasierte Füllstoffpartikel aufweist, gebildet. Das Füllstoffnetzwerk bzw. die Füllstoffpartikel sind in einer Matrix des Polymermaterials aufgenommen, aus welchem auch der übliche Bereich des Elastomerkörpers 1 gebildet ist.
-
Obgleich es der schematischen Darstellung in 2 nicht unmittelbar entnommen werden kann, ist der mindestens eine elektrisch leitfähige Bereich 2 des Materials des Elastomerkörpers 1 in einem Bereich des Elastomerkörpers 1 ausgebildet, in welchem bei Druck- oder Zugübertragung bzw. Einleitung in die Energieabsorptionsvorrichtung ein Lastpfad vorzugsweise in einer bestimmten Raumrichtung verläuft.
-
Die elektrische Leitfähigkeit bzw. der elektrische Widerstand des als Sensormaterial dienenden Bereiches 2 des Elastomerkörpers 1 wird mit Hilfe einer Widerstandssensoreinrichtung 3 gemessen bzw. erfasst. Hierzu weist die Widerstandssensoreinrichtung 3 mindestens einen vorzugsweise potentialfrei arbeitenden Messaufnehmer auf. Eine Ausführungsform einer solchen Widerstandssensoreinrichtung 3 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Darstellung in 5 näher beschrieben.
-
In 3 ist in einer schematischen Längsschnittansicht eine weitere exemplarische Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung gezeigt. Im Einzelnen zeigt 3 schematisch und in einer Seitenschnittansicht eine Kupplungsanlenkung 10 mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung. In diesem Fall ist die Energieabsorptionsvorrichtung als Sphärolager 13 ausgebildet.
-
Im Einzelnen umfasst die Kupplungsanlenkung 10 gemäß 3 einen an einer Stirnseite eines Wagenkastens im Wesentlichen starr angebrachten Lagerbock 11 sowie eine Gelenkanordnung 12, welche eine regenerative Energieabsorptionsvorrichtung in Gestalt eines Sphärolagers und einen vertikal verlaufenden Schwenkbolzen 14 aufweist. Die Gelenkanordnung 12 dient dazu, eine Kupplungsstange 15 mit dem Lagerbock 11 gelenkig zu verbinden, wobei der wagenkastenseitige Endabschnitt der Kupplungsstange 15 über die Gelenkanordnung 12 derart mit dem Lagerbock 11 verbunden ist, dass zumindest teilweise eine horizontale und vertikale Bewegung der Kupplungsstange 15 relativ zum Lagerbock 11 möglich ist.
-
Im Einzelnen ist ein horizontales Verschwenken der Kupplungsstange 15, d.h. ein Verschwenken der Kupplungsstange 15 innerhalb der horizontalen Kupplungsebene, durch das Vorsehen des vertikal zur horizontalen Kupplungsebene verlaufenden Schwenkbolzens 14 möglich. Durch den Schwenkbolzen 14 läuft die vertikale Mittenlängsachse, welche senkrecht auf der horizontalen Kupplungsebene steht. Der Schnittpunkt zwischen der Mittenlängsachse und der horizontalen Kupplungsebene bezeichnet den Drehpunkt, um welchen die Kupplungsstange 15 relativ zu dem im Wesentlichen starr an dem Wagenkasten angeflanschten oder andersartig befestigten Lagerbock 11 horizontal oder vertikal verschwenkbar ist.
-
In der Gelenkanordnung 12 der in 3 dargestellten Ausführungsform ist eine regenerative Energieabsorptionsvorrichtung vorgesehen, welche dazu dient, die im normalen Fahrbetrieb über die Kupplungsstange 15 eingeleiteten Zug- oder Druckkräfte abzudämpfen. Die Energieabsorptionsvorrichtung ist Teil eines Sphärolagers 13 und weist eine Federeinrichtung mit einem Elastomerkörper 1 auf, welcher derart ausgebildet ist, dass sich diese bei Einleiten von Kräften in die Energieabsorptionsvorrichtung zumindest teilweise elastisch verformt.
-
Eine Ausführungsform des bei der Gelenkanordnung 12 gemäß 3 zum Einsatz kommenden Sphärolagers 13 ist in einer schematischen und isometrischen Ansicht in 4 und in einer entsprechenden Schnittansicht in 5 gezeigt.
-
Wie es insbesondere der Schnittansicht gemäß 5 entnommen werden kann, ist der Elastomerkörper 1 der Energieabsorptionsvorrichtung bereichsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material 2 gebildet. Wie auch bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß 1 bzw. 2 ist der elektrisch leitfähige Bereich 2 des Materials des Elastomerkörpers 1 derart ausgebildet, dass sein spezifischer elektrischer Widerstand bzw. seine elektrische Leitfähigkeit bei Zug- und/oder Druckbelastung variiert.
-
Dem Elastomerkörper 1 gemäß 5 ist ferner eine Widerstandssensoreinrichtung 3 zugeordnet, mit Hilfe welcher eine elektrische Leitfähigkeit oder ein elektrischer Widerstand des elektrisch leitfähigen Materialbereiches 2 des Elastomerkörpers 1 erfasst werden kann.
-
Eine Ausführungsform der Widerstandssensoreinrichtung 3 wird anschließend unter Bezugnahme auf das Schaltdiagramm gemäß 6 näher beschrieben.
-
Die in 6 schematisch mit Hilfe eines Schaltdiagramms bzw. Ersatzschaltbildes gezeigte Widerstandssensoreinrichtung 3 dient dazu, die Leitfähigkeit bzw. den elektrischen Widerstand zwischen mindestens zwei Punkten im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 2 des Elastomerkörpers 1 durch einen dedizierten Messaufnehmer zu erfassen. Dies kann beispielsweise durch eine bezugspotentialfrei differenziell messende Anordnung nach 6 erfolgen.
-
Die optimale Lage der Messpunkte im Elastomermaterial 2 muss jeweils in Abhängigkeit der Geometrie des Elastomerkörpers 1 bestimmt werden. Der Messbereich der Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstandes (Rm) des als Sensormaterial dienenden elektrisch leitfähigen Elastomerkörpermaterials ist in Abhängigkeit der vorliegenden Elastomermischung festzulegen. Die Frequenzbandbreite des ermittelten Signals u(t) wird im Wesentlichen durch die Bandbreite der auftretenden mechanischen (dynamischen) Belastung bestimmt.
-
Um den Änderungsbereich der elektrischen Leitfähigkeit einzugrenzen, sind unter Maßgabe der zusätzlich einzuhaltenden mechanischen Eigenschaften der jeweiligen Elastomer- bzw. Gummimischung auch Änderungen in der Zusammensetzung bzw. im Herstellungsprozess des Elastomers denkbar. Hiermit ließen sich in gewissen Grenzen sogar die Kennwerte der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit der auftretenden mechanischen Belastung einstellen.
-
Da unter Umständen die absoluten Werte der Leitfähigkeit des elektrisch leitfähigen Bereiches des Elastomerkörpers 1 stark streuen können, ist es zweckmäßig, nach einem Kalibrierprozess nur die Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstandes Rm zu erfassen. Der Kalibrierprozess soll hierbei neben der mechanischen Grundstellung (Ruhelage) auch die spezifizierten Endlagen des betreffenden Gesamtsystems (bei Zugkupplungen: die betrieblichen Seiten und Höhenauslenkungen) beinhalten. Die Größe bzw. der Betrag der Widerstandsänderung kann dann ein Maß der auftretenden mechanischen Belastung des eingebauten Elastomerkörpers 1 sein.
-
Bei Anordnung von mehreren Messaufnehmern, zum Beispiel in sinnvoll gewählten Raumachsen, ist es zudem denkbar, einen Vektor (Betrag und Richtung) der mechanischen Belastung bzw. des Auslenkwinkels der verbauten Komponente zu ermitteln.
-
Veränderungen des Widerstandswertes Rm in der mechanischen Grundstellung (Ruhelage) lassen unter Umständen direkt auf eine Gefügeänderung des Elastomermaterials, eine Änderung der Umgebungstemperatur oder auf Alterung des Elastomermaterials schließen.
-
Um die Messanordnung vorteilhaft zu gestalten, ist es denkbar, diese vollständig in Form eines miniaturisierten „Elastomersensors“ mit Auswerteeinrichtung 4, Energieversorgung und insbesondere kabelloser Datenübertragung 5 (zum Beispiel NFC) entsprechend 6 unmittelbar am oder im Elastomerkörper 1 bzw. an dessen Oberfläche schon im Herstellungsprozess zu integrieren. Die Kommunikation erfolgt dann zu einem in der Nähe angeordneten Empfänger. Dies hätte den Vorteil, dass keine aufwendige Verkabelung des Messaufnehmers hin zur Auswerteeinrichtung 4 notwendig wäre.
-
Als bevorzugte Ausführungsform wird die Anwendung der Erfindung in einem Sphärolager 13 in einer automatischen Zugkupplung gesehen, da Änderungen der mechanischen Belastung bzw. Auslenkungen des gelagerten Bauteils (zum Beispiel der Kupplungsstange 15) sogar in mehreren Raumachsen möglich sind.
-
Für den praktischen Betrieb der Widerstandssensoreinrichtung 3 ist es vorteilhaft, die Widerstandssensoreinrichtung 3 nur zu bestimmten diskreten Zeitpunkten messen zu lassen, um den Energiebedarf zu begrenzen. Denkbar ist auch, die Messung durch ein externes Ereignis auszulösen, wie beispielsweise Kuppelvorgänge, Traktion/Bremsvorgänge des spurgeführten Fahrzeuges, Kurvenfahrten in Gleisbögen oder bei Integration eines zusätzlichen Inertialgebers (Beschleunigung) in den Sensor bei Druck-/Zug im Kuppelstrang.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Elastomersensors wäre es auch, wenn die benötigte Energie zum Betrieb aus der Eigenbewegung (Walken) des Gummimaterials mittels Energy-Harvesting gewonnen werden könnte.
-
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass durch das Vorsehen von leitfähigen Füllstoffen in dem Elastomermaterial des Elastomerkörpers 1 elektrisch leitfähige Bereiche 2 im Elastomerkörper 1 ausgebildet werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird die spezifische Eigenschaft des elektrisch leitfähigen Bereiches 2 des Elastomerkörpers 1 nutzbar gemacht, und zwar indem über eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit bei mechanischer Belastung im Betrieb der Energieabsorptionsvorrichtung gemessen und entsprechend bewertet wird. Dabei ist es möglich, durch die bei mechanischer Belastung hervorgerufenen Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit im Elastomerkörper 1 auf die Belastung des Elastomerkörpers 1 bzw. der Energieabsorptionsvorrichtung (Betrag und Richtung) sowie bei Abweichungen auf außerordentliche Lastfälle oder auch Alterung des Bauteils zu schließen. Hierdurch kann zum Beispiel eine zustandsorientierte Wartung der Bauteile der Energieabsorptionsvorrichtung ermöglicht werden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Elastomerkörper
- 2
- elektrisch leitfähiger Bereich im Elastomerkörper/Sensorbereich
- 3
- Widerstandssensoreinrichtung
- 4
- Auswerteeinrichtung
- 5
- Schnittstelleneinrichtung
- 10
- Kupplungsanlenkung
- 11
- Lagerbock
- 12
- Gelenkanordnung
- 13
- Sphärolager
- 14
- Schwenkbolzen
- 15
- Kupplungsstange
- 16
- Käfig-/Gehäusestruktur
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2072370 A1 [0007, 0009]
