DE19859377A1 - Materialprüfsensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (46) zur Material- und/oder Formüberwachung von festen Körpern, bei der in dem festen Körper wenigstens eine dicht abschließende Druckkammer (16) vorgesehen ist, in der unter Druck Flüssigkeit oder Gas enthalten ist. Eine Überwachungseinrichtung (71) registriert einen Druckabfall in der Druckkammer. Die Überwachungseinrichtung kann registriert Drucksensor (51) enthalten, der in der Druckkammer vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Material- und/oder Formüberprüfung von festen Körpern.

Materialien von festen Körpern, wie Metall oder Keramik haben die Eigenschaft, daß sie bei hoher, insbesondere thermischer und mechanischer Beanspruchung Haarrisse aufweisen können. Durch Verschleiß oder Abrieb wird außerdem deren Form in unerwünschter Weise verändert. Besonders bei Rädern von Hochgeschwindigkeitszügen tritt dieses Phänomen auf. Die Räder dieser Hochgeschwindigkeitszüge bestehen in der Regel aus einem inneren Rad welches von einem meist aus Metall bestehenden Radreifen umschlossen wird. Eine elastische Schicht als Kern zwischen inneren Rad und Radreifen dient häufig zur Dämpfung gegen Schläge und Geräusche.

Die Räder dieser Hochgeschwindigkeitszüge legen regelmäßig einen Weg von vielen Tausenden von Kilometern zurück, ehe sie auf Verschleißerscheinungen kontrolliert werden können. Der Verschleiß erscheint dabei als Abrieb oder auftretende Haarrisse, die eine Folge der Materialermüdung sind. Den Verschleiß durch Abrieb konnte man entweder nur durch aufwendige Meßmethoden erfassen, oder man tauschte die Räder bzw. Radreifen einfach nach einer bestimmten Laufleistung aus, die auf gemachten Erfahrungswerten beruhten. Die Kontrolle auf Haarrisse erfolgt bisher über Ultraschallgeräte. Es ist jedoch bisher nicht möglich während der Fahrt festzustellen, ob diese Räder Haarrisse aufweisen, die schließlich zum Bruch des Rades führen können. Aber auch ein Versatz des Radreifens kann zu Problemen führen. Durch Verschleiß bzw. Materialermüdung kann es während der Fahrt zu Brüchen der Radreifen kommen, die verheerende Folgen haben, wie jüngst ein Unglück mit einem Intercity Express der Deutschen Bahn AG zeigte.

Versatz wird bisher bei Eisenbahnrädern dadurch ermittelt, indem ein radialer Markierungsstrich vom inneren Rad zum Radreifen aufgetragen wird. Diese Markierung muß zunächst bei der Zugwartung von Verschmutzungen gereinigt werden. Wenn die Markierung gegeneinander verrutscht war, dann lag ein Versatz des Radreifens vor. Das komplette Rad mußte schließlich aus Sicherheitsgründen ausgetauscht werden.

Eine weitere Lösung zum Detektieren eines Radreifenversatzes lag darin, auf dem Radreifen und dem inneren Rad in radialer Linie zwei Kontakte vorzusehen. Diese Kontakte liefern jeweils mit jeder Umdrehung des Rades zeitgleich ein Signal zu einem an dem Drehgestell der Radachse befestigten Sensor. Sobald der Radreifen gegenüber dem inneren Rad einen Versatz aufweist, erreichen die Signale den Sensor nicht mehr zeitgleich. Dann wird ein Alarmsignal ausgelöst, welches die entsprechenden Maßnahmen einleitet.

Haarrisse und Verschleiß von Radreifen können bislang nicht während der Fahrt kontrolliert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Überwachungseinrichtung zu schaffen, um z. B. Haarrisse und durch Verschleiß verursachte Verformungen bei festen Körpern, wie Radreifen von Hochgeschwindigkeitszügen, - auch während des Einsatzes - zuverlässig zu erfassen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art in dem festen Körper wenigstens eine dicht abschließende Druckkammer vorgesehen ist, in der unter Druck Flüssigkeit oder Gas enthalten ist, und eine Überwachungseinrichtung, die einen Druckabfall in der Druckkammer registriert.

Vorteilhafterweise enthält die Überwachungseinrichtung einen Drucksensor, der in der Druckkammer vorgesehen ist. Damit kann auf einfachste Weise ein Druckabfall registriert werden. Als einfache Ausgestaltung hat sich gezeigt, wenn die Druckkammer zylinderartig und der Drucksensor als ein beweglicher Kolben in der Druckkammer ausgebildet sind, wobei der Kolben bei Druckabfall seine räumliche Lage ändern kann. Wenn der Kolben die Druckkammer in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt, wobei der Kolben mit dem Druck der Flüssigkeit oder des Gases des einen Teils der Druckkammer gegen eine weitere Druck- oder Federkraft vorgespannt wird, die in dem anderen Teil der Druckkammer vorgesehen ist, läßt sich ein einfacher Drucksensor herstellen. Sobald der Kolben oder ein Teil des Kolbens nämlich aus einer Öffnung der Druckkammer bei Druckabfall heraustreten kann, wird angezeigt, daß Haarrisse oder starker Verschleiß vorliegen. Es sind aber auch andere technischen Möglichkeiten zum Erfassen der Kolbenlage vorgesehen.

Der Drucksensor läßt sich als weitere Variante als eine Druckmeßdose ausbilden, die innerhalb der Druckkammer angeordnet ist. Um Druckänderungen in der Druckkammer über die Stellung des Kolbens oder der Druckmeßdose zu erfassen, kann ein weiterer Sensor in der Überwachungseinrichtung vorgesehen sein, der bei Druckabfall auf das Signal des Drucksensors reagiert. Dieser Sensor kann wahlweise als ein mechanisches und/oder magnetisches bzw. elektrisches und/oder optisches Sensorsystem ausgebildet sein.

Damit nicht nur direkt der Bereich des festen Körpers, in dem die Druckkammer sich befindet überwacht werden kann ist es als eine sinnvolle Ausgestaltung der Erfindung anzusehen, den festen Körper mit wenigstens einem schlauchförmigen Kanal zu durchziehen, der mit wenigstens einer Druckkammer verbunden ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, auch weiter von der Druckkammer entfernte Bereiche auf Schäden zu kontrollieren. Bei Rädern von Hochgeschwindigkeitszügen ist es sinnvoll, die schlauchförmigen Kanäle in den Radreifen mit einzuarbeiten, wobei der schlauchförmige Kanal parallel zum Umfang angeordnet ist. Bei Autorädern, wie solche von Lastkraftwagen, kann der Reifen selbst als schlauchförmiger Kanal dienen, der die Radfelge einmal völlig umschließt.

Bei Einsätzen mit extremen Temperaturen, die witterungsbedingt hervorgerufen sein können, hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, wenn die Überwachungseinrichtung oder einzelne Bestandteile dieser Einrichtung beheizbar sind. Dafür ist ein - bei­ spielsweise über eine NTC-Widerstandsreglung - geregelter Heizungskörper besonders geeignet.

Zur Befüllung der Druckkammer mit Druckflüssigkeit oder Gas wird in der Regel eine Befüllungseinrichtung vorgesehen sein. Da das Problem des Verschleißes und der Haarrisse häufig bei rotationssymmetrischen Körpern, wie z. B. bei Rädern, bei Radreifen von Hochgeschwindigkeitszügen oder bei Turbinenlamellen auftritt, ist die vorliegende Erfindung daher besonders gut für solche Anwendungen geeignet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Rad mit einem Radreifen, in dem vier zylindrische Druckkammern mit Drucksensoren symmetrisch angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schnitt eines Rades mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer mechanischen Auslöseübertragung.

Fig. 3a zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mechanischer Sensoreinheit.

Fig. 3b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dreifach redundanter Sensoreinheit.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer elektronischer bzw. magnetischer Auslöseübertragung.

Fig. 4a zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit elektronischer bzw. magnetischer Sensoreinheit.

Fig. 4b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dreifach redundanter elektronischer bzw. magnetischer Sensoreinheit.

Fig. 4c zeigt einen vergrößerten Ausschnitt in Frontansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dreifach redundanter elektronischer bzw. magnetischer Sensoreinheit.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Druckmeßdose als Auslöser.

Fig. 5a zeigt im Querschnitt eine Druckkammer, in der eine Druckmeßdose verankert ist.

Fig. 5b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt mit einer Radreifenversatzerfassung von Fig. 5.

Fig. 5c zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Druckmeßdose und Sensoreinheit mit Funkübertragung.

Fig. 5d zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Druckmeßdose und dreifach redundanter Sensoreinheit mit Funkübertragung.

Fig. 5e zeigt einen vergrößerten Ausschnitt in Frontansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Druckmeßdose und dreifach redundanter Sensoreinheit mit Funkübertragung.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Auslöseübertragung, die auf einer mechanischen und pyrotechnischen Kombination beruht.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung

In Fig. 1 ist im Schnitt ein Rad 10 eines Hochgeschwindigkeitszuges dargestellt, auf dessen Umfang ein Radreifen 12 sitzt. Das Rad 10 läuft um eine Radachse 14. Das Rad 10 und der Radreifen 12 sind jeweils aus Metall. Zwischen Rad 10 und Radreifen 12 ist häufig ein in dieser Darstellung nicht gezeigter elastischer Mantel zu Dämpfungszwecken vorgesehen. In dem Radreifen 12 sind symmetrisch zur Radachse 14 vier Druckkammern 16, 18, 20 und 22 vorgesehen. In den Druckkammern 16, 18, 20, 22 sind ebenfalls in dieser Darstellung nicht sichtbare Drucksensoren vorgesehen. Die Druckkammern 16, 18, 20, 22 sind über feine Kanäle 24, 26, 28 und 30 miteinander verbunden. Die feinen Kanäle 24, 26, 28 und 30 verlaufen im Inneren des Radreifens parallel zum Radreifenumfang. Die Druckkammern 16, 18, 20, 22 und die feinen Kanäle 24, 26, 28 und 30 sind unter Druck mit einer Flüssigkeit oder Gas schlüssig gefüllt.

In Fig. 2 ist im Schnitt ein Ausschnitt aus einem Rad eines Hochgeschwindigkeitszuges zu sehen. Der Radreifen 12 liegt auf dem Rad 10 auf. In dieser Figur ist nur eine Druckkammer 16 des Radreifes 12 zu sehen. An der Stelle 32 des Radreifens 12 deutet eine gestrichelte Linie 34 an, wie der Radreifen 12 ursprünglich ausgesehen hat. Die Linie 36 zeigt, wie weit Material des Radreifens 12 durch Abrieb abgetragen wurde. Haarrisse 38, 40, 42, 44 entstehen vor allem bei Materialermüdung des Radreifens 12. Sobald die Haarrisse 38, 40, 42 und 44 mit der Druckkammer 16 oder den feinen Kanälen 24, 26, 28, 30 in Verbindung kommen, fällt der Druck in der Druckkammer 16 ab. Aber auch der Abrieb des Radreifens kann dazu führen, daß eine Öffnung in der Druckkammer 16 oder den Kanälen 24, 26, 28, 30 entsteht und ein Druckabfall in der Druckkammer 16 auslöst.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 46 mit einer mechanischen Auslöseübertragung im Schnitt dargestellt. Die Vorrichtung 46 ist in dem Radreifen 12 angeordnet, von dem in dieser Abbildung nur ein Ausschnitt dargestellt ist. Die Druckkammer 16 der Vorrichtung 46 ist vorzugsweise als eine Sackbohrung in dem Radreifen 12 ausgebildet, in der ein perforiertes Rohr 47 vorgesehen ist. Als Drucksensor 51 ist in dieser Druckkammer 16 ein beweglicher Kolben 48 vorgesehen, an dem ein Bolzen 50 befestigt ist. Der Kolben 48 und der Bolzen 50 werden über ein Kol­ ben-Tragrohr 52 geführt. Die Druckkammer 16 ist mit einer Druckflüssigkeit, z. B. Hydrauliköl gefüllt, die über Fülleitungen 53 zugeführt wird. Die Druckkammer 16 ist weiterhin an der einen Seite 54 mit einer Verschlußkappe 56 verschlossen und mit einem Dichtungsring 58 abgedichtet. Eine Versiegelung 59 gewährt, daß keine unsachgemäße Öffnung oder Beschädigung der Verschlußkappe 56 erfolgt. Die Verschlußkappe 56 wird über ein Gewinde 57 an die Druckkammer 16 angezogen.

Eine Feder 60 ist in einem ersten Teil 62 der Druckkammer 16 vorgesehen. Zwischen dem Kolben 48 und der Feder 60 ist ein Kolbenanschlag 64 vorgesehen. Der Kolben 48 wird während der Überwachung über den Druck der Druckflüssigkeit, die in einem zweiten Teil 63 der Druckkammer 16 vorgesehen ist gegen die Federkraft der Feder 60 vorgespannt. Der Bolzen 50 wird in diesem Zustand von dem Kolben 48 mitgenommen und vollständig in dem Kolben-Tragerohr 52 versenkt. Sobald der Druck der Druckflüssigkeit nachläßt, entspannt sich die Feder 60. Der Kolben 48 und der Bolzen 50 werden entsprechend von der Feder 60 weggedrückt. Dabei durchstößt der Bolzen 50 eine Versiegelung 66, die über eine Öffnung 68 der Druckkammer 16 bzw. des Kolben-Tra­ gerohres 52 zum Versiegeln vorgesehen ist. Bei Druckabfall in der Druckkammer 16 wird der Bolzen 50 mit Führung des Kolben-Tragerohrs 52 herausgeschoben.

Mit 68 ist in Fig. 3 eine Füll- und Spannschraube bezeichnet, die eine Öffnung 70 der Fülleitung 53 verschließt. Die Fülleitung 53 weist Öffnungen 72 und 74 auf, über die die Druckflüssigkeit in den zweiten Teil 63 der Druckkammer 16 gelangt.

Treten nun durch Haarrisse oder durch Verschleiß Defekte an der Druckkammer 16 auf, so fällt der Druck, der durch die Druckflüssigkeit aufgebaut wurde, ab. Die Druckflüssigkeit verteilt sich nämlich nun zusätzlich in den Haarrissen oder verliert sich durch die Verschleißlöcher des Radreifens 12. Die Gegenkraft zu der Feder 60 wird kleiner, so daß sich diese entspannen kann. Dabei schiebt die Feder 60 den Kolben 48 mit dem Bolzen 50 vor sich her, der schließlich aus der Öffnung 68 austritt. Entweder kann die Stellung des Bolzen nun mit dem Auge oder mit einer Sensoreinheit 71 registriert werden. Ist der Bolzen 50 aus der Öffnung 68 ausgetreten, so ist dies ein Zeichen für einen Defekt des Radreifens 12.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sieht die Sensoreinheit 71 als mechanischen Sensor 75 vor. Dieser mechanische Sensor 75 wird in Fig. 3a neben einem Ausschnitt eines Eisenbahnrades 10 dargestellt. Die Elemente der vorherigen Figuren erhalten daher entsprechende Bezugszeichen. Der Sensor 75 kann als einfacher mechanischer Schalter ausgebildet sein. An der Sensoreinheit 71 ist weiterhin ein beheizbarer Körper mit NTC-Widerstandsregelung 73 angeordnet der bei zu großer Kälte die Sensoreinheit 71 auf eine geeignete Temperatur erwärmt. Zur Temperaturerfassung ist in der Sensoreinheit 71 ein entsprechender Temperaturfühler 77 vorgesehen.

Der Bolzen 50 zeigt in dieser Abbildung an, daß der Druck der Druckflüssigkeit in der Druckkammer 16 nachgelassen hat. Der Bolzen 50 befindet sich daher seitlich außerhalb der Druckkammer 16 bzw. des Kolben-Tragrohrs. Die mechanische Sensoreinheit 71 liegt in diesem Ausführungsbeispiel von Fig. 3a zur Sicherheit wenigstens dreifach redundant vor. Das Signal der Sensoreinheit 71 über den Zustand des Radreifens 12 wird mittels BUS-Leitsystem 83 bekannter Art an eine nicht gezeigte Rechnereinheit weitergeleitet. Die Rechnereinheit befindet sich vorzugsweise in der Zugführerkabine des Zuges. Eine Energieversorgung 79 liefert die notwendige elektrische Energie für Heizung und Signalerzeugung.

Weiterhin kann die Sensoreinheit 71 über die Anordnung der dreifach redundaten Sensoren 75a, 75b, 75c einen Radreifenversatzes erfassen, wie der vergrößerte Ausschnitt des Radreifens 12 von Fig. 3a in Fig. 3b illustrieren soll. Dazu sitzt fest am Radreifen 12 ein Bolzen 74. Dieser verändert bei einer Radreifenverschiebung bzw. einem Radreifenversatz oder einen Radschlupf seine relative Lage zu der festsitzenden Sensoreinheit 71. Die einzelnen mechanischen Sensoren 75a, 75b, 75c reagieren nun durch ihre eigenen unterschiedlichen Lagen verschieden auf den Radreifenversatz - je nach dem, wie stark der Versatz ausgeprägt ist. Bei keinem Versatz wird hier nur der Sensor 75a angesprochen, der dem Bolzen 74 am nächsten sitzt. Liegt bereits ein kleinerer Versatz des Radreifens 12 gegenüber dem Rad 10 vor, so wird zusätzlich der nächste Sensor 75b reagieren. Bei einem noch größeren Versatz spricht schließlich auch noch der Sensor 75c an.

In Fig. 3b ist, so wie in Fig. 3a, der Bolzen 50 aus der Druckkammer 16 herausgeschoben. Die entspannte Feder 60 hat in diesem dargestellten Zustand den Kolben 48 bis zum Anschlag geschoben. In der Druckkammer 16 ist kein ausreichender Druck der Druckflüssigkeit mehr vorhanden, der gegen die Federkraft der Feder 60 wirkt. Das Gehäuse 78 der Sensoreinheit 71 ist so ausgebildet, daß kein Schmutz die Funktionstüchtigkeit der Sensoreinheit beeinträchtigen kann. Aus dem Gehäuse 78 führt ein isolierter Kabelstrang 80 zu dem BUS-Leitsystem 83. Der Kabelstrang 80 ist mit einer Adaptereinheit 81 an der Sensoreinheit 71 angebracht.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer magnetischen Auslöseübertragung. Prinzipiell ist der Ausschnitt und der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung identisch mit Fig. 3. Gleiche Elemente haben daher entsprechende Bezugszeichen. Lediglich der Bolzen 50 weist in Fig. 4 einen magnetischen Kern 82 auf. Dieser magnetische Kern 82 dient dazu, im Bedarfsfall über magnetische Induktion die Sensoreinheit 71 anzusprechen. Die Sensoreinheit 71 ist daher nun nicht mehr mit mechanischen Sensoren 75a, 75b und 75c ausgerüstet, sondern mit induktiven Sensoren 84a, 84b und 84c vorgesehen, die auf das magnetische Feld des magnetischen Kerns 82 von Bolzen 50 reagieren. Die Sensoren 84a, 84b und 84c sind in diesem Ausführungsbeispiel waagerecht angeordnet. Der Bolzen 50 zeigt in diesem Ausführungsbeispiel einen Druckabfall an. In einem solchen Fall ist es - im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel von Fig. 3 - nur nötig den Bolzen 50 mit seinem magnetischen Kern 82 an den Rand des Radreifens 12 zu schieben. Im gespannten Zustand wird der Bolzen 50 weiter in die Druckkammer 16 geschoben, so daß eine ausreichende induktive Wirkung auf die Sensoren 84a, 84b, 84c ausbleibt.

Fig. 4a zeigt einen größeren Ausschnitt des Radreifens 12, wobei die Sensoreinheit 71 mit einem induktiven Sensor 84 ausgerüstet ist, wie sie bereits in Fig. 4 dargestellt wurde. Der Kolben 48 ist mit dem Bolzen 50 in der Druckkammer 16 gegen die Feder 60 vorgespannt. Es ist also ausreichender Druck der Druckflüssigkeit in der Druckkammer 16 vorhanden, um den Kolben 48 gegen die Feder 60 vorzuspannen. Ein weiterer Bolzen 76 signalisiert eine Radreifenverschiebung oder einen Radschlupf des Radreifens 12. Die Sensoreinheit 71 ist in Fig. 4a mit nur einem einfachen induktiven Sensor 84 ausgestattet, der in dem Gehäuse 78 angeordnet ist. Der induktive Sensor 84 liefert seine Signale über die Adaptereinheit 81, den Kabelstrang 80 und dem BUS-Leitsystem 83 zu einer nicht gezeigten Rechnereinheit. Weiterhin ist an den Sensor 84 ein beheizbarer Körper mit NTC-Widerstandsregelung 73 angeordnet, der bei zu großer Kälte die Sensoreinheit 71 bzw. den Sensor 84 auf eine geeignete Temperatur erwärmt. Für die Temperaturerfassung ist in der Sensoreinheit 71 ein Temperaturfühler 83 vorgesehen, der an den Sensor 84 angeordnet ist.

Fig. 4b zeigt einen Ausschnitt des Radreifens 12 mit der Sensoreinheit 71 in Vergrößerung von Fig. 4a. In dieser Abbildung ist die Sensoreinheit 71 jedoch mit dreifach redundanten induktiven Sensoren 84a, 84b und 84c vorgesehen. In dem gezeigten Zustand ist die Feder 60 in der Druckkammer 16 entspannt. Der Kolben 48 mit dem Bolzen 50 wird daher an den Rand des Radreifens 12 geschoben. Wenn jedoch Druck in der Druckkammer 16 über die Druckflüssigkeit aufgebaut wird, bewegt sich der Bolzen 50 seitlich ins Druckkammerinnere. Sobald der Bolzen mit seinem magnetischen Kern 82 aufgrund von Druckverlust an den Radreifenrand geführt wird, sprechen die induktiven Sensoren 84a, 84b und 84c auf das magnetische Feld des Kernes 82 an und liefern ein entsprechendes Signal über das BUS-Leitsystem 83 an eine nicht gezeigte Rechnereinheit zur Weiterverarbeitung. Jeder der induktiven Sensoren 84a, 84b und 84c weist jeweils einen eigenen Temperaturfühler 77a, 77b und 77c zur Temperaturstrahlungserfassung des Rades 10 auf.

In Fig. 4c ist die Frontansicht der Sensoreinheit 71 gezeigt. Die dreifach redundanten induktiven Sensoren 84a, 84b und 84c liegen kompakt in dem Gehäuse 78. Oberhalb der induktiven Sensoren 84a, 84b und 84c ist der beheizbare Körper 73 mit NTC-Widerstandsregelung angeordnet. Die entsprechenden Temperaturfühler 77a, 77b und 77c zur Temperaturstrahlungserfassung des Rades 10 sind jeweils an den induktiven Sensoren 84a, 84b, 84c befestigt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird in Fig. 5 gezeigt. Soweit die Elemente mit den vorherigen Ausführungsbeispielen übereinstimmen, werden auch identische Bezugszeichen verwendet. In dieser Variante wird als Drucksensor 51 anstelle des gegenüber der Feder 60 vorgespannten Kolbes 48 mit dem Bolzen 50 eine Druckmeßdose 86 verwendet. Die Druckmeßdose 86 - auch mit DMD bezeichnet - ist in der Druckkammer 16 mit einer seismographischen Aufhängung 88 verankert, wie auch aus der Querschnittsdarstellung von Fig. 5a hervorgeht. Eine Batteriezelle 90 in der Druckkammer 16 ist als Stromversorgung für die Druckmeßdose 86 vorgesehen. Die Batteriezelle 90 ist über Kabel 92 mit der Druckmeßdose 86 verbunden.

Die Druckmeßdose 86 ist über eine Öffnung mit der Druckkammer 16 verbunden. In der Druckmeßdose 16 und der Druckkammer 16 herrscht ein ausgeglichener Druck von "P-bar". Sobald der Druck der Druckflüssigkeit in der Druckkammer 16 nachläßt, läßt auch der Druck in der Druckmeßdose 86 nach. Eine Membran 85 in der Druckdose 86 verformt sich zum Ausgleich entsprechend. Diese Ausdehnung kann beispielsweise über einen Dehnungsmeßstreifen erfaßt werden. Solche Druckmeßdosen 86 sind an sich bekannt und werden im Detail nicht näher beschrieben. Der veränderte Druck wird erfaßt und über ein Sendeelement 90 an ein Empfangs- und Sendeelement 92 über Funk gesendet. Das Sendeelement 90 befindet sich dazu an einer Wand 94 der Druckmeßdose 86. Das Empfangs- und Sendeelement 92 befindet sich gegenüberliegend an der entsprechenden Wand 96 der Druckkammer 16. über Funk wird die Druckänderung von dem in dem Radreifen 12 sitzenden Empfangs- und Sendeelement 92 an einen Empfänger 93 eines Datensignalübertragungselementes 98 ebenfalls über Funk gesendet, welches das Signal schließlich an eine Rechnereinheit, nach bereits beschriebenen Verfahren, weiterleitet.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind die Fülleitungen 53 zur Befüllung der Druckkammer 16 mit Druckflüssigkeit oder Gas vorgesehen. Die Vorrichtung weist Mittel 105 zum Erfassen eines Radreifenversatzes auf. Dazu ist an der zum inneren Rad 10 zeigenden Seite 100 der Druckkammer 16 eine Bohrung 102 in dem Radreifen 12 angeordnet. In der Bohrung 102 befindet sich ein Röhrchen 104, an dem ein Balgenrohr 106 und an diesem wieder ein weiteres Röhrchen 108 angefügt ist. Diese Röhrchenverbindung steht wiederum mit der Druckkammer 16 in Verbindung. Das Ende 110 des Röhrchens 108 ist fest und dicht verschlossen. In der Auflagefläche 112 für den Radreifen 12 des inneren Rades 10 befindet sich gegenüber dem Röhrchen 108 eine Sackbohrung 114. Die Sackbohrung entspricht in etwa dem Durchmesser der Bohrung 102. Bei ausreichendem Druck in der Druckkammer 16 dehnt sich das Balgenrohr 106 aus, bis das Röhrchen 108 in die Sackbohrung 114 ragt. Dieser ausgedehnte, bespannte Zustand ist in einem Ausschnitt in Fig. 5b dargestellt. Der entspannte Zustand, wenn also kein oder nur geringer Druck in der Druckkammer vorliegt, ist hingegen in Fig. 5 gezeigt. Diese zusätzliche Rohrverbindung dient dazu, Radreifenversatz des Radreifens 12 auf dem Rad 10 zu ermitteln. Dies erfolgt dadurch, indem beispielsweise bei einem Radreifenversatz das Röhrchen 108 schlicht abschert oder abbricht. Der Druck in der Druckkammer 16 läßt nach und die Drucksensoren 51 signalisieren einen Defekt an diesem Rad 10. Diese Art der Feststellung eines Radreifenversatzes kann bei allen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Fig. 5c zeigt einen verkleinerten Ausschnitt eines Rades 10 und Radreifen 12 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5. Gleiche Elemente haben dementsprechend gleiche Bezugszeichen. Die Druckkammer 16 enthält, wie in Fig. 5, die Druckmeßdose 86. Die Druckmeßdose 86 überträgt bei Druckabfall in der Druckkammer 16 ein entsprechendes Funk-Signal an die Sensoreinheit 71. Die Sensoreinheit 71 besteht hier aus zwei Empfängern 93a, 93b zweier Datenübertragungselemente 98a, 98b. Die Sensoreinheit 71 enthält ebenfalls einen über NTC-Widerstandsreglung geregelten Heizkörper 73. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinheit 71 als Empfänger 93 und Datenübermittlungselement 98 ausgestaltet.

Die entsprechenden Signale werden nach der bereits beschriebenen Methode weitergeleitet.

Fig. 5d zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 5c. Jedoch sind in dieser Abbildung anstelle von nur einem Empfänger 93 drei redundante Empfänger 93a, 93b und 93c vorgesehen. Diese Empfänger 93a, 93b, 93c liefern ihre Signale mit der Radschlupfüberwachung an das Datenübermittlungselement 98 über den Kabelstrang 80 und das BUS-Leitsystem 83 an die nicht dargestellte Rechnereinheit. In dieser Figur ist die Bohrung 102, die mit der Druckkammer 16 in Verbindung steht, nur als gestrichelte Linie angedeutet.

Fig. 5e zeigt die Anordnung der Sensoreinheit 71 von der Frontseite. Jeder Empfänger 93a, 93b, 93c hat ein entsprechendes Datenübermittlungselement 98a, 98b und 98c. An den Empfängern 93a, 93b und 93c sind gleichzeitig jeweils Temperaturfühler 77 angeordnet, über die die Radstrahlungstemperatur der Räder 10 überwacht werden. Die aktuelle Temperatur eines Rades 10 kann auch ein Hinweis auf einen Defekt liefern.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 46 im Schnitt dargestellt, bei der die Auslöseübertragung über eine mechanische und pyrotechnische Kombination erfolgt. Die Vorrichtung 46 ist, wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, in dem Radreifen 12 angeordnet, von dem in dieser Abbildung nur ein Ausschnitt dargestellt ist. Die Druckkammer 16 der Vorrichtung 46 ist vorzugsweise als eine Sackbohrung in dem Radreifen 12 ausgebildet, in der das perforierte Rohr 47 vorgesehen ist. Als Drucksensor 51 ist in dieser Druckkammer 16 ein beweglicher Kolben 48 vorgesehen, an dem ein Bolzen 50, wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3, befestigt ist. Der Kolben 48 und der Bolzen 50 werden über das Kolben-Tragrohr 52 geführt. Die Druckkammer 16 ist mit einer Druckflüssigkeit, z. B. Hydrauliköl, gefüllt, die über die Fülleitungen 53 zugeführt wird. Die Druckkammer 16 ist weiterhin an der einen Seite 54 mit einer Verschlußkappe 56 verschlossen und mit einem Dichtungsring 58 abgedichtet. Eine Versiegelung 59 gewährt, daß keine unsachgemäße Öffnung oder Beschädigung der Verschlußkappe 56 erfolgt. Die Verschlußkappe 56 wird über ein Gewinde 57 an die Druckkammer 16 angezogen.

Die Feder 60 ist in einem Federraum 116 des Kolben-Tragerohr 52 vorgesehen. Der Federraum des Kolben-Tragrohres 52 ist von der Druckkammer 16 dicht abgeschlossen, so daß keine Druckflüssigkeit in den Bereich der Feder 60 eindringt. Dies wird mit Hilfe eines beweglichen Kolben 118 erreicht. Die Abgeschlossenheit des Kolben-Tragrohrs 52 gegenüber der Druckkammer 16 erstreckt sich bis zum Rand 120 hin, wo die Fülleitungen 53 bis in das Kolben-Tragrohr 52 ragen. Dadurch fließt in diesen Bereich 122 Druckflüssigkeit und es herrscht dort derselbe Druck, wie in der übrigen Druckkammer 16. Der Kolben 48 dichtet den Federraum 116 zur anderen Seite hin ab.

Vor dem Kolben 48 ist ein Kolbenanschlag 64 vorgesehen. Die Feder 60 wird durch den Kolben 48 und den Kolben 118 während der Überwachung über den Druck der Druckflüssigkeit vorgespannt. Der Bolzen 50 wird in diesem Zustand von dem Kolben 48 mitgenommen und nach innen in das Kolben-Tragrohres 52 der Druckkammer 16 gezogen. Sobald der Flüssigkeitsdruck nachläßt, entspannt sich die Feder 60. Der Kolben 118 wird entsprechend von der Feder 60 weggedrückt, bis er auf Kontakte 124 stößt, die einen kleinen Treibsatz 126 zünden. Der Kolben 118, Feder 60 und Kolben 48 mit Bolzen 50 werden entsprechend herausgetrieben, bis der Bolzen 50 außen, wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3, erscheint. Dabei durchstößt der Bolzen 50 die Versiegelung 66, die über eine Öffnung 68 der Druckkammer 16 bzw. des Kolben-Tra­ gerohres 52 zum Versiegeln vorgesehen ist. Bei Druckabfall in der Druckkammer 16 wird der Bolzen 50 mit Führung des Kolben-Tragerohrs 52 herausgeschoben.

Mit 68 ist in Fig. 6 eine Füll- und Spannschraube bezeichnet, die die Öffnung 70 der Fülleitung 53 verschließt. Die Fülleitung 53 weist Öffnungen 72 und 74 auf, über die die Druckflüssigkeit in die Druckkammer 16 gelangt.

Treten nun durch Haarrisse oder durch Verschleiß Defekte an der Druckkammer 16 auf, so fällt der Druck, der durch die Druckflüssigkeit aufgebaut wurde, ab. Die Druckflüssigkeit verteilt sich nämlich nun zusätzlich in den Haarrissen oder verliert sich durch die Verschleißlöcher des Radreifens 12. Die Gegenkraft zu der Feder 60 wird kleiner, so daß sich diese entspannen kann. Dabei schiebt die Feder 60 den Kolben 118 vor sich her, der schließlich den Treibsatz 126 zündet und die Kolben-Bolzen-Anordnung nach außen schiebt. Entweder kann die Stellung des Bolzen nun mit dem Auge oder mit einer Sensoreinheit 71 registriert werden. Ist der Bolzen 50 aus der Öffnung 68 ausgetreten, so ist dies ein Zeichen für einen Defekt des Radreifens 12. Anstelle der mechanischen Auslöseübertragung, wie sie zu Fig. 3 beschrieben wurde kann bei diesem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 auch eine Vorrichtung mit elektronischer bzw. magnetischer Auslöseübertragung verwendet werden, wie sie bereits zu Fig. 4 erläutert wurde.

Claims (18)

1. Vorrichtung (46) zur Material- und/oder Formüberwachung von Körpern mit fester Gestalt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem festen Körper wenigstens eine dicht abschließende Druckkammer (16) vorgesehen ist, in der unter Druck Flüssigkeit oder Gas enthalten ist, und eine Überwachungseinrichtung (51, 71), die einen Druckabfall in der Druckkammer registriert.

2. Vorrichtung (46) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (51, 71) einen Drucksensor (51) enthält, der in der Druckkammer (16) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung (46) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (16) zylinderartig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung (46) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (51) als ein beweglicher Kolben (48) in der Druckkammer (16) ausgebildet ist, der bei Druckabfall seine räumliche Lage ändern kann.

5. Vorrichtung (46) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (48) die Druckkammer (16) in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt, wobei der Kolben (48) mit dem Druck der Flüssigkeit oder des Gases des einen Teils (63) der Druckkammer (16) gegen eine zweite Druck- oder Federkraft vorgespannt, die in dem anderen Teil (62) der Druckkammer (16) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (48) oder ein Teil des Kolbens (50) aus einer Öffnung (68) der Druckkammer (16) bei Druckabfall heraustreten kann.

7. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (51) als Druckmeßdose (86) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachungseinrichtung (51, 71) eine Sensoreinheit (71) enthält, die bei Druckabfall auf das Signal des Drucksensors (51) reagiert.

9. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Körper von wenigstens einem schlauchförmigen Kanal (24, 26, 28,30) durchzogen oder umgeben ist, der mit wenigstens einer Druckkammer 16 verbunden ist.

10. Vorrichtung (46) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor 51 - und die Sensoreinheit 71 - entsprechend mechanisch und/oder magnetisch bzw. elektrisch und/oder elektro-magnetisch ausgebildet ist.

11. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (51, 71) oder einzelne Bestandteile dieser Einrichtung beheizbar vorgesehen sind.

12. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Temperaturfühler (77) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Befüllungseinrichtung (53) vorgesehen ist, über die die Druckkammer (16) mit der Flüssigkeit oder dem Gas befüllt wird.

14. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Körper rotationssymmetrisch ist.

15. Vorrichtung (46) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Körper als Rad (10) oder als Radreifen (12) ausgebildet ist.

16. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (74, 105) zum Erfassen eines Radreifenversatzes vorgesehen sind.

17. Vorrichtung (46) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (16) in etwa parallel zur Radachse (14) verläuft.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (16) eine leicht konische Ausrichtung aufweist.