-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung der Lagertemperatur eines Lagers zum Führen beweglicher Teile in einem Schienenfahrzeug. Bei dem Lager handelt es sich insbesondere um elf Drehlager, das vorzugsweise am Drehgestell eines Hochgeschwindigkeitszuges angeordnet ist. Beispiele für Drehlager am Drehgestell eines Schienenfahrzeugs sind Achslager von Achsen eines Laufrad-Satzes, Getriebelager für ein Getriebe zum Übertragen von Antriebskräften auf ein oder mehrere Laufräder und Lager für Antriebswellen, die ein Antriebsdrehmoment von einem Antriebsmotor auf ein Getriebe oder direkt auf ein Laufrad oder einen Laufrad-Satz übertragen.
-
Offenbart werden ferner ein Verfahren zur Überwachung der Lagertemperatur eines solchen Lagers und ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zur Überwachung der Lagertemperatur eines solchen Lagers.
-
Die Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Hochgeschwindigkeitszüge mit Höchstgeschwindigkeiten von mehr als 300 km/h. Es ist bekannt, Drehlager in Drehgestellen von Schienenfahrzeugen, insbesondere Achslager, mithilfe von Einrichtungen an der Fahrstrecke auf Übertemperatur zu überwachen. Übertemperaturen, d. h. zu hohe Temperaturen, treten dann auf, wenn die mechanische Reibung zwischen der Lageroberfläche und dem geführten, relativ zum Lager beweglichen Teil größer geworden ist als während des normalen Betriebes. Grund ist in der Regel ein Lagerschaden oder ein Schaden an dem geführten Teil. Das Überschreiten einer jeweils für die konkrete Lagerung charakteristischen Temperatur kann als Warnsignal aufgefasst werden, dass es zu einer weiteren Beschädigung oder zu einem Ausfall (insbesondere Blockieren der Bewegung) kommen kann. Beim Erreichen einer noch höheren für das jeweilige Lager charakteristischen Temperatur ist davon auszugehen, dass eine Blockierung oder zumindest eine erhebliche Schädigung des Lagers oder des geführten Teils unmittelbar bevorsteht. Im Fall von Drehlagern im Drehgestell eines Schienenfahrzeugs ist daher gegebenenfalls eine Bremsung des Schienenfahrzeugs bis zum Stillstand einzuleiten.
-
Wegen der besonders hohen Fahrgeschwindigkeiten muss insbesondere bei Hochgeschwindigkeitszügen schnell und zuverlässig reagiert werden, wenn die Lagertemperatur einen Grenzwert überschreitet, der auf eine bevorstehende Blockierung hindeutet. Das System, welches insbesondere an der Fahrstrecke angeordnet ist und die Übertemperatur erkennt, muss daher zuverlässig funktionieren. Insbesondere wird zumindest eine funktionale Sicherheit gemäß S112 (Safety Integrity Level 2) gemäß der Norm IEC/EN 61508 gefordert.
-
In manchen Ländern sind streckenseitige Einrichtungen zur Lagertemperaturüberwachung nicht vorhanden. Das Schienenfahrzeug muss in diesen Fällen ein System aufweisen, welches an Bord die Übertemperatur erkennt und entsprechende Maßnahmen gegebenenfalls einleitet. Dabei ist die Funktionsfähigkeit entsprechend der geforderten Sicherheitsstufe zu gewährleisten. Es ist nun möglich, ein an sich im Schienenfahrzeug vorhandenes Steuerungs- und Überwachungssystem, üblicherweise als TCMS (Train Control and Monitoring System) bezeichnet, entsprechend funktionssicher auszugestalten und am zu überwachenden Lager ein Thermometer anzuordnen. Das System muss den entsprechenden Temperaturmesswert zuverlässig auf die richtige Weise auswerten. Ferner muss es abhängig von der festgestellten Temperatur zuverlässig die jeweils vorgegebene Maßnahme auslösen oder ergreifen, z. B. Bremsung des Zuges bis zum Stillstand.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Überwachung der Lagertemperatur eines Lagers zum Führen beweglicher Teile in einem Schienenfahrzeug anzugeben, die ein Heißlaufen des Lagers, d. h. eine Übertemperatur, zuverlässig feststellen kann, wobei der Aufwand für die Ausgestaltung der Übertemperaturerkennung entsprechend einer geforderten funktionalen Zuverlässigkeit gering sein soll. Offenbart werden auch ein entsprechendes Verfahren zur Überwachung der Lagertemperatur anzugeben sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Überwachung der Lagertemperatur.
-
Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung soll es weiterhin möglich sein, die Lagertemperatur zu ermitteln, auch wenn sie noch nicht auf einen bevorstehenden Ausfall der Lagerung hindeutet. Z. B. kann der Fahrer des Schienenfahrzeuges über eine Anzeige im Fahrerstand die Lagertemperatur ablesen oder erhält bereits bei geringfügig erhöhter Lagertemperatur eine Warnmeldung. Aufgrund seiner Erfahrung kann der Fahrer dann beispielsweise bei nächster Gelegenheit eine Überprüfung oder Wartung des Lagers oder der beweglichen Teile vornehmen lassen.
-
Die Erfindung geht jedoch davon aus, dass der Aufwand für eine besonders funktionssichere Auswertungseinrichtung, welche nicht nur die Lagertemperatur laufend ermittelt und verarbeitet, sondern auch bei Erfüllung eines vorgegebenen Kriteriums (z. B. Lagertemperatur erreicht eine vorgegebene Grenztemperatur) eine entsprechende vorgegebene Aktion ausführt oder auslöst (z. B. Bremsung des Schienenfahrzeugs) besonders hoch ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Auswertungseinrichtung zur laufenden Erfassung und Verarbeitung der Temperaturmesswerte auch andere Aufgaben der Überwachung und Steuerung in dem Schienenfahrzeug erfüllt, wie es bei dem oben erwähnten TCMS der Fall ist. Diese anderen Aufgaben sind z. B. Überwachung und Regelung der Geschwindigkeit, der Steuerung des Antriebs- und Bremssystems und Aufzeichnung von Informationen als Grundlage für die Wartung des Schienenfahrzeugs, d. h. eine Diagnosefunktionalität.
-
Es wäre nun möglich, über einen zusätzlichen Temperatursensor ein weniger komplexes Überwachungssystem mit Informationen über die Lagertemperatur zu versorgen und dieses weniger komplexe System entsprechend funktionssicher auszugestalten. Allerdings ist der Bauraum im Bereich des zu überwachenden Lagers begrenzt und insbesondere ist es in Drehgestellen unerwünscht, zusätzliche Anschlusskabel zu verlegen. Auch sollen das Lager und des Lagergehäuse möglichst wenige Öffnungen aufweisen, die die mechanische Festigkeit insbesondere des Lagergehäuses schwächen könnten und potenziell das Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit ermöglichen.
-
Es wird daher vorgeschlagen, zumindest ein Thermometer und zusätzlich einen temperaturabhängigen elektrischen Schalter zu einem gemeinsamen Sensor (im Folgenden auch Sensoreinheit oder Baueinheit genannt) zusammenzufassen und zur Überwachung der Lagertemperatur entsprechend zu platzieren. Dabei wird das Thermometer an eine erste Auswertungseinrichtung angeschlossen, die Signale empfängt und verarbeitet oder weiterleitet, welche der aktuellen Temperatur des Lagers entsprechen. Diese Information kann z. B. an den Fahrer ausgegeben werden (siehe oben) und/oder für die Fahrzeugdiagnose verwendet werden (siehe oben).
-
Der temperaturabhängige elektrische Schalter ist/wird mit einer zweiten, separaten Auswertungseinrichtung verbunden, die lediglich festzustellen hat, ob sich der Schaltzustand des Schalters verändert hat. Der Schalter ist z. B. entweder als Unterbrecher ausgestaltet, der bei einer charakteristischen Temperatur des Sensors eine elektrische Verbindung unterbricht, oder er ist z. B. als Kurzschlussschalter ausgestaltet, der bei Erreichen einer für den Sensor charakteristischen Temperatur einen elektrischen Kontakt zwischen zwei elektrischen Leitungen herstellt.
-
In beiden Fällen kann die zweite Auswertungseinrichtung auf den jeweiligen Wechsel des Schaltzustandes reagieren und die vorgegebene Aktion ausführen oder auslösen, z. B. Abbremsung des Schienenfahrzeugs. Alternativ zu einer automatischen Ausführung der Bremsung kann die zweite Auswertungseinrichtung z. B. auch ein entsprechendes Anforderungssignal an das Bremssystem und/oder den Fahrer ausgeben.
-
Die Detektion einer Veränderung eines elektrischen Schaltzustandes kann auf einfache Weise und zuverlässig ausgeführt werden. Z. B. sind lediglich zwei elektrische Leitungen vorhanden, die den in dem Sensor platzierten elektrischen Schalter mit der zweiten Auswertungseinrichtung elektrisch verbinden. Stellt der Schalter innerhalb des Sensors den elektrischen Kontakt zwischen den beiden Leitungen her oder unterbricht er den Kontakt dieser Leitungen, ist dies auf einfache Weise und zuverlässig von der zweiten Auswertungseinrichtung detektierbar. Z. B. führt eine durch die zweite Auswertungseinrichtung angelegte elektrische Spannung beim Schließen des Schalters (also Verbinden der beiden Anschlussleitungen durch den Schalter) zu einem Stromfluss durch die Anschlussleitungen, der z. B. über den Spannungsabfall über einen elektrischen Widerstand in üblicher Weise detektierbar ist. Ist der Schalter als Unterbrecher ausgestaltet, führt ein Öffnen des Schalters zu einer Unterbrechung der Verbindung der beiden Anschlussleitungen und damit z. B. zu einer Veränderung des elektrischen Potentials an einer der Anschlussleitungen, wenn an die andere Anschlussleitung gegen ein drittes Bezugspotential eine Spannung angelegt ist. Ein elektrisches Potential an einer elektrischen Leitung ist z. B. über eine entsprechende elektrische Spannung gegen ein Bezugspotential detektierbar, wobei die Spannung z. B. an einem großen elektrischen Widerstand abfällt, welcher das zu überwachende Potential und das Bezugspotential verbindet.
-
Insbesondere wird Folgendes vorgeschlagen: Eine Anordnung zur Überwachung der Lagertemperatur eines Lagers zum Führen beweglicher Teile in einem Schienenfahrzeug, insbesondere eines Drehlagers am Drehgestell eines Hochgeschwindigkeitszuges, wobei die Anordnung aufweist:
- • das Lager,
- • einen Sensor, der zur Temperaturüberwachung in dem Material des Lagers oder nahe dem Lager angeordnet ist und ausgestaltet ist, ein Signal zu erzeugen, das der Lagertemperatur entspricht,
- • eine erste Auswertungseinrichtung, die signaltechnisch mit dem Sensor verbunden ist und ausgestaltet ist, die Lagertemperatur aus dem Signal des Sensors zu ermitteln und/oder die Lagertemperatur anzuzeigen oder an ein anderes System des Schienenfahrzeugs auszugeben,
wobei der Sensor eine Baueinheit aufweist, in der zumindest ein Thermometer und zusätzlich ein temperaturabhängiger elektrischer Schalter mechanisch miteinander verbunden sind, wobei das Thermometer signaltechnisch mit der ersten Auswertungseinrichtung verbunden ist, wobei die Anordnung ferner eine zweite Auswertungseinrichtung aufweist, die elektrisch mit dem Schalter verbunden ist und ausgestaltet ist, eine vorgegebene Aktion auszuführen oder auszulösen, wenn der Schalter aufgrund einer erhöhten Lagertemperatur einen elektrischen Kontakt öffnet oder wenn der Schalter aufgrund einer erhöhten Lagertemperatur einen elektrischen Kontakt herstellt.
-
Ferner wird vorgeschlagen: Ein Verfahren zur Überwachung der Lagertemperatur eines Lagers zum Führen beweglicher Teile in einem Schienenfahrzeug, insbesondere eines Drehlagers am Drehgestell eines Hochgeschwindigkeitszuges, wobei:
- • ein Sensor, der zur Temperaturüberwachung in dem Material eines Lagers oder nahe dem Lager angeordnet ist, ein Signal erzeugt, das der Lagertemperatur entspricht,
- • das Signal von einer ersten Auswertungseinrichtung, die signaltechnisch mit dem Sensor verbunden ist, verarbeitet wird und daraus die Lagertemperatur ermittelt wird und/oder unter Verwendung des Signals die Lagertemperatur von der ersten Auswertungseinrichtung angezeigt wird oder an ein anderes System des Schienenfahrzeugs ausgegeben wird,
- • in einer Baueinheit des Sensors zumindest ein Thermometer und zusätzlich ein temperaturabhängiger elektrischer Schalter platziert sind,
- • das Thermometer und der Schalter mechanisch miteinander verbunden sind,
- • das Thermometer das Signal erzeugt und zu der ersten Auswertungseinrichtung ausgibt,
- • eine zweite Auswertungseinrichtung, die elektrisch mit dem Schalter verbunden ist, eine vorgegebene Aktion ausführt oder auslöst, wenn der Schalter aufgrund einer erhöhten Lagertemperatur einen elektrischen Kontakt öffnet oder wenn der Schalter aufgrund einer erhöhten Lagertemperatur einen elektrischen Kontakt herstellt.
-
Außerdem wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Herstellung einer Anordnung zur Überwachung der Lagertemperatur eines Lagers, das dem Führen beweglicher Teile in einem Schienenfahrzeug dient, insbesondere einer Anordnung zur Überwachung der Lagertemperatur eines Drehlagers am Drehgestell eines Hochgeschwindigkeitszuges, wobei:
- • ein Sensor zur Temperaturüberwachung in dem Material eines Lagers oder nahe dem Lager angeordnet wird, sodass der Sensor ein Signal erzeugt, das der Lagertemperatur entspricht,
- • eine erste Auswertungseinrichtung signaltechnisch mit dem Sensor verbunden wird, sodass das Signal zu der ersten Auswertungseinrichtung übertragbar ist, wobei die Auswertungseinrichtung ausgestaltet wird aus dem Signal die Lagertemperatur zu ermitteln und/oder unter Verwendung des Signals die Lagertemperatur von der ersten Auswertungseinrichtung anzuzeigen oder an ein anderes System des Schienenfahrzeugs auszugeben,
- • in einer Baueinheit des Sensors zumindest ein Thermometer und zusätzlich ein temperaturabhängiger elektrischer Schalter platziert werden, sodass das Thermometer und der Schalter mechanisch miteinander verbunden sind,
- • das Thermometer ausgestaltet wird, das Signal zu erzeugen und zu der ersten Auswertungseinrichtung auszugeben,
- • eine zweite Auswertungseinrichtung vorgesehen wird, die elektrisch mit dem Schalter verbunden wird und ausgestaltet wird, eine vorgegebene Aktion auszuführen oder auszulösen, wenn der Schalter aufgrund einer erhöhten Lagertemperatur einen elektrischen Kontakt öffnet oder wenn der Schalter aufgrund einer erhöhten Lagertemperatur einen elektrischen Kontakt herstellt.
-
Insbesondere ist/wird die Baueinheit des Sensors, in der das Thermometer und der elektrische Schalter angeordnet sind, von einem Lagergehäuse des Lagers aufgenommen. Das Lagergehäuse kann insbesondere eine von außen zugängliche Sacklochbohrung oder vorzugsweise eine Durchgangsbohrung aufweisen, die sich durch das Gehäuse hindurch bis zu dem Lager erstreckt. Der Aufnahmeraum für die Baueinheit kann jedoch auch auf andere Weise, z. B. durch Vorsehen einer anderen Aussparung erzeugt werden bzw. erzeugt worden sein. Die Aussparung, insbesondere Bohrung, wird vorzugsweise zur Gewährleistung eines geringen Wärmewiderstandes zwischen Lager einerseits und Thermometer und Schalter andererseits mit einem verformbaren, z. B. pastösen Wärme leitenden Material versehen und anschließend wird die Baueinheit in die Aussparung, z. B. in die Bohrung, eingesetzt. Auf diese Weise geht bei erhöhter Lagertemperatur Wärme von dem Lager bzw. dem Lagergehäuse direkt auf die Baueinheit oder indirekt über das gut Wärme leitende Material auf die Baueinheit über, je nachdem ob und wo der Sensor direkt in Kontakt mit dem Rand der Aussparung ist.
-
Insbesondere weist die Baueinheit ein Gehäuse auf, in dem das zumindest eine Thermometer und der elektrische Schalter angeordnet sind. Ein Gehäuse, insbesondere aus Metall, schützt einerseits Thermometer und Schalter vor Beschädigung und erleichtert andererseits die gemeinsame Montage von Thermometer und Schalter. Bei einem Gehäuse aus Metall oder anderem gut Wärme leitenden Material ist der Wärmeübergang außerdem nicht wesentlich verschlechtert. Insbesondere kann das Gehäuse rohrförmig sein, wobei sich das Thermometer und der Schalter vorzugsweise am freien Ende des Rohrs befinden und am entgegen gesetzten Ende des Rohrs die Anschlussleitungen des Thermometers und Schalters herausführen. Das Gehäuse, insbesondere das Rohr, ist so ausgerichtet, dass die Anschlussleitungen von dem Lager wegführen, d. h. das Thermometer und der elektrische Schalter so dicht wie möglich an dem Lager oder in dem Lager angeordnet sind.
-
Gemäß der Erfindung besteht die Temperaturüberwachung wie oben bereits näher erläutert, einerseits in der Ermittlung der Temperatur über das zumindest eine Thermometer und andererseits in der Ausführung oder Auslösung einer vorgegebenen Aktion, wenn sich der Schaltzustand des Schalters aufgrund einer Übertemperatur des Lagers verändert. Ausführungsformen der vorgegebenen Aktion wurden bereits beschrieben. Insbesondere kann die zweite Auswertungseinrichtung mit dem Bremssystem des Schienenfahrzeugs verbunden sein und als vorgegebene Aktion eine Bremsung des Schienenfahrzeugs bis zum Stillstand auslösen oder steuern.
-
Die mechanische Verbindung des zumindest einen Thermometers und des temperaturabhängigen elektrischen Schalters kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Es ist insbesondere möglich, Thermometer und Schalter aneinander zu befestigen. Zum Beispiel im Fall eines rohrförmigen Gehäuses wird es jedoch bevorzugt, die Innenabmessungen des Rohrs, insbesondere den Innendurchmesser, so auf die Abmessungen des Thermometers oder der Thermometer und des Schalters abzustimmen, dass Thermometer und Schalter zwar ohne beschädigt zu werden in das Rohr eingebracht werden können, darin jedoch von dem Rohrmantel gegeneinander gedrückt werden. Dabei ist vorzugsweise jedes der Thermometer bzw. das Thermometer und der elektrische Schalter in direktem mechanischem Kontakt mit dem Gehäuse, insbesondere dem Rohr. Auf diese Weise ist ein guter Wärmeübergang direkt von dem Gehäuse auf das Thermometer bzw. den Schalter gewährleistet. Anders ausgedrückt drücken Thermometer und Schalter sich gegenseitig gegen das Gehäuse.
-
Bei zumindest einem der Thermometer kann es sich z. B. um einen an sich bekannten temperaturabhängigen Widerstand, z. B. vom Typ Pt100, handeln.
-
Für den temperaturabhängigen Schalter bestehen verschiedene Möglichkeiten. Grundsätzlich kommt z. B. eine Schmelzsicherung in Frage, wobei aber im Unterschied zu konventionellen elektrischen Schmelzsicherungen, die bei Fließen eines elektrischen Stroms vorgegebener Große schmelzen und dadurch den elektrischen Kontakt unterbrechen, ein Schmelzen allein aufgrund der Temperatur bzw. aufgrund einer kombinatorischen Wirkung von Temperatur und elektrischem Stromfluss gewährleistet werden muss. Eine weitere Möglichkeit ist z. B. ein Bi-Metallschalter, der aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von zwei Metallen bei einer vorgegebenen Temperatur öffnet oder schließt. Bevorzugt wird ein temperaturabhängiger Schalter, bei dem ein erstes elektrisch leitfähiges Element mit einer ersten elektrischen Anschlussleitung verbunden ist und ein zweites elektrisch leitfähiges Element mit einer zweiten elektrischen Anschlussleitung verbunden ist. Dabei sind das erste und das zweite Element entweder mechanisch gegeneinander vorgespannt, kontaktieren einander elektrisch aber noch nicht, oder kontaktieren elektrisch einander und sind dabei jedoch mechanisch so vorgespannt, dass die mechanische Vorspannung eine Entfernung der Elemente voneinander bewirken kann, die zum Öffnen des elektrischen Kontakts führt. Zur mechanischen Vorspannung kann in beiden Fällen z. B. eine Metallfeder oder eine Anordnung von Metallfedern eingesetzt werden, z. B. eine helixförmige Metallfeder. In beiden Fällen werden der Schaltzustand und die mechanische Vorspannung unter Verwendung eines Materials aufrechterhalten, das bei einer erhöhten Temperatur schmilzt oder zumindest an Festigkeit verliert. Hierfür ist insbesondere ein Wachs geeignet. Wird das Material bei einer Übertemperatur weich und kann der Vorspannung daher nicht mehr standhalten, bewirkt die Vorspannung im ersten Fall eine Herstellung des elektrischen Kontakts, d. h. ein Schließen des Schalters, und im zweiten Fall das Öffnen des elektrischen Kontakts, d. h. ein Öffnen des elektrischen Schalters.
-
Mit einer solchen Anordnung ist zuverlässig gewährleistet, dass der Schalter bei einer vorgegebenen Temperatur oder in einem vorgegebenen Temperaturbereich öffnet oder schließt. Es sind keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich, die ständig während des Betriebes des Schienenfahrzeugs ausgeführt werden müssen, um die Funktion des Schalters zu ermöglichen. Gegenüber einem Bi-Metallschalter kann die Funktionsfähigkeit des Schalters zuverlässiger über lange Zeiträume gewährleistet werden, da keine im Laufe der Zeit auftretende Materialermüdung von Metallen, die selbst die elektrischen Kontakte des Schalters bilden, die Funktion des Schalters beeinträchtigt. Für die Funktion des Schalters wird lediglich die Materialeigenschaft des schmelzbaren Materials oder des Materials ausgenutzt, welches bei der gewünschten Temperatur oder in dem gewünschten Temperaturbereich welch wird, damit der mechanischen Vorspannung nicht mehr standhält und aufgrund der mechanischen Vorspannung seine Form verändert. Ein entsprechender Schalter wird beispielsweise von EPHY MESS, Gesellschaft für elektrophysikalische Messgeräte mbH, Wiesbaden, Deutschland unter der Bezeichnung „2-wire circuit fusible: T = xy°C” angeboten.
-
Wie bereits erwähnt, kann das zu überwachende Lager insbesondere Teil eines Drehgestells sein, wobei der Begriff „Drehgestell” auch einen oder mehrere Antriebsmotoren und Getriebe zur Übertragung von Antriebsmomenten umfassen kann, welche an tragenden Teilen des Drehgestells befestigt sind. Im Fall eines Drehgestells sind typischerweise mehrere Lager auf Übertemperatur zu überwachen oder ist zumindest eines der Lager in verschiedenen Materialbereichen jeweils auf Übertemperatur zu überwachen, um gegebenenfalls schnell die vorgegebene Aktion ausführen zu können. Insbesondere bei Drehgestellen kann daher eine Mehrzahl der Sensoren, die jeweils eine der genannten Baueinheiten aufweisen, vorgesehen sein. Jeder der Sensoren ist in dem Material eines der Lager (dies schließt auch den Fall mit ein, dass es lediglich ein Lager gibt) oder nahe einem der Lager angeordnet.
-
Die temperaturabhängigen elektrischen Schalter einer Mehrzahl der Sensoren sind gemäß einer ersten Ausgestaltung elektrisch in Reihe geschaltet, so dass bereits durch Öffnen eines der beiden oder mehreren Schalter aufgrund des Erreichens einer erhöhten Lagertemperatur ein Stromkreis unterbrochen wird. Die zweite Auswertungseinrichtung ist/wird mit dem Stromkreis verbunden und ist/wird ausgestaltet, bei Unterbrechung des Stromkreises die vorgegebene Aktion auszuführen oder auszulösen. Aufgrund der elektrischen Reihenschaltung reicht eine einzige zweite Auswertungseinrichtung aus, um bei Änderung des Schaltzustandes eines einzigen Schalters die vorgegebene Aktion auszuführen oder auszulösen. Der Aufwand für die funktionssichere Ausgestaltung der Anordnung ist daher im Vergleich zur funktionssicheren Ausgestaltung mehrerer Anordnungen mit jeweils einer zweiten Auswertungseinrichtung reduziert. Die zweite Auswertungseinrichtung selbst kann genauso ausgestaltet werden wie in dem Fall eines einzigen Sensors mit einem temperaturabhängigen elektrischen Schalter, der als Unterbrecher ausgestaltet ist.
-
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung einer Anordnung mit einer Mehrzahl der Sensoren sind die temperaturabhängigen elektrischen Schalter der verschiedenen Sensoren parallel geschaltet, so dass bereits beim Schließen eines der beiden oder mehreren Schalter aufgrund des Erreichens einer erhöhten Lagertemperatur ein Stromkreis geschlossen wird. Die zweite Auswertungseinrichtung ist/wird mit dem Stromkreis verbunden und ist/wird ausgestaltet, bei Schließung des Stromkreises die vorgegebene Aktion auszuführen oder auszulösen. Zum Beispiel liegt an den geöffneten Stromkreisen eine elektrische Spannung an und misst die zweite Auswertungseinrichtung einen elektrischen Strom, der nach Schließung eines der Stromkreise fließt. Wieder reicht eine einzige zweite Auswertungseinrichtung aus, um bei Änderung des Schaltzustandes eines einzigen Schalters die vorgegebene Aktion auszuführen oder auszulösen. Die zweite Auswertungseinrichtung selbst kann wieder genauso ausgestaltet werden wie in dem Fall eines einzigen Sensors mit einem temperaturabhängigen elektrischen Schalter, der als Kurzschlussschalter (s. o.) ausgestaltet ist.
-
Insbesondere kann die Baueinheit zwei der Thermometer aufweisen, wobei die erste Auswertungseinrichtung ausgestaltet ist, nach einem Ausfall eines der Thermometer die Temperatur des Lagers durch Verarbeitung der Messwerte des anderen Thermometers festzustellen. Durch redundante Thermometer wird die Zuverlässigkeit des Sensors erhöht und wird Aufwand für einen Austausch des Sensors vermieden.
-
Z. B. weist jedes der Thermometer eine individuelle elektrische Anschlussleitung auf und führen die individuellen elektrischen Anschlussleitungen auf einen Schalter, der mit der ersten Auswertungseinrichtung verbunden ist, sodass je nach Schalterstellung des Schalters die eine Anschlussleitung oder die andere Anschlussleitung mit der ersten Auswertungseinrichtung verbunden ist. Es kann daher auf einfache Weise umgeschaltet werden, wenn ein Thermometer ausgefallen ist.
-
Alternativ kann jedes der Thermometer eine individuelle elektrische Anschlussleitung aufweisen und können die Thermometer außerdem eine gemeinsame elektrische Anschlussleitung aufweisen, wobei die individuellen Anschlussleitungen dauerhaft mit der ersten Auswertungseinrichtung verbunden sind, sodass die Thermometer elektrisch parallel an die erste Auswertungseinrichtung angeschlossen sind und – falls beide Thermometer funktionsfähig sind – einen niedrigeren elektrischen Widerstand bilden und – falls nur eines der beiden Thermometer funktionsfähig ist – einen höheren elektrischen Widerstand bilden. Daher kann die erste Auswertungseinrichtung in beiden Fällen Messwerte der Temperatur verarbeiten und so die Temperatur feststellen.
-
Insbesondere kann die erste Auswertungseinrichtung so ausgestaltet sein, dass sie durch Messung des elektrischen Widerstands der angeschlossenen Thermometer einen Ausfall eines der Thermometer erkennt. Somit kann die erste Auswertungseinrichtung die Messwerte der Thermometer automatisch korrekt auswerten.
-
Vorzugsweise ist die erste Auswertungseinrichtung ausgestaltet, nach Erkennung des Ausfalls eines der Thermometer ein Störungssignal zu erzeugen und auszugeben.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
-
1 schematisch eine Draufsicht auf ein Drehgestell eines Schienenfahrzeugs mit Querantrieb,
-
2 eine Frontalansicht der Draufsicht gemäß 1 in Richtung des Pfeils A in 1,
-
3 perspektivisch einen Teil eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs im Bereich des Achslagers an einem Laufrad des Schienenfahrzeugs, wobei für die Darstellung der Erfindung nicht benötigte Details teilweise weggelassen sind,
-
4 in perspektivischer Darstellung eine Draufsicht auf einen Bereich eines anderen Drehgestells, wobei mehr als ein Sensor zur Übertemperaturüberwachung von mehreren Lager verwendet wird,
-
5 eine Seitenansicht eines Sensors mit zwei Thermometer und einem temperaturabhängigen elektrischen Schalter, wobei ein Gehäuse zur Aufnahme der Thermometer und des Schalters aufgeschnitten dargestellt ist,
-
6 schematisch für ein Achslager eines Drehgestells einen Querschnitt durch das Lager, das Lagergehäuse und eine Aussparung in dem Lagergehäuse, in der ein Sensor zur Übertemperaturüberwachung angeordnet ist,
-
7 ein Schaltbild mit einem Sensor und einer ersten und einer zweiten Auswertungseinrichtung sowie einem Überwachungs- und Steuersystem eines Schienenfahrzeugs sowie mit einem Bremssystem, wobei die genannten Systeme schematisch dargestellt sind, und
-
8 ein Schaltbild des in 7 dargestellten Sensors.
-
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Drehgestell mit einem Radsatz, der über einen Querantrieb angetrieben wird, d. h. die Rotationsachse des Läufers 4 des Antriebsmotors 1 verläuft quer zur Fahrtrichtung. In 1 verläuft die Fahrtrichtung von oben nach unten. Das Drehgestell weist einen Drehgestellrahmen 100 mit einem in Fahrtrichtung offenen H-förmigen Tragprofil auf, dessen Querträger mit 9 bezeichnet ist und dessen Längsträger mit 3a, 3b bezeichnet sind. An gegenüberliegenden Längsträgern des Drehgestellrahmens 100 sind Drehlager 11a und 11b angeordnet, in denen die Radsatzwelle 6 des Radsatzes 7a, 7b drehbar gelagert ist. Die Radsatzwelle 6 wird über ein achsreitendes Getriebe 8 angetrieben, welches über eine elastische Aufhängung 25 an dem Querträger 9 aufgehängt ist. Das Antriebsmoment wird über eine Antriebswelle 19 in das Getriebe 8 eingeleitet.
-
Die Antriebswelle 19 ist über ein kardanisch bewegliches Gelenk 5 von der Läuferwelle 18 eines Elektromotors 1 angetrieben. Das kardanisch bewegliche Gelenk 5 weist in Richtung der Rotationsachse der Läuferwelle 18 eine axiale Nachgiebigkeit bzw. Beweglichkeit auf. Der Läufer des Antriebsmotors 1 ist mit 4 bezeichnet. An dem Ständer 22 ist eine Befestigung 21 angebracht, die über eine Aufhängung 2 an einer Längsstütze 12 aufgehängt ist, welche an dem Querträger 9 befestigt ist. Außer den Drehlagern 11a, 11b der Radsatzwelle 6 sind weitere, nicht näher dargestellte Drehlager vorgesehen, insbesondere zur Lagerung der Drehbewegungen der Antriebswelle 19 und von Teilen des Getriebes 8.
-
2 zeigt die Anordnung in einer Frontansicht, wobei außerdem noch die Federung 16a, 16b zu erkennen ist, über die die Radlager 11a, 11b federnd mit dem Wagenkasten 14 des Schienenfahrzeugs verbunden sind.
-
Die Erfindung betrifft die Temperaturüberwachung von zumindest einem der Drehlager. Dabei muss es sich nicht um ein Drehlager eines Drehgestells mit Querantrieb handeln. Vielmehr können in analoger Weise z. B. auch Drehlager eines Drehgestells mit Längsantrieb (d. h. die Rotationsachse des Läufers des Antriebsmotors verläuft etwa in Fahrtrichtung) überwacht werden. An den genannten Lager des in 1 und 2 dargestellten Drehgestells können erfindungsgemäße Sensoren zur Temperaturüberwachung angeordnet werden bzw. angeordnet sein.
-
Der in 3 dargestellte Teil eines Drehgestells entspricht zum Beispiel dem schematisch in 1 und 2 dargestellten Drehgestell. Erkennbar in 3 ist ein Laufrad 37b des Schienenfahrzeugs, welches drehfest mit einer nicht näher dargestellten Achse verbunden ist. Die Achse ist außenseitig des Laufrades 37b, also im Vordergrund der 3, innerhalb eines Achslagergehäuses 31 drehbar gelagert. Das Achslagergehäuse 31 ist durch einen Gehäusedeckel 35 außenseitig abgedeckt, wobei der Deckel 35 über Schrauben 36 mit dem Lagergehäuse 31 verschraubt ist. In den Deckel 35 sind zwei Anschlüsse 39a, 39b für Geschwindigkeitssensoren zur Messung der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs hineingeführt, die über Anschlusskabel 41a, 41b mit einem nicht in 3 dargestellten zentralen Überwachungs- und Steuersystem des Schienenfahrzeugs verbunden sind.
-
Das Lagergehäuse 31 ist Teil der tragenden Konstruktion des Drehgestells und ist über einen Längsträger 34, der beispielsweise dem Längsträger 3a gemäß 1 entspricht, mit anderen tragenden Teilen des Drehgestells verbunden. Auf einem Vorsprung des Lagergehäuses 31 stützt sich ein Stoßdämpfer 42 ab. Unmittelbar auf dem Lagergehäuse 31 stützt sich eine Federung 33 des Schienenfahrzeugs ab.
-
Außerdem ist ein Sensor 30 in das Lagergehäuse eingebracht, um die Temperatur des Lagers zu überwachen und insbesondere bei Übertemperatur geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Der Sensor 30 ist über ein Anschlusskabel 40 einerseits mit dem bereits genannten Überwachungs- und Steuersystem verbunden und andererseits mit einer zweiten Auswertungseinrichtung zur Auslösung oder Ausführung der vorgegebenen Maßnahmen bei Übertemperatur. Auf eine entsprechende elektrische Prinzipschaltung wird anhand von 7 eingegangen.
-
6 zeigt schematisch eine mögliche Gestaltung im Inneren des Lagergehäuses 31. Der Sensor 30 ragt mit einem rohrförmigen Gehäuse 32 in eine Sacklochbohrung 61 des Lagergehäuses 31 hinein, wobei alternativ die Bohrung auch bis zu dem äußeren Lagerring 71 durchgehen kann. Der äußere Lagerring 71 ist fest mit dem Lagergehäuse 31 verbunden. In seinem Inneren befinden sich die beweglichen Teile des Lagers und die Achse 74, die drehfest mit dem Laufrad 37b verbunden ist. Beispielsweise ist ein innerer Lagerring 73 drehfest mit der Achse 74 verbunden, z. B. verpresst. In diesem Fall befindet sich zwischen dem inneren Lagerring 73 und dem äußeren Lagerring 71 zum Beispiel ein ringförmiger Teil 72 mit nicht näher dargestellten Kugeln, so dass ein Kugellager gebildet ist. Andere Bauformen von Lagern sind jedoch ebenfalls möglich.
-
Der Sensor 30 ist z. B. wie in 5 dargestellt, konstruiert. Das Rohr 32 enthält an seinem in 5 unten dargestellten freien Ende zwei temperaturabhängige Widerstände 62a, 62b als Thermometer und den temperaturabhängigen Schalter 65. Die Thermometer 62 und der Schalter 65 sind nahe dem stirnseitigen Ende des Rohrs 32 angeordnet, welches durch einen Deckel 64 flüssigkeitsdicht verschlossen ist. Von den Thermometer 62 führt jeweils eine Anschlussleitung vom freien Ende des Rohrs 32 zu einer Basis 68 des Sensors 30, welche das Rohr 32 trägt, eine Durchführung der Anschlussleitungen ermöglicht und außerdem eine Befestigung des Sensors 30 über eine Befestigungsschraube 67 an dem Lagergehäuse 31 ermöglicht. Die in 5 dargestellte Schraube 67 weist einen Kopf 67a und ein Gewinde 67b auf, das in eine entsprechende Gewindebohrung im Lagergehäuse 31 eingeschraubt werden kann. Von der Basis 68 des Sensors 30 erstreckt sich in der Darstellung von 5 nach links ein Rohrstück 69 zur Durchführung der Anschlussleitungen zu den Thermometern 62 und dem Schalter 65. Die Anschlussleitungen des Schalters 65 sind in 5 lediglich schematisch angedeutet.
-
4 zeigt die Anordnung von mehreren Sensoren 50a, 50b, 50c, die beispielsweise in gleicher Weise wie der Sensor 30 gemäß 3 und 5 ausgestaltet sind. Aus dem in 4 dargestellten Teil des Drehgestells ist rechts unten in Draufsicht ein Laufrad 57b erkennbar, wobei sich jedoch das Lagergehäuse 51 innenseitig des Laufrades 57b befindet. Das Lagergehäuse 51 ist wiederum über einen Träger 54 mit anderen tragenden Teilen des Drehgestells verbunden. In der Figurenebene der 4 nach links oben verlaufend erstreckt sich von dem Lagergehäuse 51 die Drehachse 59 (d. h. die Welle des entsprechenden Radsatzes), mit der das Laufrad 57b drehfest verbunden ist. Die Achse ist innerhalb des Lagergehäuses 51 drehbar gelagert. Der Sensor 50a führt durch eine Bohrung oder in einer Bohrung bis in das Material des Lagers oder bis nahe an das Lager heran. Der Sensor 50a ist über eine Anschlussleitung 60a elektrisch angeschlossen.
-
Im linken oberen Teil der 4 ist ein Getriebe 52 dargestellt, das der Übertragung des Antriebsdrehmoments von einem nicht dargestellten Antriebsmotor auf die Welle der Achse 59 dient. Auch in dem Getriebe 52 befindet sich ein Lager oder befinden sich mehrere Lager. Die Lager dienen insbesondere ebenfalls der Drehlagerung der Welle der Achse 59. Es sind zwei Sensoren 50b, 50c an in radialer Richtung der Achse 59 gegenüberliegenden Positionen angeordnet, wobei sie in entsprechende Bohrungen des Getriebekastens eingebracht sind. Mit Sensoren zur Temperaturüberwachung im Getriebekasten bzw. Getriebegehäuse können jedoch auch andere bewegliche Teile des Getriebes und/oder einer in das Getriebe motorseitig hineinführenden Antriebswelle oder deren Lager auf Übertemperatur überwacht werden.
-
Die in 4 dargestellten Sensoren 50b, 50c sind über jeweils eine Anschlussleitung 60b, 60c elektrisch angeschlossen. Die Anschlussleitungen 60a, 60b, 60c der drei dargestellten Sensoren 50a, 50b, 50c sind insbesondere über z. B. T-förmig ausgestaltete mechanische Verbinder 63, 64 mechanisch miteinander verbunden und an eine zentrale Anschlussleitung 62 angeschlossen. Die elektrische Verschaltung ist aus 4 nicht erkennbar. Jedoch sind die Thermometer in den Sensoren 50 jeweils separat über zumindest zwei elektrische Leitungen an das Überwachungs- und Steuersystem angeschlossen, während die Schalter in den Sensoren 50 elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind. Durch die zentrale Anschlussleitung 62 führen daher lediglich zwei separate elektrische Leitungen zum Anschließen der drei Schalter in den Sensoren 50a, 50b, 50c. Alternativ kann die Reihenschaltung der insgesamt drei Schalter in den Sensoren 50a, 50b, 50c auch zentral erfolgen. In diesem Fall führen durch die zentrale Anschlussleitung 62 jeweils zwei elektrische Leitungen für jeden der Schalter.
-
Die in 7 dargestellte elektrische Schaltung bezieht sich lediglich auf einen einzigen Sensor 30. Sie kann aber entsprechend erweitert werden, wenn mehrere Sensoren vorhanden sind. Z. B. werden dann die in dem vorangegangenen Absatz anhand von 4 beschriebenen zusätzlichen elektrischen Leitungen vorgesehen.
-
7 zeigt schematisch ein Lagergehäuse 31, das z. B. das Lagergehäuse 31 gemäß 3 ist. Durch eine Durchgangsbohrung des Lagergehäuses 31 hindurch erstreckt sich ein Sensor 30 mit zwei Thermometer 62a, 62b und einem temperaturabhängigen elektrischen Schalter 65. Die in dem Inneren des Sensors 30 angeordneten Thermometer 62a, 62b sowie der elektrische Schalter 65 sowie ihre elektrischen Anschlüsse sind auch in 8 dargestellt. Die beiden Thermometer 62a, 62b werden alternativ betrieben, d. h. es ist zu einem gegebenen Zeitpunkt lediglich eines der beiden Thermometer 62 in Benutzung. Dazu weist jedes der Thermometer 62 einen individuellen elektrischen Anschluss 91 bzw. 93 auf und weisen beide Thermometer 62 einen gemeinsamen elektrischen Anschluss 92 auf. Dabei führen, wie 7 zeigt, die beiden individuellen Anschlussleitungen 91, 93 auf einen Schalter 97, sodass je nach Schalterstellung die eine Anschlussleitung 91 oder die andere Anschlussleitung 93 mit einer gemeinsamen Verbindungsleitung 98 verbunden ist, die zu einer ersten Auswertungseinrichtung 88 führt. Auf diese Weise ist zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine der beiden individuellen Anschlussleitungen 91, 93 und damit nur eines der Thermometer 62b, 62a in Betrieb. Zeigt sich im Laufe des Betriebes, dass das in Betrieb befindliche Thermometer 62 keine plausiblen Messwerte mehr liefert oder sich seine temperaturabhängigen Eigenschaften verändert haben, kann durch Umschalten des Schalters 97 das andere Thermometer 62 in Betrieb genommen werden. Alternativ zu dem Umschalten eines Schalters kann die Verbindung von der gemeinsamen Verbindungsleitung 98 zu der jeweiligen individuellen Anschlussleitung 91, 93 auch auf andere Weise hergestellt werden, z. B. durch Umstecken einer Steckverbindung oder durch Löten.
-
In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden individuellen Anschlussleitungen 91, 93 nicht auf den Schalter 97 geführt, sondern (z. B. an dem in 7 dargestellten Ort des Schalters 97) dauerhaft elektrisch miteinander verbunden, und damit auch dauerhaft an die gemeinsame Verbindungsleitung 98 angeschlossen. Die erste Auswertungseinrichtung 88 ist dann so ausgestaltet, dass sie durch Messung des ohmschen Widerstands der Anordnung entweder aus dem Widerstandswert der elektrisch parallel geschalteten Thermometer 62a und 62b oder bei Ausfall eines der beiden Thermometer aus dem sprunghaft geänderten Widerstandswert des allein noch funktionierenden Thermometers 62a oder 62b die tatsächliche Temperatur erkennt. Vorzugsweise wird im Falle des Ausfalls eines Thermometers 62 von der ersten Auswertungseinrichtung 88 durch die sprunghafte Änderung des Widerstandswertes der Thermometer zusätzlich ein Störungssignal erzeugt und z. B. ausgegeben, sodass in nachgeschalteten Informationseinheiten insbesondere ein Thermometer-Fehler angezeigt und/oder in einen Fehler-Speicher, der üblicherweise bei Wartungsarbeiten ausgelesen wird, eingetragen werden kann.
-
Die erste Auswertungseinrichtung 88 verarbeitet die Messwerte der Thermometer 62 und gibt den entsprechenden Messwert an das zentrale Überwachungs- und Steuersystem 89 des Schienenfahrzeugs aus. Z. B. sind in der ersten Auswertungseinrichtung 88 die entsprechenden Koeffizienten zur Ermittlung der Temperatur hinterlegt, die zur Auswertung von Widerstandsmesswerten der als temperaturabhängige Widerstände ausgebildeten Thermometer 62 benötigt werden.
-
Außerdem ist erfindungsgemäß in den Sensor 30 ein temperaturabhängiger elektrischer Schalter 65 integriert, der über Anschlussleitungen 94, 95 an eine zweite Auswertungseinrichtung 81 angeschlossen ist. Die elektrischen Anschlüsse 94, 95 des Schalters 65 sind an einen elektrischen Kreis 84 angeschlossen, in dem sich auch die zweite Auswertungseinrichtung 81 befindet, um eine Veränderung des Schaltzustandes des Schalters 65 zu detektieren. Hierzu ist z. B. eine Spannungsquelle 82 in dem Schaltkreis 84 vorgesehen. Die zweite Auswertungseinrichtung 81 ist signaltechnisch an ein weiteres System 83 angeschlossen. Hat die zweite Auswertungseinrichtung 81 festgestellt, dass sich der Schaltzustand des Schalters 65 geändert hat (z. B. der Schaltkreis 84 durch den Schalter 65 unterbrochen wurde), löst die zweite Auswertungseinrichtung 81 eine vorgegebene Aktion aus, die von dem System 83 ausgeführt wird, z. B. eine Bremsung des Schienenfahrzeugs bis zum Stillstand. Da der Schaltkreis 84 mit der zweiten Auswertungseinrichtung 81 elektrisch getrennt von der ersten Auswertungseinrichtung 88 und dem Überwachungs- und Steuersystem 89 ist, kann die Anordnung bestehend aus dem Schalter 65, dem Schaltkreis 84 und der zweiten Auswertungseinrichtung 81 und gegebenenfalls zusätzlichen elektrischen Einheiten und Bauteilen besonders funktionssicher ausgestaltet sein, wobei aufgrund der Einfachheit der Funktion der Aufwand hierfür gering ist. Es ist somit eine zuverlässige Überwachung auf Übertemperatur möglich.
-
Wie bereits erwähnt, kann die in 7 dargestellte elektrische Schaltung modifiziert werden, wenn mehr als ein Sensor zur Übertemperaturüberwachung vorhanden ist. Auch ist es möglich, dass sich in dem einzigen Sensor oder in einem der Sensoren lediglich ein Thermometer befindet. In diesem Fall entfällt z. B. im Vergleich zu 7 eine der individuellen Anschlussleitungen und einer der temperaturabhängigen Widerstände.
-
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 Nicht-Patentliteratur
-
