DE2152495A1 - Radsatzlager - ueberwachungseinrichtung - Google Patents

Description

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Radsatzlager - Überwachungseinrichtung ^ I 3 / H C/

Die Erfindung befaßt sich mit einer Radsatzlager-Überwachungseinrichtung, insbesondere auf Schnellauf enden Schienenfahrzeugen, mit die Lagertemperatur ständig erfassenden Temperaturaufnehmern und bei Überschreitung von Grenzwerten ausgelösten Signalen.

Bei Radsatzlagern von Eisenbahnwagen tritt das technische Problem auf, Lagerschäden, die sich durch Ansteigen der Lagertemperatur ankündigen, möglichst frühzeitig zu erkennen, um Gegenmaßnahmen einleiten zu können, die einer Zerstörung des Lagers entgegenwirken.

Es sind längs einer Bahnstrecke aufstellbare Warngeräte für den angegebenen Zweck bekannt, die auf die Wärmestrahlung eines heißlaufenden Radsatzlagers in einem vorbeifahrenden Eisenbahnzug ansprechen, ein Warnsignal abgeben und auch zwecks schnellen Auffindens der Schadenstelle die laufende Radsatznummer innerhalb des Zugverbandes registrieren. Derartige Warngeräte sind zwar in der Lage, Radsatzlager mit Übertemperatur sicher wahrzunehmen, ihr Einsatz ist jedoch auf fahrende Züge beschränkt, deren Geschwindigkeit nicht höher als 200 km/h ist.

Letztgenannte Geräte sind auf die Aufstellung an Orten mit besonderen Überwachungsaufgaben beschränkt, z. B. an Grenzübergängen, mit ankommendem Waggonverkehr aus dem Ausland, bei denen eine vorherige Überwachung der Radsatzlager nicht möglich war. Der moderne Schienenschnellverkehr mit hohen Spitzengeschwindigkeiten bedingt jedoch eine ständige Überwachung der Radsatzlager

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der Fahrzeuge, die in zweckmäßiger Weise nur durch Temperaturkontrolle am Radsatzlager des fahrenden Zuges selbst mit Fernmeldung an das Zugpersonal erfolgen kann. Es ist außerdem ein Temperaturüberwachungsgerät für Drehstrommotore bekannt, das die Wicklungstemperatur mittels Kaltleiter-Temperaturfühler aufnimmt. Dieses Gerät, welches für die Temperaturüberwachung einer stationären Anlage konzipiert ist, wurde für die Überwachung von Radsatzlagern in fahrende Züge eingesetzt, wobei

\ im wesentlichen die bestehenden Bauteile des Gerätes

für den Stationärbetrieb weiter verwendet wurden. Mit Rücksicht auf die Schwankungen und Stöße eines Schienenfahrzeuges wurden lediglich die Bauteile des Steuergerätes in Gießharz eingebettet und eine besondere Ausbildung eines Temperaturfühlergehäuses mit zwei Kaltleiter-Temperaturfühlern zur Erfassung zweier Temperatur-Grenzwerte am Lageraußenring entwickelt. Die sich in Relation zur Temperatur ändernden Widerstandswerte der Kaltleiter werden dazu verwendet, bei Erreichen bestimmter Grenztemperaturen optische

P und/oder akustische Warnsignale auszulösen, und zwar

wird bei einer Ansprechtemperatur von 90° C des Fühlers ein Vorwarnsignal und bei 120° C des anderen Fühlers ein Gefahrensignal gegeben. Diese Ansprechwerte sind durch die Festlegung der Fühler daten nachträglich nicht mehr zu verändern. Ein Signal wird allerdings auch dann ausgelöst, wenn eine Fühlerleitungsunterbrechung stattfindet. Ein Kurzschluß in einer Fühlerleitung ist mit diesem Gerät nicht feststellbar und verhindert bei Auftreten einer Übertemperatur eine entsprechende Meldung. In diesem Falle wird dem Betriebspersonal durch Betätigung einer Prüftaste ein funktionstüchtiges Gerät vorgetäuscht.

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Das beschriebene Temperaturüberwachungsgerät berücksichtigt nicht im ausreichenden Maße die rasch wechselnden Betriebsbedingungen auf einem Schnellauf ende η Fahrzeug, insbesondere nicht die möglichen Schwankungen der Außentemperaturen. Im Falle einer Fühlerleitungsunterbrechung wird außerdem fälschlich eine Unregelmäßigkeit an den Radsatzlagern angezeigt, wodurch das Zugpersonal falsch informiert wird und vergeblich nach einem nicht vorhandenen "Heißläufer" sucht, anstatt dafür zu sorgen, daß die Überwachungsanlage durch Ersatz oder Reparatur schnellstens wieder einsatzklar gemacht wird. Auch reichen die vorgesehenen Ansprechtemperaturen für die Vorwarnung bzw. Gefahrenmeldung für die Lagerüberwachung nicht aus, um bereits sich durch geringen Temperaturanstieg bemerkbar machende Lagerschäden zu erkennen. Durch die schwankenden Außentemperaturen, denen ein Fahrzeug im Gegensatz zu einer ortsfesten Anlage ausgesetzt ist, ändert sich die Betriebstemperatur eines Lagers beträchtlich, infolge der Wärmeabfuhr über das Lagergehäuse an die umgebende Außenluft. So kann es z. B. bei Außentieftemperaturen vorkommen, daß ein Lager bereits bei einer effektiven Lagertemperatur von z. B. 60° C einen Schadenzustand erreicht hat, jedoch ein Warnsignal noch nicht gegeben wird, weil bei der bekannten Einrichtung der erwähnte erste Fühler auf eine feste Ansprechtemperatur von 90° C eingestellt ist. Wenn der Fühler in diesem Falle dann bei weiterer Temperaturerhöhung bei Erreichen der Ansprechwelle von 90° C endlich anspricht, dann kann das erst jetzt gegebene Vorwarnsignal bereits nicht mehr seinen Zweck erfüllen, weil mangels rechtzeitiger Vorwarnung ein akuter Lagerschaden bereits eingetreten ist, dessen Folgen nicht mehr abwendbar sind.

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Die Erfindung hat den Zweck, unter Vermeidung der aufgezeigten Mängel ein Radsatzlager-Temperaturüberwachungsgerät zur Installation auf schnellaufenden Schienenfahrzeugen zu schaffen. Ihr liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, Svelches den Einfluß der Außentemperatur auf den oder die Temperaturaufnehmer für die Lagertemperatur berücksichtigt und in das Meßergebnis'einbezieht.

Ferner soll eine Störung im Leitungssystem der Einrichtung unabhängig von der Temperaturüberwachung angezeigt werden, wobei die Störmeldung sich unverwechselbar von einer Übertemperaturmeldung unterscheiden muß. Auch besteht ein Bedarf nach einer zahlenmäßigen Erfassung der gemessenen Temperaturwerte durch ein Meßinstrument, welchen die erwähnte Überwachungseinrichtung nicht erfüllen kann.

Die Erfindung löst die gestellte technische Aufgabe durch die Schaffung einer Radsatzlager-Überwachungseinrichtung, bei welcher zur Meßwerterfassung und Auslösung der Signale mindestens zwei getrennt voneinander angeordnete Temperaturaufnehmer vorgesehen sind, aus dessen Meßwerten ein Differenzwert gebildet wird, welcher die Lagertemperatur und die Außentemperatur berücksichtigt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung sind wenigstens zwei Temperaturaufnehmer vorgesehen, von denen einer im Lageraußenring und der andere in einem der Außentemperatur ausgesetzten Fahrzeugteil angeordnet ist, dessen Verhältnis Oberfläche zu Volumen im. wesentlichen dem des Radsatzlagergehäuses entsprechen soll, und die beide Widerstands-

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glieder einer Brückenschaltung sind, wodurch sich plötzliche Außentemperaturänderungen, z. B. bei Tunneldurchfahrten, auf beide Meßstellen zeitlich etwa gleich aus wir ken.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Brückenschaltung mit wenigstens zwei Grenzwertschaltern verbunden, die zwecks Temperaturüberwachung bei Erreichen einer ersten Temperaturgrenze ein "Warnsignal" und bei Erreichen einer zweiten Temperaturgrenze ein "Alarmsignal" genanntes Signa.1 auslösen und es sind wenigstens zwei weitere Grenzwertschalter vorgesehen, die auf die bei Kurzschluß oder Stromkreisunterbrechung entstehenden Stromkreiszustände ansprechen und je ein. Signal - "Kurzschlußsignal" oder "Unterbrechungssignal" genannt auslösen sowie ein Meßinstrument zur Ablesung der gemessenen Temperaturdifferenz, dem ein Registriergerät angeschlossen sein kann. Als Temperaturaufnehmer finden Siliziumhalbleiter Verwendung. *, .: _v

Die beigegebene Zeichnung zeigt ein Blockschaltschild einer erfindungsgemäßen Radsatzlager-Überwachungseinrichtung»

Ein Lagertemperaturaufnehmer LTA und ein Außentemperatur* aufnehmer ATA werden durch je einen veränderlichen ,-, -■■ '■ ■ ίί Widerstand dargestellt und sind Widerstandsglieder einer -,'_/-, ν

Brückenschaltung mit weiteren Brückengliedern, den^ e;.^. Widerständen BWl und BW2. Die erwähnten Lagertemperiatu^ bzw. Außentemperaturaufnehmer sind aus später e Gründen vorzugsweise Siliziumhalbleiterelemente; Dioden oder Transistoren, die die Temperatur des außenringes des zu überwachenden Lagere bzw. die

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Außentemperatur aufnehmen. Die Unterbringung des Lagertemperaturaufnehmers LTA geschieht nach den in der Meßtechnik üblichen Grundsätzen in möglichst großer Nähe der Wärmequelle, also bei einem Radsatzlager am Lageraußenring, der z.B. durch eine Bohrung im Radsatzlagergehäuse zugänglich gemacht werden kann. Die Messung der Außentemperatur durch den Außentemperaturaufnehmer ATA geschieht vorzugsweise an einem Fahrzeugteil, z. B. an einem Abdeckblech, dessen Verhältnis Oberfläche zu Volumen etwa dem eines Radsatzlagergehäuses entspricht. Es ist auf diese Weise möglich, die Außentemperatur für den vorgesehenen Zweck global zu erfassen, so daß es nicht notwendig wird, jedes einzelne Radsatzlagergehäuse mit einem Temperaturaufnehmer für die Außentemperatur zu versehen. Der durch die beschriebene Anordnung erreichte Meßwert stellt einen praktisch brauchbaren Näherungswert der Außentemperatur dar, wie sie auf jedes Radsatzlagergehäuse einwirkt und durch die Abkühlung infolge des Fahrtwindes die Lagertemperatur beeinflußt. Jedes einzelne Lager der vorhandenen Radsatzlager eines Eisenbahnzuges ist dagegen mit je einem Lagertemperaturaufnehmer LTA ausgerüstet. Die durch die genannten Aufnehmer erfaßten Außen- und Lagertemperaturwerte werden in eine übliche Brückenschaltung eingeleitet, die eine Parallelschaltung zweier Spannungsteiler darstellt. Beide Spannungsteiler liegen an einer Hilfsspannung V. Aus dem Diagonalzweig der Brücke läßt sich eine Spannungsdifferenz aus den gemessenen Außen- und Lagertemperaturwerten abnehmen und in die Ausgangsleitung AgL äinleiten, die einen Meßwert ergibt, der ein echtes Bewertungskriterium für eine praktische brauchbare "Heißläufer"-Vorwarnung darstellt, ganz gleich, ob die Abstrahlung der Lagertemperatur durch das Lagergehäuse je nach Außentemperaturwert hoch oder niedrig ist,

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In der Ausgangsleitung liegen eine Anzahl Grenzwertschalter GWSch 1 bis 4> die z. B. mit Transistoren bestückt sein können, die bei einem vorbestimmten Spannungswert, der einem bestimmten Temperaturgrenzwert äquivalent ist, in einer dem Fachmann bekannten Weise, etwa durch Aufheben einer Sperrspannung, einen Schaltvorgang auslösen, also z. B. eine Warnlampe einschalten, und/oder ein akustisches Signal auslösen. Die Grenzwertschalter GWSch 1 und GWSch 2 dienen der Temperaturüberwachung und sind auf in gewissem Bereich variable Grenzwerte eingestellt, bei deren Überschreiten Signale abgegeben werden. Grenzwertschalter GWSch 1 löst bei Erreichen einer ersten Temperaturgrenze ein "Warnsignal¹¹ genanntes erstes Signal aus, während GWSch 2 bei Erreichen einer zweiten Temperaturgrenze ein zweites "Alarmsignal" genanntes Signal auslöst. Bei einem in der Überwachungseinrichtung entstehenden Kurzschluß oder einer Stromkreis unterbrechung liegt an der Ausgangsleitung AgL eine Spannung, die erheblich über oder unter den Spannungen liegt, die durch die genannten Temperaturgrenzen definiert sind. In der Ausgangsleitung liegen zwei weitere Grenzwertschalter GWSch und GWSch 4, die der Fehlerüberwachung dienen und je einen Grenzwertschalter umfassen, der auf Stromkreis zustände anspricht, die über oder unterhalb der Grenz wertzone liegen, die durch die erwähnte erste und zweite Temperaturgrenze gebildet werden, und je ein Signal "Kurzschluß" oder "Unterbrechung" auslösen. Mit der Brückenschaltung ist ferner über einen durch Symbol dargestellten Verstärker beliebiger Bauart, z. B. einen Transistorverstärker, ein Meßinstrument zur Messung des Temperatur differenzwertes Δ f\f verbunden. Infolge Verwendung der erwähnten Siliziumhalbleiterelemente als Temperaturaufnehmer ergeben sich besonders scharf voneinander abgegrenzte Spannungswerte,

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da die genannten Halbleiterelemente ein für solche Zwecke besonders günstiges, in etwa linearer Kurve verlaufendes Temperatur/Widerstandsänderungsverhältnis aufweisen.

Die vorliegende Erfindung bietet eine in besonderer Weise zum Einbau in ein Fahrzeug konzipierte Überwachungseinrichtung für die Radsatzlager. Sie bezieht die Außentemperatur in die Temperaturmessung zur Auslösung von Warnsignalen ein, da dieselbe bei Schnelläufe η de η k Fahrzeugen, wie bereits erwähnt, als ein Faktor in

Erscheinung tritt, der eine frühzeitige Übertemperatur warnung in Frage stellt. Die Berücksichtigung der Außentemperaturmessung trägt also der Tatsache Rechnung, daß ein Fahrzeug, im Gegensatz zu stationären Anlagen, extrem ändernden Temperaturen ausgesetzt ist, z. B. bei Tunneldurchfahrten, plötzlichem Witterungswechsel und Durchfahrten unterschiedlicher Klimazonen bei Langstreckenzügen, wodurch sich die Kühlung bzw. Erwärmung des Radsatzlagergehäuses erheblich ändern kann. Neuzeitliche elektronische Schaltungen sind zwar gegen starke mechanische Erschütterungen, wie sie in Fahrzeugen auftreten können, infolge der Verwendung gedruckter Stromkreisläufe und moderner Lötverfahren, die sogenannte Wackelkontakte ausschließen, relativ gut gesichert, jedoch sind Störungen in Form von Kurzschlüssen und Leitungsunterbrechungen nicht ausgeschlossen, die bei einem Überwachungsgerät besonders nachteilige Folgen haben können. Der Erfindungsgegenstand zeigt bei eventuell auftretenden Schäden der genannten Art die Fehlerquelle unabhängig vom Lagerüberwachungssystem an, insbesondere kann es nicht vorkommen, daß ein Fehler im Leitungssystem ein

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Warnsignal auslöst, das fälschlicherweise als ein Signal der Temperaturüberwachung gewertet werden kann; vielmehr ist eine unverwechselbare Signalgabe für die Fehleranzeige möglich, die außerdem in einer für die Fehlersuche vorteilhaften Weise zwischen Kurzschluß und Unterbrechungsfehler unterscheidet. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung kann man die Vorteile der Gewichtsminderung nützen, die Radsatzlagergehäuse aus Leichtmetall bieten. Bisher standen der Verwendung solcher Gehäuse aus Aluminium bzw. entsprechender Legierungen (hinsichtlich der Verwendung auf schnellaufenden Fahrzeugen) Bedenken entgegen, die in der geringeren Warmfestigkeit und Schmelztemperatur dieser Materialien ihre Ursache hatten. Die vorliegende Erfindung ist geeignet, die bisherigen erwähnten Bedenken bei der Materialwahl bei Radsatzlagergehäusen zu zerstreuen und modernen Tendenzen Auftrieb zu geben.

Patentansprüche

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Claims (6)

1. Patentansprüche;

   Wl, J Radsatzlager-Überwachungseinrichtung, insbesondere auf *-—'^ schnellaufenden Schienenfahrzeugen, mit die Lagertemperatur ständig erfassenden Temperaturaufnehmern und bei Überschreitung von Grenzwerten ausgelösten Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßwerterfassung und Auslösung der Signale die Meßdaten von mindestens zwei getrennt voneinander angeordneten Temperaturaufnehmern " dienen, aus denen ein Differenzwert gebildet wird,

   welcher die Lagertemperatur und die Außentemperatur berücksichtigt.
2. 2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Temperaturaufnehmer vorgesehen sind, von denen einer im Lageraußenring und der andere in einem der Außentemperatur ausgesetzten Fahrzeugteil angeordnet ist, dessen Verhältnis Oberfläche zu Volumen etwa dem des Radsatzlagergehäuses entspricht und die beide Widerstandsglieder einer Brückenschaltung sind.
3. 3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung mit wenigstens zwei Grenzwertschaltern verbunden ist, die zwecks Temperaturüberwachung bei Erreichen einer ersten Temperaturgrenze ein "Warnsignal" genanntes Signal und bei Erreichen einer zweiten Temperaturgrenze ein "Alarmsignal" genanntes Signal auslösen und wenigstens zwei weitere Grenzwertschalter vorgesehen sind, die auf

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   die bei Kurzschluß oder Stromkreisunterbrechung entstehenden Stromkreiszustände ansprechen und je ein Signal - "Kurzschlußsignal" oder "Unterbrechungssignal¹¹ genannt auslösen.
4. 4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturaufnehmer Siliziumhalbleiter Verwendung finden.
5. 5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung mit einem Meßinstrument zur Ablesung der gemessenen Temperaturdifferenz verbunden ist.
6. 6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung mit einem registrierenden Meßgerät zur Aufzeichnung der gemessenen Temperaturdifferenz verbunden ist. —

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