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HINTERGRUND
UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Drucksensorvorrichtung
zum Einbau in einer Wagensteuerungsvorrichtung einer elektropneumatischen
Bremse zur Verwendung in einem Zug und insbesondere Verbesserungen
im Drucksensormodul.
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Allgemein
besteht ein Zug aus einem Verband einer oder mehrerer Lokomotiven,
gefolgt von einer Reihe von Wagen, und einer pneumatischen Bremsleitung,
die sich für
die pneumatische Bremse durch den Zug erstreckt. In den letzten
Jahren wurden jeder der Zugwagen und jede der Lokomotiven durch
eine Strom- und Kommunikations-Zugleitung seriell
verbunden. Zusätzlich
ist jeder Wagen mit einem entsprechenden Bremssystem ausgerüstet. Das
serielle elektrische Stromnetz und das Pneumatikbremsennetz wurden
so integriert, dass sie ein elektropneumatisches Bremssystem bilden,
welches mit der Strom- und Kommunikations-Zugleitung kommuniziert,
die nicht nur die einzelnen Wagen mit Strom versorgt, sondern zudem
eine Kommunikationsverbindung herstellt, die die Identifikation
und Reihung eines Zuges ermöglicht.
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Um
nun die pneumatischen und elektrischen Systeme in einem Netzwerk
zu integrieren, wurde in der älteren
Technik eine Wagensteuerungsvorrichtung zur Unterbringung im Wagen
erfunden, und die Wagensteuerungsvorrichtung wurde dann mit einem ID-Modul
und der Strom- und Kommunikationszugleituag in Kontakt gebracht.
Ein Beispiel eines Systems ist in US-Patent Nr. 5,967,465 an Lumbies
et al. offenbart, und eine Wagensteuerungsvorrichtung ist in US-Patent
Nr. 5,967,620 an Truglio et al. offenbart. Ebenfalls aus dem Stand
der Technik bekannt ist eine Vorrichtung mit einzelnen Ventilen,
die mit einem Druckfluidauslassanschluss verbunden sind und die an
einen Drucksensor angeschlossen sind, wobei die elektrischen Leitungen
von Elektromagneten und die Drucksensoren zu einem zentralen Signalanschluss geleitet
werden, wie in US-Patent Nr. 5,301,717 offenbart. Andere verwandte
Offenbarungen der älteren
Technik finden sich in US-Patent Nr. 4,898,360, WO 99 50115 A, WP
00 30909, EP-A 1 029 760 und EP-A 0 829 402.
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Eine
Steuervorrichtung bedingt notwendiger Weise die Verknüpfung und
Verflechtung mehrerer Systeme. Die Wagensteuerungsvorrichtung besteht aus
einem Druckfühlersystem,
einem Steuerventilsystem, einem Stromkontrollsystem und einem Funktionssteuersystem
sowie einem Verteiler. Das Steuerventilsystem umfasst eine Mehrzahl
von Ventilen, die als Reaktion auf elektrische Signale, die vom Funktionssteuermodul
empfangen werden, elektrisch gesteuert werden können, um die pneumatischen Bremsen
pneumatisch zu steuern. Eine Mehrzahl von Druckmesswandlern, die
ein Drucksensormodul umfassen, kommuniziert mit dem Funktionssteuersystem.
Zu einer Wagensteuerungsvorrichtung gehört demnach ein verwickeltes
Netzwerk von Systemen, die untereinander in Fluid- und/oder elektrischer
Kommunikation stehen.
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Ein
Drucksensormodul (DSM) ist ein integraler Bestandteil einer Wagensteuerungsvorrichtung. Das
DSM muss in Fluidkommunikation mit dem Verteiler stehen, um den
Druck an unterschiedlichen Punkten in einem Verteiler innerhalb
der Wagensteuerungsvorrichtung zu erfassen und zu bestimmen, und
das DSM muss zudem in elektrischer Kommunikation mit dem Funktionssteuermodul
stehen, das auf der Grundlage von Informationen vom DSM Brems- und
Kommunikationssignale an das Netzwerk abgibt. Das Drucksensormodul
ist vorzugsweise innerhalb des Gehäuses angrenzend an das Steuerventilmodul
und das Stromkontrollmodul angeordnet.
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Das
Drucksensormodul umfasst ein Gehäuse
und eine Mehrzahl von pneumatischen Eingangsöffnungen, die integral auf
einer ersten Fläche
des Gehäuses
konfiguriert sind und in Fluidkommunikation mit dem Verteiler stehen
müssen.
Die Öffnungen sind
so konfiguriert, dass die Befestigung des Moduls des Drucksensormoduls
an dem Verteiler jede der pneumatischen Eingangsöffnungen dicht mit einer Öffnung in
Fluidkommunikation mit dem Verteiler verbinden. Vorzugsweise ist
das Gehäuse
mit Ausnahme der Öffnungen
abgedichtet. Eine Mehrzahl von Messwandlern ist innerhalb des Gehäuses und
in Kommunikation mit dessen eigener Öffnung. Jeder Messwandler ist
elektrisch mit dem Funktionssteuermodul verbunden.
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Die
pneumatischen Eingangsöffnungen
des Drucksensormoduls sind je so angeschlossen, dass sie Fluidkommunikation
von Öffnungen
auf dem Verteiler empfangen, die einem Ausgleichsbehälter, einer
Bremsleitung, einem Bremszylinder, einem Steuerventil und der Außenluft
zugeordnet sind. Der Druck, der an den Drucköffnungen für Ausgleichsbehälter, Bremsleitung,
Bremszylinder und Steuerventil festgestellt wird, wird mit dem atmosphärischen
Referenzdruck verglichen, sodann von den jeweiligen Druckmesswandlern
in eine Spannung gewandelt, wodurch von den Messwandlern ein Signal
erzeugt wird, das für
jede der einzelnen Öffnungen
proportional zu einem Prüfdruck
ist. Das Gehäuse
weist mindestens eine Bohrung zur Aufnahme eines Befestigungselements
auf, mit dem das Gehäuse
am Verteiler befestigt wird.
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Das
Drucksensormodul hat auf einer zweiten Oberfläche des Gehäuses einen elektrischen Multi-Pin-Steckverbinder.
Der Steckverbinder ist so konfiguriert, dass jeder der Messwandler
einen Ausgang besitzt, der mit einem entsprechenden Pin elektrisch verbunden
ist. Ein Pin-Paar des Steckverbinders entspricht zusätzlich einem
Paar gemeinsamer Spannungseingänge
in jeden der Messwandler. Ein Kabel ist dem Steckverbinder so zugeordnet,
dass diese Signale auf das Funktionssteuermodul der Wagensteuerungsvorrichtung übertragen
werden und Spannung an das Drucksensormodul angelegt wird.
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Das
Drucksensormodul umfasst des weiteren eine Umgebungseingangsöffnung in
Fluidkommunikation mit der Außenluft.
Die Umgebungseingangsöffnung
ist mit einem Kanal verbunden, der sich durch das Gehäuse erstreckt,
um eine direkte Fluidkommunikation mit atmosphärischem Druck zu schaffen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Wagensteuerungsvorrichtung;
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2 ist
eine auseinandergezogene Ansicht eines Teils einer Wagensteuerungsvorrichtung
der älteren
Technik;
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3 ist
eine auseinandergezogene Ansicht eines Drucksensormoduls gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine zusammengesetzte Ansicht des Drucksensormoduls gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine Unteransicht der 4.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Für ein vollständiges Verständnis davon,
wie das Drucksensormodul in die Zusammensetzung einer Wagensteuerungsvorrichtung
integriert ist, wird in 1 die allgemeine schematische
Aufmachung der unterschiedlichen Systeme dargestellt, die an der Konstruktion
einer Wagensteuerungsvorrichtung beteiligt sind. Eine Strom- und
Kommunikationszugleitung verbindet die einzelnen Wagen eines Zuges.
Auf jedem Wagen befindet sich eine Wagensteuerungsvorrichtung, die
unterschiedliche kooperierende Systeme umfasst. Ein Leitungsträger verbindet
die Wagensteuerungsvorrichtung CCD mit dem pneumatischen Bremssystem.
Die pneumatischen Eingänge sind
Bremsleitung BP, Bremszylinder BC, Ausgleichsbehälter ER, Sperrventil RET und
den Zusatzbehälter
AR. Ein Steuerventilsystem und ein Drucksensorsystem sind so konfiguriert,
dass sie verschiedenen pneumatischen Öffnungen zugeordnet sind, um über einen
Verteiler pneumatische Signale in ein Steuerventilsystem und ein
Drucksensorsystem abzugeben.
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Ein
Beispiel eines Drucksensorsystems nach dem Stand der Technik ist
in 2 dargestellt. In 2 ist das
Drucksensorsystem 100 auf der selben Zusammensetzung wie
das Steuerventilsystem 102 dargestellt. In der älteren Technik
wurden vier getrennte Messwandler 104 verwendet, die einzeln
an CVT-Öffnung,
ERT-Öffnung,
BPT-Öffnung
und BCT-Öffnung
montiert waren, wie dargestellt. Jeder Messwandler war einzeln verdrahtet.
Die Verdrahtung 106 für
das Drucksensorsystem 100 der älteren Technik hatte vier Drei-Pin-Steckverbinder 108,
von denen jeder zwei gemeinsame Anschlüsse aufwies, nämlich einen
positiven Versorgungs- und einen negativen Versorgungssignalanschluss.
Folglich erforderte die ältere
Technik den Anschluss von mindestens zwölf individuellen Drähten an
die Steuerschaltkreise. Zusätzlich
benötigte jeder
Messwandler 104 eine Außenluftreferenz, damit Prüfdruckwerte
festgestellt werden konnten. Diese Anordnung erforderte eine belüftete Ummantelung
für den
Messwandler, wodurch der Messwandler und andere Komponenten im Gehäuse an Feuchtigkeit,
Schmutz und anderen in der Luft möglicherweise vorkommenden Kontaminierungen
exponiert wurden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie in 3 – 5 dargestellt,
umfasst das Drucksensormodul 110 das Gehäuse 112,
bestehend aus einem oberen Gehäuse 114 und
einem unteren Gehäuse 116,
das mittels der Befestigungselemente 118 fest an der (nicht
dargestellten) Wagensteuerungsvorrichtung montiert ist. Da das Drucksensormodul 110 vorzugsweise
in einem inneren Bereich einer (nicht dargestellten) Wagensteuerungsvorrichtung
montiert ist, ist ein Schraubenschlüsselfreiraum zu beachten. Um
das Problem des Schraubenschlüsselfreiraums in
den Griff zu bekommen, handelt es sich bei den Befestigungselementen 118 vorzugsweise
um Innensechskantschrauben. Die Konfiguration mit Innensechskantschrauben
ermöglicht
die Montage und Demontage mit einem einfachen Inbusschlüssel. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
gehen die Befestigungselemente 118 durch Öffnungen 120,
die in den am oberen Gehäuse 114 befestigten Ösen 122 ausgebildet
sind. Zusätzlich
können
zwischen den Befestigungselementen 118 und den Ösen 122 Beilegescheiben 124 eingebracht
sein. Um Verluste zu verhindern, können die Befestigungselemente 118 mittels
der Rastenfinger 154, die sich von der Dichtung 146 auswärts erstrecken,
um eine Reibungsverbindung mit dem Befestigungselement 118 einzugehen, innerhalb
der Öffnungen 120 gehalten
werden.
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Eine
Oberfläche
des Drucksensormoduls 110, vorzugsweise eine obere Oberfläche 126,
weist eine darauf ausgebildete Steckbuchse 128 auf. Die Steckbuchse 128 ist
so geformt, dass sie den elektrischen Steckverbinder 130 schützt, der
mit Hilfe eines Gegensteckers 133 einem elektrischen Kabel 132 zugeordnet
ist und dieses elektrisch anschließt, wie in 4 dargestellt.
Das elektrische Kabel 132 erstreckt sich von der Steckbuchse 128 und
dem Steckverbinder 130 zum (nicht dargestellten) Funktionssteuermodul
der (nicht dargestellten) Wagensteuerungsvorrichtung.
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In 5 ist
die Unterseite des Drucksensormoduls 110 dargestellt. Die
Unterseite ist mit einer Mehrzahl von Druckmesswandleröffnungen 136 versehen.
Jede Öffnung 136 ist
an einen im Gehäuse 112 abgedichtet
untergebrachten Druckmesswandler 138 angeschlossen. Die
Messwandler 138 sind über eine
Leiterplatte 140 mit dem Steckverbinder 130 elektrisch
verbunden. Die Druckmesswandler 138 ermitteln und messen
den Druck an unterschiedlichen Punkten im Verteiler, wobei diese
Punkte entsprechenden Drücken
in der Bremsleitung BP, im Ausgleichsbehälter, Bremszylinder und am
Ausgang des Steuerventils entsprechen. Die Unterseite 134 des Drucksensormoduls 110 umfasst
des weiteren eine Außenluftöffnung 142,
die jeden der Messwandler 138 mit einem gemeinsamen Druckreferenzwert
versieht, um ein Spannungssignal abzuleiten, das proportional zu
dem in den einzelnen Kanälen
des Verteilers festgestellten Prüfdruck
ist, weil das Gehäuse 112 abgedichtet
auf dem (nicht dargestellten) Verteiler befestigt ist.
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Die
Messwandler 138 sind jeweils elektrisch an den Kanal 141 angeschlossen,
abhängig
von der Leiterplatte 140. Die Kanäle 141 sind vorzugsweise integriert
auf dem Schaltkreis der Leiterplatte 140 konfiguriert.
Diese Kanäle 141 und
das untere Gehäuse 116 sind
zusammen wirkend so konfiguriert, dass die Öffnungen 136 an den
Kanälen 141 ausgerichtet
sind.
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Es
ist insofern wichtig, den Prüfdruck
festzustellen, als eine Lokomotive wahrscheinlich in unterschiedlichen
Höhen fahren
wird, wo der atmosphärische
Druck signifikant variieren kann. Die Außenluftöffnung 142 muss mit
der Atmosphäre
verbunden sein; sie kann praktischer Weise an jeder Oberfläche angebracht
sein. Wie in 5 dargestellt, ist die Außenluftöffnung 142 jedoch
an der Unterseite 134 des Gehäuses 112 vorgesehen.
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Das
Drucksensormodul der Erfindung stellt eine erhebliche Verbesserung
gegenüber
der Drucksensoranordnung der älteren
Technik gemäß 2 dar.
Zunächst
ist der Platzbedarf wesentlich verringert, weil jeder der Messwandler
einen Prüfdruck
in Bezug auf eine gemeinsame Außenluftöffnung bestimmt.
In der älteren
Technik benötigte
jeder Messwandler eine eigene atmosphärische Referenz. In der älteren Technik
war ein 12-Pin-Steckverbinder erforderlich, um die vier Messwandler
zweckmäßig anzuschließen. Die
Konfiguration der Erfindung vereinfacht die Elektronik und kann
mit einem Sechs-Pin-Steckverbinder ausgeführt werden.
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Auch
die Verdrahtung des Drucksensormoduls ist vereinfacht. So wie in 3 dargestellt,
ist der Steckverbinder ein 6-Pin-Steckverbinder 130, der in
der Steckbuchse 132 konfiguriert ist. Vier der Pins 144 leiten
das Signal von jedem der vier Messwandler 138, und zwei
der Pins 144 sind eine gemeinsame Plus- und Minus-Stromquelle
für jeden
der Messwandler. Sämtliche
elektrische Anschlüsse
an die Messwandler 138 befinden sich innerhalb des Gehäuses 112.
Dies stellt eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zum Stand
der Technik dar, bei der zwölf separate
Leitungen erforderlich waren, wie bereits erwähnt. Der Pin-Steckverbinder 130 ist
an der Leiterplatte 140 mit den Messwandlern 138 montiert,
so dass dazwischen keine Verdrahtungen nötig sind.
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Eine
Dichtung 146 ist im Gehäuse 112 vorgesehen.
Die Dichtung 146 hat Löcher
konfiguriert, um einen Durchgang von einer jeweiligen Öffnung 136 zu
den Messwandlern 138 zu erlauben. Die Öffnungen 136 können je
eine abstehende Wand 150 aufweisen, die an einer Innenfläche 151 des
unteren Gehäuses 116 ausgebildet
ist. Zusätzlich
kann die Innenfläche
mit abstehenden Pins 152 angrenzend an eine einzelne (nicht
dargestellte) Öffnung
oder eine Mehrzahl von Öffnungen 153 in
der Dichtung 146 versehen sein. Die Pins 152 und
die abstehende Wand der Außenluftöffnung 142 sind
kürzer
als die abstehende Wand 150. Folglich ist das Innere des Gehäuses 112 über und
unter der Dichtung 146 auf atmosphärischem Druck. Die abstehende
Wände 150 wirken
zusammen, um die Dichtung 146 zu halten.
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Außerdem kann
die Dichtung 146 einen Rastenfinger 154 besitzen.
Wenn das Gehäuse 112 geschlossen
ist, wie in 4 dargestellt, ist der Rastenfinger 154 der
Dichtung 146 zwischen dem Höcker 156 des unteren
Gehäuses 116 und
der Öse 122 des oberen
Gehäuses
eingekeilt, was weiter zu einer Fixierung der Dichtung 146 beiträgt. Die
Rastenfinger 154 der Dichtung 146 erstrecken sich
an dem Höcker 156 vorbei
und quer über
die Öffnung 120 in
der Öse 122.
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Das
untere Gehäuse 116 ist
mit einer Zunge 158 versehen, die so ausgeführt ist,
dass sie in einen Sperrstift 160 auf dem oberen Gehäuse 114 eingreift, um
das Gehäuse 112 geschlossen
zu halten.
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Die äußeren Schnittstellen-O-Ringe 162 können an
der Unterseite 134 rund um die einzelnen Öffnungen 136 vorgesehen
sein, um zur Bildung eines luftdichten Verschlusses zwischen dem
Drucksensormodul 110 und der (nicht dargestellten) Wagensteuerungsvorrichtung
beizutragen. Auf gleiche Weise können
die inneren O-Ringe 164 auf der Innenfläche 151 des unteren
Gehäuses 116 und
innerhalb der abstehende Wände 150 der Öffnungen 136 positioniert
sein, um zur Bildung einer luftdichten Kammer innerhalb des Drucksensormoduls 110 um die
Kanäle 141 beizutragen.
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Als
Alternative zu einzelnen O-Ringen 162 kann eine äußere einteilige
Dichtung 166 auf einer Unterseite 134 des Gehäuses 112 angebracht
sein. Die äußere einteilige
Dichtung 166 ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 172 versehen,
die so konfiguriert sind, dass sie den Zugriff auf pneumatische
Eingangsöffnungen 136 und
die Außenluftöffnung 142 erlauben.
Die Öffnungen 172 sind
von Rändern 173 umgeben.
Die äußere einteilige
Dichtung 166 hat Ösen 168,
die zusammen wirkend mit den Ösen 122 auf
dem oberen Gehäuse 114 konfiguriert
sind. Die Ösen 168 auf
der äußeren einteiligen
Dichtung 166 sind so konfiguriert, dass Befestigungselemente 118 durch
die Öffnung 170 gehen
können,
die einen kleineren Durchmesser als die Öffnungen 120 haben kann
und die Befestigungselemente 118 zusätzlich am Gehäuse 112 halten.
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Zwar
wurde die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und illustriert,
es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass dies nur illustrativen und
exemplarischen Charakter und keine einschränkende Wirkung hat. Der Geist
und der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung können nur
durch die Bestimmungen der angehängten
Patentansprüche
beschränkt
werden.