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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Drehgestell für
Eisenbahnfahrzeuge sowie ein Verfahren zur Bearbeitung dieses Drehgestells.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits
ein Drehgestell für
Eisenbahnfahrzeuge der Art bekannt mit einem festen Rahmen, zumindest
einer drehbar an dem Rahmen angebrachten Achse, einem elektrischen
Antriebsmotor für
die Achse, einer Stromübertragungsanordnung,
welche die Übertragung
des aus dem Motor stammenden Stromes auf die Achse sicherstellt,
wobei diese Stromübertragungsanordnung einen
Schleifring aufweist, der einen einstückig mit der Achse ausgebildeten
Ansatz bildet, und mit einer Messvorrichtung für eine mit der Drehung der
Achse zusammenhängende
physikalische Größe mit einer einstückig mit
der Achse ausgebildeten Scheibe, die mit zumindest einem einen Bezugspunkt
bildenden Durchbruch versehen ist, und mit einer festen Erfassungseinheit
für diesen
Bezugspunkt, die von dem Rahmen getragen ist.
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In klassischer Weise liefert die
Messvorrichtung eine mit der Winkelverschiebung der Scheibe zusammenhängende physikalische
Größe, die
es ermöglicht,
insbesondere die von dem Eisenbahnfahrzeug zurückgelegte Strecke oder aber
die Geschwindigkeit dieses Fahrzeugs abzuleiten.
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Gewöhnlich umfasst die Messvorrichtung eine
optische Erfassungseinheit und liegt in Form eines vorab zusammengebauten
Moduls vor, das dafür bestimmt
ist, an einem freien Ende einer Drehgestellachse angebracht zu werden.
Die optische Erfassungseinheit und die Scheibe sind durch geeignete Dichtungsvorrichtungen
gegen Staub und Schmutz geschützt.
Ein solches vorab zusammengebautes Modul kann vorteilhafterweise
an dem Drehgestell angebracht werden, ohne dieses letztere auszubauen.
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In bestimmten Fällen ist das Anbringen des vorab
zusammengebauten Moduls an dem freien Ende einer Drehgestellachse
nicht zulässig
oder unmöglich.
Allerdings ist es schwierig ein solches Modul anzupassen, damit
es an einem anderen Bereich der Achse angebracht werden kann, und
zwar insbesondere aus Gründen
einer komplizierten Montage, der Raumbeanspruchung und/oder des
Schutzes gegen Wasser, Staub und Schmutz, welche die korrekte Funktionsweise
der optischen Erfassungseinheit beeinträchtigen können.
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Die Erfindung hat zum Ziel, an einem
Drehgestell eine Vorrichtung anzubringen, die eine zuverlässige Messung
einer mit der Drehung der Achse dieses Drehgestells zusammenhängenden
physikalischen Größe ermöglicht,
und zwar ohne Ausbau dieses Drehgestells.
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Hierzu hat die Erfindung ein Drehgestell
für Eisenbahnfahrzeuge
gemäß Anspruch
1 zum Gegenstand.
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Weitere Merkmale dieses Drehgestells
sind den abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen,
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Die Erfindung hat ebenfalls ein Verfahren
zur Herstellung des erfindungsgemäßen Drehgestells zum Gegenstand.
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Ein weiteres Merkmal dieses Verfahrens
ist in dem abhängigen
verfahrensmäßigen Anspruch angegeben.
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Die Erfindung ist besser zu verstehen
bei der Lektüre
der nachfolgenden Beschreibung, die nur beispielhaft und unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen gegeben ist, in welchen;
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1 eine
schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Drehgestells ist;
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2 eine
Schnittansicht in vergrößertem Maßstab entlang
der Linie 2-2 in 1 ist;
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3 eine
Ansicht der Scheibe der Messvorrichtung gemäß dem Pfeil 3 der 4, mit Teilschnitten ist;
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4 eine
Ansicht gemäß Pfeil 4 in 3 ist;
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5 eine
Ansicht ähnlich
der 2 ist, in welcher
ein Führungswerkzeug
an Ort und Stelle der Scheibe angeordnet ist;
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6 eine
Schnittansicht entlang der Linie 6-6 in 5 ist;
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7 eine
schematische Ansicht der von dem Drehgestell getragenen Erfassungseinheit
ist;
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die 8 und 9 schematische Ansichten
einer Steuerwindung eines Detektors der in 7 dargestellten Einheit sind, welche
mit Vorrichtungen zur Modifizierung ihres Zustands jeweils durch
Kurzschließen
und Versorgen mit Strom verbunden ist;
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10 eine ähnliche
Ansicht wie 2 ist, welche
eine Ausführungsvariante
der Zentriervorrichtungen der Scheibe bezüglich einer Achse des Drehgestells
zeigt.
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In 1 ist
schematisch ein Drehgestell für Eisenbahnfahrzeuge
dargestellt, das mit der allgemeinen Bezugszahl 10 bezeichnet
ist.
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In klassischer Weise umfasst dieses
Drehgestell einen festen Rahmen 12 und ein Paar Achsen 14,
welche die Räder 16 tragen,
und welche drehbar an diesem Rahmen 12 angebracht sind.
Das Drehgestell 10 umfasst ebenfalls einen klassischen
elektrischen Antriebsmotor 18, der mit einer Achse 14 mit Hilfe
von Kupplungs- 20 und Untersetzungsvorrichtungen 22 verbunden
ist. Das Drehgestell 10 weist außerdem noch eine klassische
Einheit 24 zur Übertragung
des Versorgungsstromes des Motors 18 auf. Diese Einheit 24 stellt
die Übertragung
des aus dem Motor 18 stammenden Stromes auf die mit der
Untersetzungsvorrichtung 22 gekoppelte Achse 14 sicher, und
zwar mit Hilfe klassischer elektrischer Kontaktvorrichtungen durch
Reibung.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist zu sehen, dass die Stromübertragungsanordnung 24 einen Schleifring 26 aufweist,
der einen einstückig
mit der Achse 14 ausgebildeten Ansatz bildet. Die Stromübertragungseinheit 24 umfasst
ebenfalls ein festes Gehäuse 28,
welches den Schleifring 26 umgibt, und welches mit einem
Befestigungsflansch 30 versehen ist. Dieser Flansch 30 ist
durch Vorrichtungen, die später
beschrieben werden, an einem festen Gehäuse 32 der von dem
Rahmen 12 getragenen Untersetzungsvorrichtung 22 befestigt.
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Das Drehgestell 10 umfasst
außerdem
eine in Einzelheiten in den 2 bis 4 dargestellte Messvorrichtung 34 für eine physikalische
Größe, die
mit der Drehung der Achse 14 zusammenhängt. Diese Messvorrichtung 34 weist
eine Metallscheibe 36 auf, die einstückig mit der Achse 14 ausgebildet
und koaxial zu dieser letzteren gelagert ist.
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Die Scheibe 36 umfasst eine
Nabe 38 und zumindest einen Durchbruch 40, der
einen Bezugspunkt bildet. Vorzugsweise weist die Scheibe 36 n Durchbrüche 40 auf,
die regelmäßig auf
einem auf ihrer Achse zentrierten Kreis verteilt sind, wobei n eine ganze
Zahl ungleich Null ist. Aus Gründen
der Vereinfachung sind nur drei Durchbrüche 40 in 3 dargestellt.
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Die Durchbrüche 40 sind beispielsweise
von Löchern
gebildet, welche die Dicke der Scheibe durchqueren, wie insbesondere
in den 2 und 3 dargestellt, oder von rechteckigen
Aussparungen, die auf dem Umfang dieser Scheibe münden.
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Um ihr Anbringen um die Achse 14 herum
zu ermöglichen,
umfasst die Scheibe 36 zumindest zwei Bereiche 36A, 36B,
die zwei Sektoren bilden, die sich jeweils vorzugsweise über ungefähr 180° erstrecken, wobei
die Bereiche miteinander über
ein Paar Schrauben 42 und ein Paar Zentrierpione 44 verbunden
sind, welche praktisch parallel zu den Flächen der Scheibe 36 liegen
(siehe 3).
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Die Nabe 38 der Scheibe
ist auf einer freien Fläche
des Schleifrings 26 mittels Schrauben 46 (durch
gestrichelte Linien in 4 angedeutet)
und Zentrierpione 48 befestigt, welche praktisch senkrecht
zu den Flächen
der Scheibe 36 und parallel zu der Achse der Tragachse 14 angeordnet
sind (siehe insbesondere die 3 und 4).
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In dem in den Abbildungen illustrierten
Beispiel ist die Nabe 38 der Scheibe auf dem Schleifring 26 mit
Hilfe von vier Schrauben 46 und zwei Zentrierpionen 48 befestigt,
nämlich
zwei Schrauben 46 und ein Zentrierpion 48 pro
Bereich 36A, 36B der Scheibe.
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Als Variante können die Zentrierpione 48 durch
andere Zentriervorrichtungen bezüglich
der Achse 14 ersetzt werden, beispielsweise durch einen in
der Nabe 38 der Scheibe bearbeiteten Ansatz 49, der
mit der Innenkontur des Schleifrings 26 zusammenwirkt,
wie in 10 dargestellt.
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Die Messvorrichtung 34 umfasst
zudem eine feste Erfassungseinheit 50 für die Durchbrüche 40 der
Scheibe 36.
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Diese in Einzelheiten in der 7 dargestellte Erfassungseinheit 50 weist
zumindest einen magnetischen Näherungsschalter 52 auf,
beispielsweise drei, wie illustriert, oder p, wobei p eine ganze Zahl
ungleich Null ist, die regelmäßig über einen Kreisbogen
gegenüber
der Durchbrüche 40 verteilt sind.
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Die Näherungsschalter 52 sind
von der bekannten Art, beispielsweise der induktiven Art, die von
der Firma OMRON ELECTRONICS unter der Bezeichnung E2EG vertrieben
wird, Diese induktiven Näherungsschalter
arbeiten unter Einsatz des Prinzips der Foucaultschen Ströme (Wirbelströme).
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Die Abmessungen und die Winkelabstände der
Durchbrüche 40 und
der Näherungsschalter 52 sind
derart gewählt,
dass immer ein Näherungsschalter 52 gegenüber einem
Durchbruch 40 liegt, unabhängig von der Winkelposition
der Scheibe bezüglich der
Erfassungseinheit 50.
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Um das Ansammeln von Staub in den
Durchbrüchen 40 zu
verhindern, sind diese letzteren vorzugsweise jeweils von zwei praktisch
radialen Flächen 40A, 40B begrenzt,
die zu der Vorderseite der Scheibe 36 gegenüber der
Erfassungseinheit 50 hin konvergieren, wie in 7 dargestellt.
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Die Erfassungseinheit 50,
die später
in größeren Einzelheiten
beschrieben werden wird, ist von einer festen Tragplatte 54 getragen
(siehe 2). Der Flansch 30 des
Gehäuses 28 der
Stromübertragungsanordnung
und die Tragplatte 54 sind über zumindest ein gemeinsames
Befestigungsorgan 56, vorzugsweise vier Befestigungsorgane,
an dem Gehäuse 32 der
Untersetzungsvorrichtung befestigt. Dieses Gehäuse 32 bildet somit
einen von dem Rahmen des Drehgestells getragenen, gemeinsamen Träger für den Flansch 30 der
Stromüberfragungsanordnung
und die Tragplatte 54.
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Jedes Befestigungsorgan 56 umfasst
einen Stiftbolzen 58, der mit zwei gewindeten Enden 58A, 58B und
einem polygonalen Betätigungskörper 60 versehen
ist, welcher den Flansch 30 und die Tragplatte 54 beabstandet
voneinander hält.
Ein erstes Ende 58A des Stiftbolzens, welches den Flansch 30 des
Gehäuses 28 durchquert,
ist in dem Gehäuse 32 der
Untersetzungsvorrichtung verschraubt. Das zweite Ende 58B des
Stiftbolzens, das die Tragplatte 54 durchquert, ist in
einer Stellmutter 62 verschraubt.
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Die Scheibe 36 ist von einer
Schutzhaube 64 abgedeckt, welche in aus sich heraus bekannter
Weise mit der Tragplatte 54 verbunden ist.
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Um ihre Anbringung um die Achse 14 herum zu
ermöglichen,
weisen die Tragplatte 54 und die Haube 64 jeweils
mindestens zwei Bereiche 54A, 54B, 64A, 64B auf,
welche zwei Sektoren bilden, die sich vorzugsweise über ungefähr 180° erstrecken.
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Es ist somit festzustellen, dass
die Tragplatte 54 und die Haube 64 ein Gehäuse bilden,
welches die Scheibe 36 und die Erfassungseinheit 50 gegen Staub
und Schmutz aus der Umwelt sowie gegen Wasserspritzer unterhalb
des Drehgestells schützt.
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Es ist jedoch zu bemerken, dass ein
radiales Spiel 66 zwischen der Drehachse 14 und
der von dieser Achse durchquerten Wand der Haube 64 besteht. Dieses
radiale Spiel 66 ermöglicht,
Herstellungstoleranzen der Achse 14 und der Haube 64 zu
berücksichtigen.
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Der Staub und Schmutz, der gegebenenfalls durch
das Spiel 66 in das von der Tragplatte 54 und der
Haube 64 gebildete Gehäuse
eindringt, kann die korrekte Funktionsweise der induktiven Näherungsschalter 52 nicht
beeinträchtigen,
welche wesentlich weniger anfällig
für Staub
und Schmutz sind als die optischen Detektoren, Außerdem wird
das Wasser, das in das Gehäuse
eindringen kann, auf natürlichem Wege
durch ein unten in der Haube 64 gebohrtes Loch 67 abgeleitet
(siehe 2).
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Die Haube 64 stellt somit
eine ausreichende Dichtheit sicher, um eine korrekte Funktionsweise der
induktiven Näherungsschalter 52 zu
garantieren. Es ist somit nicht erforderlich, auf komplizierte und sperrige
Dichtungsvorrichtungen zurückzugreifen, wie
diejenigen, die normalerweise mit klassischen optischen Erfassungseinheiten
verbunden sind, Hiernach wird ein Bearbeitungsverfahren für die Befestigungsvorrichtungen
der Scheibe 36 auf der freien Fläche des Schleifrings 26 beschrieben.
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Zunächst wird an dem Gehäuse 22 der
Untersetzungsvorrichtung vorübergehend
ein Führungswerkzeug 68 mit
allgemein ringförmiger
Form (siehe die 5 und 6), und zwar mit Hilfe von
gemeinsamen Befestigungsorganen 56, an Ort und Stelle der
Tragplatte 54 befestigt.
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Um seine Anbringung um die Achse 14 herum
zu ermöglichen,
umfasst das Werkzeug 68 zumindest zwei Bereiche 68A, 68B,
welche zwei Sektoren bilden, die sich jeweils vorzugsweise über ungefähr 180° erstrecken.
Diese beiden Bereiche 68A, 68B sind miteinander über Vorrichtungen
analog zu denjenigen, welche die beiden Bereiche 36A, 36B der
Scheibe miteinander verbinden (siehe 6), verbunden.
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Das Führungswerkzeug 68 wird
mit Hilfe klassischer Vorrichtungen bezüglich der Achse der Tragachse 14 zentriert.
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Nach Befestigung und Zentrierung
des Führungswerkzeugs 68 werden
in der freien Fläche
des Schleifrings 26 Zentrieröffnungen 48' ausgebildet, die
dafür bestimmt
sind, die Zentrierpione 48 der Scheibe aufzunehmen (siehe 2), und, falls es sie nicht
schon bereits gibt, werden mit Gewinde versehene Öffnungen 46', die dafür bestimmt
sind, die Befestigungsschrauben 46 der Scheibe aufzunehmen
(siehe 4), ausgebildet,
und zwar mit Hilfe eines klassischen Bohrwerkzeugs (nicht dargestellt), das
von Bohrhülsen 70, 72 geführt wird,
die von dem Führungswerkzeug 68 getragen
sind, Nach dem Bohren der Zentrieröffnungen 48' und der mit
Gewinde versehenen Öffnungen 46' wird das Führungswerkzeug 68 weggezogen
und die Scheibe 36 wird auf der freien Fläche des
Rings 26 mit den zuvor beschriebenen Vorrichtungen befestigt.
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In einer Variante, d. h. in dem Fall,
wo die freie Fläche
des Schleifrings 26 bereits mit Gewinde versehene Öffnungen
aufweist, bilden diese letzteren dann die Öffnungen 46' und das Bearbeitungswerkzeug 68 kann
vorübergehend
auf der freien Fläche des
Rings mittels Schrauben befestigt werden, die in diesen zuvor bestehenden,
mit Gewinde versehenen Öffnungen
verschraubt werden, um die Zentrieröffnungen 48' ausbilden zu
können.
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Aus den vorangehenden Ausführungen
und genauer aus dem hier oben beschriebenen Bearbeitungsverfahren
ergibt sich, dass die Messvorrichtung 34 an dem Drehgestell
angebracht werden kann, ohne dieses letztere auszubauen.
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Hiernach wird in näheren Einzelheiten
die Erfassungseinheit 50 unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 beschrieben.
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Es ist zu bemerken, dass die beschriebenen Näherungsschalter 52 von
der induktiven Art sind. Allerdings könnte auch jede andere magnetische Schalterart
im Rahmen der Erfindung verwendet werden, beispielsweise Detektoren
mit Halleffekt.
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In klassischer Weise ist jeder induktive
Näherungsschalter 52 elektrisch
an zwei elektrische Versorgungsleiter A1, A2 und an einen Ausgangssignalleiter
S angeschlossen.
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Jeder induktive Näherungsschalter 52 umfasst
Vorrichtungen 72 zur Steuerung seiner korrekten Funktionsweise.
Diese Vorrichtungen 72 sind außerhalb des induktiven Näherungsschalters
ohne elektrischen Kontakt oder Anschluss an diesen letzteren angeordnet.
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Vorzugsweise umfassen die Steuervorrichtungen 72 zumindest
eine Leiterwindung 74, welche ein aktives Ende des Schalters 52 umgibt,
Diese Windung 74 ist an Vorrichtungen zur Modifizierung
ihres Zustands angeschlossen. Solche Vorrichtungen zur Modifizierung
des Zustands bestehen beispielsweise aus klassischen Vorrichtungen
zum Kurzschließen der
Windung 74 mit insbesondere einem Stromwender 76,
wie in 8 illustriert,
oder auch aus klassischen Vorrichtungen 78 zur Stromversorgung
der Windung 74, wie in 9 illustriert.
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In einer Variante kann die Windung 74 durch eine
leitende Spule ersetzt werden, die aus mehreren Windungen besteht.
Jede Windung ist an einen Eingangsleiter B1 und einen Ausgangsleiter
B2 angeschlossen.
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Die Gesamtheit der Leiter A1, A2,
S, B1, B2 ist mit Hilfe einer Klemme 82 an ein mehradriges
Kabel 80 angeschlossen.
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Es ist festzustellen, dass die Versorgungsleiter
A1, A2 der Näherungsschalter 52 parallel
zueinander und an zwei Versorgungsleiter V1 , V2 des Kabels 80 angeschlossen
sind, Es ist ebenfalls festzustellen, dass die Eingangsleiter B1
der Windungen 74 an einen gemeinsamen Punkt der Klemme 82 angeschlossen
sind. Schließlich
ist zu bemerken, dass das Kabel 80 eine ebenfalls an die
Klemme 82 angeschlossene Entstörung 84 aufweist.
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In klassischer Weise umfasst jeder
der induktiven Näherungsschalter 52 einen
Schwinger (nicht dargestellt), der mit einer elektronischen Erfassungsschaltung
verbunden ist. Das von dem Näherungsschalter 52 ausgesandte
Ausgangssignal ist von der binären
Art (ein hoher Pegel und ein niedriger Pegel), Das Vorbeilaufen
eines Metallelementes (Scheibenbereich, der zwei Durchbrüche 40 trennt) vor
dem Näherungsschalter 52 modifiziert
den Zustand seines Schwingers und bewirkt eine Pegeländerung
des Ausgangssignals.
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Wenn ein Näherungsschalter 52 in
Betrieb ist und sein aktives Ende von jedem störenden Metallelement mit Abstand
angeordnet ist, bewirkt die Modifizierung des Zustands der mit diesem
Schalter verbundenen Windung 74 durch Kurzschließen oder Stromzufuhr
eine Pegeländerung
des Ausgangssignals, wie es ein Metallelement tun würde, das
vor dem Näherungsschalter 52 entlang
läuff.
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Die Steuervorrichtungen 72 ermöglichen
somit, die Messvorrichtung 34 auf folgende Art und Weise
zu steuern.
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Da die Scheibe 36 unbeweglich
bezüglich der
Erfassungseinheit 50 ausgebildet ist, wird gemäß einer
Bezugssequenz der Zustand der Windung 74 von zumindest
einem Näherungsschalter
in Betrieb und gegenüber
einem Durchbruch 40 modifiziert, Es wird nochmals daran
erinnert, dass die Abmessungen und die Winkelabstände der
Durchbrüche 40 und der
Schalter 52 derart gewählt
sind, dass immer ein Näherungsschalter
gegenüber
einem Durchbruch 40 vorhanden ist, unabhängig von
der Winkelposition der Scheibe 36 bezüglich der Erfassungseinheit 50.
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Die Bezugssequenz wird mit dem Ausgangssignal
des gesteuerten Näherungsschalters
derart verglichen, dass überprüft wird,
ob der Pegel dieses Signals sich gemäß einer Sequenz ändert, die
identisch mit der Bezugssequenz ist. Im gegenteiligen Fall kann
man auf einen Betriebsfehler des gesteuerten Näherungsschalters 52 schließen.
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Es ist zu bemerken, dass das hier
oben beschriebene Steuerverfahren für einen Näherungsschalter 52 ermöglicht,
jede zufällige
Verschiebung der Scheibe 36 dadurch festzustellen, dass
eine solche Verschiebung eine Ungleichheit zwischen der Bezugssequenz
und der Sequenz der Pegeländerung
des Ausgangssignals hervorruft.
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Jede zufällige Bewegung eines Drehgestells und
somit eines Eisenbahnfahrzeugs während
des hier oben dargelegten Steuervertahrens für einen Näherungsschalter 52 kann
somit leicht erfasst werden.
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Die Steuervorrichtungen 72,
die unabhängig von
dem Betrieb der Näherungsschalter 52 sind,
ermöglichen
somit, eine sehr zuverlässige
und sichere Steuerung dieser letzteren durchzuführen.