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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer
physikalischen Größe, die
mit der Drehung eines Bauelementes verbunden ist, sowie Verfahren
zum Steuern einer derartigen Vorrichtung.
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Sie
findet ihre Anwendung insbesondere bei der Messung einer physikalischen
Größe, die
mit der Drehung der Achse des Fahrgestells eines Schienenfahrzeuges
verbunden ist.
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Im
Stand der Technik ist bereits eine Vorrichtung zum Messen einer
physikalischen Größe bekannt,
die mit der Drehung eines Bauelementes verbunden ist, welche eine
Metallscheibe umfasst, die fest mit dem sich drehenden Bauelement
verbunden ist und die mit wenigstens einem Durchbruch versehen ist,
der eine Markierung bildet.
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Im
Fall des Fahrgestells eines Schienenfahrzeuges ist die Scheibe fest
mit einer Achse (sich drehendes Bauelement) verbunden.
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In
herkömmlicher
Weise liefert die Messvorrichtung eine physikalische Größe, die
mit der Winkelversetzung der Scheibe in Verbindung steht, woraus
sich insbesondere die Fahrstrecke des Schienenfahrzeuges oder auch
die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ableiten lässt.
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Normalerweise
umfasst die Messvorrichtung eine optische Detektoranordnung und
liegt die Messvorrichtung in Form eines Moduls vor, der vorgefertigt und
dazu bestimmt ist, an einem freien Ende der Achse des Fahrgestells
angebracht zu werden. Die optische Detektoranordnung und die Scheibe
sind gegenüber
Staub und Schmutz über
geeignete Dichtungseinrichtungen geschützt. Ein derartiger vorgefertigter
Modul kann in vorteilhafter Weise an einem Fahrgestell montiert
werden, ohne dieses zu demontieren.
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Es
kommt vor, dass die Montage des vorgefertigten Moduls am freien
Ende der Achse des Fahrgestells ausgeschlossen oder unmöglich ist.
Es kann auch sein, dass es schwierig ist, einen derartigen Modul
so auszu gestalten, dass er an einem anderen Teil der Achse angebracht
werden kann, und zwar insbesondere aufgrund der schwierigen Montage,
des Platzbedarfes und/oder des Schutzes gegenüber Wasser, Staub und Schmutz,
die die gute Funktion der optischen Detektoranordnung beeinträchtigen können.
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Die
Erfindung hat insbesondere zum Ziel, eine Vorrichtung zu schaffen,
die eine zuverlässige Messung
einer physikalischen Größe erlaubt,
die mit der Drehung der Achse eines Fahrgestells verbunden ist,
wobei es möglich
sein sollte, die Messvorrichtung problemlos am Fahrgestell anzubringen.
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Die
DE 43 13 753 beschreibt
eine Vorrichtung gemäß Gattungsbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Hierzu
ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum Messen der oben
genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine feste
Anordnung zum Erfassen der Markierung mit wenigstens einem magnetischen
Näherungsdetektor
und Einrichtungen zum Überwachen
der guten Funktion des Detektors umfasst, die an der Außenseite
des Magnetdetektors ohne Kontakt oder elektrische Verbindung mit
diesem vorgesehen sind.
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Gemäß weiterer
Merkmale der Messvorrichtung:
- – umfassen
die Einrichtungen zum Überwachen wenigstens
eine leitende Windung, die ein aktives Ende des Detektors umgibt
und mit Einrichtungen zum Modifizieren ihres Zustandes über einen Kurzschluss
oder über
eine Stromversorgung dieser Windung verbunden ist,
- – umfassen
die Einrichtungen zum Überwachen eine
leitende Spule, die aus mehreren Windungen besteht, die ein aktives
Ende des Detektors umgeben, und mit Einrichtungen zum Modifizieren
ihres Zustandes über
einen Kurzschluss oder über eine
Stromversorgung dieser Spule verbunden sind,
- – ist
der Magnetdetektor ein induktiver Näherungsdetektor
- – umfasst
die Scheibe n Durchbrüche,
die regelmäßig auf
einem Kreis verteilt sind, der um ihre Achse zentriert ist, und
umfasst die Detektoranordnung p induktive Detektoren, die regelmäßig auf
einem Kreisbogen den Durchbrüchen
gegenüber
verteilt sind, wobei die Abmessungen und die Winkelabstände der
Durchbrüche
und der Detektoren derart sind, dass immer ein Detektor einem Durchbruch
gegenüberliegt,
unabhängig
davon, wie die Winkelposition der Scheibe bezüglich der Detektoranordnung
ist,
- – ist
das sich drehende Organ eine Achse des Fahrgestells eines Schienenfahrzeuges.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Überwachen der oben genannten
Messvorrichtung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man gemäß einer
Bezugsabfolge den Zustand der Windung oder der Spule des in Betrieb
befindlichen Detektors modifiziert und diese Bezugsabfolge mit dem
Ausgangssignal des Detektors vergleicht.
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Gegenstand
der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Überwachen einer Messvorrichtung der
oben genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man bei
einer bezüglich
der Detektoranordnung unbeweglichen Scheibe nach einer Bezugsabfolge
den Zustand der Einrichtungen zum Überwachen wenigstens eines
Detektors modifiziert, der arbeitet und einem Durchbruch gegenüberliegt,
und man die Bezugsabfolge mit dem Ausgangssignal des Detektors vergleicht,
der einem Durchbruch gegenüberliegt.
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Die
Erfindung wird weiterhin aus der Lektüre der Beschreibung verständlich,
die nur als Beispiel und unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen gegeben
wird, in denen
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1 eine
schematische Ansicht eines Fahrgestells eines Schienenfahrzeuges
zeigt, das eine Detektoranordnung gemäß der Erfindung trägt,
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2 eine
Schnittansicht im vergrößerten Maßstab gemäß der Line
2-2 in 1 zeigt,
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3 eine
Ansicht auf die Scheibe der Messvorrichtung in Richtung des Pfeils
3 in 4 im Teilschnitt zeigt,
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4 eine
Ansicht längs
des Pfeiles 4 in 3 zeigt,
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5 in
einer 2 ähnlichen
Ansicht ein Führungswerkzeug
zeigt, das statt der und am Ort der Scheibe angebracht ist,
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6 eine
Schnittansicht längs
der Linie 6-6 in 5 zeigt,
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7 in
einer schematischen Ansicht die Detektoreinrichtung zeigt, die vom
Fahrgestell getragen wird,
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8 und 9 in
schematischen Ansichten eine Überwachungswindung
der in 7 dargestellten Detektoranordnung zeigt, die mit
Einrichtungen zum Modifizieren ihres Zustandes jeweils über einen
Kurzschluss und über
eine Stromversorgung verbunden ist,
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10 in
einer 2 ähnlichen
Ansicht eine Abwandlungsform der Zentrierungseinrichtungen der Scheibe
bezüglich
der Achse des Fahrgestells zeigt.
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In 1 ist
schematisch ein Fahrgestell eines Schienenfahrzeuges dargestellt,
das das allgemeine Bezugszeichen 10 trägt.
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In
herkömmlicher
Weise umfasst das Fahrgestell einen festen Rahmen 12 und
zwei Achsen 14, die die Räder 16 tragen und
drehbar am Rahmen 12 angebracht sind. Das Fahrgestell 10 umfasst
gleichfalls einen herkömmlichen
elektrischen Antriebsmotor 18, der mit einer Achse 14 über dazwischen
angeordnete Kupplungs- und Getriebeeinrichtungen 20, 22 verbunden
ist. Das Fahrgestell 10 umfasst auch eine herkömmliche
Anordnung 24 zur Umkehr der Stromversorgung des Motors 18.
Diese Anordnung 24 sorgt für eine Rückführung des vom Motor 18 kommenden
Stromes zur Achse 14, die mit der Getriebeeinrichtung 22 verbunden
ist, und zwar mittels herkömmlicher
elektrischer Schleifkontakteinrichtungen.
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In 2 ist
dargestellt, dass die Anordnung 24 zur Umkehr des Stromes
einen Schleifring 26 umfasst, der eine fest mit der Achse 14 verbundene Schulter
bildet. Die Anordnung 24 zum Umkehren des Stromes umfasst
gleichfalls ein festes Gehäuse 28,
das den Schleifring 26 umgibt und mit einem Befestigungsflansch 30 versehen
ist. Dieser Flansch 30 ist über Einrichtungen, die später beschrieben
werden, am festen Gehäuse 32 der
Getriebeeinrichtung 22 befestigt, die vom Rahmen 12 gehalten
ist.
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Das
Fahrgestell 10 umfasst weiterhin eine Einrichtung 34 zum
Messen einer physikalischen Größe, die
mit der Drehung der Achse 14 in Verbindung steht, welche
Vorrichtung im Einzelnen in den 2 bis 4 dargestellt
ist. Diese Messvorrichtung 34 umfasst eine Metallscheibe 36,
die fest mit der Achse 14 verbunden ist und koaxial zu
dieser verläuft.
Die Scheibe 36 umfasst eine Nabe 38 und wenigstens
einen Durchbruch 40, der eine Markierung bildet. Vorzugsweise
umfasst die Scheibe 36 n Durchbrüche 40, die regelmäßig auf
einem Kreis verteilt sind, der um ihre Achse zentriert ist, wobei
n eine ganze Zahl ungleich 0 ist. Der Einfachheit halber sind in 3 nur
drei Durchbrüche 40 dargestellt.
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Die
Durchbrüche 40 sind
beispielsweise durch Öffnungen
gebildet, die quer durch die Dicke der Scheibe gehen, wie es insbesondere
in den 2 und 3 dargestellt ist, oder bestehen
aus Aussparungen im Umfang der Scheibe.
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Um
ihre Montage um die Achse 14 herum zu ermöglichen,
umfasst die Scheibe 36 wenigstens zwei Teile 36A, 36B,
die zwei Sektoren bilden, die jeweils vorzugsweise über 180° verlaufen,
und miteinander über
zwei Schrauben 42 und zwei Zentrierungsstücke 44 verbunden
sind, die im Wesentlichen parallel zu den Stirnflächen der
Scheibe 36 verlaufen (siehe 3).
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Die
Nabe 38 der Scheibe ist an einer freien Fläche des
Schleifrings 26 mit einer Schraube 46 (schematisch
durch unterbrochene Linien in 4 dargestellt)
und Zentrierungsstücke 48 befestigt,
die im Wesentlichen senkrecht zu den Stirnflächen der Scheibe 36 und
parallel zur Axiallinie der Achse 14 verlaufen (siehe insbesondere 3 und 4).
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Bei
dem in den Figuren dargestellten Beispiel ist die Nabe 38 der
Scheibe am Schleifring 36 mit vier Schrauben 46 und
zwei Zentrierungs stücken 48,
d.h. zwei Schrauben 46 und einem Zentierungsstück 48 pro
Teil 36A, 36B der Scheibe verbunden.
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Bei
einer Variante können
die Zentrierungsstücke 48 durch
andere Einrichtungen zum Zentrieren gegenüber der Achse 14,
beispielsweise eine Schulter 49 ersetzt sein, die in der
Nabe 38 der Scheibe ausgearbeitet ist und mit dem Innenumfang des
Schleifringes 36 zusammenarbeitet, wie es in 10 dargestellt
ist.
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Die
Messvorrichtung 36 umfasst weiterhin eine feste Detektoranordnung 50 für die Durchbrüche 40 der
Scheibe 36.
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Diese
Detektoranordnung 50, die im Einzelnen in 7 dargestellt
ist, umfasst wenigstens einen magnetischen Näherungsdetektor 52,
beispielsweise drei Detektoren, wie es dargestellt ist, oder p Detektoren,
wobei p eine ganze Zahl ungleich 0 ist, die regelmäßig über eine
Kreisbogen den Durchbrüchen 40 gegenüber verteilt
sind.
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Die
Detektoren 52 sind von bekannten Typ beispielsweise vom
induktiven Typ, der von der Firma Omron Electronics unter der Bezeichnung
E2EG auf dem Markt erhältlich
ist. Diese induktiven Detektoren arbeiten nach dem Wirbelstromprinzip.
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Die
Abmessungen und Winkelabstände
der Durchbrüche 40 sind
derart, dass immer ein Detektor 52 einem Durchbruch gegenüber angeordnet
ist, gleichgültig
wie die Winkelposition der Scheibe bezüglich der Detektoranordnung 50 ist.
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Um
die Ansammlung von Staub in den Durchbrüchen 40 zu vermeiden,
sind diese vorzugsweise jeweils von zwei im Wesentlichen radialen
Flächen 40A, 40B begrenzt,
die zur Stirnfläche
der Scheibe 36 zusammenlaufen, die der Detektoranordnung 50 gegenüberliegt,
wie es in 7 dargestellt ist.
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Die
Detektoranordnung 50, die später im Einzelnen beschrieben
wird, ist von einer festen Platine 54 (siehe 2)
gehalten. Der Flansch 30 des Gehäuses 28 der Anordnung
zur Umkehr des Stromes und die Platine 54 sind über ein
gemeinsames Befestigungselement, vorzugsweise vier Befestigungselemente
mit dem Gehäuse 32 der
Getriebeeinrichtung verbunden. Das Gehäuse 32 bildet somit
eine vom Rahmen des Fahrgestells gehaltene Halterung, die dem Flansch 30 der
Anordnung zur Umkehr des Stroms und der Platine 54 gemeinsam
ist.
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Jedes
Befestigungselement 56 umfasst einen Bolzen 54,
der mit zwei Gewindeenden 58A, 58B und einem polygonalen
Betätigungskörper 60 versehen
ist, der den Flansch 30 und die Platine 54 im
Abstand voneinander hält.
Ein erstes Ende 58A des Bolzens, das durch den Flansch 30 des
Gehäuses 28 geht,
ist in das Gehäuse 32 der
Getriebeeinrichtung geschraubt. Das zweite Ende 58B des
Bolzens, das durch die Platine 54 geht, ist in eine Druckmutter 62 geschraubt.
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Die
Scheibe 36 ist von einer Schutzkappe 54 überdeckt,
die in an sich bekannter Weise mit der Platine 54 verbunden
ist.
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Um
eine Montage um die Achse 14 zu ermöglichen umfassen die Platine 54 und
die Kappe 64 jeweils zwei Teile 54A, 54B, 64A, 64B,
die zwei Sektoren bilden, die sich vorzugsweise über 180° erstrecken.
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Es
versteht sich somit, dass die Platine 54 und die Kappe 64 einen
Kasten bilden, der die Scheibe 36 und die Detektoranordnung 50 gegenüber Staub
und Luftverschmutzungen sowie Wasserspritzer unter dem Fahrgestell
schützt.
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Erkennbar
besteht indessen ein radiales Spiel 66 zwischen der sich
drehenden Achse 14 und der Wand der Kappe 64,
durch die die Achse hindurch geht. Dieses radiale Spiel 66 erlaubt
es, Toleranzen bei der Herstellung der Achse 14 und der Kappe 64 zu
berücksichtigen.
Staub und Schmutz, die gegebenenfalls über das Spiel 66 in
den Kasten eindringen, der aus der Platine 54 und der Kappe 64 besteht,
können
die gute Funktion und die induktiven Annäherungsdetektoren 52 nicht
stören,
die gegenüber
Staub und Schmutz wesentlich weniger empfindlich sind als optische
Detektoren. Wasser, das möglicherweise
in den Kasten eindringt, wird von selbst über ein Loch 67 abgeführt, das
durch den Boden der Kappe 64 geht (2).
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Die
Kappe 64 stellt somit eine ausreichende Dichtheit sicher,
um eine gute Funktion der induktiven Annäherungssensoren 52 zu
gewährleisten.
Es ist daher nicht notwendig, auf komplizierte und Platz raubende
Dichtungseinrichtungen wie beispielsweise diejenigen zurückzugreifen,
die gewöhnlich
bei herkömmlichen
optischen Detektoranordnungen vorgesehen sind.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zur Ausbildung der Befestigungseinrichtungen
der Scheibe 36 an der freien Fläche des Schleifrings 26 beschrieben.
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Zunächst wird
kurzzeitig am Gehäuse 22 der Getriebeeinrichtung
ein Führungswerkzeug 68 mit der
allgemeinen Form eines Ringes befestigt (siehe 5 und 6)
und zwar mittels gemeinsamer Befestigungselemente 56 am
Ort und anstelle der Platine 54.
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Um
dessen Montage um die Achse 14 zu ermöglichen umfasst das Werkzeug 68 wenigstens zwei
Teil 68A, 68B, die zwei Sektoren bilden, die sich jeweils
vorzugsweise über
etwas 180° erstrecken. Diese
beiden Teile 68A, 68B sind miteinander über Einrichtungen
verbunden, die zu denen analog sind, die die beiden Teile 36A, 36B der
Scheibe verbinden (siehe 6).
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Das
Führungswerkzeug 68 wird
bezüglich der
Axiallinie der Achse 14 über herkömmliche Einrichtungen zentriert.
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Nachdem
das Führungswerkzeug 68 zentriert
und befestigt ist, werden in der freien Fläche des Schleifringes 26 Zentrierungsöffnungen 48' ausgebildet,
die dazu bestimmt sind, Zentrierungsstücke 48 der Scheibe
(siehe 2) aufzunehmen, und werden dann, wenn sie nicht
bereits vorhanden sind, Gewindebohrungen 46' ausgebildet, die dazu bestimmt sind,
Befestigungsschrauben 46 der Scheibe aufzunehmen (siehe 4),
und zwar mittels eines herkömmlichen
Bohrwerkzeuges (nicht dargestellt), das über Bohrbuchens 70, 72 geführt wird,
die vom Führungswerkzeug 68 gehalten
sind.
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Nachdem
die Zentrierungs- und Gewindebohrungen 48' und 46' gebohrt sind, wird das Führungswerkzeug 68 abgenommen
und wird die Scheibe 36 an der freien Fläche des
Ringes 26 über
die oben beschriebenen Einrichtungen befestigt.
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Bei
einer Variante in dem Fall, in dem die freie Fläche des Schleifringes 26 bereits
Gewindebohrungen aufweist, welche somit Bohrungen 46' bilden, kann
das Bohrwerkzeug 68 kurzzeitig an der freien Fläche des
Rings über
Schrauben befestigt werden, die in die bereits bestehenden Gewindebohrungen
geschraubt werden, um die Zentrierungsbohrungen 48' auszubilden.
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Aus
dem vorhergehenden und insbesondere dem oben beschriebenen Ausbildungsverfahren
geht hervor, dass die Messvorrichtung 34 am Fahrgestell 10 montiert
werden kann, ohne dieses zu demontieren. Im Folgenden wird mehr
im Einzelnen die Detektoranordnung 50 anhand der 7 bis 9 beschrieben.
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Es
ist erkennbar, dass die beschriebenen Detektoren 52 induktive
Detektoren sind. Dennoch können
magnetische Detektoren irgendeiner anderen Art beispielsweise Hall-Effekt-Detektoren
im Rahmen der Erfindung verwandt werden.
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In
herkömmlicher
Weise ist jeder induktive Detektor 52 elektrisch mit zwei
elektrischen Versorgungsleitern A1, A2 und einem Ausgangssignalleiter S
verbunden.
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Jeder
induktive Detektor 52 umfasst Einrichtungen 72 zum Überwachen
seiner guten Funktion. Diese Einrichtungen 72 sind an der
Außenseite
des induktiven Detektors ohne elektrischen Kontakt oder elektrische
Verbindung mit diesem vorgesehen.
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Die Überwachungseinrichtungen 72 umfassen
vorzugsweise wenigstens eine leitende Windung 74, die ein
aktives Ende des Detektors 52 umgibt. Diese Windung 74 ist
mit Einrichtungen zum Modifizieren ihres Zustandes verbunden. Diese
Einrichtungen zum Modifizieren des Zustandes bestehen beispielsweise
aus herkömmlichen
Einrichtungen zum Kurz schließen
der Windung 74, die insbesondere einen Schalter 76 umfassen,
wie es in 8 dargestellt ist, oder auch
aus herkömmlichen
Einrichtungen 78 zur Stromversorgung der Windung 74,
wie es in 9 dargestellt ist.
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Als
Variante kann die Windung 74 durch eine leitenden Spule
aus mehreren Windungen ersetzt sein.
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Jede
Windung 74 ist mit Eingangs- und Ausgangsleitern B1, B2
verbunden.
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Die
Leiteranordnung A1, A2, S, B1, B2 ist mit einem mehradrigen Kabel 80 über eine
Anschlussleiste 82 verbunden.
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Die
Versorgungsleiter A1, A2 der Detektoren 52 sind parallel
zueinander und parallel zu den beiden Versorgungsleitern V1, V2
des Kabels 80 geschaltet. Es versteht sich gleichfalls,
dass die Eingangsleiter B1 der Windungen 74 mit einem gemeinsamen
Punkt der Anschlussleiste 82 verbunden sind. Schließlich umfasst
das Kabel 80 eine Abschirmung 84 die gleichfalls
mit der Anschlussleiste 82 verbunden ist.
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In
herkömmlicher
Weise umfasst jeder induktive Detektor 52 einen Schwinger
(nicht dargestellt) der mit einer elektronischen Erfassungsschaltung verbunden
ist. Das vom Detektor 52 ausgegebene Ausgangssignal ist
binär (ein
hoher und ein niedriger Pegel).
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Der
Durchgang eines metallischen Elementes (Teil der Scheibe, der zwei
Durchbrüche 40 trennt)
am Detektor 52 ändert
den Zustand seines Schwingers und führt zu einer Änderung
im Pegel des Ausgangssignals.
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Wenn
ein Detektor 52 arbeitet und sein aktives Ende sich von
jedem metallischen Störelement entfernt
hat, führt
eine Modifikation im Zustand der Windung 74, die dem Detektor
zugeordnet ist, über einen
Kurzschluss oder eine Stromversorgung zu einer Änderung im Pegel des Ausgangssignals,
wie es dann der Fall wäre,
wenn ein metallisches Element am Detektor 52 vorbeigeht.
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Die Überwachungseinrichtungen 72 erlauben
es somit, die Messvorrichtung 34 in folgender Weise zu überwachen.
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Bei
einer Scheibe 36, die bezüglich der Detektoranordnung 50 unbeweglich
ist, modifiziert man nach einer Bezugsabfolge den Zustand der Windung 74 wenigstens
eines Detektors, der arbeitet, und einem Durchbruch 40 gegenüber liegt.
Es sei daran erinnert, dass die Abmessungen und Winkelabstände der
Durchbrüche 40 und
der Detektoren 52 derart sind, dass immer ein Detektor
einem Durchbruch 40 gegenüberliegt, unabhängig davon,
wie die Winkelposition der Scheibe 36 bezüglich der
Detektoranordnung 50 ist.
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Die
Bezugabfolge wird mit dem Ausgangssignal des überwachten Detektors verglichen,
um zu verifizieren, dass sich der Pegel dieses Signals in einer
zur Bezugsabfolge identischen Folge ändert. Im anderen Fall kann
auf einen Fehler in der Funktion des überwachten Detektors 52 geschlossen
werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass es das oben beschriebene Verfahren
zum Überwachen
eines Detektors 52 erlaubt, jede ungewollte Versetzung
der Scheibe 36 festzustellen, da eine derartige Versetzung
einen Unterschied zwischen der Bezugsabfolge und der Änderungsabfolge
des Pegels des Ausgangssignals mit sich bringt.
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Jede
nicht gewollte Versetzung des Fahrgestells und somit des Schienenfahrzeuges
während des
oben beschriebenen Verfahrens zur Überwachung eines Detektors 52 kann
somit problemlos festgestellt werden.
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Die Überwachungseinrichtungen 72,
die von der Funktion der Detektoren 52 unabhängig sind, können somit
für eine
sehr zuverlässige
und sichere Überwachung
der letzteren sorgen.