EP3787952A2 - Überwachungssystem für ein kuppel- und/oder dämpfungselement eines fahrzeugs, insbesondere schienenfahrzeugs - Google Patents

Überwachungssystem für ein kuppel- und/oder dämpfungselement eines fahrzeugs, insbesondere schienenfahrzeugs

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Publication number
EP3787952A2
EP3787952A2 EP19724097.1A EP19724097A EP3787952A2 EP 3787952 A2 EP3787952 A2 EP 3787952A2 EP 19724097 A EP19724097 A EP 19724097A EP 3787952 A2 EP3787952 A2 EP 3787952A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
movement
sensor
components
encoder
coupling
Prior art date
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Application number
EP19724097.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3787952B1 (de
Inventor
Matthias Homann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP3787952A2 publication Critical patent/EP3787952A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3787952B1 publication Critical patent/EP3787952B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0054—Train integrity supervision, e.g. end-of-train [EOT] devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G7/00—Details or accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance

Definitions

  • the present invention relates to a monitoring system for a coupling and / or damping element of a vehicle, in particular rail vehicle, according to the preamble of the independent claims.
  • Coupling and / or damping elements of vehicles, in particular rail vehicles, as relates to the present invention transmit driving and / or impact forces. You can be provided to reduce transmitted to the vehicle interior shock forces with energy absorbing elements. The life of corresponding coupling and / or damping elements depends on their load during operation of the vehicle.
  • a generic overwashing system is proposed in WO 2017/198520 A1 which monitors and evaluates changes in distance between two components of the damping element which are movable relative to each other along at least one direction of movement.
  • a sensor may be provided with a coil for detecting a magnetic field. Furthermore, the speed or the time of changing the distance can be taken into account.
  • WO 2014/124848 A1 discloses a monitoring of coupling elements of a vehicle, in which at least one significant relative direction of motion is determined and relative movements along the relevant relative direction of movement of the coupling element to be monitored are measured and stored, wherein an evaluation of the stored relative movements takes place.
  • the two cited documents refer to monitoring systems in which a sensor and a transmitter are integrated into the coupling and / or damping element in such a way that they move relative to one another and the relative movement relative to one another along with the two components movable relative to one another along the at least one movement direction is determined by the changing position of the encoder relative to the sensor.
  • This is disadvantageous in a desired space-effective integration of the monitoring system in the coupling and / or damping element and may adversely affect the detection accuracy, namely, if the relative position of sensor and encoder is subject to tolerances.
  • the present invention has for its object to provide a monitoring system for a coupling and / or damping element of a vehicle, in particular rail vehicle, which is improved over the generic monitoring system with respect to the disadvantages mentioned.
  • An inventive monitoring system for a coupling and / or damping element of a vehicle, in particular rail vehicle, wherein the coupling and / or damping element has at least two relatively movable along at least one direction of movement components comprises at least one encoder and at least one sensor, which is set up and arranged are to detect the movement of the two components along the at least one direction of movement.
  • the encoder and the sensor are signal-transmitting connected, so that the sensor generates a signal generated by the encoder detected.
  • the signal may, for example, be a magnetic field generated by the transmitter. However, other analog or digital signals come into consideration.
  • the at least one sensor and the at least one sensor are positioned at a constant distance from one another.
  • a signal transmission modifying element is provided which is movable with one of the components or in dependence of the relative movement of the components to change the transmitted signal depending on its position.
  • the position of encoder and sensor, in particular within a common component or mounted on a common component can thus be precisely determined. Tolerances are largely avoided.
  • the determination of the relative movement of the two components along the at least one movement direction is no longer effected by the fact that the sensor and the encoder move relative to each other, but by the fact that the signal transmission modifying element is provided which move relative to the sensor and the encoder can, in dependence on the relative movement between the two components, preferably together with one of the two components.
  • the monitoring system according to the invention can also be combined with monitoring systems comprising conventionally positioned sensors and encoders.
  • an alternative embodiment of the invention provides that, instead of the transmitter and sensor positioned at a constant distance from each other, the encoder is designed as a rotary encoder and is connected to an articulated joint. It could also be defined that the rotary encoder forms a sensor and a sensor, which are integrated to a rotary encoder. The articulated joint is executed to convert a relative linear movement of the two components to one another in a rotary movement, wherein this rotational movement is detected by the rotary encoder.
  • a conventional sensor which detects the position of the encoder can also be dispensed with here. Rather, the encoder itself can provide the necessary signal about its rotational position in order to assess the movement of the two components relative to each other.
  • the transmitter has at least one magnet, in particular permanent magnets, on or is formed by the latter and the sensor is set up to detect a magnetic field generated by the transmitter.
  • the signal transmission modifying element is then movable in the magnetic field to change this depending on its position. This change in the magnetic field can be detected by the sensor and generate a corresponding signal which describes the relative movement of the two components as a function of the detected change.
  • the transmitter has at least one electrical coil or is formed by it and the sensor is set up to detect an electromagnetic field generated by the transmitter.
  • the signal transmission modifying element is then movable in the electromagnetic field to change this depending on its position.
  • the sensor can detect this change in the electromagnetic field and generate a corresponding signal which describes the relative movement of the two components as a function of the detected change.
  • the coil forms not only the encoder but also the Sensor.
  • the coil generates a signal, namely in the form of the electromagnetic field, which is changed depending on the position of the signal transmission modifying element.
  • This change in the electromagnetic field in turn causes a change in the inductance of the coil, wherein this inductance change can be detected, for example by means of an evaluation unit.
  • the embodiment with a coil can advantageously be made more robust against external influences.
  • both embodiments can also be combined with each other.
  • the signal transmission modifying element is made of metal, for example, and can be formed by a coupling rod according to an embodiment of the invention.
  • an evaluation unit is provided, which is connected to the sensor or integrated in this.
  • the evaluation unit is preferably set up to determine the extent of the movement, the speed of the movement and / or the acceleration of the movement of the two components relative to one another from the signal detected by the sensor or, in the case of the embodiment with a rotary encoder from the signal generated by the rotary encoder.
  • the encoder and the sensor are arranged within a common recess and the signal transmission modifying element is along the recess, in particular immediately adjacent to this, or within the recess or in the recess movable.
  • a protective device may be provided which encloses the sensor and / or the encoder in order to shield it against mechanical and environmental influences.
  • the signals generated or forwarded by the sensor or the signals of the rotary encoder can be evaluated in the optional evaluation unit and made available to a higher-level system.
  • the evaluation unit can be integrated in the higher-level system.
  • a coupling and / or damping element according to the invention of a vehicle, in particular a rail vehicle has at least two components movable relative to one another along at least one direction of movement, as well as a monitoring system according to the invention.
  • the direction of movement can be oriented horizontally, for example.
  • the coupling and / or damping element may be a buffer, such as side buffers or middle buffers, a collision element or a coupling of a rail vehicle to another rail vehicle.
  • the two components are in telescopic engagement with each other in the direction of movement and are secured by a rotation against rotation relative to each other, wherein the direction of rotation corresponds to a circumferential direction about the direction of movement.
  • the sensor and the encoder can then be arranged in the rotation.
  • the anti-rotation device preferably has a bolt mounted on or formed by one of the two components, which extends with its longitudinal axis in the direction of movement and engages in a recess of the other component which also extends in the direction of the longitudinal axis to form an undercut.
  • the sensor and the encoder can then be positioned in the bar or on the bolt and the other component can form the signal transmission modifying element.
  • the at least one common recess is provided in the bolt, wherein this common recess preferably also extends in the direction of the longitudinal axis within the bolt.
  • the encoder may for example be mounted on the surface or in a screw with which the bolt is mounted on the one component.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the invention
  • Figure 3 is a traction coupling with rotation, in which the monitoring system according to the invention can be integrated;
  • FIG. 4 shows a latch of the anti-twist device from FIG. 3 in one
  • FIG. 5 shows the bolt in a front view
  • Figure 6 is a schematic representation of a possible integration of the overgrowth system according to the invention in the bar in a plan view
  • FIG. 7 shows the bolt from FIG. 6 in a front view
  • FIG. 8 shows an alternative integration of the monitoring system in the bar in a schematic plan view
  • FIG. 9 shows the bolt from FIG. 8 in a front view
  • Monitoring system analogous to Figure 1, but with a transmitter comprising an electric coil for generating an electromagnetic field.
  • FIG. 1 schematically shows a monitoring system according to the invention with a first component 2 and a second component 3.
  • the second component 3 is movable in the direction of movement 1 relative to the first component 2.
  • an encoder 4 and a sensor 5 are arranged at a constant distance from one another. This means that the distance between the transmitter 4 and the sensor 5 does not change when the second component 3 moves relative to the first component 2.
  • the encoder 4 generates a signal which is received by the sensor 5.
  • the signal is a magnetic field 8 when the encoder 4 comprises a magnet 7 or is formed by this.
  • the transmitter 4 may also comprise a coil or are formed by these, so that the signal is an electromagnetic field generated by the coil.
  • the second component 3 forms a signal transmission modifying element 6, here for example with the region of its axial end face.
  • the signal transmission modifying element 6 slides in such a way over the sensor 5 in the direction of movement 1 that the signal generated by the transmitter 4, for example the magnetic field 8, is changed, this change being detected by the sensor 5.
  • FIG. 10 shows the alternative embodiment mentioned, in which the transmitter 4 comprises or is formed by a coil 7 '.
  • the signal transmission modifying element 6 changes its position within the electromagnetic field 8 'generated by the coil 7' and thus the electromagnetic field 8 'itself, this change in the electromagnetic field 8' being detected by the sensor 5. Additionally or alternatively, a change in the inductance of the coil 7 ', wherein the inductance of the coil 7' on the position of the signal transmission modifying element 6 is dependent, are detected, so that the coil 7 'thus at the same time forms the sensor, which corresponds to 5 'is designated.
  • the extent of the movement ie the distance covered by the component 3, and / or the speed of the movement and / or the acceleration during the movement can be detected or determined from detected values.
  • an evaluation unit 10 to which the sensor 5, 5 'is wired or wirelessly connected, for example, the determination of the desired Size from the sensor 5, 5 'detected signal or from the output values of the sensor 5 done.
  • the encoder 4 is designed as a rotary encoder.
  • the second component 3 is telescopically retractable into the first component 2 in the direction of movement 1.
  • an articulated joint 12 with two lever arms 17, 18 and three pivot points 19, 20, 21 connected, the relative linear movement between the first component 2 and the second component 3 along the direction of movement 1 in a rotational movement converts, the encoder 4 detects as a rotary encoder. This movement, in particular the extent of the movement, the speed and / or the acceleration can then in turn be determined for example in the evaluation unit 10 from the output values of the transmitter 4.
  • the first component 2 and the second component 3 are part of a traction coupling.
  • the first component 2 and the second component 3 are in telescoping engagement with each other, so that the second component 3 can be more or less retracted into the first component 2.
  • When retracted act energy absorbing elements 22 to dampen the retraction movement of the second component 3.
  • the direction of movement 1 corresponds to the longitudinal axis 15 of the two components 2, 3.
  • the second component 3 comprises or is formed by a coupling rod 9.
  • an anti-twist device 13 is provided. This includes a latch 14, which with Screws 23 is mounted inside the component 2, and a corresponding recess 16 in the second component 3 and in the coupling rod.
  • the monitoring device can now be integrated.
  • an inductive sensor may be provided, in particular in the form of a coil 7 'whose inductance is dependent on the relative position of the component 3 to the component 2 (see 3), wherein the relative movement between the components 2 and 3, a different degrees of attenuation of the inductance of the coil 7 'is effected, so that from the change in the inductance, the current relative position can be detected.
  • an electromagnetic field 8 'generated by the coil 7' can be used analogously to the magnetic field 8 for detecting the relative movement between the components 2 and 3.
  • the sensor 5 is provided instead of one of the two screws 23 in FIG. 3 or can also fulfill its function.
  • the encoder 4 is integrated in the other of the two screws 23 or provided on its surface, for example on the outer periphery, as shown in Figure 6, or the front side, as indicated in Figure 7.
  • the sensor 5 in turn replaces one of the two screws 23 in FIG. 3, preferably the screw which is closer to the second component 3 or the coupling rod 9, and FIG Encoder 4 is fixed in the middle between the two screws 23 in the common recess 11.
  • the encoder 4 may comprise an electric coil 7 'and correspondingly generate an electromagnetic field 8' instead of the magnetic field 8 shown here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, wobei das Kuppel- und/oder Dämpfungselement wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung bewegliche Bauteile aufweist, mit wenigstens einem Geber und wenigstens einem Sensor, die eingerichtet und angeordnet sind, die Bewegung der beiden Bauteile entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung zu erfassen, wobei der Geber und der Sensor signalübertragend verbunden sind, sodass der Sensor ein vom Geber erzeugtes Signal erfasst. Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Geber und der wenigstens eine Sensor mit konstantem Abstand zueinander positioniert sind und ein die Signalübertragung modifizierendes Element vorgesehen ist, das mit einem der Bauteile oder in Abhängigkeit der Relativbewegung der Bauteile beweglich ist, um in Abhängigkeit seiner Position das übertragene Signal zu verändern.

Description

Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Kuppel- und/oder Dämpfungselemente von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, wie sie die vorliegende Erfindung betrifft, übertragen Fahr- und/oder Aufprallkräfte. Sie können dabei zur Reduzierung von in das Fahrzeuginnere übertragenen Stoßkräften mit Energieverzehrelementen versehen sein. Die Lebensdauer entsprechender Kuppel- und/oder Dämpfungselemente hängt von deren Belastung während des Betriebs des Fahrzeugs ab. Um den aktuellen Zustand eines solchen Kuppel- und/oder Dämpfungselementes besser bewerten zu können, wird in der WO 2017/198520 A1 ein gattungsgemäßes Überwaschungssystem vorgeschlagen, das Abstandsänderungen zwischen zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung beweglichen Bauteilen des Dämpfungselementes überwacht und auswertet. Hierfür kann ein Sensor mit einer Spule zur Erfassung eines Magnetfeldes vorgesehen sein. Ferner kann die Geschwindigkeit oder der Zeitpunkt der Änderung des Abstandes berücksichtigt werden.
WO 2014/124848 A1 offenbart eine Überwachung von Koppelelementen eines Fahrzeugs, bei welchem zumindest eine maßgebliche Relativbewegungsrichtung bestimmt wird und Relativbewegungen entlang der maßgeblichen Relativbewegungsrichtung des zu überwachenden Koppelelementes gemessen und gespeichert werden, wobei eine Auswertung der gespeicherten Relativbewegungen erfolgt. Die beiden genannten Schriften greifen auf Überwachungssysteme zurück, bei welchen ein Sensor und ein Geber derart in das Kuppel- und/oder Dämpfungselement integriert sind, dass sie sich gemeinsam mit den zwei relativ zueinander entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung beweglichen Bauteile relativ zueinander bewegen und die Relativbewegung durch die sich verändernde Position des Gebers gegenüber dem Sensor bestimmt wird. Dies ist bei einer gewünschten möglichst bauraumeffektiven Integration des Überwachungssystems in das Kuppel- und/oder Dämpfungselement nachteilig und kann sich auf die Erfassungsgenauigkeit ungünstig auswirken, wenn nämlich die Relativposition von Sensor und Geber mit Toleranzen behaftet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, anzugeben, das gegenüber dem gattungsgemäßen Überwachungssystem hinsichtlich der genannten Nachteile verbessert ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Überwachungssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen werden ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement mit einem erfindungsgemäßen Überwachungssystem und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, wobei das Kuppel- und/oder Dämpfungselement wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung bewegliche Bauteile aufweist, umfasst wenigstens einen Geber und wenigstens einen Sensor, die eingerichtet und angeordnet sind, die Bewegung der beiden Bauteile entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung zu erfassen. Der Geber und der Sensor sind signalübertragend verbunden, sodass der Sensor ein vom Geber erzeugtes Signal erfasst. Bei dem Signal kann es sich beispielsweise um ein vom Geber erzeugtes Magnetfeld handeln. Jedoch kommen auch andere analoge oder digitale Signale in Betracht.
Erfindungsgemäß sind der wenigstens eine Geber und der wenigstens eine Sensor mit konstantem Abstand zueinander positioniert. Ferner ist ein die Signalübertragung modifizierendes Element vorgesehen, das mit einem der Bauteile oder in Abhängigkeit der Relativbewegung der Bauteile beweglich ist, um in Abhängigkeit seiner Position das übertragene Signal zu verändern.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann somit die Position von Geber und Sensor, insbesondere innerhalb eines gemeinsamen Bauteils oder montiert an einem gemeinsamen Bauteil, exakt festgelegt werden. Toleranzen werden weitgehend vermieden. Die Bestimmung der relativen Bewegung der beiden Bauteile entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung erfolgt nicht mehr dadurch, dass sich der Sensor und der Geber relativ zueinander bewegen, sondern dadurch, dass das die Signalübertragung modifizierende Element vorgesehen ist, das sich relativ zum Sensor und dem Geber bewegen kann, und zwar in Abhängigkeit der Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen, bevorzugt gemeinsam mit einem der beiden Bauteile.
Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Überwachungssystem auch mit Überwachungssystemen, umfassend herkömmlich positionierte Sensoren und Geber, kombiniert werden.
Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass anstelle der mit konstantem Abstand zueinander positionierten Geber und Sensor der Geber als Drehgeber ausgeführt ist und an einem Knickgelenk angeschlossen ist. Man könnte auch definieren, dass der Drehgeber einen Geber und einen Sensor ausbildet, die zu einem Drehgeber integriert sind. Das Knickgelenk ist ausgeführt, um eine relative Linearbewegung der beiden Bauteile zueinander in eine Drehbewegung umzuwandeln, wobei diese Drehbewegung mit dem Drehgeber erfasst wird. Somit kann auch hier auf einen herkömmlichen Sensor, der die Position des Gebers erfasst, verzichtet werden. Vielmehr kann der Geber selbst das notwendige Signal liefern, über seine Verdrehposition, um die Bewegung der beiden Bauteile relativ zueinander bewerten zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Geber wenigstens einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten, auf oder wird durch diesen gebildet und der Sensor ist zur Erfassung eines vom Geber erzeugten Magnetfeldes eingerichtet. Das die Signalübertragung modifizierende Element ist dann im Magnetfeld beweglich, um dieses in Abhängigkeit seiner Position zu verändern. Diese Veränderung des Magnetfeldes kann der Sensor erfassen und ein entsprechendes Signal erzeugen, das in Abhängigkeit der erfassten Veränderung die Relativbewegung der beiden Bauteile beschreibt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist der Geber wenigstens eine elektrische Spule auf oder wird durch diese gebildet und der Sensor ist zur Erfassung eines vom Geber erzeugten elektromagnetischen Feldes eingerichtet. Das die Signalübertragung modifizierende Element ist dann im elektromagnetischen Feld beweglich, um dieses in Abhängigkeit seiner Position zu verändern. Diese Veränderung des elektromagnetischen Feldes kann der Sensor erfassen und ein entsprechendes Signal erzeugen, das in Abhängigkeit der erfassten Veränderung die Relativbewegung der beiden Bauteile beschreibt.
Ferner ist es möglich, die Induktivität der Spule in Abhängigkeit von der relativen Position der beiden Bauteile zu verändern und diese Änderung zu erfassen, um die Relativposition zu bestimmen. Bei einer solchen Ausführungsform, bei welcher über die Induktivitätsänderung der Spule eine Relativbewegung der beiden Bauteile erfasst wird, bildet die Spule nicht nur den Geber sondern zugleich den Sensor. Auch hier erzeugt die Spule ein Signal, nämlich in Form des elektromagnetischen Feldes, das in Abhängigkeit der Position des die Signalübertragung modifizierenden Elementes verändert wird. Diese Änderung des elektromagnetischen Feldes bewirkt wiederum eine Änderung der Induktivität der Spule, wobei diese Induktivitätsänderung erfasst werden kann, beispielsweise mittels einer Auswerteeinheit.
In der Praxis kann die Ausführungsform mit einer Spule vorteilhaft robuster gegenüber äußeren Einflüssen ausgestaltet werden. Beide Ausgestaltungen können jedoch auch miteinander kombiniert werden.
Das die Signalübertragung modifizierende Element ist beispielsweise aus Metall hergestellt und kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch eine Kupplungsstange gebildet werden.
Bevorzugt ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche mit dem Sensor verbunden oder in diesen integriert ist. Die Auswerteeinheit ist bevorzugt eingerichtet, aus dem vom Sensor erfassten Signal, oder bei der Ausführungsform mit Drehgeber aus dem vom Drehgeber erzeugten Signal das Ausmaß der Bewegung, die Geschwindigkeit der Bewegung und/oder die Beschleunigung der Bewegung der beiden Bauteile relativ zueinander zu ermitteln.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind der Geber und der Sensor innerhalb einer gemeinsamen Aussparung angeordnet und das die Signalübertragung modifizierende Element ist entlang der Aussparung, insbesondere unmittelbar neben dieser, oder innerhalb der Aussparung oder in die Aussparung beweglich. Insbesondere bei der Ausführungsform mit Drehgeber kann eine Schutzvorrichtung vorgesehen sein, welche den Sensor und/oder den Geber umschließt, um diesen gegen mechanische und Umwelteinflüsse abzuschirmen.
Die vom Sensor erzeugten oder weitergeleiteten Signale beziehungsweise die Signale des Drehgebers können in der optionalen Auswerteeinheit ausgewertet werden und einem übergeordneten System zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann die Auswerteeinheit in das übergeordnete System integriert sein.
Ein erfindungsgemäßes Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, weist wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung bewegliche Bauteile auf, sowie ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem. Die Bewegungsrichtung kann beispielsweise horizontal ausgerichtet sein. Bei dem Kuppel- und/oder Dämpfungselement kann es sich beispielsweise um einen Puffer, wie Seitenpuffer oder Mittelpuffer, ein Kollisionselement oder eine Kupplung eines Schienenfahrzeugs zu einem anderen Schienenfahrzeug handeln.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kuppel- und/oder Dämpfungselementes stehen die beiden Bauteile in der Bewegungsrichtung miteinander in einem Teleskopeingriff und sind mittels einer Verdrehsicherung gegen eine Verdrehung relativ zueinander gesichert, wobei die Verdrehrichtung einer Umfangsrichtung um die Bewegungsrichtung entspricht. Der Sensor und der Geber können dann in der Verdrehsicherung angeordnet sein.
Bevorzugt weist die Verdrehsicherung einen an einem der beiden Bauteile montierten oder durch diesen ausgebildeten Riegel auf, der sich mit seiner Längsachse in der Bewegungsrichtung erstreckt und in eine sich ebenfalls in Richtung der Längsachse erstreckende Aussparung des anderen Bauteils zur Ausbildung einer Hinterschneidung eingreift. Der Sensor und der Geber können dann im Riegel oder am Riegel positioniert sein und das andere Bauteil kann das die Signalübertragung modifizierende Element ausbilden.
Bevorzugt ist die wenigstens eine gemeinsame Aussparung in dem Riegel vorgesehen, wobei sich diese gemeinsame Aussparung bevorzugt ebenfalls in Richtung der Längsachse innerhalb des Riegels erstreckt.
Der Geber kann beispielsweise auf der Oberfläche oder in einer Schraube montiert sein, mit welcher der Riegel an dem einen Bauteil montiert ist.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Überwachungssystems;
Figur 2 eine alternative Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 eine Zugkupplung mit Verdrehsicherung, in welche das erfindungsgemäße Überwachungssystem integrierbar ist;
Figur 4 einen Riegel der Verdrehsicherung aus der Figur 3 in einer
Rückansicht;
Figur 5 den Riegel in einer Frontansicht; Figur 6 eine schematische Darstellung einer möglichen Integration des erfindungsgemäßen Überwachsungssystems in den Riegel in einer Draufsicht; Figur 7 den Riegel aus der Figur 6 in einer Frontansicht;
Figur 8 eine alternative Integration des Überwachungssystems in den Riegel in einer schematischen Draufsicht; Figur 9 den Riegel aus der Figur 8 in einer Frontansicht;
Figur 10 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Überwachungssystems analog der Figur 1 , jedoch mit einem Geber, der eine elektrische Spule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes umfasst.
In Figur 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem gezeigt, mit einem ersten Bauteil 2 und einem zweiten Bauteil 3. Das zweite Bauteil 3 ist in der Bewegungsrichtung 1 relativ zum ersten Bauteil 2 beweglich.
Im ersten Bauteil 2 sind ein Geber 4 und ein Sensor 5 mit konstantem Abstand zueinander angeordnet. Das bedeutet, der Abstand zwischen dem Geber 4 und dem Sensor 5 ändert sich nicht, wenn sich das zweite Bauteil 3 relativ zum ersten Bauteil 2 bewegt.
Der Geber 4 erzeugt ein Signal, das vom Sensor 5 empfangen wird. Beispielsweise ist das Signal ein Magnetfeld 8, wenn der Geber 4 einen Magneten 7 umfasst oder durch diesen gebildet wird. Statt einem Magneten 7 oder zusätzlich zu dem Magneten 7 kann der Geber 4 auch eine Spule umfassen oder durch diese gebildet werden, sodass das Signal ein von der Spule erzeugtes elektromagnetisches Feld ist.
Das zweite Bauteil 3 bildet ein die Signalübertragung modifizierendes Element 6, hier zum Beispiel mit dem Bereich seiner axialen Stirnseite. Das die Signalübertragung modifizierende Element 6 gleitet derart über den Sensor 5 in der Bewegungsrichtung 1 hinweg, dass das vom Geber 4 erzeugte Signal, beispielsweise das Magnetfeld 8, verändert wird, wobei diese Veränderung vom Sensor 5 erfasst wird.
Analog zu der Darstellung in der Figur 1 zeigt die Figur 10 die genannte alternative Ausgestaltung, bei welcher der Geber 4 eine Spule 7‘ umfasst oder durch diese gebildet wird. Das die Signalübertragung modifizierende Element 6 verändert seine Position innerhalb des von der Spule 7‘ erzeugten elektromagnetischen Feldes 8‘ und damit das elektromagnetische Feld 8‘ selbst, wobei diese Veränderung des elektromagnetischen Feldes 8‘ vom Sensor 5 erfasst wird. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Veränderung der Induktivität der Spule 7‘, wobei die Induktivität der Spule 7‘ von der Position des die Signalübertragung modifizierenden Elementes 6 abhängig ist, erfasst werden, sodass die Spule 7‘ damit zugleich den Sensor ausbildet, der entsprechend mit 5‘ bezeichnet ist.
Damit kann gemäß beiden Ausführungsformen entsprechend der Figur 1 und der Figur 10 aus dem vom Sensor 5, 5‘ erfassten Signal bestimmt werden, dass sich das zweite Bauteil 3 gegenüber dem ersten Bauteil 2 bewegt hat. Insbesondere kann das Ausmaß der Bewegung, also die vom Bauteil 3 zurückgelegte Strecke, und/oder die Geschwindigkeit der Bewegung und /oder die Beschleunigung bei der Bewegung erfasst beziehungsweise aus erfassten Werten bestimmt werden.
In einer Auswerteeinheit 10, an welcher der Sensor 5, 5‘ drahtgebunden oder drahtlos angeschlossen ist, kann zum Beispiel die Bestimmung der gewünschten Größe aus dem vom Sensor 5, 5‘ erfassten Signal beziehungsweise aus den Ausgabewerten des Sensors 5 erfolgen.
Bei der Ausgestaltung gemäß der Figur 2 ist der Geber 4 als Drehgeber ausgeführt. Beispielsweise ist das zweite Bauteil 3 in das erste Bauteil 2 in der Bewegungsrichtung 1 teleskopartig einfahrbar. Am ersten Bauteil 2 und am zweiten Bauteil 3 ist ein Knickgelenk 12 mit zwei Hebelarmen 17, 18 und drei Drehpunkten 19, 20, 21 angeschlossen, das die relative Linearbewegung zwischen dem ersten Bauteil 2 und dem zweiten Bauteil 3 entlang der Bewegungsrichtung 1 in eine Drehbewegung umwandelt, die der Geber 4 als Drehgeber erfasst. Diese Bewegung, insbesondere das Ausmaß der Bewegung, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung kann dann wiederum zum Beispiel in der Auswerteeinheit 10 aus den Ausgabewerten des Gebers 4 bestimmt werden.
In der Figur 3 sind das erste Bauteil 2 und das zweite Bauteil 3 Bestandteil einer Zugkupplung. Das erste Bauteil 2 und das zweite Bauteil 3 stehen in einem Teleskopeingriff miteinander, sodass das zweite Bauteil 3 mehr oder minder in das erste Bauteil 2 eingefahren werden kann. Beim Einfahren wirken Energieverzehrelemente 22, um die Einfahrbewegung des zweiten Bauteils 3 zu dämpfen.
Die Bewegungsrichtung 1 entspricht der Längsachse 15 der beiden Bauteile 2, 3.
Das zweite Bauteil 3 umfasst eine Kupplungsstange 9 oder wird durch diese gebildet.
Um zu verhindern, dass die Kupplungsstange 9 beziehungsweise das zweite Bauteil 3 gegenüber dem ersten Bauteil 2 um die Längsachse 15 verdreht wird, ist eine Verdrehsicherung 13 vorgesehen. Diese umfasst einen Riegel 14, der mit Schrauben 23 innen im Bauteil 2 montiert ist, sowie eine entsprechende Aussparung 16 im zweiten Bauteil 3 beziehungsweise in der Kupplungsstange 9.
In die Verdrehsicherung 13, bevorzugt in den Riegel 14, kann nun die Überwachungseinrichtung integriert werden.
In den Figuren 4 und 5 ist der Riegel 14 nochmals dargestellt. Wie man sieht, weist dieser eine Aussparung auf, vorliegend als gemeinsame Aussparung 11 bezeichnet, weil diese sich besonders gut für die Anordnung des Gebers 4 und des Sensors 5 eignet und die Ausbreitung eines Magnetfeldes 8 begünstigt, wie beispielhaft in den Figuren 6 bis 9 dargestellt ist. Anstelle des magnetischen Gebers 4 oder zusätzlich hierzu kann wiederum, wie anhand der Figur 10 erläutert wurde, ein induktiver Geber vorgesehen sein, insbesondere in Form einer Spule 7‘, deren Induktivität abhängig ist von der relativen Position des Bauteils 3 zu dem Bauteil 2 (siehe die Figur 3), wobei durch die Relativbewegung zwischen den Bauteilen 2 und 3 eine unterschiedlich starke Dämpfung der Induktivität der Spule 7‘ bewirkt wird, sodass aus der Veränderung der Induktivität die aktuelle Relativposition erfasst werden kann. Auch ein von der Spule 7‘ erzeugtes elektromagnetisches Feld 8‘ kann analog dem magnetischen Feld 8 zur Erfassung der Relativbewegung zwischen den Bauteilen 2 und 3 herangezogen werden.
Bei der Gestaltung gemäß der Figur 6 ist der Sensor 5 anstelle einer der beiden Schrauben 23 in der Figur 3 vorgesehen beziehungsweise kann auch deren Funktion erfüllen. Der Geber 4 ist in die andere der beiden Schrauben 23 integriert oder auf dessen Oberfläche vorgesehen, beispielsweise am äußeren Umfang, wie in der Figur 6 dargestellt ist, oder stirnseitig, wie in der Figur 7 angedeutet ist.
Bei der Ausgestaltung gemäß den Figuren 8 und 9 ersetzt der Sensor 5 wiederum eine der beiden Schrauben 23 in der Figur 3, bevorzugt die Schraube, die dem zweiten Bauteil 3 beziehungsweise der Kupplungsstange 9 näher liegt, und der Geber 4 ist in der Mitte zwischen den beiden Schrauben 23 in der gemeinsamen Aussparung 11 befestigt.
Auch bei der Ausgestaltung gemäß den Figuren 8 und 9 kann der Geber 4 eine elektrische Spule 7‘ umfassen und entsprechend ein elektromagnetisches Feld 8‘ anstelle des hier gezeigten Magnetfeldes 8 erzeugen.
Bezugszeichenliste
1 Bewegungsrichtung
2 erstes Bauteil
3 zweites Bauteil
4 Geber
5, 5‘ Sensor
6 die Signalübertragung modifizierendes Element
7 Magnet
7‘ Spule
8 Magnetfeld
8 elektromagnetisches Feld
9 Kupplungsstange
10 Auswerteeinheit
1 1 gemeinsame Aussparung
12 Knickgelenk
13 Verdrehsicherung
14 Riegel
15 Längsachse
16 Aussparung
17 Gelenkarm
18 Gelenkarm
19 Drehpunkt
20 Drehpunkt
21 Drehpunkt
22 Energieverzehrelement
23 Schraube

Claims

Patentansprüche
1. Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, wobei das Kuppel- und/oder Dämpfungselement wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung (1 ) bewegliche Bauteile (2, 3) aufweist, mit wenigstens einem Geber (4) und wenigstens einem Sensor (5, 5‘), die eingerichtet und angeordnet sind, die Bewegung der beiden Bauteile (2, 3) entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung (1 ) zu erfassen, wobei der Geber (4) und der Sensor (5, 5‘) signalübertragend verbunden sind, sodass der Sensor (5, 5‘) ein vom Geber (4) erzeugtes Signal erfasst;
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Geber (4) und der wenigstens eine Sensor (5, 5‘) mit konstantem Abstand zueinander positioniert sind und ein die Signalübertragung modifizierendes Element (6) vorgesehen ist, das mit einem der Bauteile (2, 3) oder in Abhängigkeit der Relativbewegung der Bauteile (2, 3) beweglich ist, um in Abhängigkeit seiner Position das übertragene Signal zu verändern.
2. Überwachungssystem gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (4) wenigstens einen Magneten (7), insbesondere Permanentmagneten, umfasst oder durch diesen gebildet wird, der Sensor (5) zur Erfassung eines vom Geber (4) erzeugten Magnetfeldes (8) eingerichtet ist und das die Signalübertragung modifizierende Element (6) im Magnetfeld (8) beweglich ist, um dieses in Abhängigkeit seiner Position zu verändern.
3. Überwachungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (4) wenigstens eine Spule (7‘) umfasst oder durch diese gebildet wird, der Sensor (5‘) zur Erfassung eines vom Geber (4) erzeugten elektromagnetischen Feldes (8‘) eingerichtet ist und das die Signalübertragung modifizierende Element (6) im elektromagnetischen Feld
(8) beweglich ist, um dieses in Abhängigkeit seiner Position zu verändern.
4. Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, wobei das Kuppel- und/oder Dämpfungselement wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung (1 ) bewegliche Bauteile (2, 3) aufweist, mit wenigstens einem Geber (4) und Sensor (5‘), die eingerichtet und angeordnet sind, die Bewegung der beiden Bauteile (2, 3) entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung (1 ) zu erfassen;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Geber (4) und der Sensor (5‘) durch wenigstens eine Spule (7‘) gebildet werden, die ein Signal in Form eines elektromagnetischen Feldes (8‘) erzeugt, und ein die Signalübertragung modifizierendes Element (6) vorgesehen ist, das mit einem der Bauteile (2, 3) oder in Abhängigkeit der Relativbewegung der Bauteile (2, 3) beweglich ist, um in Abhängigkeit seiner Position durch Veränderung des elektromagnetischen Feldes (8‘) eine Induktivität der Spule (7‘) zu verändern.
5. Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Signalübertragung modifizierende Element (6) aus Metall hergestellt ist und insbesondere durch eine Kupplungsstange
(9) gebildet wird.
6. Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (10) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, das aus dem vom Sensor (5, 5‘) erfassten Signal oder aus der Induktivität der Spule (7‘) das Ausmaß der Bewegung, die Geschwindigkeit der Bewegung und/oder die Beschleunigung der Bewegung der beiden Bauteile (2, 3) relativ zueinander zu ermitteln.
7. Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (4) und der Sensor (5. 5‘) innerhalb einer gemeinsamen Aussparung (11 ) angeordnet sind und das die Signalübertragung modifizierende Element (6) entlang der Aussparung (11 ), insbesondere unmittelbar neben dieser, oder innerhalb der oder in die Aussparung (11 ) beweglich ist.
8. Überwachungssystem für ein Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, wobei das Kuppel- und/oder Dämpfungselement wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung (1 ) bewegliche Bauteile (2, 3) aufweist, mit wenigstens einem Geber (4), der eingerichtet und angeordnet ist, die Bewegung der beiden Bauteile (2, 3) entlang der wenigstens einen Bewegungsrichtung (1 ) zu erfassen;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Geber (4) als Drehgeber ausgeführt ist und an einem Knickgelenk (12) angeschlossen ist, das ausgeführt ist eine relative Linearbewegung der beiden Bauteile (2, 3) zueinander in eine Drehbewegung umzuwandeln, wobei diese Drehbewegung mit dem Geber (4) erfasst wird.
9. Kuppel- und/oder Dämpfungselement eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, mit wenigstens zwei relativ zueinander entlang wenigstens einer Bewegungsrichtung (1 ) beweglichen Bauteilen (2, 3) und einem Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Kuppel- und/oder Dämpfungselement gemäß Anspruch 9 mit einem Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die beiden Bauteile (2, 3) in der Bewegungsrichtung (1 ) miteinander in einem Teleskopeingriff stehen und mittels einer Verdrehsicherung (13) gegen eine Verdrehung relativ zueinander in Umfangsrichtung zu der Bewegungsrichtung (1 ) gesichert sind, wobei der Geber (4) und der Sensor (5, 5‘) in der Verdrehsicherung (13) angeordnet sind.
11. Kuppel- und/oder Dämpfungselement gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (13) einen an einem der beiden Bauteile (2, 3) montierten oder durch dieses ausgebildeten Riegel (14) umfasst, der sich mit seiner Längsachse (15) in der Bewegungsrichtung (1 ) erstreckt und in eine sich in Richtung der Längsachse (15) erstreckenden Aussparung (16) des anderen Bauteils (2, 3) zur Ausbildung einer Hinterschneidung eingreift, wobei der Geber (4) und der Sensor (5, 5‘) im oder am Riegel (14) positioniert sind und das andere Bauteil (2, 3) das die Signalübertragung modifizierende Element (6) ausbildet.
12. Kuppel- und/oder Dämpfungselement gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel (14) die gemeinsame Aussparung (11 ) aufweist und sich die gemeinsame Aussparung (11 ) in Richtung der Längsachse (15) im Riegel (14) erstreckt.
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