IT9067943A1 - Assile ferroviario con rilevatore integrato della velocita' di rotazione. - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione si riferisce ad un assile ferroviario di tipo tradizionale, nella cui struttura viene integrato un rilevatore della velocità di rotazione della ruota (nel caso di carrelli a ruote indipendenti) o delle due ruote (nel caso di carrelli tradizionali a ponte rigido) montata/e sul fusello.

E* noto che il problema di evitare il bloccaggio delle ruote in fase di frenata, con conseguente perdita di aderenza, è oggi sentito non soltanto sui veicoli stradali, ma anche sui moderni treni ad alta velocità; pertanto sono state sviluppate soluzioni di impianti antibloccaggio, i così detti ABS, che sono utilizzabili sui carrelli ferroviari che equipaggiano le motrici ed i vagoni. Come è noto, tali carrelli si compongono di solito di una coppia di assili, ciascuno dei quali supporta una coppia di ruote; nei carrelli a ponte rigido le due ruote sono portate da un unico fusello, una su ciascuna estremità, e il fusello è portato folle > da rispettivi sopporti collegati tramite un sistema di sospensione a bracci ammortizzati alla struttura portante del carrello, a sua volta collegata al vagone o motrice. Nei carrelli a ruote indipendenti, viceversa, ciascuna ruota di ciascuna assale è supportata da un proprio fusello, montato a sbalzo attraverso un rispettivo sopporto; questi sono portati da sospensioni a bracci, come nel caso precedente.

In entrambi i tipi di carrello, la velocità di rotazione della ruota viene rilevata mediante un sensore disposto in posizione fissa di fronte ad una ruota dentata, detta "ruota fonica" o "impulse ring", realizzata in materiale ferromagnetico e calettata sul fusello: girando il fusello, il passaggio di fronte al sensore della successione di vuoti/pieni determinata dalla presenza dei denti sulla ruota fonica determina la creazione ai capi della bobina del sensore di un segnale elettrico variabile, la cui frequenza è proporzionale al numero di denti che transitano davanti al sensore nell' unità di tempo e quindi, in definitiva, alla velocità di rotazione della/e ruota/e calettata/e sul fusello insieme alla ruota fonica. Il segnale generato dal sensore viene poi elaborato da una centralina elettronica, che, confrontandolo con quelli generati dalle altre ruote del carrello, è in grado di rilevare fenomeni di bloccaggio in fase di frenata e di pilotare conseguentemente, in modo opportuno, il dispositivo di frenatura .

La soluzione descritta non è tuttavia priva di inconvenienti. In particolare i sensori e le relative ruote foniche risultano ingombranti e di difficile regolazione; il montaggio risulta oneroso, in quanto occorre assicurare un perfetto centraggio tra sensore, di solito portato dal coperchio di chiusura della sede c:i alloggiamento dei cuscinetti del fusello, e ruota fonica, portata da quest' ultimo, pena un cattivo funzionamento del sistema; infine, si ha una elevata insensibilità del sensore alle basse velocità, per cui il sistema ABS dei treni, al di sotto di cinque-sette Km/h, non rileva la velocità.

Scopo del trovato è quello di realizzare un assile ferroviario che porti integrato nella propria struttura un rilevatore della velocità di rotazione del fusello, ovvero dell' organo rotante a cui sono calettate le ruote, in modo da eliminare i problemi di ingombro e di montaggio sopra descritti. E' anche uno scopo dell' invenzione realizzare un assile del tipo suddetto, in cui il rilevatore integrato di velocità sia in grado di generare un segnale efficace anche a bassa velocità.

11 suddetto scopo è raggiunto dal trovato, che è relativo ad un :assile ferroviario portante·integrato un rilevatore della velocità di rotazione di un organo rotante dell' assile, il quale è supportato da un organo fisso attraverso almeno un rispettivo cuscinetto di rotolamento alloggiato in una sede definita tra 1' organo rotante; e 1' organo fisso dell1, assile, il cuscinetto essendo provvisto verso 1' esterno della sede di un complesso di tenuta atto a proteggere rispettivi corpi volventi idei cuscinetto, caratterizzato dal fatto che un elemento anulare del complesso di tenuta è vincolato angolarmente solidale all' organo rotante dell' assile ed è magnetizzato permanentemente, sulla circonferenza dì detto elemento anulare del complesso di tenuta essendo :provvisti una pluralità di vani aventi sostanzialmente uguale ampiezza e che sono disposti con passo circonferènziale sostanzialmente costante, in modo da definire sull' elemento anulare una successione regolare di vuoti e pieni; all' interno della detta sede ed in prossimità di detto elemento anulare del complesso di tenuta essendo inoltre previsto un sensore portato dall* organo fisso dell' assile, affacciato'a detti vani ed atto a venire attivato dal transito di fronte ad esso della detta successione di vuoti e pieni per generare un segnale periodico avente frequenza proporzionale al numero di detti vani che transitano davanti al sensore nell' unità di tempo.

Per una migliore comprensione del trovato, viene ora data una descrizione non limitativa di un suo esempio di realizzazione, con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

la figura 1 illustra in elevazione una vista trasversale sezionata di una parte terminale di un assile ferroviario realizzato secondo il trovato; e

le figure 2 e 3 illustrano due differenti forme di realizzazione di un dettaglio dell' assile di figura 1.

Con riferimento alla figura 1, è indicato con 1 un assile ferroviario avente struttura complessiva sostanzialmente nota e del quale, pertanto, è illustrata per semplicità solamente una porzione terminale. L' assile 1 comprende un organo fisso, nella fattispecie un sopporto 2 collegato in modo noto e non illustrato per semplicità ad un carrello ferroviario fissabile ad un vagone o motrice, pure noto e non illustrato per semplicità, ed un organo rotante, nella fattispecie un fusello 3 del quale è illustrata solamente la porzione prossima ad una estremità 4 del medesimo, che è alloggiata all' interno di una sede 5 ricavata nel sopporto 2; il fusello 3 porta calettata in modo noto e non illustrato per semplicità almeno una ruota ed è portato folle dal sopporto 2 mediante almeno un cuscinetto di :rotolamento 6 comprendente un anello interno 7 calettato angolarmente solidale sul fusello 3, per esempio pia!ntato con interferenza sullo stesso, un anello esterno 8 calettato angolarmente solidale al sopporto 2, montato nella sede 5, ed una pluralità di corpi volventi ,9 interposti tra gli anelli 7,8. Per esempio, il fusello 3 può essere supportato da una coppia di opposti cuscinetti a rulli conici, ad una corona di rulli'o da un unico cuscinetto a rulli conici a doppia corona di rulli. La sede 5 è chiusa verso 1' esterno da un coperchio 10 fissato in modo noto e non illustrato al sopporto 2, per esempio mediante viti, e dalla parte della estremità 4, ovvero dalla parte rivolta verso il coperchio 10 e 1' esterno della sede 5, è disposto un :complesso di tenuta 12, del tipo a labirinto, nel complesso noto.

In particolare, il complesso di tenuta 12 comprende un primo schermo rigido 15 montato centrato su un anello distanziale 16 ;montato centrato sull' estremità 4 e tenuto in battuta contro 1' anello interno 7 da un elemento di bloccaggio assiale portato solidale dall' estremità 4 e ,definito da un piattello 18 bloccato frontalmente sul fusello 3 mediante viti 19, ed un secondo schermo rigido 20 calettato solidale, in modo noto, direttamente all' anello esterno 8. Lo schermo 15 è definito da un elemento anulare conformato in sezione radiale a C, avente la concavità rivolta verso 1* anello distanziale 16 e che è serrato a pacco tra quest' ultimo e 1' anello interno 7 del cuscinetto, cosicché risulta assialmente ed angolarmente bloccato sul fusello 3; lo schermo 20 è viceversa definito da un elemento anulare conformato in sezione radiale a forma di U e provvisto radialmente sull' esterno di una appendice anulare 22 conformata in sezione ad L, la quale è accoppiata con 1' anello 8, per esempio cianfrinata in una sede 23 dello stesso: in tal modo lo schermo 20 risulta assialmente ed angolarmente solidale all' anello 8 e disposto con la concavità rivolta verso lo schermo 15; questo e lo schermo 20 sono inoltre inseriti assialmente, in parte, uno nell' altro, in modo da definire tra essi una tenuta a labirinto atta a proteggere i corpi volventi 9 dai contaminanti esterni, quali acqua e polvere, che possono penetrare nella sede 2, e, nel contempo, trattenere tra gli anelli 7,8, in contatto con i corpi volventi 9, eventuale grasso lubrificante. Nella fattispecie, una porzione anulare radialmente esterna 25 dello schermo 15 è montata inserita con gioco nella concavità dello schermo 20, méntre una porzione anulare radialmente interna 26 di quest' ultimo risulta inserita con gioco entro la concavità dello schermo 15, nello spazio anulare compreso tra la porzione 25 e 1' anello 16, che è: montato parzialmente inserito nella concavità dello schermo 15 e risulta di conseguenza sostanzialmente affacciato alla porzione 25. In tal modo, tra gli anelli 7,8, e gli schermi 15,20 si crea nella sede 5 una camera sostanzialmente stagna 28 alla quale la concavità dello schermo 20 è affacciata.

Secondo il trovato, e con riferimento anche alle figure 2 e 3, il complesso di tenuta 12 comprende inoltre un elemento anulare 30 vincolato angolarmente solidale al fusello 4, ovvero all' organo rotante dell' essile 1, magnetizzato e provvisto di una pluralità di vani vuoti 34 aventi sostanzialmente medesima ampiezza e disposti circonferenzialmente con passo sostanzialmente costante; all' interno della sede 5 ed in prossimità di tale elemento anulare 30 è disposto un sensore noto 31 portato solidale all' organo fisso dell' assile 1, ovvero al sopporto 2, ed atto a venire attivato dal transito di fronte ad esso dell' alternanza tra i vuoti definiti dai citati vani 34 ed i pieni definiti da tratti o porzioni 33 magnetizzati/e dell' elemento 30, definite tra i vani 34, con i quali si alternano, per generare un segnale periodico avente frequenza proporzionale al numero di vani 34 che transitano davanti al sensore nell' unità di tempo. Nella fattispecie, 1' elemento anulare 30 è supportato dalla porzione anulare 25 dello schermo 15, dalla parte rivolta verso la porzione 22 dello schermo 20, mentre il sensore 31 è supportato da quest* ultimo, alloggiato attraverso lo schermo 20 entro la concavità dello stesso, in posizione assiale corrispondente a quella dell' elemento 30, ma spostato radialmente più verso 1' esterno, in ogni caso in modo da risultare rigorosamente affacciato ai vani 34. In definitiva, quindi, sia 1' elemento 30, sia il sensore 31 si trovano alloggiati entro la camera stagna 28, in posizione affacciata e ravvicinata, e 1' elemento 30 è libero di ruotare, insieme allo schermo 15, agli anelli 7,16 ed al fusello 3, relativamente rispetto al sensore 31, che invece sta fermo, insieme con 1* anello 8 e con il sopporto 2.

Secondo quanto non limitativamente illustrato in figura 2, l<1 >elemento 30 è magnetizzato unipolarmente, polo nord oppure polo sud, ed i vani 34 sono definiti da rispettivi recessi ciechi ricavati su una superficie laterale esterna 40 dell* elemento anulare 30 coassiale con la porzione 25; il sensore 31, indifferentemente del tipo noto ad effetto Hall o del tipo noto a magneto-resistenza verrà piazzato in modo da essere affacciato a tale superficie 40 provvista dei vani ciechi 34, per esempio nella posizione illustrata a tratteggio in figura 2. Secondo una possibile variante costruttiva, invece, i vani 34 possono venire conformati anche come illustrato in figura 3, in modo da essere definiti da rispettivi scassi diedri ricavati in parte sulla superficie 40 ed in parte su una corrispondente superficie frontale 41 rivolta in UBO verso lo schermo .20; in tal caso il sensore 31 verrà posizonato come illustrato a tratteggio, ovvero indifferentemente nella posizione dell’ esempio di figura 2 oppure a 90° rispetto a tale posizione.

Secondo una ulteriore possibile forma di realizzazione, non illustrata per semplicità, si può giungere ad ampliare i vani 34 fino ad asportare complete porzioni dell' anello 30 di uguale ampiezza ed equidistanti sulla circonferenza dell'elemento anulare, realizzando una "ruota dentata", che però, rispetto alle ruote foniche note, ^risulta interamente magnetizzata unipo1armento .

Secondo la preferita forma di realizzazione, 1' elemento 30 viene realizzato in una qualsiasi delle forme di realizzazione delle figure 2 e 3 utilizzando una gomma caricata con materiale magnetizzabile, per esempio polveri metalliche od ossidi o leghe per magneti permanenti, che viene trattata con tecniche di formatura note, per esempio stampata ad iniezione o a compressione. In alternativa si può anche utilizzare un materiale plastico caricato come sopra, oppure l'elemento 30 può venire realizzato per sinterizzazione

A partire da polveri di materiali magnetici. Una volta ottenuto in forma di anello, 1' elemento 30 può venire fissato solidale alla porzione 25, radialmente sull' esterno della stessa, per esempio per incollaggio in fase di vulcanizzazione, secondo tecniche note. Secondo possibili varianti non illustrate per semplicità, 1* elemento 30 può però anche venire ottenuto di pezzo con lo schermo 15 ed essere costituito dalla porzione 25 stessa. In ogni caso la magnetizzazione dell'elemento anulare si ottiene sempre con le medesime tecniche, che sono ben note e che pertanto non vengono qui descritte per semplicità; basta accennare che tali tecniche includono il sottoporre l'elemento da magnetizzare ad intensi campi magnetici in modo da produrne la magnetizzazione per effetto della isteresi magnetica. In tutti ì casi il sensore 31 viene montato sullo schermo 20 e in posizione affacciata alla circonferenza dell'elemento anulare, in modo tale da "vedere" la successione delle zone magnetizzate alternate alle zone vuote; per raccogliere il segnale da esso generabile, viene provvisto di un cavo 40, che si diparte dallo schermo 20 sull' esterno della camera 28 e viene alloggiato attraverso il sopporto 2.

In uso, la rotazione delle ruote del treno produce la rotazione del fusello 3 e, conseguentemente, dello schermo 15, mentre invece lo schermo 20 non ruota, essendo ancorato al sopporto 2; di conseguenza, lo schermo 15, che per guanto descritto è coassiale con il 20, ruota rispetto a questo, all' interno della concavità dello stesso, determinando da una parte una azione di tenuta idraulica e, dall1 altra parte il passaggio delle zone magnetizzate 33 e di quelle vuote 34 davanti al sensore 31. Nel caso di sensore ad effetto Hall, questo è alimentato dall' esterno, da un apposito circuito elettronico noto e non illustrato per semplicità e si comporta come un interruttore, che si apre e chiude ogni volta che passa una zona magnetizzata. Ciò genera in qualsiasi condizione, quindi anche con velocità di rotazione delle ruote molto bassa, un segnale pulsante di ampiezza costante, la cui frequenza è funzione della velocità di rotazione del fusello 3 che può quindi eseere calcolata da un apposito circuito ed inviata, per esempio tramite il cavo 40, ad una centralina di controllo di un sistema ABS, noto e non illustrato per semplicità. Nel caso di sensore a magneto-resistenza il risultato finale è il medesimo (generazione di un segnale pulsante con frequenza proporzionale alla velocità di rotazione dello schermo 15 ed intensità sempre elevata e ben rilevabile), ma cambiano i circuiti elettronici di pilotaggio e di rilevazione necessari, circuiti che, in entrambi i casi, sono ben noti e che possono essere montati fuori dalla sede 5, oppure miniaturizzati e montati addirittura direttamente con sensore 31 sullo schermo 20.

Da quanto descritto risultano evidenti i vantaggi connessi con il trovato; i costi ed i problemi di montaggio e di ingombro connessi con la presenza di ruote foniche montate sulla estremità 4 del fusello 3 e di sensori elettromagnetici montati sul coperchio 10, secondo lo schema dell' arte nota, vengono completamente eliminati. Infatti il rilevatore composto da elemento 30 e sensore 31 risulta integrato in una unità di tenuta 12 di ingombro ridotto e che, comunque, occorrerebbe montare per ragioni di protezione del cuscinetto 6. Vengono anche eliminati i problemi connessi con le costose lavorazioni necessarie per assicurare il corretto posizionamento del sensore rispetto all' elemento fonico: infatti, nel caso del trovato, questi sono portati da due schermi che devono già essere disposti posizionati correttamente tra loro per motivi di tenuta, e si efrutta pertanto il centraggio offerto dagli anelli 8 e 16. Infine si realizza un sietema in grado di rilevare con precisione la velocità di rotazione anche a bassa velocità.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Assile ferroviario portante integrato un rilevatore della velocità di rotazione di un organo rotante dell' assile, il quale è supportato da un organo fisso attraverso almeno un rispettivo cuscinetto di rotolamento alloggiato in una sede definita tra 1' organo rotante e 1' organo fisso dell' assile, il cuscinetto essendo provvisto verso 1' esterno della sede di un complesso di tenuta atto a proteggere rispettivi corpi volventi del cuscinetto, caratterizzato dal fatto che un elemento anulare del complesso di tenuta è vincolato angolarmente solidale all* organo rotante dell' assile ed è magnetizzato permanentemente, sulla circonferenza di detto elemento anulare del complesso di tenuta essendo provvisti una pluralità di vani aventi sostanzialmente uguale ampiezza e che sono disposti con passo circonferenziale sostanzialmente costante, in modo da definire sull' elemento anulare una successione regolare di vuoti e pieni; all' interno della detta sede ed in prossimità di detto elemento anulare del complesso di tenuta essendo inoltre previsto un sensore portato dall' organo fisso dell' assile, affacciato a detti vani ed atto a venire attivato dal transito di fronte ad esso della detta successione di vuoti e pieni per generare un segnale periodico avente frequenza proporzionale al numero di detti vani che transitano davanti al sensore nell1 unità di tempo.
2. 2. Assile ferroviario secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento anulare del complesso di tenuta è magnetizzato unipolarmente, definendo un unico polo, nord oppure sud, detto sensore essendo un sensore scelto tra quelli del tipo ad effetto Hall e del tipo a magneto-resistenza . 3. Assile ferroviario secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il detto organo rotante è definito da un fusello ed in cui 1' organo fisso è definito da un sopporto per il fusello entro il quale è ricavata detta sede, ed in cui il detto complesso di tenuta è disposto verso una estremità del fusello rivolta verso 1' esterno della sede, caratterizzato dal fatto che detto elemento anulare magnetizzato fa parte di un primo schermo rigido ■del complesso di tenuta montato centrato su un anello distanziale montato centrato su detta estremità del fusello e tenuto in battuta contro un anello interno del cuscinetto da un elemento di bloccaggio assiale portato solidale dall' estremità del fusello; detto primo schermo essendo definito da un elemento anulare avente la concavità rivolta verso 1' anello distanziale e serrato a pacco tra questo e 1' anello interno del cuscinetto; il complesso di tenuta comprendendo inoltre un secondo schermo rigido definito da un elemento anulare concavo provvisto radialmente sull' esterno di una appendice anulare, mediante la quale il secondo schermo è calettato solidale ad un anello esterno del cuscinetto, con la concavità rivolta vèrso il primo schermo; detto secondo schermo supportando detto sensore . 4. Assile ferroviario secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il primo ed il secondo schermo sono inseriti assialmente, in parte, uno nell1 altro, in modo da definire tra essi una tenuta a labirinto; una porzione anulare radialmente esterna del primo schermo essendo inserita nella concavità del secondo schermo e supportando solidale detto elemento anulare magnetizzato, e detto sensore essendo alloggiato attraverso detto secondo schermo entro la concavità dello stesso, in posizione affacciata verso una porzione di detto elemento magnetizzato in cui sono ricavati detti vani. 5. Assile ferroviario secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti vani ricavati sulla circonferenza di detto elemento anulare magnetizzato del complesso di tenuta sono definiti da rispettivi recessi ricavati su una superficie laterale esterna del detto elemento anulare, coassiale con la detta porzione anulare radialmente esterna del primo schermo inserita nella concavità del secondo schermo. 6. Assile ferroviario secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti vani ricavati sulla circonferenza di detto elemento anulare magnetizzato del complesso di tenuta sono definiti da rispettivi scassi diedri ricavati in parte su una superficie laterale esterna del detto elemento anulare, coassiale con la detta porzione anulare radialmente esterna del primo schermo inserita nella concavità del secondo schermo, ed in parte su una corrispondente superficie frontale del detto elemento anulare rivolta in uso verso detto secondo schermo. 7. Assile ferroviario secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento anulare magnetizzato è realizzato in una gomma caricata con materiale magnetizzabile ed è applicato solidale a detto primo schermo; il detto sensore essendo provvisto di mezzi per la raccolta dei segnali emessi dallo stesso, che si dipartono dal secondo schermo e vengono alloggiati attraverso detto sopporto.
3. 3. Assile ferroviario secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento anulare magnetizzato è realizzato in un materiale o miscela di materiali magnetico/i sinterizzato/i ed è applicato solidale a detto primo schermo .