WO2000070575A1 - Verfahren zur energiebereitstellung für wenigstens einzelne komponenten einer vorrichtung zur diagnose von antriebskomponenten - Google Patents

Verfahren zur energiebereitstellung für wenigstens einzelne komponenten einer vorrichtung zur diagnose von antriebskomponenten Download PDF

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WO2000070575A1
WO2000070575A1 PCT/EP2000/004079 EP0004079W WO0070575A1 WO 2000070575 A1 WO2000070575 A1 WO 2000070575A1 EP 0004079 W EP0004079 W EP 0004079W WO 0070575 A1 WO0070575 A1 WO 0070575A1
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transmitting
diagnostic
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energy
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PCT/EP2000/004079
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Inventor
Heinz Tengler
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Voith Turbo Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or train
    • B61L15/0027—Radio-based, e.g. using GSM-R
    • 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 invention relates to a method for providing energy for at least individual components of a device for diagnosing
  • Diagnostic systems for individual drive components or drive systems are known in a large number of designs. These include
  • Devices for detecting at least one variable that at least indirectly characterizes the current actual state of at least one drive component to be tested or of the drive system which is processed electronically.
  • the variables that characterize the current actual state at least indirectly are fed to a corresponding evaluation electronics, which can be integrated in a control device, and processed by the latter.
  • sensors are generally used whose mode of operation is coupled to an energy source. The sensors, in turn, are electrically coupled to the control device in order to generate a corresponding control signal for the control device or, when evaluated in a diagnostic system, to the diagnostic device.
  • the condition of the drive components requires wiring between the individual components.
  • the number of inputs on the control device or on the diagnostic device limits the number of detection systems.
  • Monitoring system for energy supply corresponding energy sources to be provided on the vehicle. Batteries or rechargeable batteries are usually used for this. However, these have a limited lifespan, which is also reflected in the functioning of the monitoring system, since, depending on the storage capacity of these components, only time-limited monitoring without interruption is always possible. Furthermore, the energy sources also require the presence of corresponding installation space and of holding devices on the vehicle designed for this purpose.
  • the invention is therefore based on the object of a solution for monitoring at least one drive component and in particular a
  • Drive components in the vehicle and the energy supply units can be integrated into a vehicle or can be assigned to a drive component.
  • a diagnostic system assigned to a drive component is used to operate the sensor system and / or the
  • Diagnostic device required energy generated or provided from the power loss of individual drive components, for example the temperature gradient between the drive component and the environment, or via means for transmitting electromagnetic waves. To provide the required electrical power for
  • At least one thermal generator is used in the diagnostic system, which generates electrical power from the temperature gradient between the drive component and the environment or at least part of the heat loss of the drive component and supplies it to the diagnostic device to supply it.
  • the diagnostic device reports the measured variables wirelessly to a receiver, which evaluates the information and, if necessary, forwards it to a vehicle controller.
  • Another significant advantage is that by eliminating the cabling due to the wireless transmission of the measured variables between the receiving and / or transmitting device of the diagnostic device and the receiving and / or transmitting device arranged on the vehicle, there is also the need to provide a corresponding number of plug contacts for implementation the monitoring of the drive component is eliminated.
  • the avoidance of the necessary wiring offers the advantage that there is no limitation with regard to the number of detection systems that can be connected to a receiver or a diagnostic device.
  • an inductive speed sensor can be used as an additional energy source
  • the diagnostic system comprises at least one diagnostic device which is assigned to at least one drive component.
  • the diagnostic device is coupled to a device for recording and / or evaluating measurement data, which can be arranged at any point in the vehicle. The coupling is done by means of
  • this has at least one transmitting and / or receiving device which is arranged on the vehicle side, that is to say at any point in the vehicle, and a transmitting and / or receiving device which is assigned to the diagnostic device.
  • the diagnostic device can be arranged anywhere in the vehicle, but preferably in close proximity to the drive component.
  • the diagnostic device further comprises at least one device for detecting at least one variable that at least indirectly describes the functioning of the drive component, which can be coupled to the inputs of the diagnostic device, and additionally at least one energy storage device for supplying the diagnostic device with electrical power.
  • the energy storage device is at least partially supplied either via devices for converting
  • the transmitting and / or receiving devices in particular the vehicle-side transmitting and / or receiving device and the transmitting and / or directly associated with the diagnostic device
  • receiving devices each have at least one antenna unit.
  • the implementation of the device takes place taking into account the temperatures to be borne, in particular the possible ones
  • Conceivable configurations for the diagnostic device itself are as follows: a) Diagnostic device or device and device for detecting a variable describing the functional state of the drive component at least indirectly on the component to be tested with self-sufficient energy generation and at least wireless transmission to the vehicle-side device for recording and / or evaluation of measurement data; b) diagnostic device or device and device for detecting a variable that at least indirectly describes the functional state of the drive component at a spatial distance from the component to be tested with self-sufficient energy generation and additional wireless transmission from the detection devices to the diagnostic device;
  • FIG. 1 illustrates in a schematically simplified representation the block diagram for explaining the basic functioning of a diagnostic system 1 designed according to the invention for diagnosing or monitoring the functioning of individual drive components with provision of the electrical power required to operate the diagnostic device via a radio link.
  • the diagnostic system 1 comprises at least one transmitting and / or receiving device 2, which is arranged at any point in the vehicle.
  • the transmitting and / or receiving device 2 is part of a Device arranged on the vehicle side for recording and / or evaluating measurement data 22 and can be connectable to a higher-level vehicle controller 3.
  • the transmitting and / or receiving device 2 can also be an integral part of the vehicle control 3.
  • the diagnostic system 1 further comprises a diagnostic device 4, which has a diagnostic device 5, which is usually designed as a diagnostic device, and at least one device for detecting a variable that at least indirectly characterizes the current functional state of a drive component.
  • a diagnostic device 5 which is usually designed as a diagnostic device, and at least one device for detecting a variable that at least indirectly characterizes the current functional state of a drive component.
  • a plurality of devices 6.1 to 6.n are preferably provided, which can be assigned to individual drive components. Coupling devices, braking devices, gears, etc., for example, act as drive components 7.1 to 7.n.
  • the diagnostic device has an energy storage device 8, which the individual devices for detecting at least one size 6.1 to 6.n and, which at least indirectly describes the functional state of a drive component / or diagnostic device 5 supplied with electrical power.
  • the energy storage device 8 is supplied with electrical power via individual components of the diagnostic system.
  • the energy storage unit 8 is a device by means of which power loss components in the form of electrical energy that are generated during the operation of the vehicle and thus during the functioning of the diagnostic system 1 are stored. It is not an energy storage device which only serves to provide electrical power and must be replaced after a certain operating time.
  • the diagnostic device 5 comprises a transmitting and / or receiving device 9, which is electrically coupled to the transmitting and / or receiving device 2, which is arranged in the vehicle. This coupling takes place via means for transmitting electromagnetic waves 10, ie wirelessly, for example via a radio link 11.
  • the diagnostic device 5 With the devices for detecting a size 6.1 to 6.n, which at least indirectly describes the current functional state of a drive component, and the transmitting and / or receiving device 9, a corresponding number of inputs 12.1 to 12.n are provided on the control device, which with the Facilities for capturing a
  • the diagnostic device 5 has at least one output 13.1 to 13.n, which is coupled at least to the transmitting and / or receiving device 9.
  • FIG. 2 illustrates a preferred embodiment according to the invention on the basis of a block diagram for a diagnostic system 1 for diagnosing drive components, for example of an axle drive, for use in rail vehicles.
  • the basic structure corresponds to that described in FIG. 1, which is why the same reference numerals are used for the same elements.
  • the diagnostic device 4 comprises a diagnostic device 5, which comprises a microprocessor unit 14 or an electronic control unit (ECU).
  • ECU electronice control unit
  • the devices for detecting at least one variable 6.1 to 6.n which at least indirectly describes the functioning of a drive component are designed here in the form of sensors 17.1 to 17.n, in the case shown the optional sensors with 17.1, by means of which, for example, fill level, vibrations or the like can be detected, the temperature sensors with 17.2 and the inductive speed sensors with 17.3 are designated.
  • Corresponding electronic components 18.1 to 18.n are provided for processing the signals detected by the sensors in the microprocessor unit or the electronic control unit 14, which convert these signals detected by these sensors into electrical signals for processing in the electronic control unit 15.
  • the electrical components and circuits used for this can have different designs be and will be adjusted according to the application requirement. The specific design for each individual case is at the discretion of the responsible specialist.
  • the energy storage unit 8 serves to supply the diagnostic device 5 or the transmitting and / or receiving device 9 of the diagnostic device.
  • the voltage converters 19.1 to 19.n which can each be assigned to the individual sensors or the transmitting and / or receiving device 9. The energy required for this is from one of the
  • Diagnostic system integrated below used energy sources. Each of these energy sources is used primarily for a different main task, only the power loss components are used to operate the diagnostic system.
  • a first energy source forms the heat loss of the drive components, whereby from the
  • thermogenerator 20 Temperature gradient electrical power is obtained by means of a thermogenerator 20.
  • This is a component that works on the thermoelectric principle and converts the thermal energy directly into electrical energy. Wherever a temperature difference can be exploited, it can be used as a self-sufficient energy source and provides electrical power at voltages in the volt range.
  • thermogenerators are known which, thanks to thin-film technology, enable a miniaturized design with a very small volume, the electrical data being compatible with the requirements of modern microsystems.
  • An inductive speed sensor 17.3 and / or the electrical power transmitted via the radio link 11 functions as a further energy source.
  • the voltage supply from the energy storage unit 8 is preferably fed from all three energy sources. Executions with Feeding from only one of the energy sources depending on the design of the diagnostic system is also conceivable.
  • At least two functional states can be distinguished below. It can because the
  • the energy storage unit 8 When integrated in a vehicle, the energy storage unit 8 is preferably fed from all possible energy sources mentioned.
  • diagnostic device 5 In this operating state, diagnostic device 5 must then perform at least the following functions:
  • the diagnostic device sends to the transmitting and / or receiving device 9. To ensure the operational readiness of the
  • the optional sensors 17.1 are also evaluated in a similar way. A message to the transmitting and / or receiving device 9 or 2 is only given when limit values are exceeded.
  • the statistics that can be stored in the diagnostic device 4 are additionally transmitted to the transmitting and / or receiving device 2.
  • the receiving device 2 sends a corresponding command to the diagnostic device 4.
  • This data transmission does not have to take place at high speed and can be interrupted, for example, by pauses for filling the energy store 8.
  • the transmitting and / or receiving device 2 is connected to the vehicle control. In the simplest case, this connection consists only of a digital status signal. In a further expansion stage of the system, a direct connection to a vehicle control system is also conceivable.
  • diagnostic device 4 and / or the transmit or
  • Receiving unit 2 is provided with a storage unit 21 or 22 become.
  • the recorded data is temporarily stored over a certain period of time in order to enable statistical evaluations.
  • Temperature collectives and temperature overruns are preferably detected, for example.
  • the gearbox temperatures detected by the temperature sensor 17.2 are certain definable
  • the temperature spectrum can also be displayed in a 3D coordinate system using the axle gear speed. Temperatures that are above a predefinable limit are recorded as an error message with the associated time period.
  • the optional sensors are usually only activated when the vehicle is in operation or not.
  • the level sensor is only activated after driving and when the vehicle is stationary. Essentially, at least three levels, maximum, are monitored.
  • Acceleration monitoring in the direction of the X, Y and Z axes takes place during operation of the vehicle, and an alarm signal for vehicle control can be output if a certain limit value is exceeded. Acceleration monitoring can be used, for example, to detect derailment of the axle or bogie concerned or an impermissible imbalance in a torque-transmitting cardan shaft.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiebereitstellung für wenigstens einzelne Komponenten einer Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsweise, insbesondere Diagnose von Antriebskomponenten, beziehungsweise dem Diagnosesystem für den Einsatz in Fahrzeugen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die zum Betreiben der Vorrichtung zur Diagnose von Antriebskomponenten oder des gesamten Diagnosesystems erforderliche Leistung aus der während des Betriebes des Fahrzeuges an einzelnen Antriebskomponenten anfallenden Verlustleistung und/oder über Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen bereitgestellt wird.

Description

Verfahren zur Energiebereitstellung für wenigstens einzelne Komponenten einer Vorrichtung zur Diagnose von Antriebskomponenten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiebereitstellung für wenigstens einzelne Komponenten einer Vorrichtung zur Diagnose von
Antriebskomponenten für den Einsatz von Fahrzeugen, insbesondere in Schienenfahrzeugen; ferner ein Diagnosesystem.
Diagnosesysteme für einzelne Antriebskomponenten oder Antriebssysteme sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Diese umfassen
Einrichtungen zur Erfassung wenigstens einer den aktuellen Ist-Zustand wenigstens einer zu prüfenden Antriebskomponente beziehungsweise des Antriebssystems wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, welche elektronisch verarbeitet wird. Zu diesem Zweck werden die, den aktuellen Ist- Zustand wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen einer entsprechenden Auswertelektronik, welche in einer Steuereinrichtung integriert sein kann, zugeführt und von dieser verarbeitet. Zur Erfassung der den aktuellen Ist-Zustand der Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe werden in der Regel Sensoren eingesetzt, deren Funktionsweise an eine Energiequelle gekoppelt ist. Die Sensoren wiederum sind zur Erzeugung eines entsprechenden Ansteuersignales für die Steuervorrichtung mit dieser beziehungsweise bei Auswertung in einem Diagnosesystem mit dem Diagnosegerät elektrisch gekoppelt.
Die Realisierung der Überwachung der Funktionsweise und/oder des
Zustandes der Antriebskomponenten setzt dabei eine Verdrahtung zwischen den einzelnen Komponenten voraus. Die Anzahl der Eingänge an der Steuervorrichtung beziehungsweise am Diagnosegerät begrenzt die Anzahl der Erfassungssysteme. Des weiteren sind bei Ausführungen ohne Kabelverbindung zur Realisierung der Funktionsweise des gesamten
Überwachungssystems zur Energieversorgung entsprechende Energiequellen am Fahrzeug vorzusehen. In der Regel werden dafür Batterien oder Akkus verwendet. Diese weisen jedoch eine begrenzte Lebensdauer auf, was sich auch auf die Funktionsweise des Überwachungssystems niederschlägt, da in Abhängigkeit der Speicherkapazität dieser Bauelemente lediglich immer nur eine zeitlich begrenzte Überwachung ohne Unterbrechung möglich ist. Des weiteren bedingen die Energiequellen auch das Vorhandensein entsprenden Bauraumes und von dafür ausgelegten Haltevorrichtungen am Fahrzeug.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zur Überwachung wenigstens einer Antriebskomponente und insbesondere ein
Diagnosesystem der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Im einzelnen ist auf die Gewährleistung einer zeitlich unbegrenzt möglichen Überwachung mit geringem konstruktivem und steuerungstechnischem Aufwand abzustellen. Das Diagnosesystem soll unabhängig von der Anordnung der
Antriebskomponenten im Fahrzeug und der Energieversorgungseinheiten in ein Fahrzeug integrierbar sein können bzw. einer Antriebskomponente zuordenbar sein.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird in einem, einer Antriebskomponente zugeordneten Diagnosesystem die zum Betreiben der Sensorik und/oder der
Diagnosevorrichtung erforderliche Energie aus der Verlustleistung einzelner Antriebskomponenten, beispielsweise dem sich zwischen Antriebskomponente und Umgebung einstellenden Temperaturgefälle, oder über Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen erzeugt bzw. bereitgestellt. Zur Bereitstellung der erforderlichen elektrischen Leistung zum
Betreiben der Vorrichtung zur Diagnose von Antriebskomponenten oder des gesamten Diagnosesystems aus der während des Betriebes des Fahrzeuges an einzelnen Antriebskomponenten anfallenden Verlustleistung findet wenigstens ein Thermogenerator im Diagnosesystem Anwendung, welcher aus dem Temperaturgefälle zwischen Antriebskomponente und Umgebung beziehungsweise wenigstens einem Teil der Verlustwärme der Antriebskomponente elektrische Leistung erzeugt und diese zur Versorgung der Diagnosevorrichtung dieser zuführt. Die Diagnosevorrichtung meldet dann die erfaßten Meßgrößen drahtlos zu einem Empfänger, der die Informationen auswertet und gegebenenfalls an eine Fahrzeugsteuerung weiterleitet.
Durch die Funktionsübernahme der Energieversorgung sind keinerlei Bauteile mit begrenzter Lebensdauer im Überwachungssystem mehr erforderlich. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß durch den Wegfall der Verkabelung durch die drahtlose Übertragung der Meßgrößen zwischen Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung der Diagnoseeinrichtung und der fahrzeugseitig angeordneten Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung auch das Erfordernis der Bereitstellung einer entsprechenden Anzahl von Steckkontakten zur Realisierung der Überwachung der Antriebskomponente wegfällt. Die Vermeidung der erforderlichen Verdrahtung bietet den Vorteil, daß keinerlei Begrenzung hinsichtlich der Anzahl der an einen Empfänger beziehungsweise einer Diagnoseeinrichtung anschließbaren Erfassungssysteme erfolgt.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung kann als zusätzliche Energiequelle ein induktiver Drehzahlsensor verwendet werden, welcher neben der
Drehzahlerfassung auch zur Geberversorgung der Steuervorrichtung eingesetzt werden kann. Dabei sind bei maximaler Drehzahl Leistungen bestimmter Höhe realistisch, welche jedoch vom Abstand des Sensors vom Meßzahnrad beziehungsweise Zahnradmodul abhängig sind. Das Diagnosesystem umfaßt wenigstens eine Diagnosevorrichtung, welche wenigstens einer Antriebskomponente zugeordnet ist. Die Diagnosevorrichtung ist mit einer Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten gekoppelt, welche an beliebiger Stelle im Fahrzeug angeordnet sein kann. Die Kopplung wird durch Mittel zur
Übertragung elektromagnetischer Wellen realisiert. Diese weist dazu wenigstens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung auf, welche fahrzeugseitig, das heißt an beliebiger Stelle im Fahrzeug angeordnet ist und eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung, welche der Diagnoseeinrichtung zugeordnet ist. Die Diagnoseeinrichtung kann an belieber Stelle im Fahrzeug, vorzugsweise jedoch in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Antriebskomponente angeordnet sein.
Die Diagnosevorrichtung umfaßt des weiteren wenigstens eine Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die Funktionsweise der Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe, welche mit den Eingängen der Diagnoseeinrichtung koppelbar sind und zusätzlich wenigstens eine Energiespeichereinrichtung zur Versorgung der Diagnosevorrichtung mit elektrischer Leistung. Die Speisung der Energiespeichereinrichtung erfolgt dabei wenigstens teilweise entweder über Einrichtungen zur Umwandlung von
Verlustleitung an den Antriebskomponenten oder über die Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen, beispielsweise in Form einer sogenannten Funkstrecke. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtungen, insbesondere die fahrzeugseitige Sende- und/oder Empfangseinrichtung und die der Diagnoseeinrichtung unmittelbar zugeordnete Sende- und/oder
Empfangseinrichtung weisen dazu jeweils wenigstens eine Antenneneinheit auf.
Die vorrichtungsmäßige Umsetzung erfolgt dabei unter Berücksichtigung der zu ertragenden Temperaturen, insbesondere des möglichen
Temperaturbereiches und der erforderlichen Schwingungsfestigkeit. Der Spitzenwert für die Schwingungsfestigkeit kann jedoch durch Entkopplung der Antriebskomponenten oder bei elastischer Aufhängung dieser erheblich gesenkt werden.
Als denkbare Konfigurationen für das Diagnosegerät selbst ergeben sich folgende Möglichkeiten: a) Diagnoseeinrichtung bzw. Vorrichtung und Einrichtung zur Erfassung einer, den Funktionszustand der Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe an der zu prüfenden Komponente mit autarker Energieerzeugung und wenigstens drahtloser Übertragung zur fahrzeugseitigen Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten; b) Diagnoseeinrichtung bzw. Vorrichtung und Einrichtung zur Erfassung einer, den Funktionszustand der Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe in räumlichen Abstand von der zu prüfenden Komponente mit autarker Energieerzeugung und zusätzlicher drahtloser Übertragung von den Erfassungseinrichtungen zur Diagnoseeinrichtung;
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert.
Die Figur 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung das Blockschaltbild zur Erläuterung der grundlegenden Funktionsweise eines erfindungsgemäß gestalteten Diagnosesystems 1 zur Diagnose beziehungsweise Überwachung der Funktionsweise einzelner Antriebskomponenten mit Bereitstellung der zum Betreiben der Diagnoseinrichtung erforderlichen elektrischen Leistung über eine Funkstrecke. Das Diagnosesystem 1 umfaßt wenigstens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2, welche an beliebiger Stelle im Fahrzeug angeordnet ist. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2 ist Bestandteil einer fahrzeugseitig angeordneten Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten 22 und kann mit einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung 3 koppelbar sein. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2 kann jedoch auch integraler Bestandteil der Fahrzeugsteuerung 3 sein. Das Diagnosesystem 1 umfaßt des weiteren eine Diagnosevorrichtung 4, welche eine Diagnoseeinrichtung 5 aufweist, die in der Regel als Diagnosegerät ausgeführt ist und wenigstens eine Einrichtung zur Erfassung einer den aktuellen Funktionszustand einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar charakterisierende Größe. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Einrichtungen 6.1 bis 6.n vorgesehen, welche einzelnen Antriebskomponenten zugeordnet sein können. Als Antriebskomponenten 7.1 bis 7.n fungieren dabei beispielsweise Kupplungseinrichtungen, Bremseinrichtungen, Getriebe etc. Des weiteren weist die Diagnosevorrichtung eine Energiespeichereinrichtung 8 auf, welche die einzelnen Einrichtungen zur Erfassung wenigstens einer, den Funktionszustand einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibende Größe 6.1 bis 6.n und/oder Diagnoseeinrichtung 5 mit elektrischer Leistung versorgt. Erfindungsgemäß wird die Energiespeichereinrichtung 8 über einzelne Komponenten des Diagnosesystems mit elektrischer Leistung versorgt. Bei der Energiespeichereinheit 8 handelt es sich dabei um eine Einrichtung, mittels der im Betrieb des Fahrzeuges und damit während der Funktionsweise des Diagnosesystems 1 anfallende Verlustleistungsanteile in Form von elektrischer Energie gespeichert werden. Es handelt sich dabei nicht um eine Energiespeichereinrichtung, welche lediglich der Bereitstellung von elektrischer Leistung dient und nach einer bestimmten Betriebsdauer ausgewechselt werden muß. Des weiteren umfaßt die Diagnoseeinrichtung 5 eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 9, welche mit der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2, welche im Fahrzeug angeordnet ist, elektrisch gekoppelt ist. Diese Kopplung erfolgt dabei über Mittel zur Übertragung elektromagnmetischer Wellen 10, d.h. drahtlos über beispielsweise eine Funkstrecke 11. Zur Kopplung der Diagnoseeinrichtung 5 mit den Einrichtungen zur Erfassung einer, den aktuellen Funktionszustand einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe 6.1 bis 6.n, und der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 9 sind eine entsprechende Anzahl von Eingängen 12.1 bis 12.n an der Steuereinrichtung vorgesehen, welche mit den Einrichtungen zur Erfassung einer, die
Funktionsweise der Antriebskomponenten wenigstens mittelbar beschreibenden Größe 6.1 bis 6.n wenigstens mittelbar koppelbar sind. Des weiteren weist die Diagnoseeinrichtung 5 wenigstens einen Ausgang 13.1 bis 13.n auf, welcher wenigstens mit der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 9 gekoppelt ist.
Die Figur 2 verdeutlicht eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführung anhand eines Blockschaltbildes für ein Diagnosesystem 1 zur Diagnose von Antriebskomponenten, beispielsweise von einem Achsgetriebe, für den Einsatz in Schienenfahrzeugen. Der Grundaufbau entspricht dem in Figur 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Die Diagnosevorrichtung 4 umfaßt auch hier eine Diagnoseeinrichtung 5, welche eine Mikroprozessoreneinheit 14 oder eine Elektronische Control Unit (ECU) umfaßt. Die Einrichtungen zur Erfassung wenigstens einer die Funktionsweise einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe 6.1 bis 6.n sind hier in Form von Sensoren 17.1 bis 17.n ausgeführt, wobei im dargestellten Fall die optionalen Sensoren mit 17.1 , mittels welchen beispielsweise Füllstand, Schwingungen oder ähnliches erfaßt werden können, die Temperatursensoren mit 17.2 und die induktiven Drehzahlsensoren mit 17.3 bezeichnet sind. Zur Verarbeitung der mittels den Sensoren erfaßten Signale in der Mikroprozessoreneinheit beziehungsweise der Elektronischen Control Unit 14 sind entsprechende elektronische Bauelemente 18.1 bis 18.n vorgesehen, welche diese, mittels dieser Sensoren erfaßten Signale in elektrische Signale zur Verarbeitung in der Elektronischen Control Unit 15 umwandeln. Die dafür verwendeten elektrischen Bauelemente und Schaltungen können unterschiedlich ausgeführt sein und werden entsprechend dem Einsatzerfordernis angepaßt. Die jeweils konkrete Gestaltung für den Einzelfall liegt dabei im Ermessen des zuständigen Fachmannes.
Die Energiespeichereinheit 8 dient der Versorgung der Diagnoseeinrichtung 5 beziehungsweise der Sende- und/oder Emfangseinrichtung 9 der Diagnosevorrichtung. Im dargestellten Fall werden dabei die Spannungsumformer 19.1 bis 19.n, welche jeweils den einzelnen Sensoren beziehungsweise der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 9 zugeordnet sein können. Die dafür erforderliche Energie wird dabei aus einer der im
Diagnosesystem integrierten nachfolgend genannten Energiequellen verwendet. Jede dieser Energiequellen dient primär einer anderen Hauptaufgabe, lediglich die anfallenden Verlustleistungsanteile werden zum Betrieb des Diagnosesystems verwendet. Eine erste Energiequelle bildet dabei die Verlustwärme der Antriebskomponenten, wobei aus dem
Temperaturgefälle elektrische Leistung mittels eines Thermogenerators 20 gewonnen wird. Bei diesem handelt es sich um ein Bauelement, welches nach dem thermoelektrischen Prinzip arbeitet und der thermische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt. Überall dort, wo eine Temperaturdifferenz ausnutzbar ist, kann dieser als autarke Energiequelle verwendet werden und stellt elektrische Leistungen bei Spannungen im Voltbereich zur Verfügung. Dabei sind Thermogeneratoren bekannt, welche durch Dünnschicht-Technologie eine miniaturisierte Bauform mit einem sehr geringen Volumen ermöglichen, wobei die elektrischen Daten kompatibel mit den Erfordernissen moderner Mikrosysteme sind.
Als weitere Energiequelle fungiert ein induktiver Drehzahlsensor 17.3 und/oder die über die Funkstrecke 11 übertragene elektrische Leistung. Die aus der Energiespeichereinheit 8 erfolgende Spannungsversorgung wird dabei vorzugsweise aus allen drei Energiequellen gespeist. Ausführungen mit Speisung aus jeweils nur einer der Energiequellen in Abhängigkeit der Gestaltung des Diagnosesystems sind ebenfalls denkbar.
Für die Diagnosevorrichtung 5 können nachfolgend wenigstens zwei Funktionszustände unterschieden werden. Dabei kann, da die
Energiebereitstellung auf der Grundlage der im System enthaltenen beziehungweise überflüssigen Leistung basiert, weder vom induktiven Drehzahlgeber noch vom Thermogenerator elektrische Energie erzeugt werden. Eine Meßdatenerfassung ist zwar in diesem Betriebszustand nicht erforderlich, um jedoch die Betriebsbereitschaft der Diagnosevorrichtung 4 auch in diesem Zustand überprüfen zu können, wird von der Sende- und/oder Empfangseinrichtung, welche fahrzeugseitig angeordnet ist und die mit 2 bezeichnet ist, zyklisch ein Statussignal angefordert. Denkbar ist beispielsweise eine Anforderung von einmal pro Minute. Zur Speisung der Energiespeichereinheit 8 der Diagnosevorrichtung steht dabei in diesem
Funktionszustand nur die über die Funkstrecke 11 übertragbare Energie zur Verfügung.
Bei Integration in einem Fahrzeug wird die Energiespeichereinheit 8 vorzugsweise aus allen möglichen genannten Energiequellen gespeist. Die
Diagnosevorrichtung 5 muß in diesem Betriebszustand dann wenigstens die folgenden Funktionen ausführen:
Frequenzerfassung, Drehzahlberechnung und Meldung von unzulässigen Drehzahlen - Speicherung von Geschwindigkeitsklassen und der Wegstrecke und/oder
Temperaturerfassung und Meldung von unzulässigen Drehzahlen und/oder
Speicherung von Temperaturklassen Abhängig von der vorliegenden Größe der Energiebilanz muß dabei entschieden werden, ob ab bei einer bestimmten Drehzahl/Temperatur ein Dauerbetrieb möglich ist, oder ob nur ein zyklischer Betrieb der Diagnosevorrichtung und damit der Auswertelektronik erfolgen kann. Dabei ist jedoch zu beachten, daß auch hohe Drehzahlen bei zyklischem Betrieb sofort zu erfassen sind.
Für den Fall, daß keine unzulässigen Drehzahlen oder Temperaturen vorliegen, sendet die Diagnosevorrichtung zur Sende- und/oder Empfangseinrichtung 9. Zur Sicherstellung der Betriebsbereitschaft der
Diagnosevorrichtung wird jedoch auch in diesem Betriebszustand zyklisch ein Statussignal von der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2 angefordert.
Auch die optionalen Sensoren 17.1 werden ähnlich ausgewertet. Eine Meldung zum Sende- und/oder Empfangsgerät 9 beziehungsweise 2 erfolgt nur bei Überschreitung von Grenzwerten.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zusätzlich die in der Diagnosevorrichtung 4 speicherbaren Statistiken zur Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2 übertragen. Die Sende- und/oder
Empfangseinrichtung 2 sendet dazu einen entsprechenden Befehl an die Diagnosevorrichtung 4. Diese Datenübertragung muß dabei nicht mit hoher Geschwindigkeit erfolgen und kann zum Beispiel durch Pausen zum Auffüllen des Energiespeichers 8 unterbrochen werden. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 2 ist mit der Fahrzeugsteuerung verbunden. Im einfachsten Fall besteht dabei diese Verbindung nur aus einem digitalen Statussignal. In einer weiteren Ausbaustufe des Systems ist auch eine direkte Verbindung zu einer Fahrzeugsteuerung denkbar.
Zusätzlich kann die Diagnosevorrichtung 4 und/oder die Sende- oder
Empfangseinheit 2 mit einer Speichereinheit 21 beziehungsweise 22 versehen werden. In diesem erfolgt die Zwischenspeicherung der erfaßten Daten über eine bestimmte Zeit um somit statistische Auswertungen zu ermöglichen. Vorzugsweise werden dabei beispielsweise Temperaturkollektive und Temperaturüberschreitungen erfaßt. Die dabei vom Temperatursensor 17.2 erfaßten Getriebetemperaturen werden in bestimmten vordefinierbaren
C°-Schritten, beispielsweise in 10 C°-Schritten mit den dazugehörigen Zeitanteilen t erfaßt. Bei Bedarf kann dann das Temperaturkollektiv auch in einem 3 D-Koordinaten-System über die Achsgetriebedrehzahl dargestellt werden. Temperaturen, die über einem vordefinierbaren Grenzwert liegen, werden dabei als Fehlermeldung mit der dazugehörigen Zeitdauer erfaßt. In
Analogie werden derartige Datenspeicherungen auch für Drehzahlkollektive und Drehzahlüberschreitungen vorgenommen. Die vom Drehzahlsensor gemessenen Getriebedrehzahlen können dann analog zu den Temperaturkollektiven und den Temperaturüberschreitungen erfaßt und dargestellt werden.
Die optionalen Sensoren werden in der Regel nur bei Betrieb oder im Nichtbetrieb des Fahrzeuges aktiviert. So wird beispielsweise der Füllstandsensor nur nach der Fahrt und bei stehendem Fahrzeug aktiviert. Überwacht werden dabei im wesentlichen wenigstens drei Pegel, Maximum,
Minimum und Alarm.
Die Beschleunigungsüberwachung in Richtung der X-, Y- und Z-Achse erfolgt während des Betriebes des Fahrzeuges, wobei bei Überschreitung eines bestimmten Grenzwertes ein Alarmsignal zur Fahrzeugsteuerung ausgegeben werden kann. Dabei kann mittels der Beschleunigungsüberwachung zum Beispiel eine Entgleisung der betroffenen Achse beziehungsweise des Drehgestells erkannt werden oder eine unzulässige Unwucht einer drehmomentübertragenden Gelenkwelle. Bezugszeichenliste
1 Diagnosesystem
2 Sende- und/oder Empfangseinrichtung
3 Fahrzeugsteuerung
4 Diagnosevorrichtung
5 Diagnoseeinrichtung
6, 6.1-6.n Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die Funktionsweise einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar beschreibenden
Größe
7.1-7.n Antriebskomponenten
8 Energiespeichereinheit
9 Sende- und/oder Empfangseinrichtung
10 Kopplung
11 Funkstrecke
12.1-12.n Eingang der Diagnoseeinrichtung
13.1-13.n Ausgang
14 Mikroprozessor
15 Elektronische Control Unit
17.1 Optionale Sensoren
17.2 Temperatursensor
17.3 Induktiver Drehzahlsensor
18.1-18.n elektrische Bauelemente
19.1-19.n Spannungsumformer
20 Thermogenerator
21 Speichereinheit
22 Speichereinheit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Energiebereitstellung für wenigstens einzelne Komponenten einer Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsweise, insbesondere Diagnose von Antriebskomponenten beziehungweise dem Diagnosesystem für den Einsatz in Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Betreiben der Vorrichtung zur Diagnose von Antriebskomponenten oder des gesamten Diagnosesystems erforderliche Leistung aus der während des Betriebes des Fahrzeuges an einzelnen Antriebskomponenten anfallenden Verlustleistung und/oder über Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die an den zu überwachenden Antriebskomponenten anfallende Verlustleistung in
Form von Wärmeenergie vorliegt und mittels wenigstens eines Thermogenerators in elektrische Leistung umgewandelt und dem Diagnosesystem zur Verfügung gestellt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leistung über einen induktiven Drehzahlgeber erzeugt wird.
4. Diagnosesystem zur Überwachung der Funktionsweise wenigstens einer Antriebskomponente für den Einsatz in Antriebssträngen von
Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen; 4.1 mit einer Diagnosevorrichtung (4), umfassend wenigstens eine
Diagnoseeinrichtung (5), Einrichtungen zur Erfassung wenigstens einer, die Funktionsweise einer Antriebskomponente wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und Mitteln zur Kopplung mit einer beliebig im Fahrzeug angeordneten Einrichtung zur Erfassung und/oder
Auswertung von Meßdaten; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
4.2 die Mittel zur Kopplung der Diagnosevorrichtung (4) mit der Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von Meßdaten (22) umfassen
Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen;
4.3 die Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen umfassen wenigstens eine, der Diagnoseeinrichtung (5) zugeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtung (9) und eine der fahrzeugseitig angeordneten Einrichtung zur Erfassung und/oder Auswertung von
Meßdaten zugeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtung (2);
4.4 als Energiequelle fungiert wenigstens eine der nachfolgend genannten Einheiten:
4.4.1 wenigstens ein, der Antriebskomponente zur Umwandlung der anfallenden Verlustleistung in Form von Wärmeenergie in elektrische
Leistung zugeordneter Thermogenerator und/oder
4.4.2 ein induktiver Geber und/oder
4.4.3 die Mittel zur Übertragung elektromagnetischer Wellen zwischen der Sende- und/oder Empfangseinrichtung (9) der Diagnosevorrichtung (5) und der fahrzeugseitigen Sende- und/oder Empfangseinrichtung (2).
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