DE4138867C2 - Schienenfahrzeug-Achsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schienenfahrzeug-Achsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus DE 38 09 904 A1 ist ein Radlager für Fahrzeuge mit Antiblockiersystem bekannt, wobei ein Drehzahldetektor mit einer Dichtung kombiniert ist, die zwei Ringelemente umfaßt, von denen eines am Innenring und das andere am Außenring des Wälzlagers befestigt ist, wobei zwischen beiden eine gummielastische Dichtlippe angeordnet ist, wodurch das Wälzlager nach außen abdichtet wird. Das Ringelement ohne Dichtlippe trägt in Umfangsrichtung angeordnet beabstandete ferromagnetische Zellen, die mit dem Drehzahldetektor zusammenwirken, der in einem an einem Gehäuse befestigten Blechkörper untergebracht ist. Hierbei sind die Zellen und der Spalt zum Drehzahldetektor nicht nach außen hin geschützt, sondern verschmutzungsanfällig untergebracht, wodurch die Drehzahlmessung störanfällig wird.

Bei der aus EP 0 464 405 A1 bekannten Schienenfahrzeug-Achsanordnung sind zwei Ringe vorgesehen, von denen einer am Innenring und der andere am Außenring des Wälzlagers befestigt ist, wobei letzterer eine Lippendichtung trägt, die mit ersterem in Eingriff steht. Der mit dem Innenring des Wälzlagers verbundene Ring ist im Schnitt U-förmig, nach außen offen und trägt an seiner Innenseite zwei einander gegenüberliegende ringförmige Anordnungen von Auslöseelementen, während der Drehzahldetektor von außen zwischen diese Anordnungen ragt. Auch hier befinden sich der Drehzahldetektor und die zugehörigen Auslöseelemente nicht in einem nach außen abgedichten Raum, so daß Schmutz Zutritt hat.

Ferner ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 41 35 789 A1 ein Drehgeschwindigkeitsdetektor bekannt, bei dem ein zur Auslösung dienendes Ringelement und ein Drehzahldetektor in einer durch Abschirmringe und eine Lippendichtung nach außen abgedichteten Kammer angeordnet sind, wobei die Abschirmringe mit benachbarten Ringabschnitten abdichtend übereinandergreifen und das Ringelement auf der Außenseite des Ringabschnitts angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schienenfahrzeug-Achsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der bei einfacher Konstruktion der Drehzahldetektor und die ringförmige Anordnung von Auslöseelementen hierfür geschützt untergebracht sind, so daß sie nicht durch Verschmutzung beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird bei einfacher Konstruktion nicht nur ein Schutz gegenüber Verschmutzung erreicht, der Drehzahldetektor und die zugehörigen Auslöseelemente können zudem in einem kleinen Raumbereich untergebracht werden, der von anderen Komponenten nicht genutzt wird und es ergibt sich trotzdem ein leichter Zugang zu diesen Komponenten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Teilschnittdarstellung eines Endabschnitts einer Schienenfahrzeug-Achsanordnung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 bis 4 illustrieren unterschiedliche Ausführungsformen eines Bauteils der Achsanordnung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Schienenfahrzeug-Achsanordnung insgesamt mit 1 bezeichnet und weist einen im wesentlichen bekannten Gesamtaufbau auf, von dem deshalb zur Vereinfachung nur ein Endabschnitt illustriert ist. Die Achsanordnung 1 umfaßt ein stationäres Teil, im vorliegenden Beispiel einen Support 2, der in bekannter und zur Vereinfachung nicht dargestellter Weise an einem Schienenfahrzeug-Fahrschemel befestigt ist, der seinerseits mit einem Waggon oder einer Zugmaschine verbunden werden kann, ebenfalls bekannt und zur Vereinfachung nicht dargestellt, sowie ein umlaufendes Bauteil, im vorliegenden Beispiel eine Welle 3, von der nur der Abschnitt nahe einem Ende 4 illustriert ist. Dieses Ende befindet sich in einem Sitz 5, der in dem Support 2 ausgebildet ist; die Welle 3 trägt in aus Gründen der Verein­ fachung nicht dargestellter bekannter Weise mindestens ein mit ihr verbun­ denes Rad und wird frei drehbar abgestützt durch den Support 2 mittels min­ destens eines Wälzelementlagers 6, das einen Innenring 7 aufweist, der drehfest mit der Welle 3 verbunden ist, beispielsweise durch Preßsitz, auf diesem einen Außenring 8 umfaßt, der fest mit dem Support 2 verbunden ist und in dem Sitz 5 montiert ist sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern 9 umfaßt, die zwischen den Ringen 7, 8 angeordnet sind. Beispielsweise kann die Welle 3 an einem Paar einander abgekehrt liegender Kegelrollenlagern getragen sein von einem Wälzlagerring oder von einem einzigen Kegelrollenlager mit zwei Ringen von Rollen. Der Sitz 5 wird abgeschlossen durch einen Deckel 10, der in nicht dargestellter bekannter Weise befestigt ist an dem Support 2, bei­ spielsweise mittels Schrauben, und an dem Ende 4 oder genauer gesagt an dem dem Deckel 10 zugekehrten Ende außerhalb des Sitzes 5 befindet sich eine Dichtungsbaugruppe 12 vom generell bekannten Labyrinth-Typ.

Im einzelnen umfaßt die Dichtungsbaugruppe 12 einen ersten starren Schirm 15, der an einem Distanzring 16 befestigt und damit zentriert ist, welcher zentral auf dem Ende 4 montiert ist und in Kontakt mit dem Innenring 7 durch ein axiales Verriegelungselement gehalten wird, das starr von dem Ende 4 getragen ist und gebildet wird durch eine Scheibe 18, die an der Endseite der Welle 3 mittels Schrauben 19 befestigt ist, und einen zweiten starren Schirm 20, der fest in bekannter Weise direkt am Außenring 8 gesichert ist. Der Schirm 15 wird gebildet von einem Ringelement, das im Ra­ dialschnitt C-förmig ist, wobei die Konkavseite dem Distanzring zugekehrt ist und der zwischen diesem letzteren und dem Innenring 7 des Lagers so eingeklemmt ist, daß er axial und in Winkelrichtung fest mit der Welle 3 verbunden ist. Der Schirm 20 andererseits wird gebildet von einem Ringele­ ment, das im Radialschnitt U-förmig ist und vervollständigt wird durch einen radial auswärts weisenden ringförmigen Fortsatz 22 mit L-förmigem Quer­ schnitt, der mit dem Ring 8 gekuppelt ist, beispielsweise in einen Sitz 23 des letzteren eingebördelt ist. Auf diese Weise ist der Schirm 20 axial und in Winkelrichtung mit dem Ring 8 fest verbunden und mit seiner Konkavseite dem Schirm 15 zugekehrt angeordnet. Dieser und der Schirm 20 greifen darüber hinaus teilweise axial ineinander, um auf diese Weise zwischeneinander eine Labyrinth-Dichtung zu bilden, die geeignet ist, die Wälzkörper 9 gegen äu­ ßere Verunreinigungen, wie Wasser und Staub, zu schützen, welche in den Sitz 2 eindringen können und gleichzeitig zwischen den Ringen 7, 8 irgendwelches Schmiermittel zu halten in Kontakt mit den Wälzkörpern 9. Im dargestellten Beispiel ist ein radial äußerer Ringabschnitt 25 des Schirms 15 mit Spiel in die Konkavseite des Schirms 20 eingefügt, während ein radial innerer Ring­ abschnitt 26 des letzteren mit Spiel in die Konkavseite des Schirms 15 greift, und zwar in den Ringraum zwischen dem Abschnitt 25 und dem Ring 16, der teilweise in die Konkavseite des Schirms 15 greift und infolgedessen im wesentlichen dem Abschnitt 25 gegenüberliegt. Auf diese Weise wird zwischen den Ringen 7, 8 und den Schirmen 15, 20 im Sitz 5 eine im wesentlichen ab­ gedichtete Kammer 28 gebildet, der die Konkavseite des Schirms 20 zugekehrt liegt.

Gemäß der Erfindung und wie auch in Fig. 2 bis 4 erkennbar, umfaßt die Dichtungsbaugruppe 12 ferner ein Ringelement 30, das drehfest mit der Welle 3 verbunden ist oder, genauer gesagt, mit dem rotierenden Bauteil der Achsbaugruppe 1 und mit einer Mehrzahl von Diskontinuitätszonen versehen ist, im vorliegenden Falle in Form von permanent magnetisierten Zonen im wesentlichen gleicher Breite, die in Umfangsrichtung mit im wesentlichen konstanter Teilung angeordnet sind. Innerhalb des Sitzes 5 und nahe diesem ringförmigen Element 30 ist ein bekannter Sensor 31 angeordnet, der statio­ när getragen wird auf dem festen Teil der Achsanordnung 1, d. h. auf dem Support 2, und ausgebildet ist, um durch den Vorbeilauf der magnetisierten Zonen aktiviert zu werden für die Erzeugung eines periodischen Signals mit einer Frequenz proportional der Anzahl solcher Zonen, welche in der Zeitein­ heit an dem Sensor vorbeilaufen. In dem dargestellten spezifischen Beispiel wird das Ringelement 30 getragen von dem kreisförmigen Abschnitt 25 des Schirms 15 auf der dem Abschnitt 22 des Schirms 20 zugekehrten Seite, wäh­ rend der Sensor 31 von dem letzteren getragen wird und von diesem umschlos­ sen ist innerhalb dessen konkaver Seite in einer Axialposition entsprechend jener des Elements 30, jedoch radial nach auswärts gegenüber diesem ver­ setzt. Schließlich sind sowohl das Element 30 als auch der Sensor 31 inner­ halb der abgedichteten Kammer 28 einander dicht gegenüberstehend unterge­ bracht, und das Element 30 kann frei zusammen mit dem Schirm 15, den Ringen 7, 16 und der Welle 3 relativ zum Sensor 31 umlaufen, der seinerseits sta­ tionär mit dem Ring 8 und dem Support 2 bleibt.

Eine mögliche Ausführungsform des Elements 30 ist in Fig. 2 dar­ gestellt, wo es aus bipolar magnetisierten Zonen 33 und 34 besteht, die al­ ternierend die Nordpolzonen 33 und die Südpolzonen 34 begrenzen; in diesem Fall wird ein Sensor 31 des bekannten magnetoresistiven Typs oder vorzugs­ weise vom Halleffekt-Typ in der Achsbaugruppe 1 verwendet. Gemäß zweier weiterer möglicher Varianten, die in Fig. 3 und 4 dargestellt sind, kann das Element 30 anstatt bipolar magnetisiert zu sein, nur mit unipolarmagneti­ sierten Zonen ausgebildet sein, beispielsweise nur Zonen 33, die sämtlich Nordpole definieren (Fig. 3) oder auch nur Zonen 34, die sämtlich Südpole definieren (Fig. 4), in diesem Falle sind die Zonen 33 (bzw. 34) so ausge­ bildet, daß sie in Umfangsrichtung Abstände voneinander aufweisen und dem­ gemäß voneinander durch nicht magnetisierte Zonen 35 getrennt sind, wodurch die gewünschte Diskontinuität realisiert wird; in diesen Varianten wird ein Sensor 31 vom Halleffekt-Typ oder vorzugsweise vom magnetoresistiven Typ verwendet, welche alle im Stand der Technik bekannt sind.

In der bevorzugten Ausführungsform wird das Element 30 in irgen­ deiner der in Fig. 2 bis 4 illustrierten Formen ausgeführt unter Verwendung eines Gummis, der mit magnetisierbarem Material gefüllt ist, beispielsweise Metall oder Oxid oder Legierungspulvern von permanent magnetischem Material, die mit bekannten Formgebungstechniken behandelt worden sind, beispielsweise Spritzguß oder Verpressen. Alternativ kann auch ein Kunststoffmaterial ver­ wendet werden mit einem Füllstoff, wie oben beschrieben, oder auch das Ele­ ment 30 kann vollständig durch Sintern geformt werden, wobei man von magne­ tischen Pulvermaterialien ausgeht. Wenn es einmal als Ringform vorliegt, kann das Element 30 fest mit dem Abschnitt 25 verbunden werden radial au­ ßerhalb von diesem, beispielsweise durch Verklebung während einer Vulkani­ sierungsstufe entsprechend bekannten Techniken. In einer zur Vereinfachung nicht dargestellten möglichen Variante kann jedoch das Element 30 auch einstückig mit dem Schirm 15 gefertigt werden und kann in diesem Falle von dem Abschnitt 25 selbst gebildet sein. In jedem Falle erhält man die permanent magnetisierten Zonen 33, 34 wieder unter Verwendung der gleichen Techniken, die wohl bekannt sind und deshalb hier aus Gründen der Vereinfachung nicht beschrieben werden; es möge genügen, darauf hinzuweisen, daß diese Techniken den Schritt umfassen, die zu magnetisierenden Zonen intensiven lokalen Mag­ netfeldern so auszusetzen, daß sie eine Magnetisierung durch den magneti­ schen Hysterese-Effekt bewirken. In allen Fällen wird der Sensor 31 auf dem Schirm 20 montiert, und für die Weiterleitung des von ihm erzeugten Signals ist ein Kabel 40 vorgesehen, das sich von dem Schirm 20 auf der Außenseite der Kammer 28 erstreckt und in dem Support 2 untergebracht ist.

Im Einsatz bewirkt der Umlauf der Räder des Zuges eine Rotation der Welle 3 und infolgedessen des Schirms 15, während andererseits der Schirm 20 nicht umläuft, da er an dem Support 2 befestigt ist. Infolgedessen rotiert der Schirm 15, der, wie beschrieben, koaxial mit dem Schirm 20 ist, relativ zu diesem und innerhalb des konkaven Teils desselben, womit einer­ seits eine hydraulische Dichtwirkung hervorgerufen wird und andererseits der Vorbeilauf der Zonen 33, 34 am Sensor 31. Wenn ein Halleffekt-Sensor ver­ wendet wird, wird dieser von außen mit einem geeigneten bekannten, zur Ver­ einfachung nicht dargestellten elektronischen Schaltkreis versehen und ver­ hält sich wie ein Schalter, der jedesmal dann öffnet und schließt, wenn eine Zone 33 und danach eine Zone 34 vorbeiläuft oder umgekehrt. Unter allen Be­ dingungen und deshalb selbst bei sehr niedrigen Umlaufgeschwindigkeiten er­ zeugt dies ein pulsierendes Signal konstanter Amplitude, dessen Frequenz eine Funktion der Drehzahl der Welle 3 ist und deshalb berechnet werden kann durch eine geeignete Schaltung und beispielsweise mittels des Kabels 40 zu einer zentralen Steuereinheit übertragen werden kann, die zu einer aus Grün­ den der Vereinfachung nicht dargestellten bekannten ABS-Einheit gehört. Im Falle eines magnetoresistiven Sensors ist das Endergebnis dasselbe (Er­ zeugnis eines Signals mit einer Frequenz proportional der Drehzahl des Schirms 15 und einer Intensität, die immer hoch ist und gut erfaßbar), doch Änderungen der erforderlichen elektronischen Steuer- und Erfassungsschalt­ kreise sind erforderlich, welche unterschiedlich sind und in beiden Fällen bekannt sind und außerhalb des Sitzes 5 angeordnet werden können oder auch miniaturisiert sein können und direkt mit dem Sensor 31 auf dem Schirm 20 befestigt werden können.

Aus dem vorstehenden ergeben sich die Vorteile der Erfindung. Die Kosten und Montageprobleme und Raumbedarf resultieren vom Vorhandensein der phonischen Räder, die auf dem Ende 4 der Welle 3 montiert sind und elektro­ magnetischer Sensoren, die auf dem Deckel 10 montiert sind, wie in den An­ ordnungen nach dem Stand der Technik, werden vollständig eliminiert. Der Detektor, bestehend aus Element 30 und Sensor 31, ist nämlich in einer ab­ gedichteten Einheit 12 kleiner Abmessungen integriert, die in jedem Falle benötigt würde aus Gründen des Schutzes für das Lager 6.

Ebenso werden die Probleme eliminiert im Zusammenhang mit den Ar­ beitskosten, die erforderlich sind, um sicherzustellen, daß der Sensor richtig relativ zum phonischen Element positioniert ist; erfindungsgemäß nämlich werden diese von zwei Schirmen getragen, die bereits korrekt zuei­ nander aus Gründen der Abdichtung positioniert werden müssen, und deshalb wird die Zentrierung, die von den Ringen 8 und 16 bereitgestellt wird, aus­ genutzt. Schließlich wird ein System vorgeschlagen, das in der Lage ist, die Drehzahl genau selbst bei niedrigen Geschwindigkeiten zu messen.

Falls erforderlich, können die Diskontinuitätszonen, die für den Betrieb des Sensors benötigt werden, auch durch Leerzonen definiert werden, die mit gefüllten Zonen alternieren (Leerräumen/Zähnen) jeweils magnetisiert bzw. nicht wie bei den traditionellen Impulsringen.

Claims (6)

1. Schienenfahrzeug-Achsanordnung mit einer umlaufenden Achse (3) und einem feststehenden Drehzahldetektor (31) hierfür, wobei die Achse (3) über mindestens ein nach außen durch eine Dichtungsanordnung (12) abgedichtetes Wälzlager (7, 8, 9) vom einem stationären Teil (2) gelagert ist, wobei das Wälzlager (7, 8, 9) in einem zwischen Achse (3) und stationärem Teil (2) ausgebildeten Sitz (5) angeordnet ist, wobei die Dichtungsanordnung (12) zwei ineinandergreifende, relativ zueinander bewegliche Abschirmringe (15, 20) aufweist, wobei ein Ringelement (30) an dem mit der Achse (3) umlaufenden ersten Abschirmring (15) angeordnet und mit einer Vielzahl von Diskontinuitätsbereichen von gleicher Breite sowie gleicher Teilung versehen ist, auf die der benachbarte Drehzahldetektor (31) anspricht, und wobei der zweite Abschirmring (20) mit dem stationären Teil (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Achse (3) umlaufende erste Abschirmring (15) gegen den Innenring (7) des Wälzlagers (7, 8, 9) über einen Distanzring (16) gespannt ist.

2. Schienenfahrzeug-Achsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzring (16) durch ein an der Achse (3) befestigtes, axiales Spannelement (18) den ersten Abschirmring (15) zwischen diesem und dem Innenring (7) des Wälzlagers (7, 8, 9) einspannt.

3. Schienenfahrzeug-Achsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskontinuitätsbereiche bipolarmagnetische Bereiche mit alternierenden Nord- und Südpolen sind und der Drehzahldetektor (31) ein Halleffekt- oder ein auf magnetischer Widerstandsänderung beruhender Sensor ist.

4. Schienenfahrzeug-Achsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskontinuitätsbereiche unipolarmagnetische Bereiche sind, die sämtlich Nordpole oder sämtlich Südpole definieren und der Drehzahldetektor (31) ein Halleffekt- oder ein auf magnetischer Widerstandsänderung beruhender Sensor ist.

5. Schienenfahrzeug-Achsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Diskontinuitätsbereiche bildende Ringelement (30) Bereiche aus mit magnetisierbarem Material gefüllten Gummi aufweist.

6. Schienenfahrzeug-Achsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Diskontinuitätsbereiche bildende Ringelement (30) Bereiche aus magnetisierbarem, gesintertem Pulver aufweist.