Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl einer Radsatzwelle für Schienenfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

In der DE 41 37 546 C2 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit bei Schienenfahrzeugen offenbart, wobei auf einer Fahrzeugachse ein Gebersystem angeordnet ist, und wobei das Gebersystem an einen eine nachgebildete Fahrzeuggeschwindigkeit errechnenden Mikroprozessor angeschlossen ist. Das Gebersystem, bestehend aus einem Polrad und einem Impulsgeber, ist dabei stirnseitig an einem Rad einer Radachse angeordnet.

Weitere Druckschriften in denen ein Sensor, der aus einem Polrad und einem Impulsgeber besteht, offenbart ist, sind beispielsweise DE 10 2005 001 404 A1 und

DE 42 42 392 A1. In der EP 1 529 709 B2 ist des Weiteren der Aufbau eines Radsatzes für Schienenfahrzeuge beschrieben.

Die DE 41 38 867 A1 beschreibt eine Schienenfahrzeug-Achsanordnung mit integrier- tem Detektor für die Erfassung der Drehzahl, der im Bereich einer Labyrinthdichtung angeordnet ist.

Die EP 2 186 705 A1 offenbart ein instrumentiertes Wälzlager für Schienenfahrzeuge und ein entsprechendes Montageverfahren.

Die DE 697 32 183 T3 beschreibt ein Lager mit einem Sensormodul. Die US 2003/0231014 A1 offenbart eine Messanordnung für die Laufparameter eines Bahnlagers.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl einer Radsatzwelle für Schienenfahrzeuge zu entwickeln, die zusätzlich im Vergleich zum Stand der Technik den Platzbedarf reduziert und Gewicht einspart. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird die im Anspruch 1 angegebene Vorrichtung vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl einer Radsatzwelle für Schienenfahrzeuge umfasst eine Sensorvorrichtung, feststehende Teile, Rotationsteile zur Rotation um eine Rotationsachse der Radsatzwelle, sowie ein Wälzlager, wobei das Wälzlager einen Lagerinnenring, einen Lageraußenring sowie eine Vielzahl da- zwischen angeordneter Wälzkörper aufweist. Der Lagerinnenring ist mit einem Rotationsteil und der Lageraußenring mit einem feststehenden Teil drehfest verbunden. Des Weiteren weist die Sensorvorrichtung ein Polrad und einen Impulsgeber auf, wobei der Impulsgeber an einem feststehenden Teil angeordnet ist. Das Polrad ist berührungslos gegenüberliegend vom Impulsgeber unmittelbar mit einem Rotationsteil dreh- fest verbunden. Unter unmittelbar wird jegliche Verbindung des Polrads mit einem Rotationsteil verstanden, bei der keine Hilfsmittel in Form von Maschinenelementen verwendet werden. Weiterhin ist ein Stützring vorhanden, welcher den Lagerinnenring des Wälzlagers abstützt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Stützring zusammen mit einem feststehenden Teil in Form eines Ge- häuseteils eine Labyrinthdichtung ausbildet, wobei der Stützring eine Mehrzahl an Stegen aufweist, wobei das Gehäuseteil weitere Stege aufweist, wobei die Stege und die weiteren Stege unter Ausbildung eines mäanderförmigen Labyrinthspalts ineinandergreifend ausgebildet sind, und wobei entweder das Polrad auf dem Stützring angeordnet ist oder einer der Stege als Polrad ausgebildet ist Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass separate Dichtungsbauteile entfallen und auch das Polrad als zusätzliches Bauteil entfallen kann. Dies spart Her- stellungs- und Montagekosten sowie Gewicht und Platz ein.

Ein mäanderförmiger Labyrinthspalt ist im Sinne der Erfindung ein schlängelnd verlau- fender Spalt, in dessen Verlauf mindestens zweimal, insbesondere aber mindestens dreimal, eine 180°-Wendung vollzogen wird. Zwischenschichten, die zum Beispiel bei stoffschlüssigen Verbindungen entstehen, werden nicht als Maschinenelemente angesehen. Es sind somit insbesondere stoffschlüssige oder auch kraftschlüssige Verbindungen denkbar.

Beispielsweise kann das Polrad auf dem Rotationsteil aufgepresst oder aufgeklebt sein. Beide Varianten sind möglich und stellen eine direkte und unmittelbare Verbindung zwischen Polrad und Rotationsteil dar.

Der Impulsgeber ist bevorzugt an dem Gehäuseteil befestigt. Aber auch andere feststehende Teile eigenen sich zur Befestigung des Impulsgebers.

Das Polrad kann unterschiedlich ausgeführt werden. Beispielsweise ist das Polrad als Lochscheibe mit Löchern ausgebildet, wobei die Löcher eine beliebige Form, insbesondere eine Kreisform oder eine eckige Form, aufweisen können. Die Löcher sind dabei mit gleichem Abstand zueinander in Umfangsrichtung hintereinander angeord- net. Dabei kann die Lochscheibe beispielsweise aus ferromagnetischem Material bestehen, so dass sich der Raum zwischen Lochscheibe und Impulsgeber durch die Löcher der Lochscheibe hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften verändert.

Es können auch anstatt der Löcher andere Maßverkörperungen auf dem Polrad aus- gebildet sein, wie zum Beispiel Rücksprünge oder Aussparungen beliebiger Formen mit offenen oder geschlossenen Konturen. Die Veränderung der magnetischen Eigenschaften ist abhängig von der Drehzahl der Radsatzwelle und bildet sich pulsförmig aus. Diese pulsförmigen Änderungen werden vom Impulsgeber erfasst und mittels einer Datenleitung an eine Auswerteeinheit weitergeleitet. Die Auswerteeinheit verarbei- tet die pulsförmigen Änderungen und gibt die Drehzahl der Radsatzwelle aus. Es handelt sich dabei somit um ein induktives Abtasten des Impulsgebers.

Des Weiteren kann das Polrad auch magnetisierte Elemente aufweisen. Das heißt, auf dem Polrad ist eine Vielzahl an magnetisierten Elementen angeordnet, die ebenfalls die magnetischen Eigenschaften des Raumes zwischen magnetisierten Elementen des Polrads und Impulsgeber verändern. Das bedeutet wiederum, dass das Polrad selbst nicht aus ferromagnetischem Material besteht, sondern magnetisierte Ele- mente auf dieses aufgebracht sind. Die magnetisierten Elemente können beispielsweise Permanentmagnete sein.

Als weitere Ausführungsform ist auch ein Polrad mit optischen Erkennungselementen denkbar. Das heißt, das Polrad weist mehrere optische Erkennungselemente auf, deren Drehung von dem Impulsgeber erfasst und in der dahinter geschalteten Auswerteeinheit verarbeitet wird und somit die Drehzahl ausgegeben wird. Diese optischen Erkennungselemente können beispielsweise eine Farbkodierung besitzen oder eine reflektierende Oberfläche aufweisen. Der Impulsgeber kann dabei als Sender und Empfänger ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass der Empfänger an dem Polrad ausgebildet ist.

Ferner gibt es verschiedeneAusführungsvarianten des Polrads. Das Polrad ist bei einer ersten Variante auf oder an einem Rotationsteil, hier dem Stützring, angeordnet. Bei einer zweiten Variante ist der Stützring als Polrad ausgebildet. Das bedeutet, dass das Polrad direkt in dem Stützring integriert ist und kein Zusatzteil darstellt. Dies kann beispielsweise mittels Fräsen hergestellt werden. Dabei bildet der Stützring mit seinen Stegen eine Labyrinthdichtung mit den weiteren Stegen des Gehäuseteils aus, wobei ein Steg des Stützrings als Polrad ausgebildet ist. Die Stege und die weiteren Stege sind dabei bevorzugt senkrecht zur Rotationsachse AR der Radsatzwelle ausgerichtet. Die vereinfacht die Montage der Vorrichtung.

Besonders bevorzugt ist es, wenn einer der Stege des Stützrings als Polrad ausgebildet ist, der dem Wälzlager abgewandt angeordnet ist. Dadurch ist die Sensorvorrich- tung vom Wälzlager abgewandt und damit vor Verschmutzung oder Beschädigung weitgehend geschützt angeordnet.

Insbesondere ist ein Steg des Stützrings als Polrad ausgebildet, der sich zwischen zwei weiteren Stegen des Stützrings angeordnet befindet. Damit ist die Sensorvorrichtung sowohl vor Einflüssen von Seiten des Wälzlagers als auch von Seiten der Umge- bung optimal geschützt. Des Weiteren sind auch verschiedene Winkellagen des Impulsgebers und des berührungslos gegenüberliegenden Polrads denkbar. Der Impulsgeber ist dabei senkrecht auf das Polrad, insbesondere auf dessen Löcher, Magnete oder Erkennungselemente, gerichtet. Beispielsweise sind der Impulsgeber und das Polrad, ausgehend von der Rotationsachse, axial zueinander ausgerichtet. Das heißt, an das Polrad schließt axial berührungslos der Impulsgeber an, wobei der Impulsgeber parallel zur Rotationsachse angeordnet ist.

Bei einem weiteren Beispiel sind der Impulsgeber und das Polrad, ausgehend von der Rotationsachse, radial zueinander ausgerichtet. Das bedeutet, dass der Impulsgeber radial außerhalb des Polrads angeordnet ist und beispielsweise die Löcher, Magnete oder Erkennungselemente des Polrads am Außenumfang eines Rotationsteils, wie zum Beispiel Achskappe, Stützring oder Steg einer Dichtung, angeordnet sind.

Des Weiteren ist es möglich, dass der Impulsgeber schräg zur Rotationsachse der Rotationsteile angeordnet ist. Vorzugsweise ist zwischen Rotationsachse und Impuls- geber ein Winkel zwischen 30° und 60°, insbesondere 45°, vorhanden. Die Löcher, Magnete oder Erkennungselemente sind dabei ebenfalls auf dem Polrad in Schrägstellung, vorzugsweise in einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere 45°, zur Rotationsachse angeordnet, so dass der Impulsgeber senkrecht zu diesen ausgerichtet ist.

Unter Rotationsteilen werden allgemein alle rotativ beweglichen Teile, wie zum Beispiel Radsatzwelle, Lagerinnenring des Wälzlagers, Achskappe und Stützring, verstanden. Unter feststehenden Teile werden beispielsweise Lageraußenring des Wälzlagers, Gehäuseteile sowie feststehende Deckel verstanden, die keine rotative Bewegung durchführen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:

Figur 1 eine Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung mit diagonaler Abtastung eines auf einer Achskappe angeordneten Polrads, Figur 2 eine Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung mit axialer Abtastung eines auf einer Achskappe angeordneten Polrads,

Figur 3 eine weitere Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung mit axialer Abtastung eines auf einer Achskappe angeordneten Polrads,

Figur 4 eine Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung mit radialer Abtastung eines auf einer Achskappe angeordneten Polrads,

Figur 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit axialer

Abtastung eines auf einem Stützring angeordneten Polrads,

Figur 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit radialer

Abtastung eines auf einem Stützring angeordneten Polrads,

Figur 7 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit axialer

Abtastung eines im Stützring integrierten Polrads,

Figur 8 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit radialer

Abtastung eines im Stützring integrierten Polrads.

In der Fig. 1 ist eine nicht erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Erfassen der Drehzahl einer Radsatzwelle 2 für Schienenfahrzeuge dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist an einem Ende der Radsatzwelle 2, die eine Rotationsachse A _R aufweist, angeordnet und umfasst eine Sensorvorrichtung 3, mehrere feststehende Teile 4, mehrere Rotationsteile 5 sowie ein Wälzlager 6, das die feststehenden Teile 4 mit den Rotationsteilen 5 koppelt. Das Wälzlager 6 weist einen geteilten Lagerinnenring 7, einen Lageraußenring 8 sowie eine Vielzahl dazwischen in zwei Reihen angeordnete Wälzkörper 9, die hier als Zylinderrollen ausgebildet sind, auf. Der Lagerinnenring 7 weist am Außenumfang Laufbahnen 10 auf, in denen die Wälzkörper 9 abrollen, und ist auf der Radsatzwelle 2 aufgepresst. Es ist allerdings auch möglich, dass die Wälzkörper direkt auf der Radsatzwelle abrollen. Der Lageraußenring 8 weist an seinem Innenum- fang ebenfalls zwei Laufbahnen 10 auf, in denen die Wälzkörper 9 abrollen.

Ausgehend von der Rotationsachse A _R ist axial neben dem Wälzlager 6 beidseitig jeweils eine Dichtung 11 angeordnet. Axial außerhalb des abgedichteten Wälzlagers 6 ist an dem Ende der Radsatzwelle 2 eine Achskappe 12 vorgesehen. Auf dieser Achskappe 12 ist ein Teil der Sensorvorrichtung 3 befestigt. Die Sensorvorrichtung 3 weist ein Polrad 13 sowie einen Impulsgeber 14 auf, wobei das Polrad 13, das hier als Lochscheibe mit Löchern 15 ausgebildet ist, auf der Achskappe 12 aufgepresst ist.

Der Lageraußenring 8 ist mit einem Gehäuseteil 16 fest verbunden. Der Lageraußen- ring kann allerdings auch direkt als Gehäuseteil ausgebildet sein. An der Stirnseite des Gehäuseteils 16 ist ein Deckel 17 mittels Schrauben 18 befestigt, der das rotierende Ende der Radsatzwelle 2 und somit auch die Achskappe 12 und das darauf aufgebrachte Polrad 13 umschließt. Der Deckel 17 weist eine durchgehende Bohrung 19 auf, in die der Impulsgeber 14 eingeschoben ist. Der Impulsgeber 14 sowie dessen Bohrung 19 sind in dem Deckel 17 derart angeordnet, dass der Impulsgeber 14 senkrecht zu den Löchern 15 des Polrads 13 ausgerichtet ist. Der Impulsgeber 14 sowie die Löcher 15 des Polrads 13 sind in einem Winkel α von 45° zur Rotationsachse A _R angeordnet. Des Weiteren sind das Polrad 13 und der Impulsgeber 14 zueinander berührungslos angeordnet.

Der Impulsgeber 14 leitet über eine Datenleitung 20 die erfassten Werte an eine nicht dargestellte Auswerteeinheit weiter, die diese Werte weiterverarbeitet und die Drehzahl der Radsatzwelle 2 ausgibt.

In den Fig. 2, 3 und 4 sind weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsformen der Vorrichtung 1 dargestellt. Die Ausführungsform in Fig. 2 unterscheidet sich hierbei von Fig. 1 darin, dass das Polrad 13 im Querschnitt eine L-Form aufweist, wobei ein Teil der L-Form den Außenumfang der Achskappe 12 und der andere Teil der L-Form die Stirnseite der Achskappe 12 umschließt. Die Löcher 15 des Polrads 13 sind dabei an der Stirnseite der Achskappe 12 angeordnet. Somit ist auch der Impulsgeber 14, ausgehend von der Rotationsachse A _R , axial ausgerichtet. Das heißt, es handelt sich hierbei um eine axiale, berührungslose Abtastung des Polrads 13.

In der Fig. 3 ist im Vergleich zu Fig. 2 das Polrad 13 nur an dem Außenumfang der Achskappe 12 befestigt. Der andere Teil der L-Form des Polrads 13 erstreckt sich radial nach außen. In dem abstehenden Teil der L-Form des Polrads 13 sind die Löcher 15 angeordnet. Der Impulsgeber 13 ist somit im Vergleich zu Fig. 2 radial nach außen versetzt. Es handelt sich somit weiterhin wie in Fig. 2 um eine axiale, berührungslose Abtastung des Polrads 13.

In der Fig. 4 sind im Vergleich zu Fig. 2 die Löcher 15 des Polrads 13 an dem Außen- umfang der Achskappe 12 angeordnet. Des Weiteren ist der Impulsgeber 14 senkrecht zum Außenumfang der Achskappe 12 auf Höhe der Löcher 15 in dem Deckel 17 angeordnet. Somit handelt es sich bei dieser Ausführungsform um eine radiale, berührungslose Abtastung des Polrads 13.

In der Fig. 5 und Fig. 6 ist jeweils eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Erfassen der Drehzahl einer Radsatzwelle 2 für Schienenfahrzeuge dargestellt. Gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 bis 4 kennzeichnen gleiche Elemente. Der Aufbau unterscheidet sich zu der Ausführungsform aus Fig. 1 darin, dass das Polrad 13 statt auf der Achskappe 12 auf einem Stützring 21 angeordnet ist. Der Stützring 21 weist drei Stege 22a, 22b, 22c auf, ist auf der Radsatzwelle 2 aufgebracht und stützt den Lagerinnenring 7 ab. Das Gehäuseteil 16 weist zwei weitere Stege 16a, 16b auf, wobei die Stege 22a, 22b, 22c und die weiteren Stege 16a, 16b ineinandergreifend angeordnet sind und eine Labyrinthdichtung 1 1 mit einem mäan- derförmigen Labyrinthspalt 1 1 a ausbilden. In der Fig. 5 sind die Löcher 15 des Pol- rads 13 an der zum Lagerinnenring 7 abgewandten Stirnseite des Stützrings 21 angeordnet. Der Impulsgeber 14 ist dabei auf Höhe der Löcher 15 des Polrads 13 in axialer Richtung ausgerichtet und in einem Gehäuseteil, das hier nicht dargestellt ist, befes- tigt. In der Fig. 6 hingegen sind die Löcher 15 des Polrads 13 am Außenumfang des Stützrings 21 angeordnet. Der dazu senkrecht ausgerichtete Impulsgeber 13 ist in einer entsprechenden Bohrung 19 des Gehäuseteils 16 angeordnet.

Die Fig. 7 und Fig. 8 unterscheiden sich zu den Fig. 5, 6 darin, dass der Stützring 21 ein Steg 22a, 22b der Labyrinthdichtung 11 als Polrad 13 ausgebildet ist. Das heißt, dass Polrad 13 ist direkt in den Stützring 21 integriert. In Fig. 7 handelt es sich um eine axiale, berührungslose Abtastung des in den Steg 22a integrierten Polrads 13. Der Steg 22a befindet sich geschützt angeordnet auf der dem Wälzlager 6 abgewandten Seite des Stützrings 21 . Hierfür ist der Impulsgeber 14 in einem nicht dargestellten Gehäuseteil angeordnet und in axialer Richtung ausgerichtet. In der Fig. 8 hingegen ist der Impulsgeber 14 in dem Gehäuseteil 16, das mit dem Lageraußenring 8 verbunden ist, befestigt und in radialer Richtung ausgerichtet. Es handelt sich dabei um eine radiale, berührungslose Abtastung des in den Steg 22b integrierten Polrads 13. Dabei sind in den Steg 22b auf seiner dem Impulsgeber 14 zugewandten Fläche hier Zähne gefräst, die eine Abtastung durch den Impulsgeber 14 ermöglichen. Der Steg 22b ist zwischen zwei weiteren Stegen 22a, 22c des Stützrings 21 angeordnet. Damit ist die Sensorvorrichtung 3 sowohl vor Einflüssen von Seiten des Wälzlagers 6 als auch von Seiten der Umgebung optimal geschützt.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Radsatzwelle

3 Sensorvorrichtung

4 feststehendes Teil

5 Rotationsteil

6 Wälzlager

7 Lagerinnenring

8 Lageraußenring

9 Wälzkörper

10 Laufbahn

1 1 Dichtung, Labyrinthdichtung

1 1 a mäanderförmiger Labyrinthspalt

12 Achskappe

13 Polrad

14 Impulsgeber

15 Loch des Polrads

16 Gehäuseteil

16a, 16b weitere Stege

17 Deckel

18 Schraube

19 Bohrung für Impulsgeber

20 Datenleitung

21 Stützring

22a, 22b, 22c Steg der Dichtung

AR Rotationsachse

α Winkellage des Impulsgebers ausgehend von der Rotationsachse