DE29901917U1

DE29901917U1 - Wheel monitoring system

Info

Publication number: DE29901917U1
Application number: DE29901917U
Authority: DE
Original assignee: SCHULTHEIS
Current assignee: SCHULTHEIS
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2009-02-05

Description

P11013 S/GC/saP11013 S/GC/sa

04. Februar 199904 February 1999

Anmelder:Applicant:

Dominik Schultheiß Siegmundstraße 3 D-95445 BayreuthDominik Schultheiß Siegmundstrasse 3 D-95445 Bayreuth

RadüberwachungssystemWheel monitoring system

Die Erfindung betrifft ein Radüberwachungssystem zur Überwachung des Gleichslaufs von mindestens einem an einem Fahrwerk angebrachten Radpaar und insbesondere die Überwachung des Gleichlaufs bei Rädern von Schienenfahrzeugen.The invention relates to a wheel monitoring system for monitoring the synchronization of at least one pair of wheels attached to a chassis and in particular the monitoring of the synchronization of wheels of rail vehicles.

Die zunehmend hohen Fahrgeschwindigkeiten stellen enorme Beanspruchungen für dasjenige Material dar, aus dem die Fahrzeugräder bestehen. Dies gilt im besonderen Maße für Räder bei Schienenfahrzeugen. Diese nämlich dienen nicht nur als tragende Bauelemente, sondern sie haben zusätzlich die Funktion, das Schienenfahrzeug sicher in der Spur zu halten. Der einer Sinuskurve ähnelnde Fahrzeuglauf eines Schienenfahrzeugs stellt eine extreme Belastung sowohl für die Schiene als auch für die Räder dar. Eine Störung bei den Rädern aufgrund von Materialverschleiß oder sonstigen Einwirkungen kann zu einem Entgleisen des Schienenfahrzeugs und somit zu einem verheerenden Unfall führen.The increasingly high driving speeds place enormous strains on the material from which the vehicle wheels are made. This is particularly true for wheels on rail vehicles. These not only serve as load-bearing components, but also have the additional function of keeping the rail vehicle safely on track. The sine curve-like movement of a rail vehicle places extreme strains on both the rail and the wheels. A malfunction in the wheels due to material wear or other influences can lead to the rail vehicle derailing and thus to a devastating accident.

E-MAIL: isar-patent@t-online.de · INTERNET: http://www.isarpatent.com
ISARPATENT® E-MAIL: isar-patent@t-online.de · INTERNET: http://www.isarpatent.com
ISARPATENT®

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radüberwachungssytem zu schaffen, das beim Auftreten einer Störung bei einem Rad zuverlässig und schnell diese Störung meldet.It is therefore the object of the present invention to create a wheel monitoring system that reliably and quickly reports a fault in a wheel when this fault occurs.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß das Radüberwachungssystem gleichzeitig kostengünstig herstellbar, im Normalfall wartungsfrei und reparaturfreundlich ist.A further object of the invention is that the wheel monitoring system is at the same time inexpensive to manufacture, normally maintenance-free and easy to repair.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Radüberwachungssystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved according to the invention by a wheel monitoring system with the features specified in claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radüberwachungssystems unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.In the following, a preferred embodiment of the wheel monitoring system according to the invention is described with reference to the accompanying drawings to explain essential features of the invention.

Es zeigen:Show it:

Figur 1: ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Radüberwachungssystems ;Figure 1: a block diagram of the wheel monitoring system according to the invention ;

Figur 2: ein Ausführungsbeispiel der Erfassungseinrichtung zur berühungslosen Erfassung der Umdrehungsgeschwindigkeit gemäß der Erfindung;Figure 2: an embodiment of the detection device for contactless detection of the rotational speed according to the invention;

Figur 3: eine Vergleichseinrichtung zur Abgabe eines Fehlersignals bei abweichenden Umdrehungsgeschwindigkeiten gemäß der Erfindung.Figure 3: a comparison device for emitting an error signal in the event of deviating rotational speeds according to the invention.

Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Radüberwachungssystem als Blockschaltbild.Figure 1 shows the wheel monitoring system according to the invention as a block diagram.

Das Radüberwachungssystem 1 dient in dem gezeigten Beispiel zurIn the example shown, the wheel monitoring system 1 is used for

Überwachung von vier an einem Fahrwerk, beispielsweise einem Schienenwaggon angebrachten Rädern 2, 3, 4, 5. Die Räder 2, 3 bilden ein erstes Radpaar und die Räder 4, 5 bilden ein zweites Radpaar. Die beiden Räder eines Radpaares sind über eine Antriebsachse miteinander verbunden und laufen auf Schienen. Die gezeigten Räder 2, 3, 4, 5 weisen jeweils an ihrem Umfang Markierungseinrichtungen auf. Die Markierungseinrichtungen 2a, 2b, 2c, 2d an dem ersten Rad 2 liegen gleichmäßig voneinander beabstandet. Die Abstände der an dem anderen Rad des Radpaares angebrachten Markierungen 3a, 3b, 3c, 3d entspricht den Abständen der Markierungen an dem ersten Rad 2.Monitoring of four wheels 2, 3, 4, 5 attached to a chassis, for example a rail car. The wheels 2, 3 form a first wheel pair and the wheels 4, 5 form a second wheel pair. The two wheels of a wheel pair are connected to each other via a drive axle and run on rails. The wheels 2, 3, 4, 5 shown each have marking devices on their circumference. The marking devices 2a, 2b, 2c, 2d on the first wheel 2 are evenly spaced from each other. The distances between the markings 3a, 3b, 3c, 3d attached to the other wheel of the wheel pair correspond to the distances between the markings on the first wheel 2.

Bei den Markierungseinrichtungen handelt es sich bei einer bevorzugten Ausführungsform um kleine Permanentmagnete, die mit von Permanentmagnet zu Permanentmagnet wechselnder magnetischer Polung zentrisch um den Radmittelpunkt befestigt sind.In a preferred embodiment, the marking devices are small permanent magnets that are attached centrally around the wheel center with magnetic polarity changing from permanent magnet to permanent magnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Markierungseinrichtungen in mit einem elastischen Stoff ausgefüllten Vertiefungen in dem Radkörper eingebettet. Auf diese Weise sind die Markierungseinrichtungen vor Steinschlägen geschützt, stoßgedämpft und dauerhaft haltbar und fallen auch nach jahrelangem Fahrbetrieb nicht von dem Rad ab. Alternativ dazu können die Markierungseinrichtungen auch beispielsweise mit Hochleistungskleber auf das Rad aufgeklebt werden.In a preferred embodiment, the marking devices are embedded in recesses in the wheel body that are filled with an elastic material. In this way, the marking devices are protected against stone chips, are shock-absorbing and durable and do not fall off the wheel even after years of driving. Alternatively, the marking devices can also be glued to the wheel, for example using high-performance adhesive.

Bei einer bevorzugten Ausführungform werden auf den Rädern jeweils acht Markierungseinrichtungen in gleichem Abstand angebracht .In a preferred embodiment, eight marking devices are mounted on each of the wheels at equal distances.

Das in Figur 1 gezeigte Radüberwachungssystem besitzt ferner Sensoren 6, 7, 8, 9, die eine Geschwindigkeitsänderung der zugehörigen Räder oder auch deren Deformation erfassen können. Bei den Sensoren handelt es sich vorzugsweise um Hallsensoren, die eine Magnetfeldänderung erfassen und ein digitales Ausgangssignal über Ausgangsleitungen 10, 11, 12, 13 an eine jeweils zugehörigeThe wheel monitoring system shown in Figure 1 also has sensors 6, 7, 8, 9, which can detect a change in speed of the associated wheels or their deformation. The sensors are preferably Hall sensors, which detect a change in the magnetic field and send a digital output signal via output lines 10, 11, 12, 13 to a respective associated

Auswerteelektronik 14, 15, 16, 17 abgeben. Die Auswerteelektronikschaltungen 14, 15, 16, 17 ermitteln jeweils die Umdrehungsgeschwindigkeit oder die Anzahl der Änderungen des Magnetfeldes des zugeordneten Rades 2, 3, 4, 5 und geben ein Erfassungssignal über Ausgangsleitungen 18, 19, 20, 21 an eine Vergleichsschaltung 22 ab, welche die über die Leitungen 18, 19 zugeführten Umdrehungsgeschwindigkeitserf assungssignale des ersten Radpaares 2, 3 vergleicht und gleichzeitig die über die Leitungen 20, 21 zugeführten Umdrehungsgeschwindigkeitserfassungssignale des zweiten Radpaares 4, 5 miteinander vergleicht. Weichen die Umdrehungsgeschwindigkeiten zweier Räder des gleichen Radpaares voneinander ab, gibt die Vergleichsschaltung 22 über eine Leitung 23 ein Fehlersignal an eine Anzeigeeinrichtung 24 ab.Evaluation electronics 14, 15, 16, 17. The evaluation electronics circuits 14, 15, 16, 17 each determine the rotational speed or the number of changes in the magnetic field of the associated wheel 2, 3, 4, 5 and output a detection signal via output lines 18, 19, 20, 21 to a comparison circuit 22, which compares the rotational speed detection signals of the first wheel pair 2, 3 supplied via lines 18, 19 and simultaneously compares the rotational speed detection signals of the second wheel pair 4, 5 supplied via lines 20, 21. If the rotational speeds of two wheels of the same wheel pair differ from one another, the comparison circuit 22 outputs an error signal to a display device 24 via a line 23.

Die Anzahl der an dem Fahrwerk angebrachten Räder 2, 3, 4, 5 ist im Prinzip beliebig erhöhbar, wobei für jedes Rad ein eigener Sensor und eine eigene Auswerteelektronik vorgesehen wird.The number of wheels 2, 3, 4, 5 attached to the chassis can in principle be increased as desired, with each wheel being provided with its own sensor and its own evaluation electronics.

Bei den Hallsensoren 6, 7, 8, 9 handelt es sich beispielsweise um den Typ "TLE 4935" von Siemens mit eingebauter Temperaturkompensation und eingebauter Verstärkerschaltung. Desweiteren weist der "TLE 4935" einen eingebauten Schmitt-Trigger auf, der bei Änderung des Magnetfeldes an dem Hallsensor ausgangsseitig zwischen zwei binären logischen Zuständen umschaltet. Das Umschalten der in dem Hallsensor integrierten Elektronik wird durch die jeweils nachgeschaltete Auswerteelektronik erkannt. Hierbei ist die Stärke der Magneten ohne Bedeutung, weil das Ausgangssignal des Hallsensors bei schwachen Magneten genauso oft seinen Ausgangszustand ändert wie bei starken Magneten. Die Auswerteelektronik erkennt nur die Änderung des Magnetfeldes. Dies bietet den besonderen Vorteil, daß das erfindungsgemäße Radüberwachungssystem in hohem Maß unanfällig gegenüber Verschmutzungen ist.The Hall sensors 6, 7, 8, 9 are, for example, the "TLE 4935" type from Siemens with built-in temperature compensation and built-in amplifier circuit. The "TLE 4935" also has a built-in Schmitt trigger, which switches between two binary logical states on the output side when the magnetic field on the Hall sensor changes. The switching of the electronics integrated in the Hall sensor is detected by the evaluation electronics connected downstream. The strength of the magnets is irrelevant here, because the output signal of the Hall sensor changes its initial state just as often with weak magnets as with strong magnets. The evaluation electronics only detects the change in the magnetic field. This offers the particular advantage that the wheel monitoring system according to the invention is highly resistant to contamination.

Ist jedoch das Magnetfeld beispielsweise an dem Sensor 6 zu schwach, werden die entsprechenden Magnetfeldänderungen nicht mehr durch den Sensor erkannt. Ist der Abstand zwischen denHowever, if the magnetic field is too weak, for example at sensor 6, the corresponding magnetic field changes are no longer detected by the sensor. If the distance between the

Markierungen bzw. Sensoren 2a, 2b, 2c, 2d und dem zugehörigen Sensor 6 zu groß, wird die Magnetfeldänderung zu gering und der Hallsensor schaltet ausgangsseitig digital nicht mehr von dem ersten logischen Zustand in den zweiten logischen Zustand um.If the distance between the markings or sensors 2a, 2b, 2c, 2d and the associated sensor 6 is too large, the change in the magnetic field becomes too small and the Hall sensor no longer switches digitally on the output side from the first logical state to the second logical state.

Hierdurch wird es möglich neben der Änderung der Drehzahl bzw. der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades auch eine Deformation des Rades zu erkennen. Wird das Rad 2 beispielsweise aufgrund von großen Kräften verformt bzw. deformiert, eiert das Rad und einige der Markierungen 2a, 2b, 2c, 2d passieren den zugehörigen Sensor 6 in einem zu großen Abstand, so daß dieser Sensor ausgangsseitig nicht umschaltet.This makes it possible to detect a deformation of the wheel in addition to the change in the speed or rotational speed of the wheel. If the wheel 2 is deformed or distorted due to large forces, for example, the wheel wobbles and some of the markings 2a, 2b, 2c, 2d pass the associated sensor 6 at too great a distance, so that this sensor does not switch on the output side.

Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der in Figur 1 gezeigten Auswerteelektronikschaltungen 14, 15, 16, 17.Figure 2 shows a preferred embodiment of the evaluation electronic circuits 14, 15, 16, 17 shown in Figure 1.

Die Auswerteelektronikschaltung 14, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, ist an den zugehörigen Hallsensor 6, beispielsweise einem TLE 4935 angeschlossen, welcher die Magnetfeldänderung aufgrund der vorbeigeführten Permanentmagneten, die eine abwechselnde Polrichtung aufweisen, erfaßt und ein digitales Ausgangsimpulssignal abgibt. Die Auswerteelektronikschaltung 14 ist an eine Spannungsversorgung 25 angeschlossen, die beispielsweise eine Gleichspannung von 9 Volt liefert. Die Versorgungsspannung versorgt gleichzeitig den Hallsensor 6. Die Auswerteelektronikschaltung wandelt das von dem Hallsensor 6 abgegebene digitale Impulssignal in ein analoges Spannungssignal um, wobei die Spannung an den beiden Ausgangspolen 26, 27 umso größer ist je häufiger die Magnetfeldrichtung wechselt, d.h. je höher die Umdrehungsgeschwindigkeit des zugehörigen Rades 2 ist.The evaluation electronics circuit 14, as shown in Figure 2, is connected to the associated Hall sensor 6, for example a TLE 4935, which detects the magnetic field change due to the permanent magnets passing by, which have an alternating pole direction, and outputs a digital output pulse signal. The evaluation electronics circuit 14 is connected to a power supply 25, which, for example, supplies a direct voltage of 9 volts. The supply voltage simultaneously supplies the Hall sensor 6. The evaluation electronics circuit converts the digital pulse signal emitted by the Hall sensor 6 into an analog voltage signal, whereby the voltage at the two output poles 26, 27 is greater the more frequently the magnetic field direction changes, i.e. the higher the rotational speed of the associated wheel 2.

Die Auswerteelektronikschaltung 14 weist einen Kondensator 28 zur Ansteuerung der Basis eines Transistors 29 auf. Bei dem Transistor 29 handelt es sich beispielsweise um einen preiswerten NPN-Kleinleistungstransistor vom Typ "BC 548 C". Der Kondensator 28 ist zwischen den Ausgang des Hallsensors 6 und einem Verzwei-The evaluation electronics circuit 14 has a capacitor 28 for controlling the base of a transistor 29. The transistor 29 is, for example, an inexpensive NPN low-power transistor of the type "BC 548 C". The capacitor 28 is connected between the output of the Hall sensor 6 and a branch

gungspunkt 30 geschaltet. Zwischen der Basis des Transistors 29 und dem Verzweigungspunkt 30 befindet sich ein Widerstand 31 zur Begrenzung des Basisstroms. Zwischen dem Verzweigungspunkt 30 und dem einen Anschluß der Versorgungsspannung ist ein zweiter Widerstand 32 vorgesehen, welcher dafür sorgt, daß der Kondensator 28 ständig gegen Masse entladen wird.junction point 30. Between the base of the transistor 29 and the branching point 30 there is a resistor 31 to limit the base current. Between the branching point 30 and one connection of the supply voltage there is a second resistor 32 which ensures that the capacitor 28 is constantly discharged to ground.

Der Kondensator 28 dient als Hochpaß. Durch ihn fließt nur beim Wechsel des logischen Zustands an der Ausgangsseite des Hallsensors 6 ein Strom. Hierdurch hängt die Höhe des Basisstroms des Transistors 29 nur von der Häufigkeit des Magnetfeldwechsels ab und nicht von der am Ausgang des Hallsensors 6 liegenden nominalen Spannung. Ferner weist die Auswerteelektronikschaltung 14 einen Elektrolytkondensator 33, einen Widerstand 34 und einen Trimmpotentiometer 35 auf.The capacitor 28 serves as a high-pass filter. A current only flows through it when the logical state on the output side of the Hall sensor 6 changes. As a result, the level of the base current of the transistor 29 depends only on the frequency of the magnetic field change and not on the nominal voltage at the output of the Hall sensor 6. The evaluation electronics circuit 14 also has an electrolytic capacitor 33, a resistor 34 and a trim potentiometer 35.

An den Ausgangsanschlüssen 26, 27 der Auswerteelektronikschaltung 14 liegt eine Gleichspannung an, die für die weitere Auswertung durch die Vergleichseinrichtung 22 geeignet ist.A direct voltage is present at the output terminals 26, 27 of the evaluation electronics circuit 14, which is suitable for further evaluation by the comparison device 22.

Jede der Auswerteelektronikschaltung 14, 15, 16, 17 liefert an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 26, 27 eine Gleichspannung, die bei korrekten Lauf der Räder mit steigender Umdrehungszahl ansteigt.Each of the evaluation electronic circuits 14, 15, 16, 17 supplies a direct voltage to the respective output terminals 26, 27, which increases with increasing speed when the wheels are running correctly.

Figur 3 zeigt die in Figur 1 dargestellte Vergleichseinrichtung 22 sowie eine nachgeschaltete Anzeigeeinrichtung 24 im Detail.Figure 3 shows the comparison device 22 shown in Figure 1 as well as a downstream display device 24 in detail.

Zum Feststellen einer Spannungsdifferenz genügt es zwischen dem Ausgangsanschluß 27 der ersten Auswerteelektronikschaltung 14 und dem entsprechenden Ausgangsanschluß 27' der zweiten Auswerteelektronikschaltung 15 zu messen. Die beiden Anschlüsse 27, 27' der Auswerteelektronikschaltung 14, 15 werden über die Leitungen 18, 19, wie sie in Figur 1 gezeigt sind, mit den Eingangsanschlüssen 36, 37, wie sie in Figur 3 gezeigt sind, verbunden. Die Eingangsanschlüsse 36, 37 der VergleichseinrichtungTo determine a voltage difference, it is sufficient to measure between the output connection 27 of the first evaluation electronics circuit 14 and the corresponding output connection 27' of the second evaluation electronics circuit 15. The two connections 27, 27' of the evaluation electronics circuit 14, 15 are connected via the lines 18, 19, as shown in Figure 1, to the input connections 36, 37, as shown in Figure 3. The input connections 36, 37 of the comparison device

22 bilden die Wechselspannungsanschlüsse eines Brückengleichrichters. An den beiden Gleichspannungsausgangsknoten 38, 39 des Brückengleichrichters liegt immer der Betrag der Spannungsdifferenz zwischen den an den Eingangsanschlüssen 38, 39 anliegenden Spannungen an. Bei einem korrekten Lauf der beiden Räder 2, 3 eines Radpaares ist die Spannungsdifferenz 0. In der Praxis können natürlich minimale Spannungsabweichungen auftreten. Für die Anzeige eines Fehlers ist es irrelevant, welches der beiden Räder fehlerhaft läuft. Wesentlich ist nur die Abweichung.22 form the AC voltage connections of a bridge rectifier. The two DC voltage output nodes 38, 39 of the bridge rectifier always have the amount of the voltage difference between the voltages present at the input connections 38, 39. If the two wheels 2, 3 of a wheel pair are running correctly, the voltage difference is 0. In practice, of course, minimal voltage deviations can occur. For the display of an error, it is irrelevant which of the two wheels is running incorrectly. Only the deviation is important.

Der in Figur 3 gezeigte Brückengleichrichter besteht beispielsweise aus vier Siliziumdioden, so daß im Gleichrichter immer etwa 0,5 Volt Spannung abfallen. Dieser Spannungsabfall, der bei leistungsstarken Netzgeräten wegen der nicht unerheblichen Erwärmung meist unerwünscht ist, wird bei der in Figur 3 gezeigten Schaltung ganz bewußt ausgenutzt. Die in der Praxis auftretenden minimalen Differenzen zwischen den Einzelspannungen werden auf diese Weise unterdrückt. Erst wenn eine Spannungsdifferenz von mehr als 0,5 Volt auftritt, werden die Siliziumdioden im Brükkengleichrichter leitend und es läßt sich eine Spannung an seinen Ausgängen 38, 39 erfassen. Um auch bei langsamen Fahrgeschwindigkeiten bzw. niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeiten der Räder eine relativ konstante Spannung zu halten, sind in der Vergleichseinrichtung 22 ein Elektrolytkondensator 40 und ein Lastwiderstand 41 vorgesehen.The bridge rectifier shown in Figure 3, for example, consists of four silicon diodes, so that a voltage of around 0.5 volts always drops in the rectifier. This voltage drop, which is usually undesirable in high-performance power supplies due to the considerable heating, is deliberately exploited in the circuit shown in Figure 3. The minimal differences between the individual voltages that occur in practice are suppressed in this way. Only when a voltage difference of more than 0.5 volts occurs do the silicon diodes in the bridge rectifier become conductive and a voltage can be detected at its outputs 38, 39. In order to maintain a relatively constant voltage even at slow driving speeds or low rotational speeds of the wheels, an electrolytic capacitor 40 and a load resistor 41 are provided in the comparison device 22.

Die Vergleichseinrichtung 22 weist einen als Komparator geschalteten Operationsverstärker 42 auf. Dieser Operationsverstärker 42 wird über Versorgungsleitungen 43, 44 mit einer symmetrischen Gleichspannung von beispielsweise +/- 5 Volt versorgt. Sein invertierender Eingang liegt über eine Leitung 45 an einem
Trimmpotentiometerwiderstand 46 und sein nicht invertierender Eingang liegt über eine Leitung 47 an dem Gleichspannungsausgangsanschluß 38 des Brückengleichrichters an. Der andere Gleichspannungsausgangsanschluß 39 des Brückengleichrichters ist über eine Leitung 48 mit Masse verbunden. Wenn sich die beiden RäderThe comparison device 22 has an operational amplifier 42 connected as a comparator. This operational amplifier 42 is supplied with a symmetrical direct voltage of, for example, +/- 5 volts via supply lines 43, 44. Its inverting input is connected via a line 45 to a
Trim potentiometer resistor 46 and its non-inverting input is connected via a line 47 to the DC output terminal 38 of the bridge rectifier. The other DC output terminal 39 of the bridge rectifier is connected to ground via a line 48. When the two wheels

2, 3 eines Radpaares im Gleichlauf befinden, liegt an den beiden Eingängen des Operationsverstärkers 42 keine Eingangsspannung an. Der Operationsverstärker 42 ist ausgangsseitig über einen Widerstand 49 mit zwei antiparallel verschalteten Leuchtdioden 50, 51 verbunden. Die beiden in Figur 3 gezeigten Leuchtdioden 50, 51 bilden die in Figur 1 dargestellte Anzeigeeinrichtung 24.2, 3 of a wheel pair are in synchronism, there is no input voltage at the two inputs of the operational amplifier 42. The operational amplifier 42 is connected on the output side via a resistor 49 to two anti-parallel connected light-emitting diodes 50, 51. The two light-emitting diodes 50, 51 shown in Figure 3 form the display device 24 shown in Figure 1.

Durch den Trimmpotentiometerwiderstand 46 wird an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 eine sehr kleine positive Spannung angelegt, so daß, wenn der Operationsverstärker keine Spannungsdifferenz aufgrund eines Gleichlaufs der beiden Räder erfaßt, er aufgrund dieser sehr kleinen Spannung derart schaltet, daß die erste Leuchtdiode 50 aufleuchtet und signalisiert, daß kein Fehlerfall aufgetreten ist.The trim potentiometer resistor 46 applies a very small positive voltage to the inverting input of the operational amplifier 42, so that if the operational amplifier does not detect a voltage difference due to synchronization of the two wheels, it switches on the basis of this very small voltage in such a way that the first LED 50 lights up and signals that no error has occurred.

Wenn jedoch umgekehrt eine ausreichende Spannungsdifferenz aufgrund von Unterschieden bei der Umdrehungsgeschwindigkeit von zwei Rädern eines Radpaares auftritt, wechselt der Ausgangszustand des Operationsverstärkers 42 und die andere Leuchtdiode 51 leuchtet auf, um einen Fehler zu signalisieren.Conversely, if a sufficient voltage difference occurs due to differences in the rotational speed of two wheels of a wheel pair, the output state of the operational amplifier 42 changes and the other LED 51 lights up to signal an error.

Zusätzlich kann noch ein Transistor durchgeschaltet werden, der bei einem Fehler einen abschaltbaren kleinen Piezo-Signalgeber aktiviert. Zur Einschaltkontrolle gibt der Signalgeber nach dem Anlegen der Betriebsspannung einen kurzen Signalton ab.In addition, a transistor can be switched through, which activates a small piezo signal generator that can be switched off if an error occurs. To check that it is switched on, the signal generator emits a short signal tone after the operating voltage is applied.

Das in Figur 1 gezeigte Radüberwachungssystem kann auf vielfältige Weise variiert werden. Bei einem echten Eisenbahnwaggon sind nicht zwei Räder zu überwachen, sondern acht Räder. Dies bedeutet jedoch nicht, daß man auch jedes Rad gegen jedes Rad vergleichen muß. Es reicht nämlich völlig aus, die Durchschnittspannung der vier Radüberwachungseinheiten am vorderen Drehgestell des Waggons mit der am hinteren Drehgestell zu vergleichen. Der Grund dafür liegt darin, daß es äußerst unwahrscheinlich ist, daß an einem Waggon sowohl am hinteren als auch am vorderen Drehgestell gleichzeitig ein ähnlicher Fehler auftritt. Es werden daher beiThe wheel monitoring system shown in Figure 1 can be varied in many ways. In a real railway carriage, there are not two wheels to be monitored, but eight wheels. However, this does not mean that one has to compare every wheel against every wheel. It is quite sufficient to compare the average voltage of the four wheel monitoring units on the front bogie of the carriage with that on the rear bogie. The reason for this is that it is extremely unlikely that a similar fault will occur on both the rear and front bogies of a carriage at the same time.

einer bevorzugten Aus führungs form lediglich die Ausgangsanschlüsse 27 der vier Auswerteüberwachungsschaltungen 14 eines Drehgestells zusammengeschaltet. Die Anschlüsse 26 der Auswerteelektronikschaltung 14 sind aufgrund der gemeinsamen Spannungsversorgung bereits verbunden. Sobald sich an einer Auswerteelektronikschaltung 14 eine niedrige Ausgangsspannung einstellt als in den drei anderen Auswerteeelektronikschaltungen 15, 16, 17 eines Drehgestells, sinkt auch die Durchschnittsspannung am entsprechenden Drehgestell etwas ab. Dieser Spannungsabfall ist zwar nicht so hoch wie es der Fall wäre, wenn nur ein Rad überwacht würde, aber bei entsprechender Modifikation der Bauteile und der Betriebsspannung ist er in jedem Fall ausreichend, um eine Differenz zu dem anderen Drehgestell zu erkennen und dies als Fehler zu melden.In a preferred embodiment, only the output connections 27 of the four evaluation monitoring circuits 14 of a bogie are connected together. The connections 26 of the evaluation electronics circuit 14 are already connected due to the common voltage supply. As soon as a lower output voltage is set at an evaluation electronics circuit 14 than in the three other evaluation electronics circuits 15, 16, 17 of a bogie, the average voltage at the corresponding bogie also drops slightly. This voltage drop is not as high as it would be if only one wheel were monitored, but with appropriate modification of the components and the operating voltage it is in any case sufficient to detect a difference to the other bogie and report this as an error.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Summe der Drehgeschwindigkeiten aller vier Räder des vorderen Drehgestells mit der Summe der Drehgeschwindigkeiten aller vier Räder des hinteren Drehgestells verglichen und bei einer Abweichung ein Fehlersignal abgegeben.In a preferred embodiment, the sum of the rotational speeds of all four wheels of the front bogie is compared with the sum of the rotational speeds of all four wheels of the rear bogie and, if there is a deviation, an error signal is emitted.

Das erfindungsgemäße Radüberwachungssystem überwacht sich selbst. Sowohl bei einem Defekt an einem Hallsensor 6, 7, 8, 9 als auch bei einer Unterbrechung einer Zuleitung gibt das erfindungsgemäße Radüberwachungssystem ein Warnsignal ab. Wenn die Betriebsspannung ganz ausfällt, wird dies durch ein Verlöschen der Leuchtdiode 50 in Figur 3 angezeigt. Im Normalbetrieb muß stets eine der beiden Leuchtdioden 50, 51 leuchten.The wheel monitoring system according to the invention monitors itself. The wheel monitoring system according to the invention emits a warning signal both in the event of a defect in a Hall sensor 6, 7, 8, 9 and in the event of an interruption in a supply line. If the operating voltage fails completely, this is indicated by the LED 50 in Figure 3 going out. In normal operation, one of the two LEDs 50, 51 must always light up.

Bei dem in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Radüberwachungssystem kann das über die Leitung 23 abgegebene Fehlersignal als Statusmeldung über ein Bussystem an ein zentrales Sicherheitssystem abgegeben werden.In the wheel monitoring system according to the invention shown in Figure 1, the error signal emitted via line 23 can be transmitted as a status message to a central security system via a bus system.

Claims

PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS
EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS

Your reference/your ref.

Our reference/our ref.

DR. rer.nat HORST REINHARD (-1998)

DIPL.- ING. UDO SKUHRA

DIPL.- ING. REINHARD WEISE

DR. rer.nat. WERNER BEHNISCH

DR. rer.nat. STEPHAN BARTH

DIPL.- ING. JÜRGEN METZLER*

DIPL.- DIPL.- ING. GLYN CHARLES (DPA)

FRIEDRICHSTR. 31 D-80801 MÜNCHEN P.O. BOX 440151 D-80750 MÜNCHEN Tel. +49-89-3816100 Fax.+49-89-3401479FRIEDRICHSTR. 31 D-80801 MUNICH P.O. BOX 440151 D-80750 MUNICH Tel. +49-89-3816100 Fax.+49-89-3401479

* MOHRENSTR. D-96450 COBURG Tel.+49-9561-871538 Fax.+49-9561-871539

Munich

P11013 S/GC/sa 04 February 1999

Applicant:

Dominik Schultheiss
Siegmundstrasse 3
D-95445 Bayreuth

Protection claims

1. Wheel monitoring system for monitoring the synchronization of wheels (2, 3; 4, 5) of at least one chassis, in particular on rail vehicles, the wheel monitoring system comprising:

Detection devices (6, 14; 7, 15; 8, 16; 9, 17) for contactless detection of the rotational speed of the respective wheels, and

a comparison device (22) for comparing the detected rotational speeds and

to emit an error signal if these rotational speeds deviate from each other.

E-MAIL: isar-patent@t-online.de ■ INTERNET: http://www.isarpatent.com
ISARPATE NT»

2. Wheel monitoring system according to claim 1·, · ; J " J " "&idigr;"&iacgr;

characterized,

that the comparison device (22) is provided to compare the sum of the rotational speeds of all wheels (2-5) of a first bogie with the sum of the rotational speeds of all wheels (2-5) of a second bogie.

3. Wheel monitoring system according to claim 1 or 2, characterized in

that the two wheels (2, 3; 4, 5) of a wheel pair are connected to each other via an axle and run on respective rails.

4. Wheel monitoring system according to claim 1, 2 or 3, characterized in

that each wheel has marking devices.

5. Wheel monitoring system according to claim 4, characterized in

that the marking devices are arranged at a predetermined distance on the circumference of the wheel.

6. Wheel monitoring system according to claim 4 or 5, characterized in

that the marking devices are permanent magnets.

7. Wheel monitoring system according to claim 6, characterized in

that the permanent magnets are attached to the wheel with alternating polarity.

8. Wheel monitoring system according to one of claims 1 to 7, characterized in

that the detection device (6, 14; 7, 15; 8, 16; 9, 17) has a sensor (6, 7, 8, 9) which detects the magnetic field change through the permanent magnets when the wheel rotates.

9. Wheel monitoring system according to claim 8,
characterized,

that the detection device (6, 14; 7, 15; 8, 16; 9, 17) has voltage converter electronics (14, 15, 16, 17) which converts the analog signal emitted by the sensor (6, 7, 8, 9) into a digital output signal.

10. Wheel monitoring system according to claim 9,
characterized,

that the comparison device (22) compares the two digital output signals of the voltage converter electronics (14, 15; 16, 17) belonging to a wheel pair (2, 3; 4, 5).

11. Wheel monitoring system according to one of claims 1 to 10,
characterized,

that the comparison device (22) is connected to a display device (24) which emits an optical or acoustic warning signal when an error signal is emitted by the comparison device (22).

12. Wheel monitoring system according to one of claims 1 to 11,
characterized,

that the marking device is embedded in a recess in the circumference of the wheel, filled with an elastic material.

13. Wheel monitoring system according to one of claims 1 to 11,
characterized,

that the marking devices consist of a magnetic foil divided into several segments.

14. Wheel monitoring system according to one of claims 1 to 13,
characterized,

that the error signal is sent to an external safety system via a bus line.

15. Wheel monitoring system according to one of claims 1 to 14,
characterized,

that in the event of a deformation of the wheel due to the increased distance between the marking devices and the detection device, a change in rotational speed is detected when the marking device rotates past the detection device (6, 14; 7, 15; 8, 16; 9, 17).

16. Wheel monitoring system according to one of claims 1 to 15,
characterized,

that the comparison device (22) has an operational amplifier.

17. Use of the wheel monitoring system according to one of claims 1 to 16 for checking the locking behavior of the wheels in an anti-lock monitoring device.