(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受を支持するための軸箱ハウジング（１）を備えたタイプの鉄道車軸ハブユニットであって、
垂直方向の振動を検出するためのセンサ手段（４）を備え、
前記センサ手段（４）は、軸受に堅固に固定された静止支持要素（２）上に取付けられ、
前記センサ手段（４）は、振動の検出レベルを示す信号を生成して、鉄道車両または列車に搭載された電子処理ユニットに送信することに適用され、
これにより前記処理ユニットは、モニタされた前記ハブユニットに関連した切迫する故障および／または損傷した状態を実時間で信号送出可能であるハブユニットにおいて、
前記静止支持要素（２）は、シート金属の環状の封止インサート（２）であることを特徴とするハブユニット。
【請求項２】
前記センサ手段（４）は、前記環状の封止インサート（２）上の前記軸受の回転軸と垂直に整列した位置に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット。
【請求項３】
前記センサ手段（４）は、前記環状の封止インサート（２）上の前記軸受の回転軸の上方に垂直に整列した位置に取付けられていることを特徴とする請求項２に記載のハブユニット。
【請求項４】
前記センサ手段（４）は、水平軸方向の振動を検出するためのセンサ手段（５）を更に有するセンサ本体（３，９）内に組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット。
【請求項５】
軸受の温度を検出するためのセンサ手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット。
【請求項６】
車軸の回転速度および／または車軸の回転方向を測定するためのセンサ手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット。
【請求項７】
前記センサの全ては、単一のセンサ本体（３，９）内に収容されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のハブユニット。
【請求項８】
前記垂直方向の振動を検出するためのセンサ手段は、垂直方向を指向した第１の加速度計（４）を有することを特徴とする請求項１に記載のハブユニット。
【請求項９】
前記水平軸方向の振動を検出するためのセンサ手段（５）は、水平軸方向を指向した第２の加速度計（５）を有することを特徴とする請求項４に記載のハブユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、軸受を支持するための軸箱ハウジングを備えたタイプの鉄道車軸ハブユニットに関する。
【０００２】
［背景技術］
車軸を支持する軸受の機械的劣化は、車軸の動作性能に不利な影響を与えるだけでなく、車両の安全性を低下させ、また脱線のような破局的結果を伴う軸受の故障へと導くことになる。
【０００３】
上述した種類の軸受または関係する車輪が受ける主要な構造的あるいは機能的欠陥は、以下のように要約できる：
−その部品（内側および外側の軌道輪、回転する本体、リテーニングケージ、封止装置、車軸に対する軸受の軸方向位置を規定する肩部）間で過剰なあそびを誘発する軸受の製造または組立欠陥；疲労に起因した亀裂や剥離；軸受を流れる電流に起因した局部穿孔；錆跡；
−軸受の内側部分の不十分な潤滑；汚染または劣化した潤滑剤；
−鉄道車両の走行中の車輪ロックに起因した車輪の回転表面の平坦部；レール接触域における車輪断面の過剰な摩耗；
−車軸に関する車輪の軸方向のあそび。これにより、車輪の回転軸は垂直面に対して直交しなくなる。
【０００４】
現在までのところ、軸受の状態をチェックする方法は、周期的な保守介入に制限されている。このような介入によって、同じ車両の全ての軸受は、それらの状態に関係なく交換される。その中には、依然として有効であって、交換する必要のない軸受も含まれる。
【０００５】
この処置手法は、先ず始めに、高い労働コストと、車両を未使用のままにしておくための受動的コストとを包含するが、とりわけ、軸受が潜在的に危険な状態を示すまでに劣化する前の時点で故障の予測や検出を許容しないものである点が理解される。それ故、欠陥のある軸受や車輪を、交換用の保守スケジュールによって設定された時点までの長い期間、連続して使用するリスクがある。
【０００６】
米国特許第５，４３３，１１１号は、鉄道車両の１組の車輪に関連した欠陥状態と、所定の鉄道車両が走行するレール軌道に関連した欠陥状態とを検出するための装置を開示している。この装置は、車輪の回転レートを示すデータを生成するための測定手段と、１つの軸がレール軌道に対して概ね垂直である３つの直交軸に沿った運動を示すデータを生成することに適用される１組の加速度計と、受信した回転レートと運動データに基づいて、車両の少なくとも１つの車輪に関連した欠陥状態を検出することに適用されるデータプロセッサとを備える。
【０００７】
米国特許第５，３８１，６９２号は、ヘリコプターの駆動軸を支持するための軸受アセンブリの監視システムに関する。このシステムは、軸受アセンブリが発生する振動を示す信号を与えるための振動センサと、軸受アセンブリの動作温度を示す信号を与えるための第１の温度検知手段と、周囲温度を示す信号を与えるための第２の温度検知手段とを有する。
【０００８】
［発明の開示］
本発明の１つの目的は、欠陥の存在、欠陥の種類およびその正確な位置を適時に予測および／または識別して、その警告を与えることであり、特に車両または列車のどの車輪が欠陥によって影響されているかを区別し、更に欠陥が車輪、その軸受または軸受部品の１つに影響しているか否かを区別する。
【０００９】
本発明のもう１つの目的は、欠陥の変化に関する実時間の情報を適時に得るために、軸受の動作状態の連続した実時間監視を提供することである。これは、厳しい故障に対する緊急性に介入したり、あるいは検出された故障の重大さに依存した介入を遅延させたり、あるいは、例えば動作欠陥が安定化されたか、安定化されかかっているときに、介入しない機会を考慮することを可能とするためである。
【００１０】
本発明のもう１つの目的は、適切であるか必要である時だけ介入するように、保守を最適化し、そして個別に欠陥があるか摩耗したものと区別された軸受だけを交換することである。
【００１１】
以下で更に良く理解されるこれらの、そして他の目的は、本発明に係る軸受を支持するための軸箱ハウジングを備えたタイプの鉄道車軸ハブユニットにより達成される。このハブユニットは、概ね垂直方向の振動を検出するためのセンサ手段を備え、前記センサ手段は、軸受に堅固に固定された静止支持要素上に取付けられ、前記センサ手段は、振動の検出レベルを示す信号を生成して、鉄道車両または列車に搭載された電子処理ユニットに送信することに適用され、これにより前記処理ユニットは、モニタされた前記ハブユニットに関連した切迫する故障および／または損傷した状態を実時間で信号送出可能であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の異なる目的は、軸受および車輪が受ける振動を検出するために、また可能性のある欠陥の性質、位置および程度を正確に個別に区別するために最適な位置に配置された振動センサを装備したハブユニットを提供することにある。
【００１３】
この目的は、請求項２〜４に規定された特徴を有するハブユニットによって達成される。
【００１４】
他の重要な特徴は、他の従属項に規定されている。
【００１５】
この発明の特徴および利点は、限定しない例として純粋に提供される、添付の図面を参照した、２〜３の実施例の詳細な説明から明らかになる。
【００１６】
［発明を実施するためのモード］
先ず図１を参照すると、符号１は、既知の手法で鉄道車両に固定できる実質的に円筒形の軸受ハウジング全体を示している。このハウジングは、そこに収容されるが簡略化のために図示されていない回転接触軸受を支持するためのものである。
【００１７】
軸受を車外側から封止（シーリング）するために適用される金属製の環状の封止インサート２、すなわち、静止支持要素は、車軸軸受の半径方向外側の軌道輪（図６に１７で示される）上に圧接される。封止インサート２は、厚さ約２ｍｍの常温鍛造鋼板によって形成されていることが好ましい。
【００１８】
図３も参照すると、この発明に従って、封止インサート２上には、双方向性の加速度計デバイスを含んだセンサ本体３が搭載されている。この加速度計デバイスは、垂直方向を指向した第１の加速度計４と、水平軸方向を指向した第２の加速度計５とを備える。
【００１９】
センサ本体３は、封止インサート２上の、軸受の回転軸と垂直に整列した、最も振動の強い位置に配置される。センサ本体は、インサートの高い部分（換言すれば、１２時方向に）、即ち軸受の回転体が最大負荷を受ける区域に対応して配置されることが好ましい。
【００２０】
センサ本体３は、封止インサート２のラジアル表面２ａ上に置かれる基部３ａを形成している。この基部は、センサ本体３を着脱自在な手法で封止インサート２に固定するためのそれぞれの締結要素（図示せず）を貫通させる一対の孔３ｂを有する。
【００２１】
加速度計４および５は、好ましくは圧電素子型であり、センサ本体内に組み込まれたそれぞれの増幅器（図示せず）に関連している。
【００２２】
加速度計４は、軸受／車輪のアセンブリが受ける垂直振動を検出する。加速度計５は、車両が軌道に沿って振動するときに車輪リムがレールをヒットすることによって生成される水平振動を検出することに役立つ。
【００２３】
図１に示された例では、全体が６で指示される異なるセンサ本体が、封止インサート２上の、センサ本体３が取り付けられた位置とは異なる位置に取付けられている。このセンサ本体６は、軸受の回転軌道輪と共に高速に回転する磁化されたリングの極の通過を検出する回転速度センサのような運動センサと、おそらくは他の運動センサ、例えば回転の方向を検出するためのセンサとを組み込んでいる。
【００２４】
図１に例示されたものとは異なり、ハウジングに装備された全てのセンサは、図３に示すように、単一のセンサ本体３内に組み込んでもよい。この場合、封止インサート２は、前述した磁化されたリングに対し運動センサが対向することを可能にするセンサ本体３の位置に、開口（図示せず）を有する。
【００２５】
好ましい実施例では、振動および運動センサの他に、通常動作の温度よりも高い温度が発生したことを信号伝達して、軸受内の摩擦が許容性のしきい値を越えていることを示すために、温度センサ（図示せず）も含まれる。
【００２６】
種々のセンサによって生成された信号は、ケーブル７を通して同じハウジング１上に取付けられた多ピン型コネクタ８へ送信される。
【００２７】
種々のセンサからの種々の信号は、このコネクタ８から、鉄道車両または列車上に搭載された電子処理ユニット（図示せず）に送信される。前記ユニットは、受信した信号を処理する。前記ユニットは、例えば、過度に高い温度や、判定された欠陥に関連した不規則な振動周波数のような、欠陥のある動作の状態を認識するために適用される適切なソフトウエアを備え、欠陥が検出された後は、その存在および時間的変化を信号伝達する。
【００２８】
モニタされたパラメータの１つに関係した少なくとも１つの信号が所定のしきい値レベルを超えると、処理ユニットは、欠陥を除去し、そして安全な状態と正しい動作を回復するために、その時点で介入することを可能にする警報信号を生成する。
【００２９】
これらのパラメータは、連続してまたは周期的に、要求に従ってまたは検出される可能性ある欠陥の重大性に従って、平凡にモニタされる。
【００３０】
この発明の図４および５に示された変形例によると、センサ本体は、中空円筒９の形状を有する。これは、ハウジング１内に直接形成された凹んだシート１０内に、例えばネジ止めによって固定されることに適用される。上記センサを含んだカプセル１１は、シリンダ９内にロックされる。
【００３１】
図４の変形例では、シート１０は、シート１０内に取り付けられたセンサ本体９がハウジング１の外側表面１２と同じ高さを保つように、２つの異なる直径によって形成され、寸法決めされている。
【００３２】
図５の変形例では、円筒形本体９は、ハウジングの外部に突出するようにデザインされ、そして下側ネジ部１３によってハウジングに結合される。
【００３３】
図６の変形例では、フランジ部９ａがセンサ本体９と一体的に形成されている。このフランジ部９ａは、センサ本体９を、ハウジング１の外側表面１４上か、あるいは図６の場合のように、外側のハウジング１を閉鎖するカバー部材１５上に載置して固定することに役立つ。フランジ部９ａは、センサ本体９を着脱自在にカバー部材１５（またはハウジング１）に固定するために、締結要素、例えばネジまたはボルトを収容するための一対の孔１６（その一方だけが図示されている）を有する。このようにして、センサ本体は外部からアクセス可能になり、これによりセンサのオーバーホールや交換のために、センサ本体は簡単に取り除かれる。さらには、図６の変形例は、どのような種類の従来の車軸ユニットにも適用可能な点で優れている。図６において、符号１７は、軸受の外側の静止軌道輪を示し、また符号１８は、車軸１９およびインパルスリングまたはホニック輪２０と共に高速に回転する内側の軌道輪を示している。車軸１９の回転速度を検出するための１つのセンサ（図示せず）が、センサ本体９の半径方向内側の端部９ｂ中に取付けられ、インパルスリング２０と動作可能に対向するように、カバー部材の開口１５ａを通して突出している。センサ本体９はまた、温度センサおよび／または既知の種類の他の運動センサを収容可能であることが明記されるべきである。
【００３４】
本発明は、欠陥の正確な位置および性質を識別すること、並びにこの明細書の導入部分で掲載されたいくつかの欠陥を個別に区別して異なった信号を伝達することを可能にするものである点が理解される。処理ユニットのソフトウエアは、振動が軸受／車輪のアセンブリの欠陥によって起こされたものであるか、湾曲したレールまたはスイッチを越える車両の通過に単に起因するものかを区別することが可能である。
【００３５】
振動センサを封止デバイスのシールドに配置することは、特に振動信号を読み取るために、特に有利であると考えられている。この点に関しては如何なる特異な理論にも拘束されることは望ましいことではないが、出願人によって実施された試験は、封止インサートが、軸受に緊密に固定された硬く薄い構造故に、振動の伝達に理想的な経路を構成していることを示している。
【００３６】
さらに、センサを封止デバイスのシールドに配置することは、モニタされた信号を分析するための電子回路に電流を供給するための電源発生器をハウジング内に取付けるために使用される可能性のある同じ空間を自由に保つ。この可能性は、電源を有しないワゴンへの適用に対して特に関心のあることである。
【００３７】
ここでは、この発明の或る特徴だけが説明され、図示されてきたが、多くの修正、置換、変化および均等物が、当業者に起こることであろう。例えば、検出された信号は、有線または無線送信によって遠隔地、例えば運転者の運転室内に配置された一般的な処理ユニットに送信され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る軸受のハウジングの内部とセンサユニットを一部破断して示す斜視図である。
【図２】  図１のハウジングの外部を一部破断して示す斜視図である。
【図３】  異なる方向を指向した２つの振動センサを装備したセンサキャリア本体の拡大斜視図である。
【図４および図５】  図３のセンサキャリア本体の２つのそれぞれの変形例を模式的に示す前面図である。
【図６】  センサキャリアの異なる変形例を示す部分断面図である。
【図１】
0004477242.tif 000002
【図２】
0004477242.tif 000003
【図３】
0004477242.tif 000004
【図４】
0004477242.tif 000005
【図５】
0004477242.tif 000006
【図６】
0004477242.tif 000007