Método y dispositivo para estimar la temperatura de una caja de cojinete de eje montado de un eje montado de un vehículo ferroviario.

Método para estimar la temperatura (TB,est) de una caja de cojinete de eje montado

(1) de un eje montado de un vehículo ferroviario mediante un modelo matemático (Tbearingestimator), donde

- el modelo matemático (Tbearingestimator) se encuentra diseñado para estimar la temperatura (TB,est) de la respectiva caja de cojinete de eje montado (1) en función de la velocidad (Vtrain) y de la temperatura de entorno (Tamb) del vehículo ferroviario como variables de entrada del modelo matemático (Tbearing,estimator), y adicionalmente

- la temperatura de un componente (6) del eje montado, el cual es distinto de la caja de cojinete de eje montado (1) pero que indirecta o directamente se encuentra conectado de forma térmicamente conductora con la caja de cojinete de eje montado (1), es medida durante el funcionamiento como temperatura de medición (Tmeas),

- la temperatura del componente (6) distinto de la caja de cojinete de eje montado (1) es estimada con la ayuda del modelo matemático (Tbearingestimator) como temperatura estimada (Tmeas,est),

- para mejorar la precisión del modelo matemático (Tbearing estimator) en cuanto a la estimación de la temperatura (TB,est) de la caja de cojinete de eje montado (1), el modelo matemático (Tbearingestimator) presenta un elemento de corrección (Kb), con el cual dicho modelo matemático es calibrado o ajustado de manera continua, en el tiempo o cíclicamente en base a una comparación de la temperatura de medición (Tmeas) con la temperatura estimada (Tmeas,est).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/063206.

Solicitante: KNORR-BREMSE SYSTEME FUR SCHIENENFAHRZEUGE GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: MOOSACHER STRASSE 80 80809 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: FRIESEN,ULF, FURTWÄNGLER,RALF.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > FERROCARRILES > OTROS EQUIPOS AUXILIARES PARA FERROCARRILES (frenos... > Gálibos de perfiles de vehículos ferroviarios;... > B61K9/04 (Detectores para indicar el calentamiento excesivo de cojinetes de ejes y órganos similares, p. ej. conjugados al sistema de frenado para accionar los frenos en el caso de un defecto)

PDF original: ES-2472940_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Mïtodo y dispositivo para estimar la temperatura de una caja de cojinete de eje montado de un eje montado de un vehïculo ferroviario La presente invenciïn hace referencia a un mïtodo y a un dispositivo para estimar la temperatura de una caja de cojinete de eje montado de un eje montado de un vehïculo ferroviario mediante un modelo matemïtico segïn los preïmbulos de la reivindicaciïn 1 y de la reivindicaciïn 8.

En la circulaciïn de vehïculos ferroviarios actualmente se utilizan cada vez mïs sistemas de diagnïstico y de control con los cuales pueden detectarse modificaciones de estado de los componentes y de los grupos de componentes del vehïculo ferroviario para reconocer defectos de esos componentes y grupos de componentes. En particular en el caso del eje montado de un vehïculo ferroviario se considera muy importante la detecciïn de daïos relacionados con un sobrecalentamiento.

Los trenes modernos de alta velocidad se desplazan internacionalmente y deben observarse los criterios correspondientes para asegurar la interoperabilidad, como por ejemplo la Directiva 96/48/EG. En dicha norma se exige entre otras cosas el control a bordo de las cajas de cojinete de eje montado de los ejes montados del vehïculo ferroviario. Para revelar estados crïticos, como por ejemplo el sobrecalentamiento de una caja de cojinete de eje montado, es necesario en particular controlar la temperatura de la caja de cojinete de eje montado.

Por la solicitud EP 1 365 163 A1 se conoce un dispositivo para controlar la temperatura de una caja de cojinete de eje montado de un eje montado de un vehïculo ferroviario, en donde un elemento sensor se encuentra dispuesto directamente en un elemento de junta de la caja de cojinete de eje montado, es decir lo mïs cercano posible a la zona de carga de la caja de cojinete de eje montado. Sin embargo, la colocaciïn de un sensor de temperatura directamente en la zona de carga de una caja de cojinete de eje montado, en donde, de acuerdo con la experiencia, se presentan las temperaturas mïs elevadas, es decir, en la zona superior, observado desde la direcciïn de la circunferencia del aro de rodamiento externo, requiere de una cierta inversiïn en cuanto a la conexiïn mecïnica del sensor de temperatura y su cableado, y debido al espacio requerido, es complicado de ejecutar en cuanto al aspecto constructivo, en particular cuando dentro de una unidad de rodamiento, por ejemplo en el caso de rodamientos dobles, deben considerarse ademïs varias zonas de carga.

Objeto de la invenciïn A este respecto, es objeto de la presente invenciïn proporcionar un mïtodo, asï como un dispositivo para estimar la temperatura de una caja de cojinete de eje montado de un eje montado de un vehïculo ferroviario mediante un modelo matemïtico, el cual posibilite una estimaciïn lo suficientemente precisa de la temperatura de la caja de cojinete de eje montado con una inversiïn reducida en cuanto a la tecnologïa de procesamiento de seïales y sin la colocaciïn de sensores de temperatura en la respectiva caja de cojinete de eje montado.

Este objeto se alcanzarï a travïs de las caracterïsticas de la reivindicaciïn 1 y de la reivindicaciïn 8.

Descripciïn de la invenciïn En el mïtodo acorde a la invenciïn se prevï que

- el modelo matemïtico estï diseïado para estimar la temperatura de la respectiva caja de cojinete de eje montado

o en un punto caracterïstico de la respectiva caja de cojinete de eje montado, en funciïn de la velocidad y de la temperatura de entorno del vehïculo ferroviario como variables de entrada del modelo matemïtico, y adicionalmente

- la temperatura de un componente del eje montado, el cual es distinto de la caja de cojinete de eje montado pero que indirecta o directamente se encuentra conectado de forma tïrmicamente conductora con la caja de cojinete de eje montado, sea medida durante el funcionamiento como temperatura de mediciïn,

- la temperatura del componente distinto de la caja de cojinete de eje montado sea estimada con la ayuda del modelo matemïtico como temperatura estimada,

- para mejorar la precisiïn del modelo matemïtico en cuanto a la estimaciïn de la temperatura de la caja de cojinete de eje montado, el modelo matemïtico presenta un elemento de correcciïn con el cual dicho modelo matemïtico sea calibrado o ajustado de manera continua, en cierto tiempo o cïclicamente en base a una comparaciïn de la temperatura de mediciïn con la temperatura estimada.

Expresado de otro modo, tiene lugar una calibraciïn propia o un ajuste propio del modelo matemïtico a travïs de la mediciïn y la estimaciïn de la temperatura en un lugar distinto a la respectiva caja de cojinete de eje montado, en donde las condiciones para colocar un sensor de temperatura y su cableado son mïs favorables que en la respectiva caja de cojinete de eje montado.

De manera adicional con respecto a la velocidad y a la temperatura de entorno del vehïculo ferroviario, pueden emplearse tambiïn otras variables de entrada para el modelo matemïtico. Gracias al modelo matemïtico debe poder deducirse la temperatura de la caja en base a la temperatura en el punto de mediciïn, es decir en el componente distinto de la caja de cojinete de eje montado o en grupo de componentes distinto de la caja de cojinete de eje montado. El modelo matemïtico se basa en el principio de que la entrada de calor en la caja de cojinete de eje montado a travïs de conducciïn tïrmica se transmite al punto de mediciïn a travïs de conducciïn tïrmica y de transferencia de calor, y ademïs ïsta es influenciada por factores externos, como por ejemplo el enfriamiento de los componentes del eje montado por el flujo de aire debido al desplazamiento, la velocidad del vehïculo ferroviario o su sobrecalentamiento por una temperatura de entorno elevada. Si en el lugar de mediciïn mencionado, sin aplicar el mïtodo aquï presentado, se aplicara simplemente sïlo un umbral de diagnïstico muy reducido, deberïa tenerse presente la apariciïn de avisos errïneos ocasionados por perturbaciones correspondientes.

Junto con la temperatura en el punto de mediciïn, la velocidad y la temperatura externa son variables de entrada del modelo matemïtico. El mïtodo ofrece como resultado una temperatura interna estimada de la caja de cojinete de eje montado, asï como la temperatura de la caja de cojinete de eje montado en un punto caracterïstico como la zona de carga. El modelo matemïtico considera condiciones de contorno tïrmicas, como por ejemplo:

• la entrada de calor por fricciïn de la caja

• la conducciïn tïrmica dentro del eje montado

• la convecciïn libre

• la convecciïn forzada

El elemento de correcciïn K o su factor de correcciïn se adapta de forma continua o cïclica al punto de mediciïn mediante una comparaciïn de la temperatura medida con la temperatura estimada. A travïs de la influencia del elemento de correcciïn aumenta la precisiïn del modelo matemïtico con el tiempo de funcionamiento. Los errores iniciales en la modelaciïn original, las imprecisiones y las desviaciones del comportamiento real, como se producen en un vehïculo ferroviario a travïs de influencias perturbadoras, son compensados en gran medida por el elemento de correcciïn.

La estimaciïn de la temperatura puede utilizarse para detectar cajas sobrecalentadas (detecciïn de sobrecalentamiento) , comparando el valor de temperatura estimado con un valor lïmite de temperatura, donde si el valor de temperatura estimado excede el valor lïmite de temperatura se genera una seïal para una caja de cojinete de eje montado sobrecalentada y si el valor de temperatura estimado se ubica por debajo del valor lïmite de temperatura se genera una seïal para un funcionamiento... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Mïtodo para estimar la temperatura (TB, est) de una caja de cojinete de eje montado (1) de un eje montado de un vehïculo ferroviario mediante un modelo matemïtico (Tbearingestimator) , donde

- el modelo matemïtico (Tbearingestimator) se encuentra diseïado para estimar la temperatura (TB, est) de la respectiva caja de cojinete de eje montado (1) en funciïn de la velocidad (Vtrain) y de la temperatura de entorno (Tamb) del vehïculo ferroviario como variables de entrada del modelo matemïtico (Tbearing, estimator) , y adicionalmente

- la temperatura de un componente (6) del eje montado, el cual es distinto de la caja de cojinete de eje montado (1) pero que indirecta o directamente se encuentra conectado de forma tïrmicamente conductora con la caja de cojinete de eje montado (1) , es medida durante el funcionamiento como temperatura de mediciïn (Tmeas) ,

- la temperatura del componente (6) distinto de la caja de cojinete de eje montado (1) es estimada con la ayuda del modelo matemïtico (Tbearingestimator) como temperatura estimada (Tmeas, est) ,

- para mejorar la precisiïn del modelo matemïtico (Tbearing estimator) en cuanto a la estimaciïn de la temperatura (TB, est) de la caja de cojinete de eje montado (1) , el modelo matemïtico (Tbearingestimator) presenta un elemento de correcciïn (Kb) , con el cual dicho modelo matemïtico es calibrado o ajustado de manera continua, en el tiempo o cïclicamente en base a una comparaciïn de la temperatura de mediciïn (Tmeas) con la temperatura estimada (Tmeas, est) .

2. Mïtodo para estimar las temperaturas de una pluralidad de cajas de cojinete de eje montado de ejes montados de un vehïculo ferroviario segïn la reivindicaciïn 1, caracterizado porque

- al menos, a algunas de las cajas de cojinete de eje montado (1...n) se encuentra asignado respectivamente un modelo matemïtico (Tambestimator, 1... Tambestimator, n) para en funciïn de la velocidad (Vtrain) del vehïculo ferroviario, como variable de entrada del respectivo modelo matemïtico (Tambestimator, 1... Tambestimator, n) , respectivamente estimar un valor (Tamb, 1.... Tamb.n) para la temperatura de entorno del vehïculo ferroviario, donde

- para mejorar la precisiïn de los modelos matemïticos (Tambestimator, 1... Tambestimator, n) asignados a por lo menos algunas de las cajas de cojinete de eje montado (1...n) , en cuanto a la respectiva estimaciïn del valor (Tamb, 1 ... Tamb, n) para la temperatura de entorno del vehïculo ferroviario se proporciona para cada uno de los modelos matemïticos (Tambestimator, 1... Tamb estimator, n) un elemento de correcciïn (Ka, 1...Ka, n) mediante el cual el respectivo modelo matemïtico (Tambestimator, 1... Tambestimatorn) es calibrado o ajustado de manera continua, en el tiempo o cïclicamente en base a una comparaciïn de la respectiva temperatura estimada (Tmeas, est, 1 ... Tmeas, est, n) con la respectiva temperatura de mediciïn (Tmeas, 1...Tmeas, n) del respectivo componente (6) distinto de la respectiva caja de cojinete de eje montado (1 ... n) , y

- porque una temperatura de entorno resultante (Tamb, res) se conforma a partir de los valores (Tamb, 1...Tamb, n) para la temperatura de entorno que es estimada en base a los modelos matemïticos (Tambestimator, 1... Tambestimator, n) asignados a por lo menos algunas de las cajas de cojinete de eje montado (1...n) , donde dicha temperatura de entorno es usada respectivamente como variable de entrada para los modelos matemïticos (Tbearing, estimator, 1…Tbearing, estimator, n) , los cuales se proporcionan para estimar el valor (TB, est, 1... TB, est, n) de la respectiva temperatura de la caja de cojinete de eje montado (1...n) .

3. Mïtodo segïn la reivindicaciïn 2, caracterizado porque la temperatura de entorno resultante (Tamb, res) es calculada mediante la formaciïn de valores promedio o medianas de las n temperaturas del entorno estimadas mïs bajas (Tamb) a partir de los valores (Tamb, 1 ... Tamb, n) para la temperatura de entorno que son estimados en base a los modelos matemïticos (Tambestimator, 1... Tambestimator, n) asignados a por lo menos algunas de las cajas de cojinete de eje montado (1...n) .

4. Mïtodo segïn una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el modelo matemïtico (Tbearing, estimator) para estimar la temperatura de la caja de cojinete de eje montado (1) y/o el modelo matemïtico (Tambestimator, 1... Tamb estimatorn) para estimar la temperatura de entorno (Tamb) del vehïculo ferroviario se basa en una modelizaciïn de, al menos, algunos de los siguientes elementos:

las capacidades tïrmicas de los componentes (1, 2, 4, 6) del eje montado o de la caja de cojinete de eje montado, la conducciïn tïrmica en los componentes (1, 2, 4, 6) del eje montado o de la caja de cojinete de eje montado, las resistencias tïrmicas de transferencia de calor entre los componentes (1, 2, 4, 6) del eje montado o de la caja de cojinete de eje montado, asï como transferencia de calor forzada, condicionada por convecciïn forzada y libre, entre componentes (1, 2, 4, 6) del eje montado o de la caja de cojinete de eje montado y del entorno.

5. Mïtodo segïn una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el modelo matemïtico (Tbearingestimator) para estimar la temperatura de la caja de cojinete de eje montado (1) y/o en el modelo matemïtico (Tambestimator) para estimar la temperatura de entorno (Tamb) del vehïculo ferroviario se realiza respectivamente una calibraciïn bïsica o una parametrizaciïn bïsica, en base a la cual se adaptan los elementos de correcciïn (Ka, Kb) para mejorar la precisiïn de los modelos matemïticos (Tbearingestimator, Tambestimator) durante el funcionamiento del vehïculo ferroviario.

6. Mïtodo segïn una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el caso de una temperatura estimada (TB, est) de la caja de cojinete de eje montado (1) que excede un valor lïmite de temperatura se suministra una seïal para un estado aplicado de al menos de al menos un freno de fricciïn que se encuentra asignado a la caja de cojinete de eje montado (1) o que es adyacente con respecto a la misma, y en el caso de una temperatura estimada (TB, est) de la caja de cojinete de eje montado (1) que se ubica por debajo un valor lïmite de temperatura se suministra una seïal para un estado liberado del freno de fricciïn que se encuentra asignado a la caja de cojinete de eje montado (1) o que es adyacente con respecto a la misma.

7. Mïtodo segïn una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en el caso de una temperatura estimada (TB, est) de la caja de cojinete de eje montado (1) que excede un valor lïmite de temperatura se suministra una seïal para una caja de cojinete de eje montado (1) sobrecalentada y en el caso de una temperatura estimada (TB, est) de la caja de cojinete de eje montado (1) que se ubica por debajo de un valor lïmite de temperatura se suministra una seïal para un funcionamiento sin perturbaciïn tïrmica de la caja de cojinete de eje montado (1) .

8. Dispositivo para estimar la temperatura (TB, est) de una caja de cojinete de eje montado (1) de un eje montado de un vehïculo ferroviario mediante un modelo matemïtico (Tbearing estimator) , donde

- se proporciona un sensor de temperatura (10) para medir la temperatura de un componente (6) del eje montado, el cual es distinto de la caja de cojinete de eje montado (1) pero que indirecta o directamente se encuentra conectado de manera tïrmicamente conductora con la caja de cojinete de eje montado (1) , asï como

- un microordenador, en donde se implementa el modelo matemïtico (Tbearing, estimator) para estimar la temperatura (TB, est) de la respectiva caja de cojinete de eje montado (1) en funciïn de la velocidad (Vtrain) y de la temperatura de entorno (Tamb) del vehïculo ferroviario como variables de entrada del modelo matemïtico (Tbearingestimator) , y adicionalmente

- la temperatura del componente (6) del eje montado, que es distinto de la caja de cojinete de eje montado (1) pero que indirecta o directamente se encuentra conectado con la caja de cojinete de eje montado (1) de manera tïrmicamente conductora, es medida por el sensor de temperatura (10) durante el funcionamiento como temperatura de mediciïn (Tmeas) ,

- la temperatura del componente (6) distinto de la caja de cojinete de eje montado (1) es estimada con la ayuda del modelo matemïtico (Tbearing estimator) como temperatura estimada (Tmeas, est) ,

- para mejorar la precisiïn del modelo matemïtico (Tbearing estimator) en cuanto a la estimaciïn de la temperatura (TB, est) de la caja de cojinete de eje montado (1) , el modelo matemïtico (Tbearingestimator) presenta un elemento de correcciïn (Kb) , con el cual dicho modelo matemïtico es calibrado o ajustado de manera continua, en el tiempo o cïclicamente en base a una comparaciïn de la temperatura de mediciïn (Tmeas) con la temperatura estimada (Tmeas, est) .

9. Dispositivo segïn la reivindicaciïn 8, caracterizado porque el sensor de temperatura (10) se encuentra agrupado con un sensor de velocidad de un dispositivo antideslizamiento del vehïculo ferroviario para conformar un sensor de combinaciïn.

10. Dispositivo segïn la reivindicaciïn 8 ï 9, caracterizado porque el componente (6) del eje montado, distinto de la caja de cojinete de eje montado (1) , es una tapa de la caja de cojinete de eje montado (6) que cubre al menos parcialmente la caja de cojinete de eje montado (1) .