DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA LA MONITORIZACIÓN DE ERRORES DE LOS COMPONENTES DE UN CARRO INFERIOR DE VEHÍCULOS FERROVIARIOS.

Carro inferior de un vehículo ferroviario con un dispositivo (2) para la monitorización de errores de los componentes del carro inferior,

que contiene, al menos, un sensor de aceleración (28, 28', 28") que actúa conjuntamente con un dispositivo de evaluación (32), en donde, al menos, un sensor de aceleración (28, 28', 28") se encuentra dispuesto en el carro inferior, de manera tal que su dirección de detección (30, 30', 30") presente, al menos, un componente paralelo al eje vertical (dirección Z) del vehículo ferroviario, caracterizado porque el sensor de aceleración (28, 28', 28") está diseñado de manera tal que suministre una señal de medición que contenga un componente de señal correspondiente a la aceleración por gravedad (g), o que constituya una señal correspondiente a la aceleración por gravedad (g), y porque el dispositivo de evaluación (32) comprende una rutina para la comprobación del funcionamiento del sensor de aceleración (28, 28', 28"), que selecciona una señal de error en el caso que la señal de medición suministrada por el sensor de aceleración (28, 28', 28") no contenga ningún componente de señal correspondiente a la aceleración por gravedad (g), o que no constituya una señal correspondiente a la aceleración por gravedad (g), y que suprima la señal de error cuando no sea el caso

Estado del arte

La presente invención hace referencia a un carro inferior de un vehículo ferroviario, con un dispositivo para la monitorización de errores de los componentes del carro inferior, de acuerdo con la reivindicación 1, así como a un método para la monitorización de errores de los componentes del carro inferior de vehículos ferroviarios, de acuerdo con la reivindicación 15.

En la circulación de vehículos ferroviarios, los sistemas de monitorización para carros inferiores cobran cada vez más importancia. Por una parte, dichos sistemas de monitorización se exigen, por razones de seguridad, por normativa o directivas. Como ejemplo, aquí se mencionan los siguientes sistemas, que son exigidos a nivel europeo por parte de la ETI (Especificaciones Técnicas de Interoperabilidad -Diario Oficial de las Comunidades Europeas) para los trenes de alta velocidad:

- Sistemas de a bordo para la detección de descarrilamiento,

- Sistemas de a bordo para la detección de cajas calientes o bien, para la identificación de daños en los cojinetes,

- Sistemas de a bordo para la identificación de inestabilidad o bien, de amortiguadores defectuosos,

Por otra parte, los sistemas de monitorización de carros inferiores para el diagnóstico y la detección temprana de componentes defectuosos, estados críticos o bien, otros errores, se utilizan con el fin de alcanzar un mantenimiento a tiempo y orientado al estado. Además, otros objetivos consisten en tiempos de parada reducidos, un mejor aprovechamiento de los componentes, y de esta manera, un ahorro en costes.

De esta manera, se emplea, por ejemplo, en el tren de alta velocidad, un sistema para la detección de una marcha inestable, y en los metros más nuevos que marchan automáticamente, se utiliza un sistema para la detección de descarrilamientos. Dichos sistemas tienen en común el hecho de que están construidos de manera funcional y actúan por sí mismos. Cada uno de dichos sistemas utiliza sensores propios.

Para la detección de inestabilidad, se montan convencionalmente uno o una pluralidad de sensores en el bastidor del bogie, que miden la aceleración transversal (transversal a la dirección de marcha x), en un rango de frecuencias determinado, y ante el exceso de los valores límite, generan un aviso de alarma.

En las patentes DE 101 45 433 C2 y EP 1 317 369 se describen un método y un dispositivo para la monitorización de errores de los componentes de un vehículo ferroviario, que también se basan en la medición de valores de aceleración que se agregan a las consolas del dispositivo estabilizador fijado en la caja de vagón. Allí, la dirección de detección del sensor de aceleración es paralela a la dirección de marcha.

En la patente DE 199 53 677 se describe un ejemplo de un método y un dispositivo para la detección de descarrilamiento. De esta manera, se evalúan directamente las señales de medición de un sensor de aceleración dispuesto en un cojinete del eje. Los valores de aceleración medidos se integran dos veces y se comparan con un valor límite. El sensor de aceleración simple presenta una dirección de detección que se extiende en la dirección del eje vertical (dirección z) del vehículo ferroviario. Sin embargo, de acuerdo con la declaración, también se pueden utilizar sensores de aceleración que presenten direcciones de detección simultáneamente en la dirección de marcha (dirección x), transversalmente a la dirección de marcha (dirección y), y en la dirección del eje vertical (dirección z). En el caso de un sensor de aceleración de esta clase, se trata de un denominado sensor múltiple, es decir, que se compone esencialmente de, al menos, dos, en este caso tres sensores de aceleración, cada uno de los cuales mide en una dirección de detección.

La problemática en el caso de dichas direcciones de monitorización relevantes para la seguridad, consiste en el aseguramiento de la capacidad de funcionamiento de los sensores de aceleración que, según el nivel de seguridad, se debe garantizar mediante una seguridad ante fallos o bien, una detección de fallos. En la fig. 8 se representa esquemáticamente el diseño y el funcionamiento de un dispositivo para la monitorización de errores de los componentes del carro inferior de vehículos ferroviarios, que comprende lo siguiente:

- Un sensor de aceleración, que incluye la fijación y la electrónica integrada de ajuste y de amplificación,

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- una electrónica para el procesado de la señal y para la evaluación, que incluye un dispositivo de suministro para el sensor de aceleración,

- Líneas de transmisión para la transmisión de las señales del sensor de aceleración hacia la electrónica de evaluación,

- Líneas de transmisión para el suministro de corriente eléctrica del sensor de aceleración.

Algunos componentes de la cadena de medición que se muestra en la fig. 8, se pueden comprobar durante el funcionamiento mediante funciones de comprobación o circuitos. De esta manera, se puede detectar, por ejemplo, una caída de la línea de transmisión, dado que se alimenta una tensión de equilibrio (tensión media), o se alimenta el sensor de aceleración mediante una corriente eléctrica constante. Por lo tanto, una interrupción de la línea se puede comprobar mediante una modificación de la tensión de equilibrio o bien, de la corriente constante.

Por el contrario, resulta problemática la comprobación de los propios sensores de aceleración. Para comprobar que el sensor de aceleración aún funciona, y que suministra una señal de medición exactamente de acuerdo con su especificación, resulta necesario someter dicho sensor a una señal de aceleración definida. Además, el sensor de aceleración se debe desmontar y después se debe montar sobre un banco de pruebas calibrado (vibrador), que representa un coste significativo ante el hecho de que los sensores de aceleración generalmente se encuentran dispuestos en espacios constructivos de difícil acceso, como en bogies de vehículos ferroviarios. Por otra parte, durante el desmontaje y el montaje, no se pueden evitar daños en el sensor, así como montajes incorrectos.

Otra posibilidad ofrecen los sensores con dispositivo de autocomprobación propio. Además, el elemento sensor se activa mediante un dispositivo adicional integrado. En el caso que el sensor suministre una señal esperada, entonces dicho sensor se encuentra intacto. Esta clase de dispositivos de autocomprobación se emplean, por ejemplo, en sensores de airbags en vehículos a motor. Sin embargo, un dispositivo de autocomprobación de esta clase no se encuentra a disposición para cualquier clase de sensor o bien, para cualquier tamaño constructivo de sensor, y encarece dicho sensor.

Para evitar comprobaciones en los sensores desmontados o bien, en los dispositivos de autocomprobación, los sensores de aceleración se pueden proveer de manera redundante, y se puede comprobar, en cuanto a la plausibilidad, un fallo o un funcionamiento incorrecto de un sensor mediante una comparación de ambas señales del sensor. Sin embargo, esto condiciona también a un uso de un equipamiento técnico superior, y de esta manera, ocasiona costes más elevados.

En comparación, el objeto de la presente invención consiste en perfeccionar un dispositivo, así como un método para la monitorización de errores de los componentes del carro inferior de vehículos ferroviarios, de manera tal que en el caso de un diseño simple, se pueda monitorizar de manera económica el funcionamiento de los sensores de aceleración utilizados.

Dicho objeto se resuelve, conforme a la presente invención, mediante las características de la reivindicación 1.

Revelación de la presente invención

Conforme a la presente invención, el sensor de aceleración está diseñado de manera tal que suministre una señal de medición que contenga un componente de señal correspondiente a la aceleración por gravedad g, o que constituya una señal correspondiente a la aceleración por gravedad g. Además, el dispositivo de evaluación comprende una rutina para la comprobación del funcionamiento del sensor de aceleración, que selecciona una señal de error en el caso que la señal de medición suministrada por el sensor de aceleración no contenga ningún componente de señal correspondiente a la aceleración por gravedad g, o que no constituya una señal correspondiente... [Seguir leyendo]

1. Carro inferior de un vehículo ferroviario con un dispositivo (2) para la monitorización de errores de los componentes del carro inferior, que contiene, al menos, un sensor de aceleración (28, 28', 28") que actúa conjuntamente con un dispositivo de evaluación (32), en donde, al menos, un sensor de aceleración (28, 28', 28") se encuentra dispuesto en el carro inferior, de manera tal que su dirección de detección (30, 30', 30") presente, al menos, un componente paralelo al eje vertical (dirección Z) del vehículo ferroviario, caracterizado porque el sensor de aceleración (28, 28', 28") está diseñado de manera tal que suministre una señal de medición que contenga un componente de señal correspondiente a la aceleración por gravedad (g), o que constituya una señal correspondiente a la aceleración por gravedad (g), y porque el dispositivo de evaluación (32) comprende una rutina para la comprobación del funcionamiento del sensor de aceleración (28, 28', 28"), que selecciona una señal de error en el caso que la señal de medición suministrada por el sensor de aceleración (28, 28', 28") no contenga ningún componente de señal correspondiente a la aceleración por gravedad (g), o que no constituya una señal correspondiente a la aceleración por gravedad (g), y que suprima la señal de error cuando no sea el caso.

2. Carro inferior de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de medición suministrada por el sensor de aceleración (28, 28', 28") representa, en el caso que el vehículo ferroviario se encuentre en reposo, la señal correspondiente a la aceleración por gravedad (g), y en el caso que el vehículo ferroviario se encuentre en marcha, comprende el componente de señal correspondiente a la aceleración por gravedad.

3. Carro inferior de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque existen elementos de filtración que separan mediante filtración el componente de señal, correspondiente a la aceleración por gravedad (g), de la señal de medición suministrada por el sensor de aceleración (28, 28', 28").

4. Carro inferior de acuerdo con, al menos, una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo de evaluación (32) está diseñado de manera que la rutina de comprobación se ejecute una vez, repetidas veces en intervalos de tiempo o de manera continua.

5. Carro inferior de acuerdo con, al menos, una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sensor de aceleración (28, 28', 28") es un sensor de aceleración piezoeléctrico, piezorresistivo o capacitivo.

6. Carro inferior de acuerdo con, al menos, una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque

a) al menos, un sensor de aceleración (28, 28') se encuentra dispuesto en un bastidor de bogie (4) o en un cojinete de eje montado (14 a 20) de un eje (22, 24) de un bogie (1) del vehículo ferroviario, de manera tal que su dirección de detección (30, 30') presente, al menos, un componente en la dirección de marcha (dirección x), o un componente perpendicular a la dirección de marcha (dirección y), y simultáneamente un componente paralelo al eje vertical (dirección z) del vehículo ferroviario, o porque

b) se proveen sensores de aceleración (28") asignados a cojinetes de eje montado (14 a 20) de un eje (22, 24), de los cuales un sensor de aceleración (28") se encuentra dispuesto en un cojinete de eje montado (16 ó 18) del eje (24, 22), de manera que su dirección de detección (30") sea paralela a la dirección de marcha (dirección x), y de los cuales otro sensor de aceleración (28") se encuentra dispuesto en el otro cojinete de eje montado (14 ó 20) del eje (22, 24), de manera que su dirección de detección (30") sea paralela al eje vertical (dirección z) del vehículo ferroviario.

7. Carro inferior de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque un único sensor de aceleración (28) se encuentra dispuesto en el bastidor de bogie (4) del bogie (1).

8. Carro inferior de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la dirección de detección (30) del sensor de aceleración (28) se encuentra en un plano perpendicular a un eje (22, 24) del bogie (1), y presenta un ángulo de 45 grados en relación con el eje vertical (dirección z), así como en relación con un eje (dirección x) dispuesto paralelamente a la dirección de marcha.

9. Carro inferior de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la dirección de detección (30) del sensor de aceleración (28) se encuentra en un plano perpendicular a la dirección de marcha (dirección x), y presenta un ángulo de 45 grados en relación con el eje vertical (dirección z), así como en relación con un eje (dirección y) dispuesto perpendicularmente a la dirección de marcha.

10. Carro inferior de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque en cada caso se encuentra dispuesto un sensor de aceleración (28') en sólo un cojinete de eje montado (16, 18) de los cojinetes de eje montado (14 a 20) de un eje (22, 24) del bogie (1).

11. Carro inferior de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la dirección de detección (30') del sensor de aceleración (28') se encuentra en un plano perpendicular al eje (22, 24), y presenta un ángulo de 45 grados en relación con el eje vertical (dirección z), así como en relación con un eje (dirección x) dispuesto paralelamente a la dirección de marcha.

5 12. Carro inferior de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque para cada cojinete de eje montado (14 a 20) de un eje (22, 24) se provee un sensor de aceleración (28").

13. Carro inferior de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque los sensores de aceleración (28") se encuentran dispuestos en los cojinetes de eje montado (14 a 20) de los ejes (22, 24) del bogie (1), de manera que, vistos en la dirección de marcha (dirección x), las direcciones de detección (30") de los sensores de aceleración (28") se disponen alternadamente en cada lado del vehículo.

14. Carro inferior de acuerdo con, al menos, una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, al menos, un sensor de aceleración (28, 28', 28") se encuentra integrado en un sensor combinado (38) con, al menos, un sensor de velocidad (34) para la medición de la velocidad momentánea de la rueda, y/o con un sensor de temperatura (39) para la medición de la temperatura momentánea de un cojinete de eje montado (14 a 20).

15. Método para la monitorización de errores de los componentes de un carro inferior de vehículos ferroviarios, que comprende, al menos, las siguientes etapas:

- Empleo de, al menos, un sensor de aceleración (28, 28', 28"), cuya señal de medición contiene un componente de señal correspondiente a la aceleración por gravedad, o constituye una señal correspondiente a la aceleración por gravedad, -Disposición del sensor de aceleración (28, 28', 28") en el carro inferior del vehículo ferroviario, de manera tal que su dirección de detección (30, 30', 30") presente, al menos, un componente paralelo al eje vertical (dirección z) del vehículo ferroviario,

- Comprobación del funcionamiento del sensor de aceleración (28, 28', 28"), de manera que se seleccione una señal de error en el caso que la señal de medición suministrada por el sensor de aceleración (28, 28', 28") no contenga ningún componente de señal correspondiente a la aceleración por gravedad, o que no constituya una señal correspondiente a la aceleración por gravedad, y que se suprima la señal de error cuando no sea el caso.