JP2016540474A - 複数の架線における摩耗監視のための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】架線の摩耗を検出するために、集電装置と架線の間の押圧力を特定する力測定システムを得ること。【解決手段】ロードセル４ａ〜４ｄが、両結合横材２ａ，２ｂの各端部に配置されており、複数のロードセル４ａ，４ｂの第１の端部がすり板１ｂに結合されており、複数のロードセル４ｃ，４ｄの第１の端部がすり板１ａに結合されており、１つのロードセル４ａの第２の端部が結合横材２ａの第１の端部に結合されており、１つのロードセル４ｂの第２の端部が結合横材２ｂの第１の端部に結合されており、１つのロードセル４ｃの第２の端部が結合横材２ｂの第２の端部に結合されており、１つのロードセル４ｄの第２の端部が結合横材２ａの第２の端部に結合されており、ロードセル４ａ，４ｄの長手軸線が結合横材２ａの長手軸線の方向に延在しており、ロードセル４ｂ，４ｃの長手軸線が結合横材２ｂの長手軸線の方向に延在している。

Description

本発明は、すり板対を有する集電装置を備えた、電気的に動作する鉄道車両のための複数の架線における摩耗監視のための装置に関するものである。

集電装置のすり板対を架線に対して押圧する力は、架線の摩耗にも、またすり板の摩耗にも影響を与えるものである。押圧力の測定、特に押圧力の短時間の変化の測定により、架線又はすり板における損傷を推定することが可能である。

押圧力を測定するため、及び摩耗を監視するための様々な装置が従来技術から知られている。特許文献１には、これらの関係が説明されている。したがって、電気的なひずみゲージを有する力センサの使用により問題が生じることが指摘される。なぜなら、センサ類が１．５〜２５ｋＶの高電圧電位にさらされ、例えばバッテリによって給電されるためである。２つのオートバイ用のバッテリを用いる際には、約２４時間の動作寿命が得られ得るべきである。架線からのエネルギー発生は、この電気的な力測定技術にとって非常に手間のかかるものであるとともに影響をうけやすいものである。したがって、特許文献１には、以下ではＦＢＧセンサという、ファイバ・ブラッグ・グレーティングのタイプの複数のセンサを用いることが提案されている。なぜなら、これらのセンサは、電気的な高電圧場の影響を受けないためである。ただし、高い精度でのＦＢＧセンサの構成はむずかしい。一方では、ＦＢＧセンサを有する細い光ファイバを、少なくとも部分的に測定すべき力で負荷される部材へ容易に貼付することが可能である。特に金属フィルムから成る従来のＤＭＳ（ひずみゲージ）に対して用いられる変形体は、限定的にのみＦＢＧセンサを備えることができる。なぜなら、大きな弾性により、及び貼付時に遵守すべき光ファイバの大きな曲げ半径のゆえにＦＢＧセンサの貼付に本質的により多くの空間が必要となるためである。換言すれば、ＦＢＧセンサのための変形体における貼付箇所は、電気的な、すなわち金属製のひずみゲージのための変形体に比べて本質的に広範囲に形成されることができ、これにより、変形体の体積全体が拡大される。

設定された使用分野においては、用いられるセンサ類により、集電装置における空気抵抗が５％より多く上昇してはならないという要件が存在する。従来技術から公知となった測定システムは、比較的不正確であるか、又は体積の大きい、すなわち走行方向において過大な空気抵抗を有している。走行方向におけるできる限りわずかな空気抵抗についての要件は、エネルギーの節約のために高められない。集電装置は、大きな走行速度においても振動しやすくならないように構成及び調整されている。機械的な振動は、集電装置又は架線さえも損傷させる、コントロール不能で次第に高まる共振効果を引き起こし得る。センサ類の再据え付けは流れ特性、すなわち集電装置の空気抵抗についての変化も引き起こすため、最大で５％のその限界値があらかじめ規定される。

この力測定システムについての別の原理的な要件は、できる限りわずかな製造コストと、高い機械的な頑強性である。例えば、架線に着氷すると、変形体又はこれに貼付されたセンサは、損傷してはならない。この要件を満たすために、力測定又は計量の従来技術から、機械的なストッパの形態の過負荷保護部を設けることが知られている。しかしながら、このような過負荷保護部は、体積が大きく、したがって、存在する集電装置の構造要素が空力的に組み込まれていない場合には更に空気抵抗が増大してしまう。しかし、このような空力的な組込は常に特殊な構造を必要とするものであり、したがって高価である。

したがって、高い測定精度と、わずかな製造コストと同時に高い機械的な頑強性と、わずかな空力的な抵抗とについて要件を満たすことがむずかしい。

独国特許発明第１０２４９８９６号明細書

この点で、本発明の課題は、架線の摩耗又は損傷を検出することができるように、走行中に集電装置と架線の間の押圧力を特定するための力測定システムを得ることにある。力測定システムは、架線への着氷時に生じるような過負荷に対して大きな機械的な頑強性を備える必要がある。構造寸法と、特に走行方向における空力抵抗とは、わずかであるべきである。

上記課題は、請求項１による、力測定装置を用いた、複数の架線における摩耗監視のための装置によって解決される。

この装置は、鉄道の走行方向において特にわずかな空気抵抗を備えているとともに、衝突的な過負荷に対して比較的損傷しにくいという利点を有している。特に、架線着氷の場合には、用いられる変形体が非常に頑強であることが分かった。得られた測定精度は、既に存在する部材上へ単にひずみセンサを貼付し、そのため実際に作用する力の比較的不正確にのみ検出可能な構造に比べて明らかに高いものである。

請求項２によれば、各すり板と棒状の各ロードセルの間に、それぞれ１つのプレート状のバネ要素が配置されている。装置のこの発展形態は、ロードセルが過負荷によって損傷することなく、当該装置が比較的大きな衝突的な負荷を受容することが可能であるという利点を有している。

請求項３によれば、結合横材の各端部と棒状のロードセルの各端部の間に、それぞれ１つのプレート状のバネ要素が配置されている。これは、請求項２の装置の代替的なものである。

請求項４によれば、各すり板と棒状のロードセルの各端部の間にも、また各結合横材と棒状のロードセルの各端部の間にも、それぞれ１つのプレート状のバネ要素が配置されている。装置のこの発展形態は、この装置が比較的大きな衝突的な負荷に対しても損傷しづらいという利点を有している。

請求項４に係る実施形態は、最良の実施形態ということができる。

請求項５によれば、棒状のロードセルが、電磁場に対して損傷しづらい複数のファイバ・ブラッグ・グレーティングセンサ（ＦＢＧセンサ）を備えている。移動する電磁場が測定電子機器における電圧を誘起することがあるため、この電圧が測定精度に影響を与えることがあり得る。これは、ＦＢＧセンサを用いることで防止される。なぜなら、光学的な信号は電磁場の影響を受けないためである。この変形体が上述の関係に基づき、金属フィルム−ひずみゲージを有する変形体よりもやや体積が大きくとも、変形体の棒形状により、構造に関連して走行方向において最適な測定システムが得られる。

請求項６によれば、鋼又はアルミニウムで製造され、片側で結合横材に固定された強固な保護スリーブが、棒状の各ロードセルと各結合横材の間の接続の範囲の周囲に配置されている。保護スリーブにおける固定されていない側は、汚れを防止するために合成樹脂から成るシールを含むことができる。この保護スリーブは、機械的な保護のほかに電磁場に対する部分的な保護も提供するものである。

請求項７によれば、強固な保護スリーブの直径が、その内面が過負荷ストッパとして作用するように選択されている。これにより、過負荷に対する変形体の機械的な保護が更に改善される。

請求項８によれば、ステンレス鋼で製造され、両側において密封式のシールを備えたベローズが、棒状の各ロードセルと各結合横材の間の接続の範囲の周囲に配置されている。装置のこの発展形態は、腐食及び汚れに対する良好な保護を達成しようとする場合に好ましい。

力測定装置を用いた、複数の架線における摩耗監視のための装置の構造、機能及び他の利点を、概略的な図面に関連した実施例に基づいて以下に詳細に説明する。

複数の架線における摩耗監視のための装置の第１の実施形態の概略的な斜視図である。 複数の架線における摩耗監視のための装置の第２の実施形態の概略的な斜視図である。 図２による実施形態における、保護スリーブを備えた部分の拡大図である。 図２による実施形態における、ベローズを備えた部分の拡大図である。 従来技術による二重集電装置を示す図である。

図４に示されているように、従来技術による二重集電装置が、２つのすり板（１ａ，１ｂ）と、これらすり板に結合された結合横材（２ａ，２ｂ）とを備えており、動作状態では、すり板（１ａ，１ｂ）が架線（３）に対して直角に配向されているとともに、結合横材（２ａ，２ｂ）がこの架線に対して平行に配向されている。結合横材（２ａ，２ｂ）によって連結された不図示の複数の押圧リンク機構を用いて、すり板（１ａ，１ｂ）が架線（３）へ押圧される。上方へ向けられた４つの力の矢印の先端は、不図示の押圧リンク機構の連結点を示している。

図１に示されているように、両結合横材（２ａ，２ｂ）の各端部での架線における摩耗監視のための装置の第１の実施形態では、架線（３）に対して平行に、すなわち走行方向に延びるそれぞれ１つの棒状のロードセル（４ａ〜４ｄ）が配置されている。これにより、走行中に、ロードセルの本質的により大きな側面ではなく棒状のロードセル（４ａ〜４ｄ）の比較的小さな断面のみが空力抵抗を生じさせる。棒状のロードセル（４ａ〜４ｄ）は、プレート状のバネ要素（５ａ１〜５ｄ１）を介して両すり板（１ａ，１ｂ）に結合されているとともに、プレート状のバネ要素（５ａ２〜５ｄ２）を介して両方の結合横材（２ａ，２ｂ）に結合されている。これらプレート状のバネ要素（５ａ２〜５ｄ２）も、その比較的小さな端面のみが走行方向において示し、したがってわずかな流れ抵抗のみが生成されるように整向されている。

プレート状のバネ要素（５ａ１〜５ｄ１）及び（５ａ２〜５ｄ２）は、特に側方の衝撃荷重を受容するとともに、したがってこの衝撃荷重を直接棒状のロードセル（４ａ〜４ｄ）へ伝達されることを防止するものである。これらプレート状のバネ要素（５ａ２〜５ｄ２）は、例えば架線着氷又はかなり大きな架線の損傷により生じるこのような衝撃荷重は、これらバネ要素の存在なしに棒状のロードセル（４ａ〜４ｄ）を過度に負荷し、これにより損傷することがある。

この力測定システムにより、適合する評価電子機器との信号技術的な接続後、電気的な測定信号又は光学的な測定信号が処理され、すり板（１ａ，１ｂ）から架線（３）へ適用される力が測定され、このとき、測定は、車両の静止状態においても、また走行中においても可能である。

図２及び図３ａに示すように、棒状の各ロードセル（４ａ〜４ｄ）と板状の各バネ要素（５ａ１〜５ｄ１，５ａ２〜５ｄ２）と各結合横材（２ａ，２ｂ）との間の接続の範囲の周囲には、鋼又はアルミニウムで製造され、片側で結合横材（２ａ，２ｂ）に固定された強固な保護スリーブ（６ａ〜６ｄ）が配置されている。有利には、この強固な保護スリーブ（６ａ〜６ｄ）の直径は、許容できないほど大きなたわみが引き起こされ、したがってロードセル（４ａ〜４ｄ）の損傷が引き起こされ得る負荷が生じた場合にその内面が過負荷ストッパとして作用するように選択されている。強固な保護スリーブ（６ａ〜６ｄ）の内部空間を汚れから保護するために、保護スリーブの固定されていない側は、不図示の軟弾性のシールを備えている。この軟弾性のシールは、例えばシリコンゴムであり得る。

図３ｂに示すように、棒状の各ロードセル（４ａ〜４ｄ）と板状の各バネ要素（５ａ１〜５ｄ１，５ａ２〜５ｄ２）と各結合横材（２ａ，２ｂ）との間の接続の範囲の周囲には、ステンレス鋼で製造され、両側において密封式のシールを備えたベローズ（７ａ〜７ｄ）が配置されている。この実施形態は、好ましくはロードセルの特に良好なカプセル化が必要な場合に使用可能である。

図面は、いくつかの好ましい実施形態のみを示している。添付の特許請求の範囲に対応して行われる全ての同等のバリエーション及び変更が、特許請求の範囲によってカバーされている。

Claims (8)

1. 力測定システムを用いた、複数の架線（３）における摩耗監視のための装置であって、前記力測定システムが、
   −動作状態において、監視される前記架線（３）に対して直角に整向された２つのすり板（１ａ，１ｂ）と、
   −動作状態において、前記架線（３）に対して平行に整向されており、かつ、上方へ押圧される、第１及び第２の端部を備えた２つの結合横材（２ａ，２ｂ）であって、その結果、前記２つのすり板（１ａ，１ｂ）があらかじめ設定された力で前記架線（３）に対して押圧される、前記結合横材（２ａ，２ｂ）と、
   を備え、
   −それぞれ１つの棒状の、第１及び第２の端部を備え、ひずみセンサが配置されたロードセル（４ａ〜４ｄ）が、前記両結合横材（２ａ，２ｂ）の前記各端部に配置されており、
   −複数の前記ロードセル（４ａ，４ｂ）の第１の端部が前記すり板（１ｂ）に結合されており、
   −複数の前記ロードセル（４ｃ，４ｄ）の第１の端部が前記すり板（１ａ）に結合されており、
   −１つの前記ロードセル（４ａ）の第２の端部が前記結合横材（２ａ）の第１の端部に結合されており、
   −１つの前記ロードセル（４ｂ）の第２の端部が前記結合横材（２ｂ）の第１の端部に結合されており、
   −１つの前記ロードセル（４ｃ）の第２の端部が前記結合横材（２ｂ）の第２の端部に結合されており、
   −１つの前記ロードセル（４ｄ）の第２の端部が前記結合横材（２ａ）の第２の端部に結合されており、
   −前記ロードセル（４ａ，４ｄ）の長手軸線が前記結合横材（２ａ）の長手軸線の方向に延在しており、前記ロードセル（４ｂ，４ｃ）の長手軸線が前記結合横材（２ｂ）の長手軸線の方向に延在している
   ことを特徴とする装置。
2. 前記各すり板（１ａ，１ｂ）と前記棒状の各ロードセル（４ａ〜４ｄ）の間に、それぞれ１つのプレート状のバネ要素（５ａ１〜５ｄ１）が配置されていることを特徴とする請求項１記載の、複数の架線における摩耗監視のための装置。
3. 前記結合横材（２ａ，２ｂ）の前記各端部と前記棒状のロードセル（４ａ〜４ｄ）の前記各端部の間に、それぞれ１つのプレート状のバネ要素（５ａ２〜５ｄ２）が配置されていることを特徴とする請求項１記載の、複数の架線における摩耗監視のための装置。
4. 前記各すり板（１ａ，１ｂ）と前記棒状のロードセル（４ａ〜４ｄ）の前記各端部の間にそれぞれ１つのプレート状のバネ要素（５ａ１〜５ｄ２）が配置されており、前記各結合横材（２ａ，２ｂ）と前記棒状のロードセル（４ａ〜４ｄ）の前記各端部の間にそれぞれ１つのプレート状のバネ要素（５ａ２〜５ｄ２）が配置されていることを特徴とする請求項１記載の、複数の架線における摩耗監視のための装置。
5. 前記棒状のロードセル（４ａ〜４ｄ）が複数のＦＢＧセンサを備えていることを特徴とする請求項１記載の、複数の架線における摩耗監視のための装置。
6. 鋼又はアルミニウムで製造され、片側で前記結合横材（２ａ，２ｂ）に固定された強固な保護スリーブ（６ａ〜６ｄ）が、前記棒状の各ロードセル（４ａ〜４ｄ）と前記各結合横材（２ａ，２ｂ）との間の接続の範囲の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１記載の、複数の架線における摩耗監視のための装置。
7. 前記強固な保護スリーブ（６ａ〜６ｄ）の直径が、その内面が過負荷ストッパとして作用するように選択されていることを特徴とする請求項６記載の、複数の架線における摩耗監視のための装置。
8. ステンレス鋼で製造され、両側において密封式のシールを備えたベローズ（７ａ〜７ｄ）が、前記棒状の各ロードセル（４ａ〜４ｄ）と前記各結合横材（２ａ，２ｂ）との間の接続の範囲の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１記載の、複数の架線における摩耗監視のための装置。

Images