DE102014207929B3 - Device for aerodynamic measurement on pantographs - Google Patents
Device for aerodynamic measurement on pantographs Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014207929B3 DE102014207929B3 DE102014207929.2A DE102014207929A DE102014207929B3 DE 102014207929 B3 DE102014207929 B3 DE 102014207929B3 DE 102014207929 A DE102014207929 A DE 102014207929A DE 102014207929 B3 DE102014207929 B3 DE 102014207929B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- holder
- support arm
- measuring body
- measuring
- jacket tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
- G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/02—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aerodynamischen Messung an Stromabnehmern, wobei ein Kraftsensor zum Einsatz kommt, der über eine Halterung an einem Querbügel des Stromabnehmers befestigt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die es ermöglicht, die an einem Stromabnehmer wirkenden Kräfte zweidimensional zu erfassen, wobei statische und thermische Fehler minimiert werden sollen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass an der Halterung ein Messkörper befestigt ist, an dem als Verlängerung ein als Tragarm ausgebildetes mit einem Schrumpfschlauch überzogenes Metallrohr angebracht ist, über dessen Ende ein Löcher aufweisender Rundkörper (Kugelsieb) angeordnet ist, wobei an der Halterung und um den Messkörper sowie das Metallrohr ein mit einem Schrumpfschlauch überzogenes Mantelrohr (Hülse) angeordnet ist, welches in einem Abstand vor dem Rundkörper (Kugelsieb) endet.The invention relates to a device for aerodynamic measurement of pantographs, wherein a force sensor is used, which is fastened via a holder to a crossbar of the current collector. The invention has for its object to develop a device which makes it possible to detect the forces acting on a current collector two-dimensional, with static and thermal errors to be minimized. This is inventively achieved in that on the holder, a measuring body is attached to which an extension designed as a support arm with a shrink tubing coated metal tube is mounted on the end of a holes exhibiting round body (ball screen) is arranged, wherein on the holder and order the measuring body and the metal tube, a jacket tube (sleeve) coated with a shrink tubing is arranged, which ends at a distance in front of the round body (spherical sieve).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aerodynamischen Messung an Stromabnehmern, wobei ein Kraftsensor zum Einsatz kommt, der über eine Halterung an einem Querbügel des Stromabnehmers befestigt ist.The invention relates to a device for aerodynamic measurement of pantographs, wherein a force sensor is used, which is fastened via a holder to a crossbar of the current collector.
Die Höchstgeschwindigkeit von schnellen elektrischen Hochleistungsschienenfahrzeugen wird u. a. dadurch begrenzt, dass die den Stromabnehmer anregenden Schwingungen in ihrer Amplitude mit steigender Geschwindigkeit zunehmen. Deshalb kann ab einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit zum einen kein kontinuierlicher Kontakt zwischen Stromabnehmer und Oberleitung gewährleistet werden, zum anderen kann es zu Überschreitungen der zulässigen Anpresskraft zwischen Stromabnehmer und Fahrdraht kommen, die zu einem deutlich erhöhten Verschleiß der Schleifstücke des Stromabnehmers führen. Diese Grenzgeschwindigkeit hängt primär von den Steifigkeitsverhältnissen des Systems Stromabnehmer/Oberleitung bzw. den auf dieses System extern ausgeübten Kräften ab (Massekräfte aus bewegtem Fahrzeugkörper, aerodynamische Kräfte, Fahrleitungsanregung durch Mehrfachtraktion etc.).The maximum speed of high-speed, fast electric rail vehicles will be reduced. a. characterized in that the vibrations stimulating the pantograph increase in amplitude with increasing speed. Therefore, from a certain limit speed on the one hand no continuous contact between the pantograph and catenary can be guaranteed, on the other hand, it may exceed the permissible contact force between the pantograph and contact wire, which lead to a significantly increased wear of the contact points of the pantograph. This speed limit depends primarily on the rigidity ratios of the system pantograph / catenary or the external forces exerted on this system (mass forces from moving vehicle body, aerodynamic forces, driving line excitation by multiple traction, etc.).
Konventionell versucht man die Grenzgeschwindigkeit dadurch zu erhöhen, dass man die Steifigkeit der Oberleitung erhöht, z. B. durch Verringerung der Mastabstände oder Erhöhung des Leitungsquerschnitts. Dies erfordert jedoch einen hohen konstruktiven Aufwand, weil dieser Massnahme ganze Streckenabschnitte unterzogen werden müssen.Conventionally, one tries to increase the limit speed by increasing the rigidity of the overhead line, eg. B. by reducing the mast spacing or increasing the cable cross-section. However, this requires a high design effort, because this measure must be subjected to whole sections.
Die Änderungen der Kontaktkraft werden u. a. auch durch Änderungen in der aerodynamischen Beanspruchung des Stromabnehmers verursacht.The changes in the contact force u. a. also caused by changes in the aerodynamic load of the pantograph.
Zur Regelung der Kontaktkraft zwischen Stromabnehmer und Fahrdraht ist es auch bekannt, einen faseroptischen Sender unterhalb der Schleifleiste vorzusehen, der als Schwellwertschalter bei Unterschreitung einer vorbestimmten Kontaktkraft eine Hubvorrichtung steuert, mit der die Kontaktkraft verstärkt wird (
Für Infrastrukturbetreiber, die für die Oberleitung verantwortlich sind, ist es von großem Interesse, die Interaktion zwischen der Oberleitung und den entsprechenden Schienenfahrzeugen erfassen zu können, um den Nachweis der Übereinstimmung mit dem geltenden Regelwerk zu führen und gegebenenfalls bei Kontaktkraftüberschreitungen oder Kontaktkraftverlusten das Kettenwerk der Oberleitung nachregulieren zu können.For infrastructure managers responsible for the overhead contact line, it is of great interest to be able to record the interaction between the overhead contact line and the corresponding rail vehicles in order to prove compliance with the applicable regulations and, if necessary, in case of contact force overshoots or contact force losses to be able to readjust.
Zur Beurteilung des Zusammenwirkens Stromabnehmer/Oberleitung kann gemäß EN 50317 ein Kraftmessverfahren eingesetzt werden. Dieses Messverfahren muss die am Berührungspunkt Schleifstück/Fahrleitung wirkenden Kräfte anzeigen. Von den bekannten Messverfahren ist jedoch keines in der Lage, den Kontaktpunkt direkt zu messen. Es ist in jedem Fall eine Korrektur des auftretenden Fehlers mittels aerodynamischer Korrekturwerte erforderlich.To assess the interaction of pantograph / overhead contact line, a force measuring procedure can be used according to EN 50317. This measuring method must indicate the forces acting on the contact point of the contact strip / catenary. However, none of the known measuring methods is able to measure the contact point directly. In any case, a correction of the occurring error by means of aerodynamic correction values is required.
Aus der
Die
Eine ähnliche Vorrichtung wird in der
Aus der
Allen bekannten Lösungen ist gemeinsam, dass eine einfache und wirkungsvolle Messung der Strömungsgeschwindigkeit und der Richtung nicht realisiert wird.All known solutions have in common that a simple and effective measurement of the flow velocity and the direction is not realized.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die es ermöglicht, die an einem Stromabnehmer wirkenden Kräfte zweidimensional zu erfassen, wobei statische und thermische Fehler minimiert werden sollen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass
an der Halterung ein Messkörper befestigt ist, an dem als Verlängerung ein als Tragarm ausgebildetes mit einem Schrumpfschlauch überzogenes Metallrohr angebracht ist, über dessen Ende ein Löcher aufweisender Rundkörper (Kugelsieb) angeordnet ist, wobei an der Halterung und um den Messkörper sowie das Metallrohr ein mit einem Schrumpfschlauch überzogenes Mantelrohr (Hülse) angeordnet ist, welches in einem Abstand vor dem Rundkörper (Kugelsieb) endet.The invention has for its object to develop a device which makes it possible to detect the forces acting on a current collector two-dimensional, with static and thermal errors to be minimized. This is inventively achieved in that
on the holder a measuring body is attached to the extension as a support arm a trained with a heat-shrink tube covered metal tube is mounted, is arranged on the end of a holes having round body (ball screen), wherein on the holder and the measuring body and the metal tube, a sleeve coated with a heat shrink tube (sleeve) is arranged, which at a distance the round body (ball screen) ends.
Dem Prinzip nach wird bei diesem Sensor mittels Dehnmessstreifen die strömungsverursachte Kraft an einer Kugel gemessen und in Beziehung zur Geschwindigkeit der Strömung ersetzt.In principle, in this sensor by means of strain gauges, the flow-induced force is measured on a ball and replaced in relation to the velocity of the flow.
Für den Fall einer turbulenten Strömung gilt theoretisch:
In der Gleichung kann nur A als konstant vorausgesetzt werden. Die Widerstandszahl c ist wegen unterschiedlicher Wirbelbildung gerade bei kugelförmigen Körpern inkonstant. Durch die siebartige Aufbohrung soll die Konstanz erzwungen werden. Inkonstanz liegt auch bei der Luftdichte ρ vor: sie ist eine Funktion der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit und des Luftdruckes. Ein exakter Kalibrierwert kann also nur unter Bezug auf definierte Bedingungen und Bestimmung der jeweils bei der Messung herrschenden Größen angegeben werden. Mit der Normaldichte ρN und der dimensionslosen Größe λ = ρ/ρN lautet die Formel
- λ
- – beschreibt die Abweichung von den Normalbedingungen des strömen den Mediums Luft.
- K
- – ist dimensionsbehaftet und beschreibt die strömungsmechanischen Eigenschaften des Messaufnehmers.
- λ
- - describes the deviation from the normal conditions of the flow of the medium air.
- K
- - is dimensioned and describes the flow-mechanical properties of the sensor.
Wenn diese Kraft über einen Messkörper mit quadratischem Querschnitt mittels DMS nach dem Biegebalkenprinzip erfasst wird, so kann ein rechtwinkliges Koordinatensystem zugeordnet werden. Die Messwerte Fx und Fy stellen eine orthogonale Zerlegung der Gesamtkraft F dar:
Unter der Voraussetzung, dass die Richtung des Geschwindigkeitsvektors
Die orthogonale Zerlegung der Geschwindigkeit lautet:
Eine eventuelle Kraft- und Geschwindigkeitskomponente in z-Richtung wird aufgrund der Anordnung der Dehnmessstreifen unterdrückt: der Messaufnehmer misst als 2-Komponentenaufnehmer die Strömungsgeschwindigkeit in der x-y-Ebene.A possible force and speed component in the z-direction is suppressed due to the arrangement of the strain gauges: the sensor measures the flow velocity in the x-y plane as a 2-component sensor.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
- • der siebartige Aufbau der Hohlkugel ermöglicht es, deren Luftwiderstand unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit zu machen• The sieve-like structure of the hollow sphere makes it possible to make their air resistance independent of the flow velocity
- • eine elektrische Schaltung des Kraftsensors reduziert statische und thermische Fehler• An electrical circuit of the force sensor reduces static and thermal errors
- • die optimierte Ausführung des Tragarm der Hohlkugel führt zu verbesserten Steifigkeiten und reduzierten Eigenfrequenzschwankungen• The optimized version of the hollow ball support arm leads to improved rigidity and reduced natural frequency fluctuations
- • die Abdeckung des Messkörpers und des Kraftsensors durch das Mantelrohr mindert die verfälschenden Einflüsse der Luftströmung erheblich• the cover of the measuring body and of the force sensor through the jacket tube considerably reduces the distorting influences of the air flow
- • die Verwendung von Aluminiumlegierungen, vorzugsweise von Duraluminium sorgt für ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit• the use of aluminum alloys, preferably of duralumin, ensures a low weight and high strength
- • zur Vermeidung von Eigenschwingungen sind der Tragarm und das Mantelrohr mit einem Schrumpfschlauch überzogen• To avoid self-oscillations, the support arm and the jacket tube are covered with shrink tubing
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Rundkörper (Kugelsieb)Round body (spherical sieve)
- 22
- TragarmBeam
- 33
- Mantelrohr (Hülse)Jacket tube (sleeve)
- 44
- Gewindethread
- 55
- Messkörpermeasuring body
- 66
- DehnmessstreifenStrain
- 77
- Gewindethread
- 88th
- Halterungbracket
- 99
- Schraubenscrew
- 1010
- TragarmendeTragarmende
- 1111
- Löcherholes
Ausführungsbeispiel embodiment
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment.
Dabei zeigen:Showing:
Die als Grundplatte ausgebildete Halterung
Meßprinzip: Biegemomentmessung auf quadratischem Messkörper
Meßkörper: Der Träger der DMS
Der am Messkörper angeschraubte Tragarm
Kugelsieb: Ein Rundkörper (∅ 37,7 ± 0,2 mm) wurde auf einen Füllungsgrad von 0,6 bis 0,8 siebartig aufgebohrt. Der Durchmesser der Löcher beträgt vorzugsweise 1,8 mm.Ball sieve: A round body (∅ 37.7 ± 0.2 mm) was drilled in a sieve-like manner to a filling degree of 0.6 to 0.8. The diameter of the holes is preferably 1.8 mm.
Die Messkörper
Die Windkanalversuche dienten der Oberprüfung der grundsätzlichen Funktion und der Aufdeckung evtl. systematischer Fehler. Dabei interessierte insbesondere die Konstanz der strömungsmechanischen Größe K, die von der Gestaltung des Kugelsiebes
Es zeigt sich, dass nur die 50-km/h-Stufe größere Abweichungen aufweist. Dies kann dadurch erklärt werden, dass die messtechnische Auflösung des vorliegenden Messsystems, das für Geschwindigkeiten bis 400 km/h konzipiert wurde, für solch geringe Geschwindigkeiten nur ungenügend ist. Für die Geschwindigkeiten 100 km/h und 150 km/h liegen die erhaltenen Messwerte sehr gut im Rahmen der zu erwartenden zufälligen Fehler. Eine Änderung von K zwischen 100 km/h und 150 km/h ist nicht zu erkennen. Das gleiche gilt für den Vergleich der beide Messaufnehmer: es lässt sich ein Gesamtmittelwert für λ·K von 0,53·10–3 N/(
Unter der Annahme, dass K auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten konstant bleibt und einem Zuschlag von 25% für λ, errechnet sich aus den gemessenen Werten eine Extrembelastung der Kugel von 8,2 N für 400 km/h. Dies liegt im Rahmen der vorkalkulierten Werte mit geringer Belastung der Dehnmeßstreifen
Ein Beitrag zum dynamischen Fehler entsteht durch Biegeeigenschwingungen (Resonanzen) des Sensors, die auf die DMS
Ein weiterer Beitrag zum dynamischen Fehler ergibt sich durch Schwingungen des Tragarmes
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014207929.2A DE102014207929B3 (en) | 2014-04-28 | 2014-04-28 | Device for aerodynamic measurement on pantographs |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014207929.2A DE102014207929B3 (en) | 2014-04-28 | 2014-04-28 | Device for aerodynamic measurement on pantographs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014207929B3 true DE102014207929B3 (en) | 2015-10-22 |
Family
ID=54250169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014207929.2A Active DE102014207929B3 (en) | 2014-04-28 | 2014-04-28 | Device for aerodynamic measurement on pantographs |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102014207929B3 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020089570A1 (en) * | 2018-10-31 | 2020-05-07 | The Secretary Of State Of Defence | Fluid flow measuring device. system and method |
RU216085U1 (en) * | 2022-10-21 | 2023-01-16 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Air intake device for measuring aerodynamic flow parameters |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3217536A (en) * | 1961-02-16 | 1965-11-16 | Garrett Corp | Force vector transducer |
DE2256558A1 (en) * | 1971-11-18 | 1973-06-07 | Sperry Rand Ltd | WIND MEASURING DEVICE |
WO2003031989A1 (en) * | 2001-10-10 | 2003-04-17 | Francesco Ramaioli | Single sensor to measure the wind speed and the wind direction without parts in movement |
-
2014
- 2014-04-28 DE DE102014207929.2A patent/DE102014207929B3/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3217536A (en) * | 1961-02-16 | 1965-11-16 | Garrett Corp | Force vector transducer |
DE2256558A1 (en) * | 1971-11-18 | 1973-06-07 | Sperry Rand Ltd | WIND MEASURING DEVICE |
WO2003031989A1 (en) * | 2001-10-10 | 2003-04-17 | Francesco Ramaioli | Single sensor to measure the wind speed and the wind direction without parts in movement |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020089570A1 (en) * | 2018-10-31 | 2020-05-07 | The Secretary Of State Of Defence | Fluid flow measuring device. system and method |
US11761976B2 (en) | 2018-10-31 | 2023-09-19 | The Secretary Of State For Defence | Fluid flow measuring device, system and method |
RU216085U1 (en) * | 2022-10-21 | 2023-01-16 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Air intake device for measuring aerodynamic flow parameters |
RU222943U1 (en) * | 2023-10-27 | 2024-01-24 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Device for measuring total, dynamic and static pressure of aerodynamic flow |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2640087C2 (en) | ||
DE3631647A1 (en) | THICK LAYER STRETCH MEASUREMENT STRIP FOR MEASURING STRESSES AND STRESSES IN MECHANICAL PARTS AND STRUCTURES | |
DE102014217801A1 (en) | Towing device for a towing vehicle | |
DE112018004704B4 (en) | Sensor arrangement for recording bending moments in an elongated component, elongated component, sensor system and wind turbine | |
AT515578B1 (en) | Device for obstacle detection in rail vehicles | |
US20140229139A1 (en) | Method and device for determining the velocity of an aircraft | |
DE2415583B2 (en) | FLOW SPEED MEASURING DEVICE ACCORDING TO THE PRINCIPLE OF THE KARMAN'S WHIRLY ROAD | |
DE102016215083A1 (en) | Apparatus and method for monitoring at least one landing gear component | |
DE102014207929B3 (en) | Device for aerodynamic measurement on pantographs | |
EP1398605A1 (en) | Level gauge | |
DE102004041897A1 (en) | Table to support and position a patient, e.g. for X-ray examination, has an integrated expansion strip in the table plate with sensors to register the strip length on table plate bending through the patient's weight | |
DE102013013634A1 (en) | Torque measuring device for measuring large torques | |
EP0093298B1 (en) | Method and device for monitoring deformation of a pipe bend | |
DE4229558C2 (en) | Accelerometer | |
DE102010012701A1 (en) | Microforce sensor for measuring micro forces at nano range and milli Newton range, has spring region provided between two support regions and stiffener marking unit, respectively, where spring regions comprise two-winged meander shape | |
DE102004059081B4 (en) | Force sensor for braking force determination on a friction brake for rotating bodies | |
DE102015204976A1 (en) | Measuring device and use of a measuring device | |
DE102009036963C5 (en) | Method and device for measuring the contact forces between a pantograph and a catenary under the influence of the aerodynamic force components | |
DE4128178A1 (en) | Fuel level measurer in fibre reinforced laminated tank of aircraft - has non-magnetic sensing tube contg. magnetic float and carrying Hall probes communicating with interior of tank | |
DE4129199A1 (en) | Sensor for small-scale measurement of marine and fresh water flow - has shaped sensing element protruding from protective cap and transferring force applied by flow to flexurally sensitive element | |
CH679950A5 (en) | Railway line or beam force measurement appts. | |
DE10134307B4 (en) | Device for continuously measuring the level of liquids in a container | |
EP3578942B1 (en) | Apparatus and procedures for measuring forces | |
DE102016119468A1 (en) | Measurement of the density of a fluid | |
DE102014211396B4 (en) | Apparatus and method for non-destructive magnetic material testing in para or diamagnetic materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |