DE102014207929B3 - Device for aerodynamic measurement on pantographs - Google Patents

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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
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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 ( DE 38 31 177 A1 ).To regulate the contact force between pantograph and contact wire, it is also known to provide a fiber optic transmitter below the contact strip, which controls as a threshold when falling below a predetermined contact force a lifting device with which the contact force is amplified ( DE 38 31 177 A1 ).

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 DE 10 2009 036 963 B4 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Kontaktkraft zwischen einem Stromabnehmer und einer Oberleitung unter Einfluss aerodynamischer Kraftanteile bekannt, wobei die aerodynamischen Kräfte durch eine direkte Ermittlung der Kontaktkräfte zwischen der Kontaktfläche des Stromabnehmers und der Oberleitung durch Messtechnik im Schleifstück erfasst werden.From the DE 10 2009 036 963 B4 a method and a device for measuring the contact force between a pantograph and a catenary under the influence of aerodynamic force components known, the aerodynamic forces are detected by a direct determination of the contact forces between the contact surface of the pantograph and the catenary by measurement in the contact strip.

Die WO 03/031989 A1 beinhaltet einen Sensor zur Messung der Geschwindigkeit und die Richtung des Windes in einer einzigen Baueinheit. Es besteht aus einem Befestigungsfuß gebildet, ein Metallstab mit kreisförmigem Querschnitt in einer vertikalen Position angeordnet ist, eine Kugel an der Spitze der Stange. Wenn der Wind an der sphärischen Oberfläche seine Kraft einbringt, erfährt der Sensor proportional zu der Geschwindigkeit des Windes eine Verformung. Die Extension und/oder Verformung der Detektoren wird gemessen und mit einer elektronischen Schaltung der Anlage und des Signals verbunden.The WO 03/031989 A1 includes a sensor for measuring the speed and the direction of the wind in a single unit. It consists of a mounting foot, a metal rod with a circular cross section is arranged in a vertical position, a ball at the top of the rod. When the wind brings in its force on the spherical surface, the sensor undergoes deformation in proportion to the speed of the wind. The extension and / or deformation of the detectors is measured and connected to an electronic circuit of the system and the signal.

Eine ähnliche Vorrichtung wird in der US 3,217,536 A beschrieben.A similar device is used in the US 3,217,536 A described.

Aus der DE 2 256 558 A ist eine Wind-Messeinrichtung bekannt, wobei ein windempfindliches, von einem Befestigungsteil gehaltertes Element, ein an dem Befestigungsteil gehaltertes induktives Meßaufnehmerelement und eine flexible Halterung für das Befestigungsteil angeordnet ist, wobei im Betrieb die flexible Halterung auslenkbar ist und ein Ausgangssignal von dem induktiven Aufnehmerelement ableitbar ist, welches proportional zur Geschwindigkeit des auf das windempfindliche Element wirkenden Windes ist.From the DE 2 256 558 A a wind measuring device is known, wherein a wind-sensitive, held by a mounting member, an attached to the mounting part inductive Meßaufnehmerelement and a flexible support for the fastening part is arranged, wherein in operation, the flexible support is deflectable and an output signal from the inductive pickup element derivable which is proportional to the speed of the wind acting on the wind-sensitive element.

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: F = 1 / 2c·A·ρ·ν2 (F = Kraft, c = Widerstandszahl, A = Projektionsfläche des Körpers, ρ = Luftdichte, ν = Geschwindigkeit)In the case of a turbulent flow theoretically: F = 1 / 2c · A · ρ · ν 2 (F = force, c = resistance, A = projection surface of the body, ρ = air density, ν = speed)

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 F = 1 / 2c·A·ρN·λ·ν2 = K·λ·ν2

λ
– beschreibt die Abweichung von den Normalbedingungen des strömen den Mediums Luft.
K
– ist dimensionsbehaftet und beschreibt die strömungsmechanischen Eigenschaften des Messaufnehmers.
In the equation only A can be assumed to be constant. The resistance coefficient c is due to different vortex formation just inconsistent with spherical bodies. By the sieve-like boring the constancy should be enforced. Inconstancy is also present in the air density ρ: it is a function of temperature, humidity and air pressure. An exact calibration value can therefore only be specified with reference to defined conditions and determination of the variables prevailing during the measurement. With the normal density ρ N and the dimensionless quantity λ = ρ / ρ N , the formula is F = 1 / 2c · A · ρ N · λ · ν 2 = K · λ · ν 2
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: Fx = F·cosα Fy = F·sinα If this force is measured by means of a square cross-section with strain gauges using the bending beam principle, then a rectangular coordinate system can be assigned. The measured values F x and F y represent an orthogonal decomposition of the total force F: F x = F · cos α F y = F · sin α

Unter der Voraussetzung, dass die Richtung des Geschwindigkeitsvektors V des Luftstromes mit der Richtung des Kraftvektors F übereinstimmt, gilt unter Bezug auf Anlage 3 für den Absolutwert der Strömungsgeschwindigkeit mit den Messwerten Fx und Fy:

Figure DE102014207929B3_0002
und für den Winkel:
Figure DE102014207929B3_0003
Assuming that the direction of the velocity vector V of the air flow with the direction of the force vector F with reference to Appendix 3 for the absolute value of the flow velocity with the measured values F x and F y :
Figure DE102014207929B3_0002
and for the angle:
Figure DE102014207929B3_0003

Die orthogonale Zerlegung der Geschwindigkeit lautet: Vx = V·cosα Vy = V·sinα The orthogonal decomposition of velocity is: V x = V · cos α V y = V · sin α

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:

1 – die Vorrichtung in der Ansicht 1 - the device in view

2 – die Vorrichtung in räumlicher Darstellung 2 - The device in a spatial representation

3 – die Vorrichtung im Querschnitt 3 - The device in cross section

4 – die Vorrichtung im Längsschnitt 4 - The device in longitudinal section

5 – die Wirkungsweise der Messung 5 - the mode of action of the measurement

Die als Grundplatte ausgebildete Halterung 8 ist an einem Querbügel des Stromabnehmers über Schrauben 9 befestigt (1). Auf der Halterung 8 ist über vorzugsweise ein Gewinde 7 das Mantelrohr 3 befestigt, in welchem der Messkörper 5 angeordnet ist. Selbstverständlich kann das Mantelrohr 3 auch über andere geeignete Befestigungssysteme an der Halterung 8 angebracht werden. Der Messkörper 5 weist vorzugsweise Dehnmessstreifen 6 auf. Zum Dehnmessstreifen 6 können alternativ auch Piezokristalle verwendet werden. Auf dem Messkörper 5 ist über vorzugsweise ein Gewinde 4 der Tragarm 2 befestigt. Der Tragarm 2 kann auch über alternative Befestigungsarten am Messkörper 5 angebracht werden. Der Tragarm 2 ist in seinem unteren Bereich im Mantelrohr (Hülse) 3 geführt. Tragarm 2 und Mantelrohr 3 weisen einen Überzug aus einem Schrumpfschlauch auf. Nach Austritt des Tragarmes 2 aus dem Mantelrohr 3 folgt ein freistehender Bereich. Am Tragarmende 10 ist der Rundkörper 1 als Kugelsieb mit Löchern 11 angeordnet. Er dient zur Aufnahme der Luftströmung und zur Messung der strömungsverursachenden Kraft in Beziehung zur Geschwindigkeit der Strömung.The holder designed as a base plate 8th is on a crossbar of the pantograph over screws 9 attached ( 1 ). On the bracket 8th is preferably a thread over 7 the jacket pipe 3 fastened, in which the measuring body 5 is arranged. Of course, the jacket tube 3 also about other suitable fastening systems on the bracket 8th be attached. The measuring body 5 preferably has strain gauges 6 on. To the strain gauge 6 Alternatively, piezocrystals can be used. On the measuring body 5 is preferably a thread over 4 the support arm 2 attached. The support arm 2 can also use alternative types of attachment on the measuring body 5 be attached. The support arm 2 is in its lower part in the jacket tube (sleeve) 3 guided. Beam 2 and casing pipe 3 have a coating of a shrink tube. After exit of the support arm 2 from the jacket pipe 3 follows a freestanding area. At the end of the arm 10 is the round body 1 as a colander with holes 11 arranged. It is used to record the air flow and to measure the flow-causing force in relation to the velocity of the flow.

Meßprinzip: Biegemomentmessung auf quadratischem Messkörper 5 mittels zweier DMS-Vollbrücken; eine in der Querebene wirkende Strömung ruft am Kugelsieb 1 eine Kraft hervor, deren Komponenten erfasst werden. Zur Reduzierung des statischen und thermischen Fehlers ist in den Schaltungen jeweils ein Widerstand und ein Temperatursensor individuell integriert.Measuring principle: Bending moment measurement on square measuring body 5 by means of two strain gage full bridges; a flow acting in the transverse plane calls on the sieve 1 a force whose components are detected. To reduce the static and thermal error, a resistor and a temperature sensor are individually integrated in the circuits.

Meßkörper: Der Träger der DMS 6 ist so ausgelegt, dass diese auch bei höchster Geschwindigkeit voraussichtlich weniger als 500 μm/m gedehnt werden; dies garantiert eine Lebensdauer von > 107 Lastwechseln.Measuring body: The carrier of the DMS 6 is designed to be stretched less than 500 μm / m even at maximum speed; this guarantees a service life of> 10 7 load changes.

Der am Messkörper angeschraubte Tragarm 2 des Kugelsiebes 1 ist bezüglich Steifheit und Eigenfrequenz optimiert. Zur Dämpfung des Eigenschwingverhaltens ist er mit einem Schrumpfschlauch überzogen. Die Länge kann zwischen 89 mm und 109 mm variieren. Der Messkörper 5 und ein großer Teil des Tragarmes 2 sind durch das aufgeschraubte Mantelrohr 3 abgedeckt, so daß der verfälschende Einfluss eines Geschwindigkeitsgradienten in der Nähe der Befestigung klein gehalten wird.The bracket bolted to the measuring arm 2 of the ball strainer 1 is optimized in terms of stiffness and natural frequency. To dampen the natural vibration behavior, it is covered with a shrink tube. The length can vary between 89 mm and 109 mm. The measuring body 5 and a large part of the support arm 2 are through the screwed jacket tube 3 covered, so that the falsifying influence of a velocity gradient is kept small in the vicinity of the attachment.

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 5 wurden auf einfache Weise durch Gewichtsbelastung auf ε = 0,1 V/N und ε = 0,08 V/N (langer Arm und kurzer Arm) einkalibriert. Die Messunsicherheit betrug ±1,1% bezüglich der größten Belastung 50 N. Die Belastung erfolgte am Tragarm 2 in der Mitte zwischen den beiden Kugelbefestigungen.The measuring bodies 5 were calibrated in a simple manner by weight load on ε = 0.1 V / N and ε = 0.08 V / N (long arm and short arm). The measurement uncertainty was ± 1.1% with respect to the largest load 50 N. The load was carried out on the support arm 2 in the middle between the two ball mounts.

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 1, des Tragarmes 2 und des Mantelrohrs 3 abhängt. Zusätzlich wurde die Winkelabhängigkeit der Messwerte überprüft, die ebenfalls von der strömungstechnischen Gestaltung und zusätzlich von der Präzision des Messkörpers 5 abhängt. Hierzu wurde der Aufnehmer auf einem Stativkopf mit Winkeleinteilung in den Windkanal gebracht.The wind tunnel tests were used to check the basic function and to detect any systematic errors. In particular, the constancy of the flow-mechanical quantity K, which depends on the design of the spherical sieve, was of interest 1 , the support arm 2 and the jacket tube 3 depends. In addition, the angular dependence of the measured values was checked, which was also influenced by the fluidic design and additionally by the precision of the measuring body 5 depends. For this purpose, the transducer was placed on a tripod head with angle division in the wind tunnel.

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/( m / s )2 angeben, mit maximalen Abweichungen der Messwerte von kleiner +2%.It turns out that only the 50 km / h stage has larger deviations. This can be explained by the fact that the metrological resolution of the present measuring system, which was designed for speeds up to 400 km / h, is insufficient for such low speeds. For the speeds of 100 km / h and 150 km / h, the measured values obtained are very well within the framework of the expected random errors. A change of K between 100 km / h and 150 km / h can not be seen. The same applies to the comparison of the two sensors: a total average value for λ · K of 0.53 · 10 -3 N / ( m / s ) 2 , with maximum deviations of the measured values of less than + 2%.

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 6; das Kugelsieb 1 und ihre Befestigung dürften dieser Belastung voraussichtlich standhalten.Assuming that K remains constant even at very high speeds and with a 25% increase for λ, the measured values result in an extreme load of the ball of 8.2 N for 400 km / h. This is within the precalculated values with low stress on the strain gages 6 ; the ball strainer 1 and their attachment likely to withstand this burden.

Ein Beitrag zum dynamischen Fehler entsteht durch Biegeeigenschwingungen (Resonanzen) des Sensors, die auf die DMS 6 übertragen werden. Wesentlich ist die 1. Biegeeigenschwingung, da sie mit den größten Dehnungen und der niedrigsten Frequenz die Möglichkeiten der messtechnischen Verarbeitung bestimmt.A contribution to the dynamic error arises from bending natural oscillations (resonances) of the sensor acting on the strain gages 6 be transmitted. Essential is the 1st natural bending vibration, since it determines the possibilities of metrological processing with the largest strains and the lowest frequency.

Ein weiterer Beitrag zum dynamischen Fehler ergibt sich durch Schwingungen des Tragarmes 2, auf den der Messaufnehmer gesetzt wird. Der massebehaftete Arm des Sensors bewirkt eine Reaktion auf Beschleunigungen. Bezogen auf Kugelmitte ist rechnerisch mit einer Reaktion von 0,1 N/g beim langen Arm und 0,08 N/g beim kurzen Arm zu kalkulieren. Diese Werte lassen sich durch Verwendung von Aluminium für den Tragarm 2 um ca. 60% herabsetzen. Der Aufwand für eine Korrektur durch mitgemessene Beschleunigung ist zu hoch; vielmehr sollte bei Wahl der Befestigungsstellen am Stromabnehmer auf geringe Schwingungstendenz geachtet werden.Another contribution to the dynamic error results from vibrations of the support arm 2 to which the sensor is placed. The sensor's grounded arm causes a response to accelerations. With respect to the center of the sphere, calculation is to be carried out with a response of 0.1 N / g for the long arm and 0.08 N / g for the short arm. These values can be achieved by using aluminum for the support arm 2 reduce by about 60%. The effort for correction by mitgemessene acceleration is too high; rather, attention should be paid to low vibration tendency when choosing the attachment points on the pantograph.

Claims (9)

Vorrichtung zur aerodynamischen Messung an Stromabnehmern, wobei ein Kraftsensor zum Einsatz kommt, der über eine Halterung an einem Querbügel des Stromabnehmers befestigt ist, gekennzeichnet dadurch, dass an der Halterung (8) ein Messkörper (5) befestigt ist, an dem als Verlängerung ein als Tragarm (2) ausgebildetes mit einem Schrumpfschlauch überzogenes Metallrohr angebracht ist, über dessen Ende (10) ein Löcher aufweisender Rundkörper (1) angeordnet ist, wobei an der Halterung (8) und um den Messkörper (5) sowie den Tragarm (2) ein mit einem Schrumpfschlauch überzogenes Mantelrohr (3) angeordnet ist, welches in einem Abstand vordem Rundkörper (1) endet.Device for aerodynamic measurement on pantographs, wherein a force sensor is used which is fastened by a holder to a crossbar of the pantograph, characterized in that on the holder ( 8th ) a measuring body ( 5 ) is attached to the extension as a support arm ( 2 ) is formed with a shrink tubing coated metal tube, over the end ( 10 ) a round body having holes ( 1 ) is arranged, wherein on the holder ( 8th ) and around the measuring body ( 5 ) as well as the support arm ( 2 ) a jacket tube coated with a heat shrink tubing ( 3 ) is arranged, which at a distance in front of the round body ( 1 ) ends. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Messkörper (5) einen Kraftsensor aufweist, der auf einer festen Unterlage montiert ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring body ( 5 ) has a force sensor mounted on a fixed base. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass der Kraftsensor aus Dehnmessstreifen (6) oder Piezokristallen besteht.Apparatus according to claim 2, characterized in that the force sensor from strain gauges ( 6 ) or piezocrystals. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Rundkörper (1) einen Füllgrad von 0,75 aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the round body ( 1 ) has a degree of filling of 0.75. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Mantelrohr (3) aus einer Aluminiumlegierung zusammengesetzt ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the jacket tube ( 3 ) is composed of an aluminum alloy. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Tragarm (2) aus Metall oder einem Material mit vergleichbaren Eigenschaften besteht.Device according to claim 1, characterized in that the support arm ( 2 ) consists of metal or a material with comparable properties. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass im Messkörper (5) ein Temperatursensor und ein Widerstand angeordnet sind.Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that in the measuring body ( 5 ) a temperature sensor and a resistor are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 7, gekennzeichnet dadurch, dass der Tragarm (3) über ein Gewinde oder eine andere Verbindungsart mit dem Messkörper verbunden ist.Device according to claim 1, 2 and 7, characterized in that the support arm ( 3 ) is connected via a thread or another type of connection with the measuring body. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Mantelrohr (3) über ein Gewinde oder eine andere Befestigungsart mit der Halterung (8) verbunden ist.Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the jacket tube ( 3 ) via a thread or other fastening with the bracket ( 8th ) connected is.
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