JP2002504997A - 集電装置における圧着力を測定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の対象は、架線と、電気を供給される車両、特にレール走行電動車両、の集電装置との間の圧着力を、繊維光学的な力センサによって測定するための改善された装置である。この場合、集電舟（６）の基体（７）と支え天秤枠（５）との間、あるいは集電舟（６）のすり板（８）と基体（７）との間に、２つの力センサが、スペースを節減して、配置されており、これらの力センサはそれぞれ１つの、軸方向でばね弾性的な、横方向ではしかしながら高剛性の変形体（１１）を有しており、この変形体は組み込まれた繊維光学的な反射センサ（１９）を備えている。圧着力に等価の、変形体（１１）の軸方向の変形は反射センサ（１９）によって、大きな解明度、精度及び無障害性をもって検出され、繊維光学的に、したがって電位的に切り離されて、装置（２７）に信号で知らされ、この装置において圧着力に等価の信号（２８）又は命令（２９）に変換される。

Description

【発明の詳細な説明】 集電装置における圧着力を測定する装置 本発明は、請求項１の上位概念により詳細に規定してあるような、架線と、電 気を供給される車両、特にレール走行電動車両、の集電装置との間の圧着力を測 定する装置に関する。 現今の高速レール車両の集電装置は、その集電舟と架線との間の接触力に関し て、能動的に制御される集電装置として構成しなければならない。それは、レー ル走行車両と架線との間の相対運動に無関係に、風及び走行速度に関連する空気 力学的な、集電装置構造部分に対する力、並びに、集電装置、架線及び架線を保 持する保持機構の振動状態に対して、エネルギ供給が最適に行われ、架線を集電 舟との間の接触箇所における摩滅が最低限にされかつ最低限に維持されるように するためである。実際の接触力の、車両速度に関連する、集電装置構造部分への 空気流に由来する力部分は測定によって定めることができ、制御アルゴリスムの ためにパラメータ関数としてインプット可能であるのに対し、集電装置及び架線 設備の機械的な動作に由来する圧着力Ｆを測定することは、可及的に前記の接触 箇所の近くでこの圧着力の大きさ及び作用点を測定し、かつ高電圧水準（例えば ３ｋＶの直流電圧；１５ｋ Ｖあるいは２５ｋＶの交流電圧）にある測定個所から圧着力に等価の信号を車両 内部の逆電位にある評価装置に導く装置を必要とする。以下においては圧着力Ｆ とは、架線と集電舟との間の実際の接触力の、この集電装置及び架線設備の機械 的な動作に由来する部分を意味するものとする。 架線と集電装置との間の実際の接触力を測定する前記形式の装置は特許明細書 US 5,115,405 Aに記載されている。この場合、繊維光学的な力センサは集電舟に 取り付けられており、この力センサは光線導体を介して（したがって電気的に電 位的に切り離してかつ電気的及び機械的な障害フィールドとは充分に無関係に） 車両内部の装置に接続されており、この装置から力センサは光線を供給され、装 置は力センサの圧着力に関連する信号を受け取る。力センサは光学繊維から成り 、この光学繊維は架線と接触しているすり板の下側で張られていて、すり板とそ の保持部との間でばね負荷されて締め込まれている。すり板状に作用する接触力 は締め込まれている光学繊維の変形及び微少湾曲をもたらし、したがって光学繊 維はその光線伝達性質を変化させる。この装置によって、集電舟と架線との間の 実際の接触力の上方又は及び下方の臨界値が例えば風衝撃によって超えられるこ とが認識され、圧着力が電子空圧式命令装置及び空圧式緩衝補償調節部材によっ て修正される。接触力臨界値を上下に超えることを 把握し、信号で知らせるためには、この装置は適しているように見える。しかし ながら、圧着力あるいはまた集電装置の実際の接触力の能動的な制御のために必 要とされるような、特定の力範囲内で作用する接触力測定のためには、この配置 は全く適していない。それは、繊維光学的な力センサは極めて低い信号／雑音比 を有しており、充分に正確な連続的な測定値決定が不可能であるからである。集 電舟における圧着力の作用点の決定はこのセンサは許容しない。この配置は、そ れが集電舟の全長にわたって延びているので、かなりの空間的延び及び質量を有 しており、これは集電装置の振動技術的及び空力学的な態度に不利に作用するこ とがある。技術的な構成は、集電装置の組み立て、保守及び搬送の際に不可避的 である負荷に対して過度に敏感であるように見える。光学的繊維の機械的な負荷 の程度とともに、光線伝達性質の温度関連性が変化するので、この温度関連性の 効果的な補正はほとんど達成不能である。この力センサの光学繊維が受ける持続 的に切り替わる機械的な負荷及び変形はこの繊維光学的なセンサの耐用寿命を制 限し、したがって装置の運転の確実性が全く保証されない。 特許明細書EP 0 697 304 A2は能動的に制御される集電装置のための圧着力測 定装置を開示しており、この装置においては、集電装置ヘッドを支持していて、 鉛直に走出可能な上構体上に配置されている支持絶 縁体の下側に、あるいはすり板に所属して、アナログに測定する負荷受容体が設 けられており、この負荷受容体は、制御ユニットを介して２つの別個に働く鉛直 押し上げ駆動装置に影響を及ぼすためには、別の長さ測定センサと協働しなけれ ばならない。この負荷受容体は光波導体を使用して構成することもできるとのこ とであるが、その構造、配置及び作用についてそれ以上詳細なことは述べられて いない。少なくとも、支持絶縁体の下側に負荷受容体を配置する場合、圧着力の 大きさを決定することに関して著しい障害が生ずる。それは、接触箇所と測定個 所との間で作用する風力及び質量力が測定結果に影響するからである。図面から 分かる負荷受容体の大きさは、すり板の近くにそれを配置することを不可能に思 わせる。それはこれによって集電装置の振動技術的及び空気力学的な態度が不利 な影響を受けるからである。この負荷受容体によれば、集電舟上における圧着力 の作用箇所を定めることは不可能である。 軌道技術の分野、例えば軌道に取り付けられるアクスルカウンタにおいて、機 械的な圧力を測定する特別な光波導体センサを有する装置のより正確な説明は特 許明細書DE 195 18 123 C2に開示されている。このセンサは内管と、これに対し て同軸的な外管とを有しており、外管は管縦方向に分割されていて、２つの互い に接触していない半殻を形成している。光波を導く ガラス繊維がつる巻き線状に内管と外管半殻との間で弾性的な質量体として埋め 込まれていて、センサが片側で機械的に圧力負荷されて、両方の外管半殻が互い に押し合わされる際に、ガラス繊維は特定の曲げ半径範囲内で可逆的に曲げられ 、この曲げによってガラス繊維を通って走る光学信号が測定可能に緩衝せしめら れる。このようなセンサの構造は高価である。このセンサは単に１つの負荷方向 に対してだけ適しており、構造的に独立して自立性の構造エレメントとして集電 装置内に組み込むことができず、機械的な過負荷を受けると破損することになる 。センサの光学繊維の切り替わる機械的な負荷及び変形は温度補償手段の有効性 を減少させ、やはり耐用寿命及び運転の確実性を制限する。したがってこのよう なセンサは、能動的な集電装置制御を目的として集電装置における圧着力を測定 するためには使用することができない。 能動的に制御可能な集電装置のための圧着力の別の測定装置は特許明細書DE 1 95 40 913 C1において提案されている。この場合、力センサは集電舟を支持して いるばね脚に配置され、加速度センサが２つの平行な集電舟を支持している半シ アー型集電装置の支え天秤に配置される。両方のセンサ信号は制御装置の入力点 に供給され、特別なトーションアクチュエータによって制御され、これらのトー ションアクチュエータは半シアー型集電装置の下アームと上アームとの間の軸 線の回りに配置されていて、普通の集電装置の押し上げ装置に対して付加的に架 線における集電舟の圧着力を調節する。図面によれば、架線における集電舟の圧 着力が距離測定を介してばね脚の弾発から測定され、あるいは力センサがばね脚 によって伝達される力を測定する。欠点は、センサと、架線と集電舟との間の本 来の接触箇所との間の距離が比較的に大きいことである。それは接触箇所とその 都度のセンサとの間で作用する質量力及び風力が測定結果に影響を及ぼし、制御 結果を誤らすように作用するからである。センサの構造及び作用原理については 、この文献からは何も取り出すことができない。 de Fer（鉄道の一般雑誌），Vol．1，No.6，１９８３年，４９７〜５０６ページ のDelfosse，P;Sauvest-res，B共著の記事“Measurement of contact press-ure between pantograph and catenary”（パンタグラフと架線との間の接触圧力の 測定）には、圧着力の測定装置が紹介されており、この測定装置は、架線と架線 支持機構とから成る架線設備の状態評価に役立ち、特別に構成された測定集電装 置を使用し、この測定集電装置においては、互いに平行に配置されている２つの 集電舟の各々が特別な接触条片によって代替されていて、各接触条片は２つの曲 げビームによって支持され、これらの曲げビームは膨張測定条片及び電位差 計の測定によって、各接触条片に作用する圧着力を、その大きさ並びにその作用 点について、片側を締め込まれた曲げビームに作用せしめられる回転モーメント から決定させる。電流を取り出す支え天秤枠の範囲に配置されていて、高電圧電 位にあるセンサは高い装置費用をもって、車両制御装置に組み込まれたそのエネ ルギ供給装置、信号処理装置及び制御装置から電位的に切り離されていなければ ならず、かつ特別な手段によって電気的又は磁気的な障害フィールドに対して保 護しておかなければならない。力センサの図示されている配置は機械的な影響及 び天候の影響に対して何らの保護も有していない。この装置を、運転使用に適し た集電装置に構造的に適合させることは複雑で高価であるように思われ、曲げビ ーム装置の付加的な質量は集電装置の振動技術的及び空気力学的な態度に不利な 影響を与えることになり、したがってこのようなセンサを有するこのような装置 は、運転使用中の実際の集電装置の接触の良さを能動的に制御又は測定するため には、考慮に値しない。 本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載した形式の装置のために、従来技 術において高電圧下での力測定のために繊維光学的に信号を伝達する繊維光学的 なセンサの、欠点を回避して、一般的に期待される利点を利用する解決策を見い だすことである。この場合このような装置の繊維光学的なセンサが集電装置と架 線との間の実際の接触箇所の可及的に近くに配置され、構造部分の間で作用する 力を直接に、これらの構造部分の間の大きな相対距離なしに、測定し得るように する。この解決策は、集電装置の振動技術的な、かつ空気動力学的な態度がほぼ 損なわれないままであるような、繊維光学的なセンサを有する前述の測定装置の 形状、大きさ及び配置を許容するようにする。この装置は圧着力の大きさ並びに 集電舟における作用箇所を定め、圧着力に等価の信号を生ぜしめかつアウトプッ トするか、あるいは圧着力を変化させる命令を生ぜしめてアウトプットし、この 命令を能動的に制御される集電装置のために使用し得るようにする。 この課題は、請求項１及び２に記載した装置によって解決される。有利な実施 の形態は従属請求項から取り出すことができる。 本発明による装置によって、集電装置の押し上げ駆動装置による連続的な圧着 力制御に必要とされるような、圧着力に等価の信号を入手すること、あるいはこ れらの信号から圧着力を変化させる命令を導出して、アウトプットすることが可 能であり、その際繊維光学的なセンサ及びその電気的に電位的に切り離した信号 伝達のために原理的に公知の利点が利用可能にされる。 本発明による解決策は、圧着力の大きさ（集電舟あるいはすり板を支持してい る両方の繊維光学的なセン サの信号の合計によって）並びにその作用点（集電舟あるいはすり板を支持して いる両方の繊維光学的なセンサの個々の力からの信号を比較し、てこ法則を計算 によって適用することによって）を定めることを可能にする。圧着力のピークは 規則的には、架線及び架線支持機構が架線マストに懸架されている箇所に生ずる ことが知られているので、圧着力の変化する作用点の認知を、制御アルゴリズム において架線のジグザグ経過を認識し、架線マストの連続頻度並びにその第１及 び第２の排出箇所を調べて、圧着力の制御に使用し、これにより前述の圧着力ピ ークを阻止するのに利用することができる。 本発明の重要な利点は、本発明による装置が、高電圧電位にある構造部分の間 の力、しかしまた圧力及び加速度を測定しなければならない別の技術分野におい て使用するためにも、容易に変化させ得ることである。膨張測定条片及び電位差 計による測定値形成あるいは圧電的な力取り出し機構を使用する従来普通の測定 法と異なって、測定装置、信号変換、信号伝達及び信号処理のための費用の著し い低減が達成可能である。 本発明の別の重要な利点は、繊維光学的なセンサを有する測定装置の構造部分 が、可及的にわずかな寸法及び質量を有し、集電装置の構造部分の間で力を伝達 するように組み込み可能であるように、構成され、はめ込まれていることである 。 別の利点は、本発明による装置のために必要な測定装置の構造部分が、安価に かつ再現可能な性質をもって製作可能であることである。 本発明による思想の次の利点は、例えば実施例に示した変化形において、既に 実証され使用されている集電装置の構造に単に極めてわずかな変化を加えるだけ でよく、したがって、運転中である多数のレール走行電動車両においても、本発 明による装置を安価に後装備することができることである。 本発明によって構成された装置で得られる圧着力に等価な信号は、例えば集電 装置の接触の良さを検査するか、又はある区間内の架線及びその保持機構の状態 を評価することのできる特殊な測定目的のためにも適している。 本発明は以下において、架線からレール走行車両にエネルギを伝達するための 装置の限定的ではない例を示した図面に基づいて説明する。図面において： 図１はレール走行車両のための本発明による装置の配置を示す。 図２は本発明による装置の配置及び構造の一部の断面図を示す。 図３は繊維光学的な反射センサの機能原理を示す。 図４は本発明による装置の繊維光学的な反射センサの信号ピーク／間隔の特性 曲線ｐ＝ｐ（ａ）を示す。 図１によれば、レール走行車両２は、屋根側にかつ 架線１の高電圧電位から絶縁されて、半シアー構造の集電装置３を有しており、 この集電装置はその上端部に支え天秤４を弾性的に案内しており、この支え天秤 はその支え天秤枠５によって１対の平行な集電舟６を支持していて、架線１に対 して案内している。この場合集電舟６は大体において基体７と、この基体上に固 く結合され架線１との接触を保つすり板８とから成っている。集電装置３の下端 部には集電装置押し上げ駆動装置９が連結されており、この押し上げ駆動装置は 、その制御装置１０によって制御されて、集電舟６を規定された圧着力で架線１ に圧着する。しかしながら生ぜしめられる圧着力は固定した大きさではなく、車 両速度、風力及び風向き、架線を案内している支持機構の定置の位置及び架線の 、集電装置、摩擦及び風によって生ぜしめられる振動並びに電動車両の走行経路 に沿った相対運動によって、持続的に変化せしめられる。しかしながら、圧着力 を可及的に狭い力範囲内に維持することは、電動車両に中断なくエネルギを伝達 するため、及びすり板と架線との摩擦を可及的にわずかにするために、不可欠な ことであり、車両速度及び車両電力が増大するにつれて重要になりかつ困難にな る。圧着力を可及的に狭い所定の公差帯域内で経過させる目的で集電装置を能動 的に制御することは、圧着力の可及的に正確でかつ連続的な決定を前提とし、そ の際測定個所は架線１とすり板８との間の実際の接触 箇所の可及的に直ぐ近くに配置しなければならない。 このために本発明によれば、図２に示した変化形によれば、集電舟６の両方の 端部の各々の近くにおいて、集電舟の基体７と支え天秤枠５との間にそれぞれ１ つの、図示のばね弾性的な変形体１１が挿入されている。 本発明の別の（図示していない）変化形によれば、ばね弾性的な変形体１１は 基体７とすり板８との間に配置される。このような配置で測定された力は実際の 接触力に遙かに近い。それは、風速及び車両速度に関連する空気流から架線の基 体７上に押し上げ力又は押し下げ力として作用する力成分が測定装置によって一 緒に考慮されるからである。 ばね弾性的な変形体内には、自体公知の繊維光学的な反射センサ１９が組み込 まれていて、自体公知の使用の場合と異なって専門的に普通の形式で変化せしめ られているセンサ信号制御及びセンサ信号処理のための所属の装置２７に電気的 に、電位的に切り離して、接続されている。支え天秤枠５、両方のばね弾性的な 変形体１１及びこれらの変形体によって支持されている集電舟６は架線１の高電 圧電位にあるのに対し、センサ信号制御及びセンサ信号処理のための装置２７は 、繊維光学的な経路で、電気的に、電位的に切り離された信号を送り、かつ受け 取り、したがって任意の箇所で逆電位で電動車両２の制御装置内に組み込むこと ができ、集電装置押し上げ駆動装置９の制御装置１０に圧着力に等価の信号２８ 又は所望の圧着力変化命令２９を普通の制御信号電位で供給することができる。 この場合、各ばね弾性的な変形センサは、支え天秤枠５と剛性的に結合されて いる第２の部分体１３と、集電舟６の基体７と剛性的に結合されている第１の部 分体１２と、両方の部分体１２及び１３を結合しているばね装置１４とを有して おり、ばね装置は作用する圧着力Ｆの方向で、部分体１２及び１３相互の相対運 動を可能にする。ばね装置１４は、部分体１２と１３との間のこの運動が、基体 ７から個々のばね弾性的な変形体を介して支え天秤枠５に伝達される圧着力Ｆの 部分の所望の測定範囲内で自由に行われるように、構成されている。 例えば各ばね弾性的な変形体１１内に組み込まれている繊維光学的な反射セン サ１９は大体において、空間的に互いに離されている２つの部分から成っている 。ばね弾性的な変形体１１の第１の部分体１２内に固く固定されている第１の装 入体２０は互いに平行で規定された間隔を有している２つの光線導体を有してお り、これらの光線導体のうち送信光線導体２２は装置２７から射出された送信光 線２４を導き、その端面から特定の放射角度で放射させる。この光線は空間的な 間隔ａをおいた反斜面２６に当たり、第１の装入体２０の方向に反射せしめられ 、該反斜面２６は、ばね弾 性的な変形体１１の第２の部分体１３に固定されている第２の挿入体２１によっ て支持されている。 図３から分かるように、両方の挿入体２０及び２１の間隔ａに関連する部分光 線流は受信光線導体２３にによって受けることができ、受信光線２５としてセン サ信号制御及びセンサ信号処理のための装置２７に供給可能である。 ばね弾性的な変形体１１の内部の繊維光学的な反射センサ１９が、反射面２６ が作用する圧着力Ｆの方向に対して直交して延びているように、向きを定められ ている場合には、繊維光学的な反射センサ１９は反射せしめられた光線流の変化 を検出し、この光線流の変化は、圧着力Ｆの変化の結果として第１の挿入体２０ と反射面２６との間の間隔ａが変化することによって生じ、したがってセンサ信 号制御及びセンサ信号処理のための装置２７は、相応するキャリブレーションの 後に、送信光線２４と受信光線２５との間の光線差の変化から当該の繊維光学的 な反射センサ１９の挿入体２０と２１との間の間隔ａの変化を認識し、それぞれ 集電舟６を支持している両方の繊維光学的な反射センサ１９の信号の合計値から 、作用する圧着力Ｆを定める。この場合ばね弾性的な変形体は材料及び幾何形状 について次のように構成されている。すなわち、繊維光学的な反射センサ１９が 有意義な形式で、その信号ピーク／間隔の特性曲線ｐ＝ｐ（ａ）の、図４におい て信号ピーク最大値Ｐの両側に示されている両方の測定範囲の一方Ｍ１又はＭ２ において働くように、構成されている。 互いに平行で規定された間隔をおいている送信光線導体２２及び受信光線導体 ２３は有利には光線導体繊維束として構成されており、これらの光線導体繊維束 は互いに１倍隔てられているか（例えば図３におけるように）、互いに複数倍隔 てられているか、あるいは互いに内外に同心的に配置されているか、あるいは統 計的に混合せしめられた繊維束内で導かれていることができる。 本発明の（図示されていない）別の実施例によれば、繊維光学的な反射センサ １９はばね弾性的な変形体１１の内部で、反斜面２６が作用する圧着力Ｆに対し て直交ではなく、平行に延びているように、向きを定められており、したがって ばね弾性的な変形体１１の変形によって、間隔ａが不変の状態で反斜面２６が第 １の挿入体２０に対して側方にしゅう動する。この場合反斜面２６は、例えばそ の縁が図３に示した送信光線２４と受信光線２５との重なり範囲を通ってしゅう 動せしめられるように、配置しておく。これによって、繊維光学的な反射センサ １９は、圧着力Ｆの変化の結果としての、反斜面２６の反射する部分の変化によ って生ずる、反射せしめられた光線流の変化を検出する。 ばね装置１４のために特に有利なのは、図２に示した二重ばねの配置であるこ とが分かった。この二重ばねの板ばね１５及び１６は一端部を第１の部分体１２ によって一緒に締め込まれて、負荷されており、かつ他端部を第２の部分体１３ によって一緒に締め込まれて、負荷される。このようなばね弾性的な変形体は一 面においてはフレキシブルであって、測定すべき鉛直に作用する圧着力Ｆの方向 に比較的に大きな、ほぼ直線状に向いたばね距離及び大きな弾性を有しており、 これによって急傾斜の信号ピーク／圧着力の特性曲線を有する大きな分解能、並 びに、変形体／構造部分の結合箇所からの、構造部分の固有振動からの及び架線 とすり板との間の摩擦振動からの妨害信号を効果的に抑える高い信号／雑音比が 達成可能である。他面においては、変形体は測定すべき圧着力Ｆに対して直交す る方向では、例えば１０００Ｎまでの風負荷で水平面内で集電舟に作用する横方 向力及び縦方向力に対して高い剛性及び傾動安定性を有しており、したがって集 電舟はすべての条件のもとで安定して案内される。 本発明の構成では、ばね弾性的な変形体１１は（例えば機械的な摩耗あるいは 電気腐食による線材加工あるいはレーザ切断を適用して）、その第１の部分体１ ２、その第２の部分体１３及び二重板ばね１５／１６と一緒に高い精度でかつ再 現可能な性質をもって、前述の材料から一体に加工可能である。 両方の部分体１２及び１３は本発明を展開させて、繊維光学的な反射センサ１ ９の両方の挿入体２０及び２１が直接に、隣接せしめられた集電装置構造部分に （換言すれば５及び７あるいは７及び８に）組み込まれていれば（図示せず）、 縮小化可能であり、ばね弾性的な変形体は更にスペースを節減してかつ質量をわ ずかに構成可能である。 本発明の別の、やはり図示していない展開によれば、このようなばね弾性的な 変形体を集電舟の基体７に接合しないで、それ自体を基体７の内部に、あるいは それどころか集電舟６のすり板８の内部に組み込むことが可能であり、この場合 変形体は例えば相応する切り欠き部内に挿入される。この形式の特別な構成では 、ばね弾性的な変形体１１は前述の加工法によって基体７の材料内に形成され、 基体と一体に構成されている。 ばね弾性的な変形体１１を、例えば集電装置の搬送及び取り付けあるいは架線 設備の破損の際に生じるような、過度に高い押し力あるいはまた引き力による破 損に対して保護するために、本発明の展開によれば、ばね弾性的な変形体１１内 に特別なストッパ１７及び１８が構成されている（図２）。 二重ばね１５／１６の代わりに、片側あるいは両側で締め込まれた曲げビーム を有しているか、あるいは閉じられた面の又は複数の部分面を有している膜ばね を使用するばね装置１４をばね弾性的な変形体１１のために考えることもできる 。 本発明による装置の危険にさらされている構造部分を機械的あるいは天候性の 周囲影響から保護するために、本発明の別の展開によれば、図示してはいないが 、ばね弾性的な変形体はこれらの周囲影響に対して緊密なカバーを備えており、 このカバーは、それが両方の部分体１２及び１３相互の運動及びばね装置１４の 作用を阻止することがないように、構成されている。有利にはこのカバーは例え ば外周に鋳着又は接着したエラストマーの皮膜として取り付けられている。 本発明は図示の形式の、レール上を走行する電動車両及びまた支え天秤枠を有 しているか、有していない、かつ１つ又は２つの集電舟を有している半シアー型 あるいはシアー型の集電装置に限定されるものではなく、例えばすり板、集電舟 、集電舟支持体及ひ又は押し上げ駆動装置が完全に別の構造になってい集電装置 にも適用することができる。 更に本発明による解決原理は鉛直に作用する圧着力の決定に限定されるもので はない。同じような変形体及び繊維光学的な反射センサを有する測定装置は、車 両長手方向で集電装置に作用する力、あるいは車両横方向で集電装置に作用する 力を測定するために使用することができ、その場合、例えば実施例の変形体をそ れそれ９０°傾倒させて、板ばね平面が水平平面から 、車両に対して横方向で集電舟に対して平行な鉛直平面に、あるいは車両に沿っ た鉛直平面に旋回せしめられるようにし、変形体をこの位置で相応して固定され るようにする。２つ又は３つのそれぞれ互いに直交する方向で測定する測定装置 を組み合わせて、作用する力の、大きさ、作用箇所及び作用方向を完全に力ベク トルとして決定し得るようにすることが可能である。 更に、本発明は力の測定に使用することに限定されるものではなく、加速度及 び圧力の測定に簡単に適用することができ、また高電圧電位にある構造部分にお いてこのような測定を行う別の技術分野においても利用することができる。 使用された符号の一覧表 １ 架線、２ 電動車両、３ 集電装置、４支え天秤、５ 支え天秤枠、６ 集 電舟、７基体、８ すり板、９ 押し上げ駆動装置、１０ 制御装置、１１ ば ね弾性的な変形体、１２ 第１の部分体、１３ 第２の部分体、１４ ばね装置 、１５ 板ばね、１６ 板ばね、１７ストッパ、１８ ストッパ、１９ 繊維光 学的な反射センサ、２０ 第１の挿入体、２１ 第２の挿入体、２２ 送信光線 導体、２３ 受信光線導体、２４ 送信光線、２５ 受信光線、２６ 反斜面、 ２７ センサ信号制御及びセンサ信号処理のための装置、２８ 圧着力に等価の 信号、２９ 所望の圧着力変化に等価の命令、ａ 間隔、Ｆ 圧着力、ｐ 信号 ピーク、Ｐ 最大信号ピーク

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年６月５日（１９９９．６．５） 【補正内容】 EP-0 363 623からは、電気を供給される車両、特にレール走行電動車両の架線 と集電装置との間の圧着力を測定する装置が公知であり、この測定装置は、架線 と集電装置の集電舟との間の圧着力を決定するのに適した少なくとも１つのセン サと、センサ制御及びセンサ信号処理のための装置と、これらのセンサ及び装置 を接続して、電位的に切り離して信号を伝達するための繊維光学的な装置とを有 しており、その際集電舟の基体と集電舟支持体との間にこれら双方と固く結合さ れた２つのばね弾性的な変形体が配置されており、これらの変形体は集電舟を支 持しており、かつこれらの変形体内にそれぞれ１つの繊維光学的なセンサが組み 込まれており、この繊維光学的なセンサは変形体の、圧着力に等価の変形を検出 して、センサ制御及びセンサ信号処理のための前述の装置に信号で知らせ、この 装置内で、検出された変形が圧着力に等価な信号に変換せしめられて、アウトプ ットされるか、あるいは圧着力に等価な信号から圧着力を変化させる命令が導出 されて、アウトプットされる。 本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載した形式の装置のために、従来技 術において高電圧下での力測定のために繊維光学的に信号を伝達する繊維光学的 なセンサの、欠点を回避して、一般的に期待される利点を利用する解決策を見い だすことである。この場合このような装置の繊維光学的なセンサが集電装置と架 線との間の実際の接触箇所の可及的に近くに配置され、構造部分の間で作用する 力を直接に、これらの構造部分の間の大きな相対距離なしに、測定し得るように する。この解決策は、集電装置の振動技術的な、かつ空気動力学的な態度がほぼ 損なわれないままであるような、繊維光学的なセンサを有する前述の測定装置の 形状、大きさ及び配置を許容するようにする。この装置は圧着力の大きさ並びに 集電舟における作用箇所を定め、圧着力に等価の信号を生ぜしめかつアウトプッ トするか、あるいは圧着力を変化させる命令を生ぜしめてアウトプットし、この 命令を能動的に制御される集電装置のために使用し得るようにする。 この課題は、請求項１に記載した装置によって解決される。有利な実施の形態 は従属請求項から取り出すことができる。 請求の範囲 1. 電気を供給される車両、特にレール走行電動車両の架線（１）と集電装置（ ３）との間の圧着力を測定する装置であって、架線（１）と集電装置（３）の集 電舟（６）との間の圧着力を決定するのに適した少なくとも１つの繊維光学的な センサと、センサ制御及びセンサ信号処理のための装置と、これらのセンサ及び 装置を接続している、電位的に切り離して信号を伝達するための繊維光学的な装 置（２７）とを有している形式のものにおいて、集電舟（６）のすり板（８）と 基体（７）との間に、これら双方と固く結合されて、２つのばね弾性的な変形体 （１１）が配置されており、これらの変形体はすり板（８）を支持し、かつこれ らの変形体内にそれぞれ１つの繊維光学的な反射センサ（１９）が組み込まれて おり、この反射センサは圧着力に等価な変形体（１１）の変形を検出して、前述 のセンサ制御及びセンサ信号処理のための装置（２７）に信号で知らせることを 特徴とする、圧着力を測定する装置。 2. ばね弾性的な変形体（１１）が、第１の部分体（１２）と、第２の部分体（ １３）と、これら両方の部分体（１２）及び（１３）を結合していて、部分体（ １３）に作用する圧着力（Ｆ）の方向で部分体（１２ ）及び（１３）相互の圧着力に等価な運動を可能にするばね装置（１４）とを有 しており、繊維光学的な反射センサ（１９）が各ばね弾性的な変形体（１１）の 内部にかつ変形体の運動方向に対して平行に向けられて配置されていることを特 徴とする、請求項１記載の装置。 3. ばね弾性的な変形体（１１）が、第１の部分体（１２）と、第２の部分体（ １３）と、これら両方の部分体（１２）及び（１３）を結合していて、部分体（ １３）に作用する圧着力（Ｆ）の方向で部分体（１２）及び（１３）相互の圧着 力に等価な運動を可能にするばね装置（１４）とを有しており、繊維光学的な反 射センサ（１９）が各変形体（１１）の内部にかつ変形体の運動方向に対して直 交するように向けられて配置されていることを特徴とする、請求項１記載の装置 。 4. 繊維光学的な反射センサ（１９）が、第１の部分体（１２）内に固定されて いて、送信光線（２４）のための送信光線導体（２２）と受信光線（２５）のた めの受信光線導体（２３）とを導く第１の装入体（２０）と、この第１の挿入体 （２０）に対して間隔（ａ）だけ軸方向に離されて、第２の部分体（１３）内に 固定されていて反斜面（２６）を支持している第２の 挿入体（２１）とを有しており、その際送信光線導体（２２）の光線射出面と受 信光線導体（２３）の光線入射面とが互いに隣接せしめられていて、反斜面（２ ６）と向き合って配置されていることを特徴とする、請求項２又は３記載の装置 。 5. 繊維光学的な反射センサ（１９）が、第１の挿入体（２０）と反斜面（２６ ）との間の間隔（ａ）の、圧着力に等価な変化によって生じる、反射せしめられ た光線流の変化を検出することを特徴とする、請求項２及び４記載の装置。 6. 繊維光学的な反射センサ（１９）が、反射面（２６）の反射する部分の、圧 着力に等価な変化によって生じる、反射せしめられた光線流の変化を検出するこ とを特徴とする、請求項３及び４記載の装置。 7. ばね弾性的な変形体（１１）が集電舟（６）の基体（７）内に組み込まれて いることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。 8. ばね弾性的な変形体（１１）が集電舟（６）のすり板（８）内に組み込まれ ていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。 9. 両方の部分休（１２）及び（１３）を結合しているばね装置が二重板ばね（ 板ばね１６を有する板ばね１５）であることを特徴とする、請求項２から６まで のいずれか１項記載の装置。 10．ばね弾性的な変形体（１１）が、第１の部分体（１２）、第２の部分体（１ ３）及びばね装置（１４）と一体に構成されていることを特徴とする、請求項９ 記載の装置。 11．ばね弾性的な変形体（１１）が、集電舟（６）の基体（７）と一体に構成さ れていることを特徴とする、請求項１０記載の装置。 12．ばね弾性的な変形体（１１）が、部分体（１２）及び（１３）相互の最大限 可能な運動を機械的に制限するストッパ（１７，１８）を有していることを特徴 とする、請求項９から１１までのいずれか１項記載の装置。 13．ばね弾性的な変形体（１１）が、可とう性の、シールをするカバーによって 環境の影響に対して保護されていることを特徴とする、請求項１から１２までの いずれか１項記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オラフ モレンハウアー ドイツ連邦共和国 イルメナウ アム ヴ ァルト ４ (72)発明者 アンドレアス カルグート ドイツ連邦共和国 ゴータ フンボルトシ ュトラーセ ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 電気を供給される車両、特にレール走行電動車両の架線と集電装置との間の 圧着力を測定する装置であって、架線と集電装置の集電舟との間の圧着力を決定 するのに適した少なくとも１つの繊維光学的なセンサと、センサ制御及びセンサ 信号処理のための装置と、これらのセンサ及び装置を接続している、電位的に切 り離して信号を伝達するための繊維光学的な装置とを有している形式のものにお いて、集電舟（６）の基体（７）と集電舟支持体（支え天秤枠％）との間に、こ れら双方と固く結合されて、２つのばね弾性的な変形体（１１）が配置されてお り、これらの変形体は集電舟（６）を支持し、かつこれらの変形体内にそれぞれ １つの繊維光学的な反射センサ（１９）が組み込まれており、この反射センサは 圧着力に等価な変形体（１１）の変形を検出して、前述のセンサ制御及びセンサ 信号処理のための装置（２７）に信号で知らせ、この装置（２７）内で、検出さ れた変形が圧着力に等価な信号（２８）に変換せしめられてアウトプットされる か、あるいは圧着力に等価な信号から所望の圧着力変化に等価の命令（２９）が 導出せしめられてアウトプットされることを特徴とする、圧着力を測定する装置 。 2. 電気を供給される車両、特にレール走行電動車両の架線と集電装置との間の 圧着力を測定する装置であって、架線と集電装置の集電舟との間の圧着力を決定 するのに適した少なくとも１つの繊維光学的なセンサと、センサ制御及びセンサ 信号処理のための装置と、これらのセンサ及び装置を接続している、電位的に切 り離して信号を伝達するための繊維光学的な装置とを有している形式のものにお いて、集電舟（６）のすり板（８）と基体（７）との間に、これら双方と固く結 合されて、２つのばね弾性的な変形体（１１）が配置されており、これらの変形 体はすり板（８）を支持し、かつこれらの変形体内にそれぞれ１つの繊維光学的 な反射センサ（１９）が組み込まれており、この反射センサは圧着力に等価な変 形体（１１）の変形を検出して、前述のセンサ制御及びセンサ信号処理のための 装置（２７）に信号で知らせ、この装置（２７）内で、検出された変形が圧着力 に等価な信号（２８）に変換せしめられてアウトプットされるか、あるいは圧着 力に等価な信号から所望の圧着力変化に等価の命令（２９）が導出せしめられて アウトプットされることを特徴とする、圧着力を測定する装置。 3. ばね弾性的な変形体（１１）が、第１の構造部分（支え天秤枠５又は基体７ ）に剛性的に結合されている第１の部分体（１２）と、第２の構造部分（集電舟 ６又はすり板８）に剛性的に結合されている第２の部分体（１３）と、これら両 方の部分体（１２）及び（１３）を結合していて、部分体（１３）に作用する圧 着力（Ｆ）の方向で部分体（１２）及び（１３）相互の圧着力に等価な運動を可 能にするばね装置（１４）とを有しており、繊維光学的な反射センサ（１９）が 各ばね弾性的な変形体（１１）の内部にかつ変形体の運動方向に対して平行に向 けられて配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。 4. ばね弾性的な変形体（１１）が、第１の構造部分（支え天秤枠５又は基体７ ）に剛性的に結合されている第１の部分体（１２）と、第２の構造部分（集電舟 ６又はすり板８）に剛性的に結合されている第２の部分体（１３）と、これら両 方の部分体（１２）及び（１３）を結合していて、部分体（１３）に作用する圧 着力（Ｆ）の方向で部分体（１２）及び（１３）相互の圧着力に等価な運動を可 能にするばね装置（１４）とを有しており、繊維光学的な反射センサ（１９）が 各変形体（１１）の内部にかつ変形体の運動方向に対して直交するように向けら れて配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。 5. 繊維光学的な反射センサ（１９）が、第１の部分体（１２）内に固定されて いて、送信光線（２４）の ための送信光線導体（２２）と受信光線（２５）のための受信光線導体（２３） とを導く第１の装入体（２０）と、この第１の挿入体（２０）に対して間隔（ａ ）だけ軸方向に離されて、第２の部分体（１３）内に固定されていて反斜面（２ ６）を支持している第２の挿入体（２１）とを有しており、その際送信光線導体 （２２）の光線射出面と受信光線導体（２３）の光線入射面とが互いに隣接せし められていて、反斜面（２６）と向き合って配置されていることを特徴とする、 請求項３又は４記載の装置。 6. 繊維光学的な反射センサ（１９）が、第１の挿入体（２０）と反斜面（２６ ）との間の間隔（ａ）の、圧着力に等価な変化によって生じる、反射せしめられ た光線流の変化を検出することを特徴とする、請求項３及び５記載の装置。 7. 繊維光学的な反射センサ（１９）が、反射面（２６）の反射する部分の、圧 着力に等価な変化によって生じる、反射せしめられた光線流の変化を検出するこ とを特徴とする、請求項４及び５記載の装置。 8. ばね弾性的な変形体（１１）が集電舟（６）の基体（７）内に組み込まれて いることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。 9. ばね弾性的な変形体（１１）が集電舟（６）のすり板（８）内に組み込まれ ていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。 10．両方の部分体（１２）及び（１３）を結合しているばね装置が二重板ばね（ 板ばね１６を有する板ばね１５）であることを特徴とする、請求項３から７まで のいずれか１項記載の装置。 11．ばね弾性的な変形体（１１）が、第１の部分体（１２）、第２の部分体（１ ３）及びばね装置（１４）と一体に構成されていることを特徴とする、請求項１ ０記載の装置。 12．ばね弾性的な変形体（１１）が、集電舟（６）の基体（７）と一体に構成さ れていることを特徴とする、請求項１１記載の装置。 １３．ばね弾性的な変形体（１１）が、部分体（１２）及び（１３）相互の最大 限可能な運動を機械的に制限するストッパ（１７，１８）を有していることを特 徴とする、請求項１０から１２までのいずれか１項記載のばね弾性的な変形体。 14．ばね弾性的な変形体（１１）が、可とう性の、シールをするカバーによって 環境の影響に対して保護されていることを特徴とする、請求項１から１３までの いずれか１項記載の装置。