专利名称：用于测量轮接触力的称量模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量有轨车辆的轮接触力的称量模块。
背景技术：
为了测量轨道车辆的轮接触力，需要用于每个车轮的力测量设备，这也可以说是作为特殊测量轨道组成部分的称量装置。将安装有称量传感器的测量桥(measuringbridge)插入到测量轨道的轨的适当位置中。这些称量传感器通常支撑在特殊的基板上，该基板用于确保对导入所吸收力的轨道路基的刚性连接。
由于这种外部测量设备所需的安装空间或安装高度，对于地基的结构性修改经常是必须的。特别是，对于改型的利用这种称量技术的现有轨道的安装而言，适当的修正是不可行的。
通常地，通过螺纹装配件实现称量传感器到测量桥的安装导致测量系统具有对其自身的干扰影响，这导致了待确定的力的测量误差。因此，为了能够确定测量设备的精确性，用于轮接触力的现有技术的测量设备的校准总是必要的。发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有测量桥和称量传感器的用于测量轮接触力的测量设备，该测量设备不需要对轨道路基做任何修改，而是能够直接地安装到例如肋板的现有轨安装部。
通过方案I中详细说明的特征来达到该目的。在从属方案中详细说明优选的改进。
根据本发明，提出一种用于测量有轨车辆的轮接触力的称量模块，该称量模块包括测量轨和直接施加到测量轨的多个应变仪。测量轨进而包括由至少一个负载引入部构成的负载引入区域和至少两个变形体。每个变形体均刚性地(也就是说，静态地)连接到一个负载输出板并且均由一个连结部连接到负载引入区域。应变仪配置在变形体上并且感测作用在连结部和负载输出板之间的剪切应变。
根据本发明的具有直接施加到轨主体的应变仪的测量轨构成紧凑的、一体的并且因此独立的称量模块。这种一体构造的特别有利的特征能够使得在具有外部螺纹安装的称量传感器的现有技术的测量桥中所需要的校准得以省略。制造确定的精度因而与安装状态下称量模块的精度相对应。
根据本发明的一体的测量轨优选地由轨外形制成，该轨外形至少包括轨头部和轨连接部，在理想的方式中，测量轨的外形可以与铁路轨道的外形对应，在铁路轨道中安装一个测量轨或多个测量轨以便提供测量部。因此，测量轨优选也可以由全轨外形制成。因而，为了提供测量部，只是必须安装测量轨来代替现有轨道的轨，现有轨道也可以说是铁路轨道，或者用多个测量轨替换铁路轨道。根据常规，因此也可以考虑将其它通用或特殊用途的轨外形类型用于指定的测量轨。
优选地，变形体的有效剪切应变区域形成在连结部和负载引入板之间。用于容纳应变仪的容腔可以设置在所述剪切应变区域中。
另外，变形体可以在测量轨的用于连接相邻轨的侧面具有斜面，该斜面适于对应变仪的电连接进行引线。
根据一个实施方式，根据本发明的称量模块的测量轨优选地包括两个变形体。每个连结部因而优选地配置在测量轨的两端部中的一个端部处。结果，负载引入部于是延伸过测量轨的整个长度并且形成称量模块的有效测量部。
作为该特殊设计的结果，在由于高重量负载引起的弯曲的情况中产生的负载引入部的长度变化可以仅对变形体产生小的影响，进而对测量结果仅产生小的影响。
测量轨能够以在其纵向方向上镜像对称的方式构造，使得负载引入部由两个连结部对称地支撑在两个变形体上。
不管被测试的车轮出现在测量轨上的位置在哪，测量轨的几何形状因而使得轮接触力总是通过两个连结部引入到两个变形体中。另一个优点在于，在行驶期间产生的张力能够传导至变形体并且由应变仪感测。
如果，在有效的方式中，多个应变仪配置在每个变形体上，利用该应变仪能够实施完整的惠斯通桥，那么在具有对称配置的变形体的称量模块的情况中，还能够确定在指定称量模块上的车轮位置，并且也因此确定了轴距。
根据本发明的称量模块的可选形式可以包括具有至少三个负载引入部和相同数量的变形体的测量轨。测量轨还包括支座和联接部，其中该联接部被设计成与另一称量模块的测量轨的支座接合。
因此，优选地已经生产为单件的多个这种称量模块能够非常简单地组装成相对长的测量部。
在各情况中，测量轨的一个外侧负载引入部仅支撑在同一测量轨的变形体上。在测量部的构造期间，该负载引入部随后优选地支撑在另一称量模块、即相邻称量模块的变形体上。通过相邻称量模块的测量轨的引入到轨主体中的成对支座和联接部实现该支撑。
因而，不管被测试的轮出现在测量轨上的位置在哪，再一次地，在各情况中，能够由一个负载引入部通过两个连结部将轮接触力引入到两个变形体中，另外，将在行驶期间产生的张力传导至变形体并且因此能够通过应变仪感测。
利用在附图中示范的示例性实施方式来详细说明本发明。附图中示出的是:
图1:具有由全轨外形制成的测量轨的称量模块的侧视图或纵向图，
图2:具有用于连接到间隔件的舌部和槽的由全轨外形制成的称量模块的立体图，
图3:用于如图2中示出的测量轨的间隔件的立体图，
图4:具有通过间隔件彼此连接的三个称量模块的测量轨道，
图5:具有由没有轨底(rail foot)的轨外形制成的测量轨的称量模块的侧视图或纵向图，
图6:具有测量轨的称量模块的立体图，该测量轨由具有三个变形体的轨外形制成，
图7:具有三个连接的如图6中的称量模块的测量轨道，
图8:具有如图7中的三个连接的称量模块和位于两侧的尾端件的测量轨道，
图9:用于图8的测量轨道的尾端件的实施方式，
图10:用于图8的测量轨道的尾端件的第二实施方式，以及
图11:图2的称量模块的剖视图。
具体实施方式
在详细地讨论附图之前，应该注意的是，图1、图2、图4、图5和图11示出了根据本发明的第一组称量模块，每个称量模块都具有两个对称配置的测量点。这些实施方式能够直接地应用到例如单独的轨道中，并且能够测量车轮的轮接触力。图6、图7和图8示出了根据本发明的称量模块的第二组实施方式，其具有至少三个测量点。尤其简单的是可以成列地配置任意数量的该称量模块。
另外，在附图中出现的对应的参考标号总是指同一组成部件或功能相同的组成部件。此外，需注意的是，在顺次说明的实施方式中，基本上只有特别的不同之处才会在说明书中被提及并且在相关附图中以参考标号标记。
图1中示出了用于测量有轨车辆(rail-borne vehicle)的轮接触力的根据本发明的称量模块的第一优选实施方式。该称量模块主要包括测量轨I的主体，将多个应变仪2应用到该测量轨I的主体上。尽管也可以考虑采用其它通用轨外形或特殊用途的轨外形作为特定测量轨的基体，但是，根据常规，示出的测量轨的基体可以由例如Vol-54型的工程轨外形(construction rail profile)组成。
能够感测有轨车辆的轮接触力的测量部基本上包括所示的测量轨I的整个长度。测量轨的头部7和连接部(web)8在外形中具有近似相同的宽度，使得轨头部7和轨连接部8沿着轨高度平滑地彼此过渡。轨底9设置在外形的底部。如已在开头所提到的，还可以考虑其它的轨外形。
通过在轨外形的宽度上穿透轨外形的主体的两个槽10在轨连接部8和轨底9的区域中构建测量轨I。从位于距相反的轨端部中一个端部规定距离处的孔11开始，两个槽中的每个槽都在测量轨的纵向方向上首先水平地朝向轨的中央延伸，在经过规定的距离后，以一定角度朝向轨底9倾斜。此外，在各情况中都以这种规定的距离限定连结部6。
例如可以通过金属切割生产来完成适当的结构。
以这种方式构造的测量轨I因而形成具有负载引入部3的负载引入区域、两个变形体4和两个连结部6。因此，连结部6位于测量轨I的每个端部处，使得在各情况中连结部6中的一个将负载引入部3连接到两个变形体4中的一个。在每个变形体4的下面设置负载输出板5，利用该负载输出板5能够将测量轨I刚性地安装到例如是混凝土地基的路基12上。
优选地，将负载输出板5刚性地连接到相应的变形体4，其中能够例如通过热接合或通过未示出的螺纹连接来形成这种连接。根据常规，还能够由单件基体生产测量轨I和负载输出板5组成的单元。同样地，负载输出板5还可以是轨安装部(例如，肋板)的一部分，使得能够通过外部夹具来实现用于轨安装的刚性连接。
负载引入部3在纵向方向上延伸过测量轨I的整个长度，并且具有位于两个变形体4之间的区域中的轨外形的全高，并且经由两个连结部6将负载引入部3支撑在两个变形体4上和位于两个变形体4下面的负载输出板5上。
不管将车轮的接触力引入到负载引入部3中的轨头部7的位置在哪，总是可以通过连结部6将力传导到变形体4中。作为根据本发明的连结部6的配置的结果，实现了精确的力传导，其中特别地，降低了由于高重量负载引起的弯曲的情况中产生的负载引入部3的长度变化对变形体4的影响，因此减小了对测量结果的影响。此外，根据本发明的连结部6的配置允许在测量轨I上行驶期间产生的张力的传导和测量。
两个变形体4被设计成能够通过应变仪2在连结部6和位于轨底9下面的负载输出板5之间感测由通过两个连结部传导到两个变形体4中的力引起的剪切应变。
在有效方式中，多个应变仪安置于各变形体，利用这些应变仪能够在每个变形体处实现完整的惠斯通测量桥(Wheatstone measuring bridge),因而能够在每个变形体处实现测量点。
在本文中的优选的实际设计中，如下所述，在每个变形体4中配置具有两个阻抗区域的两个应变仪2。在各情况中通过在每个变形体4中的两个应变仪2的这种配置来规定测量点。
如图1中显而易见的，两个连结部6分别配置在测量轨I的一端，用于负载或力传导。负载输出板5在纵向方向上从轨端部偏移,使得在纵向方向上在相应的连结部6和负载输出板5的面对相应的轨端部的侧面之间的两个变形体4中形成有效变形区域(activedeformation region)。为了保证最佳变形,在轨道端部和变形体4之间的区域中已经去掉了通过示例示出的轨外形的轨底。
如在图1中以及特别是在示出了另一实施方式的剖视图的图11中也显而易见的，用于在变形体4中测量剪切应变的应变仪2优选地分别位于容腔13中，容腔13能够例如以盲孔的形式侧向地引入到相应的变形体4中。容腔13用于容纳应变仪2，并且容腔13均位于变形体4的剪切应变区域中。
在实际实施过程中，特别如图11中可见，每个变形体因而具有由连接部19彼此分开的两个容腔13，其中两个应变仪或优选地具有两个阻抗区域的一个应变仪，即双应变仪，位于每个容腔中。此外，不管放置在每个容腔中的是都具有一个阻抗区域的两个应变仪还是具有两个阻抗区域的一个应变仪，在附图中未详细示出的应变仪的阻抗区域都在变形体4的指定容腔13中有效地彼此成45°角度地定向，例如因为彼此成45°角度地定向两个蜿蜓区域(serpentine region),使得还能够从所测量的伸长量中计算剪切应变和/或位移角。通常地，能够通过使用适当地预先制造的双应变仪相当地简化这种定向。
图1以及图2、图4、图5和图11中示出的测量轨的纵向方向侧的底部边缘均设置有斜面，例如45°的斜面14。特别如从图2和图11显而易见的，该斜面14适于为用于接触位于容腔13中的应变仪的电连接进行引线。在安装状态下，测量轨的两侧例如与紧接着该测量轨的另外的测量轨抵接，或者可选地与还被称为铁路轨道的相应轨道的轨抵接，其中允许测量轨和铁路轨道之间最多有小间隙。通过图2和图11示出的孔15，可以将应变仪的电连接引线到相应的容腔13之外。斜面14导致与在图1、图2、图5和图11中未示出的另外的抵接的测量轨或可选的轨道的相邻轨存在足够的间隔，以导出适当的线缆。例如在图4中示出的优选改进的成列配置中，这种足够的间隔是非常明显的。
图2和图11示出了根据本发明的称量模块的这种优选的改进，其中图11是图2的称量模块的剖视图。这里示出的测量轨16不同于图1的测量轨I。虽然如此，与上面参照图1说明的实施方式类似，测量轨16主要由工程轨外形组成，两个连结部6、两个变形体4和负载引入部3由工程轨外形的轨主体、特别是连接部8的区域中形成，两个变形体4均具有用于容纳未详细示出的多个应变仪两个容腔13，以提供用于每个变形体的一个测量点。
与图1中示出的称量模块相比，图2和图11示出的称量模块的测量轨16在其两端部的每个端部处均具有联接部，每个端部均具有槽17和舌部18。使用示出的联接部和适当的匹配间隔件19 (通过示例在图3中示出了间隔件19的一个实施方式)，多个测量轨16能够以极简单的方式彼此接合，使得能够以任意期望的长度构造测量轨，例如如图4所示。
图3示出了适当的间隔件19的一个实施方式，该间隔件19与测量轨16类似地优选由工程外形或全轨外形制成，其中与测量轨16互补的具有舌部32和槽31的互补设计的联接部设置于间隔件19的两端部。测量轨16和间隔件19因而提供连接系统，利用该连接系统尤其容易组装用于以后在现有轨道系统中安装的任意期望长度的测量轨道。
仅需移除所期望的测量轨道长度的现有轨道的轨并且用多个测量轨16和间隔件19替换，现有轨道也可以说是铁路轨道。
如已经提到的，图4通过示例示出了测量轨道，该测量轨道包括三个测量轨16，其中每对测量轨16通过间隔件19连接。测量轨道可以在具有附图中未示出的尾端件的第一测量轨和最后的测量轨的每个处终止，这能够保证与相邻铁路轨道基本上无接头地过渡。
图5示出根据本发明的称量模块的可选实施方式，其中与上述实施方式相比，不具有轨底的轨外形用于代替全轨外形，作为用于在这里所采用的测量轨20的基体。例如当由于测量原因不能够采用全轨的材料特性时，可以使用该实施方式。
总而言之，因此，图1、图2、图4、图5和图11不出了根据本发明的称量模块，每个称量模块均具有两个对称配置的测量点，其中这些实施方式可以例如直接应用到单独的轨道中以确定车轮的轮接触力。作为在至少两个称量模块之间固定的特别设计的连接器的结果，可以构造任意期望长度的测量部，例如使用用于图2中的称量模块的图3中的连接器的如图4中的测量部。然而，在相对低的最大轮负载的实例中，包括例如路面电车(streetcar)的实例中，还能够使连接器自身以下述方式伸长:连接器能够构造较少测量点的等长度的测量部。
此外，使用具有对称配置的测量点的称量模块，能够确定在相应称量模块上的车轮的位置，因而还能确定轴距(axle base)。
图6示出本发明的另一实施方式。例如，这里示出的测量轨21能够由所示的没有轨底的外形制造，并且该测量轨21包括由至少三个负载引入部22、23、24组成的负载引入区域，其中至少三个负载引入部22、23、24作为一个整体由相等数量的连结部6连接到相等数量的变形体25、26、27。在该设计中，所有变形体在同一方向上延伸并且因此彼此对齐，使得在各情况中外侧负载引入部24仅支撑在一个变形体27上。在示出的示例中，测量轨21具有三个负载引入部22、23、24、三个连结部6和三个变形体25、26、27，每个变形体25、26、27均具有用于收纳应变仪的两个容腔。该测量轨因而规定了三个测量点。测量轨21可以例如通过金属切割方法由轨外形的基体或任何其他半成品制成，其中，同样地，负载输出板5可以与变形体25、26、27构成单个单元。
测量轨21的端部具有支座表面28和连接表面29，将该支座表面28和连接表面29成型为使得多个单个测量轨可以成列配置并且彼此接合，以便能够组装具有特殊需求或期望长度的测量轨道。通过图7中的示例示出具有三个测量轨21、21a和21b的对应的测量轨道。以与前述实施方式相似的方式，适当匹配的尾端件可以设置用于终止测量轨道，该尾端件确保基本上无接头地过渡到与尾端件相邻的铁路轨道。通过示例在图8中示出了如图7中的具有三个测量轨21、21a和21b的适当终止的测量轨道。
每个测量轨21、21a或21b的每个负载引入区域形成三个负载引入部22、23、24，其中各情况中每个测量轨的仅两个负载引入部22、23支撑在同一测量轨的两个相邻的变形体上。
如从图7和图8显而易见的，在图7中总是作为右侧负载引入部的每个测量轨21、21a和21b的一个外侧负载引入部24 —方面支撑在同一测量轨21、21a或21b的变形体27上，而测量轨21的负载引入部24的相反侧经由测量轨21的连接表面29支撑在测量轨21a的支座表面28和变形体25上。以相应的方式，测量轨21a的负载引入部24的相反侧经由测量轨21a的连接表面29支撑在测量轨21b的支座表面28和变形体25上。
因此，通过同一测量轨21b的连接表面29提供用于测量轨21b的负载引入部24的支撑，其中优选地，可以设置诸如在图8中可见的适用的尾端件或终止件31。在图8中使用的尾端件或终止件31在图9中以放大的形式示出。在有效的方式中，该件进一步适于同时允许到图7和图8中未示出的铁路轨道的过渡，该铁路轨道接合测量轨道的端部。在最简单的实例中，如在图9中可见，这可以通过平坦的终止表面31b来实现。
在有效的方式中，可以设置诸如在图8中可见的适用尾端件或终止件30，用在位于测量轨道的相反端部处的测量轨21的支座表面28。图8中使用的尾端件或终止件30在图10中以放大的形式示出。该件进一步适于同时允许到图7和图8中未示出的铁路轨道的过渡，该铁路轨道接合测量轨道的这个端部。在最简单的实例中，如在图10中所见，相应地，这能够通过平坦终止表面31b来实现。
因而，不管被测试的车轮出现在测量轨上的位置在哪，在各情况中，再一次地，轮接触力通常由一个负载引入部通过两个连结部引入到两个变形体中，另外，在行驶期间产生的张力传导到变形体并且因此由应变仪感测。
在图7和图8中示出的根据本发明的称量模块的实施方式因而均具有至少三个测量点。可以成列配置任意期望数量的该称量模块。例如在图9和图10中所示，只有开端件和尾端件需以适用的方式实现，该开端件和尾端件也就是说到普通轨道的过渡。支撑点之间的间隔保持恒定并且能够满足要求(例如轨枕间隔)。
权利要求
1.一种用于测量轨道车辆的轮接触力的称量模块，其包括测量轨(1、16、20、21)和直接施加到所述测量轨的多个应变仪(2)， 其中，所述测量轨(1、16、20、21)包括负载引入区域和至少两个变形体(4、25、26、27)， 所述负载引入区域由至少一个负载引入部(3、22、23、24)构成， 每个变形体(4)均刚性连接到一个负载输出板(5)，并且每个变形体(4)均通过一个连结部(6)连接到所述负载引入区域，并且 至少两个应变仪(2)以如下方式配置于每个变形体(4):这些应变仪(2)感测作用于所述连结部(6)和所述负载输出板(5)之间的剪切应变。
2.根据权利要求1所述的称量模块，其特征在于，所述测量轨(1、16、20、21)由轨外形制成为单件，其中，所述轨外形至少包括轨头部(7)和轨连接部(8)。
3.根据权利要求1或2所述的称量模块，其特征在于，每个变形体(4)均支撑在所述负载输出板(5)上，在各情况中，所述负载输出板(5)被配置成与将所述变形体(4)连接到所述负载引入区域的所述连结部(6)距离规定的横向间隔。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的称量模块，其特征在于，有效剪切应变区域形成在所述连结部(6)和所述负载输出板(5)之间的所述变形体(4)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的称量模块，其特征在于，所述变形体(4)的剪切应变区域具有用于收纳所述应变仪(2)的容腔(13)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的称量模块，其特征在于，所述变形体(4)在所述测量轨的用于连接相邻的轨的侧面具有斜面(14)，所述斜面适用于对所述应变仪(2)的电连接进行引线。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的称量模块，其特征在于，所述负载引入区域由延伸过所述测量轨(I)的整个长度的负载引入部(3)构成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的称量模块，其特征在于，所述测量轨(1、16、20)包括两个所述变形体(4)并且在纵向方向上构造成镜像对称，其中，所述连结部(6)均配置在所述测量轨的端部，使得所述负载引入部(3)由两个所述变形体(4)对称地支撑。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的称量模块，其特征在于，所述测量轨(21)包括至少三个所述负载引入部(22、23、24)、相等数量的所述连结部(6)和相等数量的所述变形体(25、26、27)以及支座(28)和联接部(29)， 其中，所述联接部(29)能够与另一称量模块的被连接成相邻轨的相同的所述测量轨(21a)的所述支座(28)接合。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的称量模块，其特征在于，外侧负载引入部(24)仅支撑在同一测量轨的一个所述变形体(4)上，并且所述同一测量轨(21)的所述联接部(29)用于另外地支撑这个外侧负载引入部(24)。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量有轨车辆的轮接触力的称量模块，该称量模块包括测量轨(1)和多个应变仪(2)，其中应变仪(2)直接施加到测量轨道(1)。测量轨(1)包括由至少一个负载引入部(3)构成的负载引入区域和至少两个变形体(4)，至少两个变形体在各情况中固定地连接到负载输出板(5)并且经由连结部(6)连接到负载引入区域。应变仪(2)配置在变形体(4)上并且获取作用在连结部(6)和负载输出板(5)之间的剪切应变。
文档编号G01G19/04GK103154679SQ201180048364
公开日2013年6月12日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年10月4日
发明者曼弗雷德·瑞特格, 沃尔特·玛泰奇 申请人:申克公司