本发明涉及一种用于制动力试验台的测量力的设备和方法，并且尤其是涉及一种用于在摩擦试验台中测量制动力矢量的设备。
背景技术
摩擦试验台或者说测力计试验台现今通常用于系统性研究制动衬片和制动盘组成的摩擦副。在此，典型地连续测量转矩、转速和有可能压紧力。借助限定的摩擦半径(从中心点到制动力作用到车轮上所在的那个点的距离)，基于此计算摩擦系数。在这些试验台中将制动器促动器固定地与试验台的框架连接并且在不改变制动器促动器位置的情况下进行测量。
图6示出一个用于检验制动系统的摩擦的测力计试验台的例子。试验体501包括旋转部分(车轮或制动盘或者二者的组合)和静止部分(制动钳、车轮制动单元等)。电机514将飞轮组511加速到所希望的速度。各飞轮511可以单独地或共同地与一根轴504连接，以便提供应被制动的质量。电机514在此可以作为附加的制动器起作用或者同样可以模拟附加的制动质量。转动的试验试样501通过操作制动器促动器503而制动飞轮511和电机514。制动器促动器503紧固在制动器框架502上，该制动器框架具有与轴504同中心的保持器。制动器框架502在转动方向上由力变换器507保持在框架512上。利用测量的力可以确定制动转矩并且计算在制动盘和制动蹄块之间的摩擦系数。试验试样501在此定位在测试腔506中，在该测试腔中模拟与列车速度相应的环境和气流505，以便为测试产生真实的条件。
除了制动转矩和制动钳力之外，在试验试样501中使用测量传感器用于测量温度，如果必要的话，用于在特别关注的位置处测量应力。遥测技术系统509将测量结果从旋转的试验试样501传输给接收仪器。
除了动态制动测试之外，还有静态测试(例如用于驻车制动器)。为了这种类型的测试，测力计装备有单独的驻车制动装置508，该驻车制动装置在测力计静止时将转矩施加到轴504上，并且更确切地说利用施加到制动器促动器503上的驻车制动力。
所有装置紧固在框架512上，该框架附加地使结构稳定。在过载情况下或者在紧急情况下，测力计具有不同的安全特征，以便尽可能快地使试验试样停下。
所示出的常规设备具有如下缺点或问题。典型地在真实条件下是这样的，即，单位面积压力的分布在制动期间不是恒定的，而是随着时间而变化。因此，摩擦半径和制动力的方向同样变化。如果这些方向或变化不是已知的，则不能正确地确定摩擦系数。此外，在实践中经常发生如下情况，即，在促动器和制动盘之间的相对运动导致制动力矢量改变。这例如在铁轨-转向架相向弹动时出现。这样的条件在常规的标准试验台中不能在没有较大耗费的情况下实现。
技术实现要素：
因此，存在这样改进现有试验台的需求，使得能够避免所提到的问题。
上述技术问题通过一种根据权利要求1或权利要求6所述的用于测量力的设备和一种根据权利要求12或权利要求14所述的用于测量力的方法解决。从属权利要求涉及独立权利要求之技术方案的有利的进一步改进方案。
本发明涉及一种用于制动力试验台的测量力的设备，其中，该制动力试验台具有制动器促动器和固定的框架。所述设备包括：促动器保持器，该促动器保持器构成为用于保持制动器促动器；框架固定器，该框架固定器构成为用于能实现紧固在固定的框架上；和力测量装置，该力测量装置将促动器保持器与框架固定器连接。该力测量装置构成为用于检测在车轮制动时在促动器保持器和框架固定器之间起作用的至少两个力或转矩。
制动力试验台例如是测力计试验台(例如如之前所描述的测力计试验台那样)，该测力计试验台能测量制动转矩。固定的框架建立固定的参考基准，从而该框架除了可选的减振之外可以看作是不可动的，以便根据力测量来承受制动转矩。所述至少两个力不必是平移力或直线力，而是同样可以是转矩或转动力。所述至少两个力例如可以通过如下方式来表征，即，涉及在不同方向上起作用的两个直线力或者涉及绕不同的转动轴线起作用的转矩。
按照进一步的实施例，所述力测量装置包括至少两个力传感器，所述力传感器构成为用于检测在促动器保持器和框架固定器之间的平移力或转矩。力测量装置例如可以设置在促动器保持器上的第一点与框架固定器上的第二点之间，以便测量在这两个点之间起作用的力。在此，所述至少两个力传感器例如构成为用于彼此独立地测量所述至少两个力。在其之间测量力的这两个点例如是固定点，固定件可以紧固在所述固定点上，所述固定件形成一个基础，以便例如借助能相对移动的/变形的连接结构进行力测量。该测量尤其是可以在制动测试期间进行并且可以设有控制单元用于控制测量。
可选地，所述至少两个力传感器同样可以检测在促动器保持器和框架固定器之间的至少一个转动。
按照进一步的实施例，所述至少两个力传感器成对地设置在促动器保持器和框架固定器的多个点上，用以在所述多个点处分别检测两个彼此垂直起作用的力分量。例如，促动器保持器和/或框架固定器可以分别具有板，并且所述至少两个力传感器设置在促动器保持器的板上的固定点和框架固定器的板上的固定点之间。
按照进一步的实施例，所述设备包括如下的力传感器，该力传感器构成为用于测量在框架固定器和固定的框架之间的转矩。该力传感器例如可以是类似的如在常规的测力计试验台中存在的力变换器(转换器)。
按照进一步的实施例，所述设备包括运动装置，该运动装置构成为用于使框架固定器相对于固定的框架沿至少一个方向移动或(绕至少一个转动轴线)转动。运动装置尤其是构成为用于在制动测试期间实施相应的运动。例如，为此可以使用示例性的控制单元，该控制单元操控运动装置，从而在制动力试验台上的制动测试期间使框架固定器相对于固定的框架沿一个或多个方向以预定的方式移动或者绕一个或多个方向转动。例如，这可以相继进行，从而首先沿某一方向移动，然后沿另一方向移动或者绕另一轴线转动。
本发明同样涉及另一种用于在制动力试验台中测量力的设备，其中，制动力试验台也具有制动器促动器和固定的框架。该另一种设备包括：框架固定器，该框架固定器构成为用于能实现在制动器促动器和固定的框架之间的耦联；和运动装置，该运动装置构成为用于使框架固定器相对于固定的框架沿至少一个方向移动或用于使框架固定器例如绕至少一个转动轴线转动。
按照进一步的实施例，该另一种设备包括：促动器保持器，该促动器保持器构成为用于保持制动器促动器；和力测量装置，该力测量装置将促动器保持器与框架固定器连接。该力测量装置例如构成为用于检测在车轮制动时在促动器保持器和框架固定器之间起作用的至少两个力。该力测量可以按与在之前描述的力测量中相同的方式进行。
按照进一步的实施例，所述运动装置构成为用于使促动器保持器沿至少一个空间方向移动或围绕至少一个转动轴线转动。
按照进一步的实施例，所述制动力试验台还包括用于要制动的车轮的车轮保持器，并且所述运动装置例如包括至少两个轨道和/或至少一个楔形结构，用以使促动器保持器沿至少一个水平方向和/或竖直方向相对于车轮保持器移动或绕其转动。水平面/水平方向例如可以相对于正常的车轮转动运动来定义，亦即，车轮转动轴线在水平面内。与此相应地，竖直方向是与此垂直的方向(例如沿重力方向定向)。
按照进一步的实施例，所述至少一个楔形结构具有四个楔形结构，这四个楔形结构耦联在框架固定器的四个点上，其中，这四个点在一个水平面内围绕促动器保持器设置，使得在操作所述运动装置时提供杠杆作用。
本发明还涉及一种制动力试验台，其包括之前提到的设备之一和控制单元，该控制单元构成为用于在制动测试期间测量所述至少两个力和/或操作运动装置。制动力试验台可选地可以具有另外的部件，所述另外的部件以与在图6的测力计试验台中相同的方式构成。
本发明同样涉及一种用于在制动力试验台中测量力的方法，其中，所述制动力试验台具有用于制动车轮的制动器促动器和固定的框架，并且制动器促动器由促动器保持器保持并且在固定的框架上紧固有框架固定器。该方法包括在制动力试验台中制动车轮以及测量在车轮制动时在促动器保持器和框架固定器之间起作用的至少两个力。测量例如可以在制动期间实施。
按照进一步的实施例，本方法还包括通过移动或通过转动使框架固定器相对于固定的框架沿至少一个方向运动。该步骤例如也可以在制动期间实施。
本发明涉及另一种用于制动力试验台的测量力的方法，其中，所述制动力试验台也包括制动器促动器和固定的框架，并且制动器促动器经由框架固定器紧固在框架上。该另一种方法包括在制动试验台中制动车轮以及通过移动或通过转动使框架固定器相对于框架沿至少一个方向/绕至少一个方向运动。运动例如可以在制动期间进行。
按照进一步的实施例，本方法还包括通过预定的制动测量校准力测量，其中，预定的制动测量在至少一个以下条件下进行：预定的制动衬片、预定的制动盘、预定的车轮转速、预定的惯性质量。在这里，同样可以按预定的方式操作运动装置，以便检测力分量中的变化并且因而校准所述设备。
上述技术问题通过如下方式解决，即，制动力测量可以借助所述设备在试验台中或者并行于试验台地实施。尤其是，与钳(或制动盘)作用的摩擦力可以根据大小、位置和方向确定。此外，实施例能实现：促动器(制动钳、制动鞍或蹄块制动单元)可以在摩擦试验台中装配在一个设备中，该设备允许在制动期间相对于制动盘或相对于车轮移动。因为实施例能够使促动器相对于制动盘或相对于边缘移动，所以实施例能够模拟运行中的真实条件。因此可以在制动力矩和磨损方面更精确地研究对制动性能的影响。
附图说明
从不同实施例的以下详细说明和附图更好地理解本发明的实施例，但这些实施例不应理解成其将公开内容限于特定的实施方式，而是仅仅用于阐述和理解。
图1示出按照本发明的一种实施例的用于测量力的设备的示意图。
图2示出包括制动器促动器的和要制动的车轮的进一步细节的另一实施例。
图3示出具有不同的力传感器的力测量装置的进一步细节。
图4示出包括用于紧固所述设备的固定的框架的一部分在内的整个系统。
图5a、b示出按照本发明的其他实施例的方法的流程图。
图6示出用于检查制动系统中的摩擦系数的常规的测力计试验台。
具体实施方式
图1示出一种用于制动力试验台的测量力的设备，其中，制动力试验台具有车轮保持器10、制动器促动器20和框架30。该设备包括促动器保持器110、框架固定器120和力测量装置130。促动器保持器构成为用于保持制动器促动器20，框架固定器120构成为用于能实现紧固在框架30上，并且力测量装置130将促动器保持器110与框架固定器120连接并构成为用于检测在促动器保持器110和框架固定器120之间起作用的至少两个力或转矩f1、f2。
图2示出包括用于将所述设备装配到制动器促动器20上的进一步细节的另一实施例。制动器促动器20包括制动器保持器210、压紧单元220和制动盘230。制动器保持器210紧固在促动器保持器110上(例如经由稳定的螺纹连接)。在制动盘230之间设置有包括轮体310和制动衬片320的车轮，该车轮能装配在车轮保持器10上，该车轮保持器在图2中不可见。
经由车轮保持器10，通过示例性的电机能加速车轮并且然后经由制动器促动器20能制动车轮。制动器促动器20将在此起作用的力(直线力或转矩)传递到设备的促动器保持器110上。力测量装置130可以在制动过程中精确地测定，在车轮的制动过程中在促动器保持器110和框架固定器120之间产生何力。为此，力测量装置130例如可以具有第一力传感器131、第二力传感器132、第三力传感器133和第四力传感器134。力传感器131……134例如可以耦联在框架固定器120的角点上并且测量在制动过程中由促动器保持器110施加到力测量装置130上的力。因为所述设备具有多个力传感器131、132、……，所以可以彼此独立地测量不同的力分量。不同的力分量一方面可以是纯水平的或竖直的(沿重力方向)平移力。但所述不同的力分量同样可以是作为相对转动力在促动器保持器110相对于框架固定器120之间起作用的转矩。
框架固定器120通常紧固在一个外框架30上，该外框架在图2中未示出并且该外框架建立固定的参考系，制动力矩最终传递到该参考系上。
图3示出力测量装置130的进一步的细节。例如，力测量装置130可以包括多个力传感器131、132、……，所述力传感器这样分布，使得能沿不同的方向或在不同的点处测量力。示例性的四个力传感器131、……、134可以构造成相同的，但可以定位在不同的位置处。
以下示例性地依据第一力传感器131描述这四个力传感器131、……、134的构造，该第一力传感器包括第一部分131a、第二部分131b和第三部分131d。第一部分131a和第二部分131b通过第一连接结构131c沿着z轴相互连接。此外，第三部分131d和第二部分131b通过第二连接结构131e沿着y轴相互连接，其中，第一连接结构131c不允许沿着y轴的相对移动(仅沿着z轴)。第一部分131a例如固定地与框架固定器120(在图3中已移除)连接并且第三部分131d固定地与促动器保持器110连接。第二部分131c例如相对于促动器保持器110可动地设置，从而该第二部分例如可以沿着y轴侧向运动、但不能沿着x轴或沿着z轴(相对于促动器保持器110)运动。
因为第一部分131a(或第三部分131d)在三个平动方向上都不能相对于框架固定器120(或相对于促动器保持器110)运动，所以第二部分131b在促动器保持器110和框架固定器120之间相对移动时沿着y轴沿侧向移动。因为第一连接结构131c将该移动传递到第二部分上，所以通过第二连接结构131e可以测量在第二部分131b和第三部分131d之间的移动力。在促动器保持器110相对于框架固定器120沿着z轴移动时，第二部分131b不能相对于促动器保持器110运动，从而经由第一连接结构131c在第一部分131a和第二部分131b之间能检测该力分量。
所提到的移动通常很小或者说仅仅大到可以测量力的程度(也可以仅仅是边缘的变形)。细节取决于力传感器的具体实现，但这对于本发明不那么重要。例如可以使用已知的传感器作为力传感器。
因为在所示出的对于力测量装置130的实施例中除了刚刚描述的第一力传感器131之外在所述四个角之中的每个角上安装有其他同类型的力传感器，所以在每个角上可以彼此独立地检测在促动器保持器110和框架固定器120之间的相对移动。所有的力传感器对于沿z轴的移动是敏感的，而沿y轴方向的相对移动能通过第一力传感器131或第三力传感器133检测并且沿x轴方向的相对移动能通过第二力传感器132或第四力传感器134检测。因为在每个方向上至少两个力传感器在不同的点处测量力，所以同样可检测转动或转矩。
为了为力测量装置130提供尽可能固定的保持，促动器保持器110例如构成为稳定的板，该板具有相应的凹部，相应的第二部分131b、132b、……在这些凹部中能沿侧向移动，更确切地说沿仅仅一个方向，而这些第二部分沿其他方向是固定的。
图3同样示出连接触点135，以便输出测量到的力或力分量并且将其例如进一步传送给控制单元。
图4示出用于具有运动装置140的设备的一种实施例，该运动装置不仅检测如在图3中的沿不同方向的力分量，而且同样引起在示例性的力测量期间促动器保持器110转动或移动。
为此，框架固定器120紧固在第一轨道311和相对的第二轨道312上，从而框架固定器120能沿着水平面在侧向的x方向上移动。此外，第一轨道311和第二轨道312经由各两个楔形结构321、322、……(或其他高度移动装置)而与第三轨道313和第四轨道314连接，从而框架固定器120也能沿着水平面在侧向的y方向上移动。所述设备100因而能沿着任意的水平方向移动。因为沿着第一、第二、第三和第四轨道311、312、313、314的移动可以至少直至一定程度上彼此独立地进行，所以甚至在水平的x,y平面内的转动也是可能的。
楔形结构321、322、……可以分别设置在第一轨道311的相反的端部上和在第二轨道312的相反的端部上。这提供如下优点：在抬起时实现一定的杠杆作用。其他楔形结构322、323、……可以按相同的方式是可动的。因此，第一轨道311的和/或第二轨道312的端部可以在高度上(z轴)相对于第三轨道313和/或第四轨道314运动。例如，楔形结构321、322、……分别包括一个第一楔形元件321a、322a、……并且分别包括一个第二楔形元件321b、322b、……，该第一楔形元件和第二楔形元件在水平的相对移动(例如沿着y轴)时改变其高度并且由此使框架固定器120(和由此也使制动器促动器20)沿着z轴(高度)运动。例如，第一楔形元件321a可以是能相对于第二楔形元件321b移动的，其中，第二楔形元件321b固定地紧固在第二轨道312上并且第一楔形元件321a能沿着第三轨道313运动。由此，楔形结构的高度变化引起框架固定器120(因而以及制动器促动器20)竖直移动。
所有楔形结构321、322、……例如可以是能彼此独立地运动的，从而框架固定器120和制动器促动器20同样能绕x轴和/或y轴转动。例如可以经由主轴驱动器来操作楔形结构321、331、……，该主轴驱动器使楔形元件321a、321b、……相对彼此移动。该运动又可以经由示例性的控制单元来控制(例如在一次制动测试期间)。楔形结构也可以由其他的高度调节装置(或螺旋或主轴机构)代替。
在其他实施例中，高度移动或在水平面内的移动可以由其他运动元件实现。图4仅仅示出一个例子，而不将本发明限于此。
图4同样示出车轮310连同制动盘320，该制动盘能经由制动器促动器20制动。在制动过程中，转矩从车轮310经由制动器促动器20传递到促动器保持器110上。传递的力矩例如可以引起促动器保持器110相对于框架保持器120围绕平行于车轮310轴线(例如x轴)的轴线相对转动。
按照本发明，因此可以改变制动条件。例如，实施例允许制动器促动器20和车轮310相对彼此转动和/或移动。这可以在任意方向上进行，如在轨道车辆的真实条件下可能发生的那样。经由可选的评价单元可以检测并且相应地评价所有的力分量(例如图3的八个传感器的八个分量)。例如，所检测到的力可以组合成三个平动力和/或三个转矩(沿/绕x、y和/或z方向)。
图5a、b示出按照本发明的实施例的方法的流程图。
图5a示出用于在制动力试验台中测量力的第一方法的流程图，其中，制动力试验台具有用于制动车轮的制动器促动器20和固定的框架30，并且制动器促动器20由促动器保持器110保持并且在固定的框架30上紧固有框架固定器120。本方法包括在制动力试验台中制动s110车轮以及在制动s110期间测量s110在制动车轮时在促动器固定器110和框架固定器120之间起作用的至少两个力或转矩f1、f2。
图5b示出用于制动力试验台的第二方法的流程图，其中，制动力试验台包括制动器促动器20和固定的框架30，并且制动器促动器20经由框架固定器120紧固在框架30上。本方法包括在制动试验台中制动s210车轮以及在制动s210期间使框架固定器120通过移动或通过转动相对于框架30沿至少一个方向运动s220。
本设备的所有前述功能可以作为另外的可选的方法步骤在第一或第二方法中实现。
与常规的系统相比，实施例尤其是具有如下优点。在制动测量期间能可靠地检测偏差。尤其是也可以测量小的偏差。这是重要的，因为与标称位置的偏差通常不大，从而制动力矢量的偏移与制动力相比也不大并且因而经常不能简单地测量。此外，实施例避免了附加的弹性的或者甚至有间隙的测量仪器使测量结构失真。另外，按照本发明的设备可以简单地装配并且可以在外部标定。最后，实施例同样考虑了在摩擦试验台中苛刻的环境条件(尤其是在温度方面)并且不导致误测量。
本发明的在说明书、权利要求书和附图中公开的特征不仅可以单独地、而且可以以任意的组合对于实现本发明是重要的。
附图标记列表
10车轮保持器
20制动器促动器
30框架
110促动器保持器
120框架固定器
130力测量装置
131、132、……力传感器
131a、131b、131d第一力传感器的第一、第二和第三部分
131c、131e第一和第二连接件
135信号导线
140运动装置
210制动器保持器
220压紧单元
230制动盘
311、312、……轨道
321、322、……楔形结构
501试验试样
502制动器框架
503制动器促动器
504轴
505气流
506试验腔
507力变换器
508驻车制动装置
509遥测技术系统
511飞轮组
512框架
514电机
f1、f2力/转矩