Dispositivo de medición dinamométrica de contacto y procedimiento para medir una fuerza de contacto entre un pantógrafo de arco y una línea de suministro de corriente.

Dispositivo de medición dinamométrica de contacto en un pantógrafo de arco (3),

que tenga, al menos, un patín (310) y un marco basculante (33), comprendiendo al menos

- un sensor de fuerza (41) constituido como sensor de alargamiento para rápidas variaciones de la fuerza, dispuesto en el patín (310) de forma que el sensor de alargamiento (41) se estire mecánicamente bajo el efecto de la fuerza de contacto, existente entre el pantógrafo de arco (3) y una línea de suministro de corriente (2),

caracterizado por una célula de medición de la fuerza (6) para fuerzas estáticas con

- al menos una pared (63),

- un fondo (62) provisto de un resalte (66), y

- una tapa (64) provista de una abertura (67),

- pudiendo extenderse un medio de transmisión de la fuerza en forma de patín (37) a través de la abertura (67) hasta el resalte (66),

- por medio de un medio de fijación (65) puede originarse una tensión inicial en el medio de transmisión de la fuerza (37) entre el resalte (66) y la tapa (64), sujetándose el medio de fijación (65) dentro de la célula de medición de la fuerza (6) am medio de transmisión de la fuerza (37) de forma que se el medio de fijación (65) ejerza un efecto de fuerza sobre la tapa (64) en la dirección del eje longitudinal del medio de transmisión de la fuerza (65),

- el resalte (66) provisto de, al menos, un sensor de alargamiento (61), comprimido bajo el efecto de la fuerza que proviene del medio de transmisión de la fuerza (37), y

- al menos una pared (63) provista de, al menos, un sensor de alargamiento (61), que se estira bajo el efecto de la fuerza que proviene del medio de transmisión de la fuerza (37),

sirviendo la célula de medición de la fuerza (6) como medio de conexión entre el patín (310) provisto del medio de transmisión de la fuerza (37) y el marco basculante (33), conectado a la pared de la célula de medición de la fuerza (63) de tal forma que el sensor de alargamiento (61) montado en la pared (63) esté dispuesto entre el marco basculante (33) y el fondo de la célula de medición de la fuerza (62), y con una unidad de evaluación (45) para determinar una señal de medida común (F12) para la fuerza de contacto a partir de una señal de medida (A2) procedente del, al menos un, sensor de fuerza (41) dispuesto en el patín (310) y una señal de medida (A1) procedente de la, al menos una, célula de medición de la fuerza (6).

Dispositivo de medición dinamométrica de contacto y procedimiento para medir una fuerza de contacto entre un pantógrafo de arco y una línea de suministro de corriente.

La presente invención hace referencia a una célula de medición de fuerza, un dispositivo de medición dinamométrica de contacto en un pantógrafo de arco y un procedimiento para medir una fuerza de contacto entre un pantógrafo de arco.

En la DE 102 49 896 A1 se muestran un dispositivo de medición dinamométrica de contacto y un procedimiento para medir la fuerza de contacto entre un pantógrafo de arco y una línea de suministro de corriente. Con ello, sufre una extensión mecánica, al menos, un sensor láser con rejillas de Bragg de fibra óptica dispuesto en el pantógrafo de arco, que se encuentra bajo el efecto de la fuerza de contacto. Una señal luminosa suministrada al sensor láser con rejillas de Bragg de fibra óptica presenta alteraciones en sus longintudes de onda debido a la propia extensión mecánica que sufre. A partir de la alteración de las longitudes de onda, que están condicionadas por la fuerza de contacto, se determina por evaluación una medida para la fuerza de contacto. El dispositivo de medición y el procedimiento se prestan especialmente bien a la detección de variaciones rápidas de la fuerza. La medición de las fuerzas estáticas es, sin embargo, propensa a error, ya que el patín del pantógrafo de arco puede deformarse debido a las fluctuaciones de la temperatura y con ello simular fuerzas estáticas de contacto.

Gracias a la FR 2 444 266 A1 se conoce una célula de medición de la fuerza con, al menos, una pared, un fondo provisto de un resalte y una tapa provista de una abertura, en la que se prevén sensores de alargamiento en el resalte y la pared.

Es objeto de la presente invención proporcionar una célula de medición de fuerza, un dispositivo de medición dinamométrica de contacto y un procedimiento, que posibiliten una medición precisa de una fuerza de contacto rápidamente variable y una estática entre un pantógrafo de arco y una línea de suministro de corriente al mismo tiempo.

Para resolver el objeto se muestra un dispositivo de medición dinamométrica de contacto correspondientemente a las características de la reivindicación independiente 1.

De esta manera, la célula de medición de la fuerza debe estar provista de, al menos, una pared, un fondo provisto de un resalte y una tapa provista de una abertura. En donde un medio de transmisión de la fuerza en forma de patín puede extenderse a través de la abertura hasta el resalte. Además puede generarse una tensión previa en el medio de transmisión de la fuerza entre resalte y tapa por medio de un medio de fijación, encontrándose el medio de fijación, en la célula de medición de la fuerza, adaptado al medio de transmisión de la fuerza de forma que puede ejercerse la acción de la fuerza del medio de fijación en la dirección del eje longitudinal del medio de transmisión de la fuerza sobre la tapa. Es más, el resalte está provisto de, al menos, un sensor de alargamiento, comprimido bajo el efecto de la fuerza que proviene del medio de transmisión de la fuerza, y la, al menos una, pared que está provista de por lo menos un sensor de alargamiento, que se estira bajo el efecto de la fuerza que proviene del medio de transmisión de la fuerza.

Los sensores de alargamiento están dispuestos por tanto en una llamada "configuración push-pull". Mientras que en el caso de un efecto de la fuerza sobre el resalte los sensores de alargamiento, éstos tienen un comportamiento de respuesta contrario, a partir del cual puede determinarse la fuerza actuante; una variación de la temperatura provoca tanto una variación de la expansión del medio de transmisión de la fuerza como también una variación de la expansión de la propia célula de medición de la fuerza, de forma que los sensores de alargamiento tengan un comportamiento de respuesta del mismo sentido. Las fluctuaciones de la temperatura pueden así despreciarse y no influyen sobre la medición de la fuerza.

De las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1 se infieren otras realizaciones. En esas realizaciones puede apreciarse la forma de ejecución según la Reivindicación 1 con características de las reivindicaciones dependientes o, preferentemente, también las características de varias de estas reivindicaciones combinadas. Por consiguiente, el dispositivo de medición de la fuerza puede tener incluso las siguientes características:

- Así puede ser favorable que la célula de medición de la fuerza se configure en forma de cilindro hueco o en forma de cono hueco. Con ello se garantiza una distribución uniforme de la fuerza a lo largo de toda la célula.

- puede resultar ventajoso que el medio de fijación se ejecute como tuerca de fijación, estando el medio de transmisión de la fuerza provisto de una rosca externa. Con ello se posibilita una fijación del medio de transmisión de la fuerza lo más sencilla posible de manipular.

- puede resultar favorable que se prevea al menos un sensor de temperatura para determinar la temperatura del cuerpo hueco. Dado que la presión en el cuerpo hueco depende de la temperatura y, por tanto, la deformación dependiente de la presión de la membrana se encuentra, asimismo, en función de la temperatura, con la determinación de la temperatura en el cuerpo hueco puede determinarse un valor corrector con el que pueda compensarse la dependencia de la temperatura que posea la deformación de la membrana en sí.

- el medio de transmisión de la fuerza puede ejecutarse más favorablemente como perno de fijación. De este modo puede usarse un perno de fijación ya existente para una fijación o conexión a la transmisión de la fuerza

- Más favorablemente pueden preverse sensores piezo-eléctricos como sensores de alargamiento. Estos sensores son fáciles de manipular y favorables en el aprovisionamiento.

- Sin embargo, puede ser también favorable prever sensores ópticos como sensores de alargamiento. Con sensores ópticos de alargamiento puede abarcarse una sensibilidad de medición considerablemente mayor frente a la de los sensores de alargamiento mecánicos o eléctricos habituales. Con ellos puede medirse incluso la más mínima deformación. Es además muy simple la instalación del sensor óptico de alargamiento. Así, pueden por ejemplo, fijarse sobre el objeto a analizar. Otra ventaja consiste en que los sensores ópticos de alargamiento no están limitados por el lugar de colocación. Con frecuencia se aplican favorablemente en ambientes de alta tensión.

Puede ser ventajoso prever como sensores ópticos, sensores láser con rejillas de Bragg de fibra óptica, que pueden fabricarse enroscando una rejilla de Bragg en una fibra óptica. La dimensión geométrica más favorable de estos sensores láser con rejillas de Bragg de fibra óptica se determina normalmente a través de la fibra óptica empleada. El poco requerimiento de espacio de los sensores láser con rejillas de Bragg de fibra óptica facilita su montaje sobre el resalte y sobre la pared. Resulta además favorable que para el registro de las magnitudes medidas sea indispensable que no haya ningún acoplamiento y desacoplamiento de la señal luminosa de la fibra óptica. En los sensores láser con rejillas de Bragg de fibra óptica, la conducción de la luz se realiza siempre dentro de la fibra óptica, lo que posibilita un registro de las magnitudes medidas especialmente insensible a esos problemas.

En el caso del dispositivo de medición dinamométrica de contacto conforme a la invención se trata además de un dispositivo de medición dinamométrica de contacto en un pantógrafo de arco, que tenga, al menos, un patín y un marco basculante, comprendiendo por lo menos

- un sensor de fuerza constituido como sensor de alargamiento para rápidas variaciones de la fuerza, dispuesto en el patín, de forma que el sensor de alargamiento se estire mecánicamente bajo el efecto de la fuerza de contacto ejercida entre el pantógrafo de arco y una línea de suministro de corriente,

- una célula de medición de la fuerza conforme a la invención para fuerzas estáticas como medio de conexión entre el patín, provisto con un medio de transmisión de la fuerza, y el marco basculante que está conectado con la pared de la célula de medición de la fuerza de tal forma que, el sensor de alargamiento adosado a la pared, esté dispuesto entre el marco basculante y el fondo de la célula de medición de la fuerza, y

- una unidad de evaluación para la detección de una señal de medida común para la fuerza de contacto... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de medición dinamométrica de contacto en un pantógrafo de arco (3) , que tenga, al menos, un patín (310) y un marco basculante (33) , comprendiendo al menos

- un sensor de fuerza (41) constituido como sensor de alargamiento para rápidas variaciones de la fuerza, dispuesto en el patín (310) de forma que el sensor de alargamiento (41) se estire mecánicamente bajo el efecto de la fuerza de contacto, existente entre el pantógrafo de arco (3) y una línea de suministro de corriente (2) ,

caracterizado por una célula de medición de la fuerza (6) para fuerzas estáticas con

- al menos una pared (63) ,

- un fondo (62) provisto de un resalte (66) , y

- una tapa (64) provista de una abertura (67) ,

- pudiendo extenderse un medio de transmisión de la fuerza en forma de patín (37) a través de la abertura (67) hasta el resalte (66) ,

- por medio de un medio de fijación (65) puede originarse una tensión inicial en el medio de transmisión de la fuerza

(37) entre el resalte (66) y la tapa (64) , sujetándose el medio de fijación (65) dentro de la célula de medición de la fuerza (6) am medio de transmisión de la fuerza (37) de forma que se el medio de fijación (65) ejerza un efecto de fuerza sobre la tapa (64) en la dirección del eje longitudinal del medio de transmisión de la fuerza (65) ,

- el resalte (66) provisto de, al menos, un sensor de alargamiento (61) , comprimido bajo el efecto de la fuerza que proviene del medio de transmisión de la fuerza (37) , y

- al menos una pared (63) provista de, al menos, un sensor de alargamiento (61) , que se estira bajo el efecto de la fuerza que proviene del medio de transmisión de la fuerza (37) ,

sirviendo la célula de medición de la fuerza (6) como medio de conexión entre el patín (310) provisto del medio de transmisión de la fuerza (37) y el marco basculante (33) , conectado a la pared de la célula de medición de la fuerza (63) de tal forma que el sensor de alargamiento (61) montado en la pared (63) esté dispuesto entre el marco basculante (33) y el fondo de la célula de medición de la fuerza (62) , y con una unidad de evaluación (45) para determinar una señal de medida común (F12) para la fuerza de contacto a partir de una señal de medida (A2) procedente del, al menos un, sensor de fuerza (41) dispuesto en el patín (310) y una señal de medida (A1) procedente de la, al menos una, célula de medición de la fuerza (6) .

2. Dispositivo de medición dinamométrica de contacto según la Reivindicación 1, caracterizado porque la célula de medición de la fuerza (6) está configurada en forma de cilindro hueco o en forma de cono hueco.

3. Dispositivo de medición dinamométrica de contacto según la Reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el medio de fijación (65) se ejecuta como tuerca de fijación, estando el medio de transmisión de la fuerza (37) provisto de una rosca externa.

4. Dispositivo de medición dinamométrica de contacto según una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el medio de transmisión de la fuerza (37) es un perno de fijación.

5. Dispositivo de medición dinamométrica de contacto según una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque como sensores de alargamiento (61) se prevén sensores piezo-eléctricos.

6. Dispositivo de medición dinamométrica de contacto según una de las Reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como sensores de alargamiento (61) se prevén sensores ópticos.

7. Dispositivo de medición dinamométrica de contacto según la Reivindicación 6, caracterizado porque como sensores ópticos (61) se prevén sensores láser con rejillas de Bragg de fibra óptica.

8. Dispositivo de medición dinamométrica de contacto según una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el, al menos un, sensor de fuerza (41) dispuesto en el patín (310) se ejecuta como sensor óptico.

9. Dispositivo de medición dinamométrica de contacto según la Reivindicación 8, caracterizado porque el, al menos un, sensor de fuerza (41) dispuesto en el patín (310) se ejecuta como sensor láser con rejillas de Bragg de fibra óptica.

10. Procedimiento para medir una fuerza de contacto entre un pantógrafo de arco (3) y una línea de suministro de

corriente (2) por medio del dispositivo de medición dinamométrica de contacto según una de las anteriores Reivindicaciones, que tiene los siguientes pasos:

- transformación de la señal de medida analógica (A2) procedente del, al menos un, sensor de fuerza (41) dispuesto en el patín (310) en una primera señal de medida digital (D2) y transformación de la señal de medida analógica (A1) procedente de la, al menos una, célula de medición de la fuerza (6) según una de las Reivindicaciones 1 a 7 en una

segunda señal de medida digital (D1) ,

- filtrado paso alto de la primera señal de medida digital (D2, DB2) conforme a una primera función de transmisión compleja y filtrado paso bajo de la segunda señal de medida digital (D1) conforme a una segunda función de transmisión compleja, siendo ambas funciones de transmisión complementarias, y

- adición de ambas señales de medida digitales filtradas (F1, F2) conformes a las funciones de transmisión para 15 obtener una señal de medida común (F12) .

11. Procedimiento según la Reivindicación 10, caracterizado por filtrado paso alto de la señal de medida analógica (A2, AB2, B2) procedente del, al menos un, sensor de fuerza (41) dispuesto en el patín (310) .

12. Procedimiento según la Reivindicación 10 u 11, caracterizado por

- amplificación de la señal de medida analógica (A2, AA2, B2) procedente del, al menos un, sensor de fuerza (41) 20 dispuesto en el patín (310) , antes de la transformación en la primera señal de medida digital (D2) y

- atenuación de la primera señal de medida digital (D2) antes del filtrado paso alto conforme a la primera función de transmisión.

13. Procedimiento según una de las 1. a 12, caracterizado por filtrado antialiasing de ambas señales de medida analógicas (A1, A2, AA2, AB2) antes de la transformación en la correspondiente señal digital de 25 medida (D1, D2) .