CN111479720A - 用于轨道车辆的受电弓的接触条带、这种条带的制造方法和监测方法、用于监测这种条带的磨损的系统以及轨道车辆 - Google Patents
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Abstract
一种用于车辆(100)的受电弓(108)的接触条带(400)，所述接触条带包括：用于附接至所述受电弓的装置特别是轭(420)、以及用于与接触网(104)接触的有源区域或磨损条带(410)，该磨损条带由第一导电材料制成，所述接触条带包括适于当所述磨损条带的厚度减小时与接触网接触的接触装置(440；440，441)，其特征在于，接触装置包括由第二导电材料制成的至少一个导电接触元件(440；440，441)，第二导电材料的电导率大于所述第一导电材料的电导率，并且接触条带进一步包括：在所述导电元件与磨损条带之间的电绝缘装置(430)以及用于将所述接触元件连接至集成有所述导电元件的至少一个检测电路(300)的装置。
Description
技术领域
本发明涉及用于轨道应用的电工学领域，并且更具体地，涉及受电弓领域。更具体地讲，本发明涉及受电弓的接触条带，该接触条带用来在用于能量分配的固定装置(诸如接触网(catenary))与消耗电能的移动设备(诸如配备有这种接触条带的列车、地铁、有轨电车牵引车辆)之间传递电能。该接触条带包括磨损检测装置。
背景技术
对于配备有电力牵引发动机的轨道车辆，受电弓确保牵引单元(例如，机车)与接触网之间的电接触。更具体地，受电弓包括与接触网进行机械接触的接触部件。该接触部件是水平地且基本上垂直于接触网布置的条带。该部件(也称为“接触条带”)包括附接至轭的磨损条带；磨损条带是收集来自接触网的电流并将该电流传输至受电弓的电导体，以便经由轭，即用作磨损条带的基部的金属支撑件，向电力牵引系统供电。
为了确保稳定的电接触，受电弓对接触网施加压力。该力不是恒定的，而是可以一方面取决于受电弓的展开(这取决于接触网相对于轨道线的高度)并且另一方面取决于气动效应，后者基于受电弓的展开、轨道车辆的前进速度、以及风速和风向。
磨损条带由比接触网软的导电材料制成，以避免接触网的过早磨损；该材料通常是高碳量的混合物。因此，主要使用的磨损条带如下：磨损条带是必须定期更换的消耗部件，要知道通常的设置不是仅更换磨损条带。在磨损条带断裂的情况下，接触网与受电弓之间的电接触就可能会中断：这会干扰列车的电力供应，从而导致列车停在乡村。磨损条带的断裂会导致受电弓不受控制地升高，这会在列车的前进期间持续对接触网施加力：因此，磨损条带的断裂会通过受电弓而对接触网造成损坏或者引起头部从受电弓上移除。这是需要一队技术人员现场干预、轨道交通会中断几个小时甚至几天的严重事件。
磨损条带的磨损不是列车行驶的公里数的简单函数：磨损取决于接触条带对接触网的压力、列车的速度、风速和风向、天气条件(雨、雪、冰、温度)、以及在条带与接触网进行接触期间可能产生的电弧。此外，过高的温度不仅加速了条带的磨损，而且还促进了磨损条带与其金属基底(轭)之间的过渡区域的脱离。
存在有一些系统，其旨在检测磨损条带的磨损，以使得能够在磨损条带断裂之前将其更换。通常，该检测必须处于充分早的阶段，以使得轨道车辆能够到达其目的地站，然后技术服务可以在该目的地站继续进行更换接触条带。即使在不能实现该目的的情况下，也早已期望检测装置能够在磨损条带断裂时防止受电弓升高，以避免因受电弓对接触网造成损坏。这些检测系统具有不同的性质。
许多文献描述了如下系统：其中，接触条带包括密封的纵向壳体，该壳体容纳有流体，使得在磨损超过特定值的情况下，或者在磨损条带断裂的情况下，所述壳体的密封性就会丧失，从而导致所述流体的泄漏或压力变化。可以检测该事件以触发受电弓的移除。
在英国专利GB 1 374 972和GB 2 107 662(Morganite Carbon)中，所述壳体是能够抵抗可达200℃的操作温度的塑料或橡胶材料管。在FR 2 663 592(Le CarboneLorraine)中，壳体是与磨损条带具有相同机械特征的碳材料管。在US 5,189,903(Hoffman&Co)、EP 0 402 666A1(Ringsdorff-Werke)、以及EP 0 394 972 A2和EP 1384972(Schunk Bahntechnik)中，壳体至少部分地由布置在接触条带的下部部分中的槽的壁形成。EP 0 872 374 A1(Le Carbone Lorraine)提出使用莫氏硬度小于4的密封铝或铜管。在WO 2014/102508(Mersen France Amiens)中描述了使用带槽的黄铜管的另一种装置。
这些装置具有一些缺点。它们必须连接至流体回路，例如压缩空气回路，这既给装置增加了负担，又给其维护增加了负担。它们仅允许一个单检测等级(壳体是密闭的或者存在流体泄漏)，这使得只能在实际上已达到触发流体损失的接触条带磨损阈值时进行临时维护。
这些自动落下装置(ADD)系统(其实现了与自动收起系统相关联的气动检测)的主要缺点在于：它们导致受电弓的臂的自动下降，以避免对铁道车辆和/或基础设施造成重大损坏；这干扰了轨道车辆的供电并影响了列车的可用性。
另一方面，由于这些系统要求压缩空气回路，这是有轨电车型轻型车辆没有配备的，因此这种解决方案不能应用于轨道部门的所有区段。
EP 0 525 595 A1(Siemens AG)描述了一种接触条带，其中，光纤被埋设在不同的深度处。由于磨损条带的厚度因磨损而减小，因此光纤被损坏。通过光学手段，由此从这些可以推断出与光纤所处不同深度一样多的接触条带的磨损等级。这给出了剩余接触条带厚度的一定思路，但是这种解决方案对于制造接触条带和光学检测系统在技术上都相当复杂。WO 2006/065 985(Pantrac GmbH)提出在下部部分上钻取盲孔；埋设在盲孔中的光纤会增加这些盲孔的磨损。不同深度的孔的使用可以使得能够检测多个等级的磨损，但是该光学装置比较复杂并且仅可以在条带的离散区域进行监测。
此外，将引用WO 2005/044614，其描述了在接触条带的轭中使用光纤，以确定接触网施加在受电弓的头部上的压力。该装置与地理位置联接，以给出代表网络的状态的图像，特别是接触网的电压调整的图像。然而，这种解决方案在经济上不可行，这使得其难以用于商业服务。JPH08107603(A)描述了一种非常基本的解决方案，其中，给予受电弓特别的形状，以使得能够观察条带的磨损等级。该系统使得不可能在动态模式下(即，在车辆的正常服务中)监测条带。在实践中，后两个文献的教导因此不能克服上面提出的问题。
此外，通过WO 2017 001799，已知一种用于监测接触条带的磨损的装置，该装置要求特定的传感器，即，这些特定传感器在条带的长度的一小部分上延伸。在服务中，这些特定传感器旨在识别接触网的通过力矩。这种布置使得特别是能够将条带磨损与车辆的行驶距离相关联。然而，这种解决方案具有某些缺点，首先这与该监测系统的机械复杂性有关。此外，该系统的正确操作依赖于接触网沿着线路的规则定位，在实践中通常不是这种情况。
最后，将引用文献DE 88 03 377，该文献公开了一种埋设有导电元件的接触条带。该文献教导，这些导电元件可能朝向光学或声学性质的传感器的方向发送警报。然而，该文献没有提供关于可以被本领域技术人员利用的应用的信息。
通常，轨道牵引车辆的受电弓，特别是在高速列车的情况下，代表一种在机械(速度、风、振动、霜冻)、热(夏天和冬天的温度，由于接触而导致的温度升高)、电(高电压、高电流、电弧、湿度、雪)和电子(电磁场、旋转电机、变压器、断路器)方面受到极大干扰的环境：这不是合适于安装精确测量装置的环境。此外，这不是特别易于维护的环境：受电弓上的任何人为干扰都必须遵循严格的程序，以免使工作人员处于危险之中：遵守这些程序会延长干预的持续时间。
显然，需要一种用于监测磨损条带的磨损的装置，该装置简单且坚固耐用，并且使得能够在不影响设备的可用性的情况下进行连续且实时的监测，并且该装置也可以用于没有配备压缩空气回路的有轨电车型轻型车辆。
发明内容
根据本发明，上述问题通过如下一种系统来解决：该系统用于监测车辆特别是轨道车辆的受电弓的接触条带的磨损，该系统包括接触条带，该接触条带包括：在所述受电弓上的附接装置特别是轭、以及用于与接触网进行接触的有源区域或磨损条带，该磨损条带由第一导电材料制成，所述接触条带包括适于在所述磨损条带的厚度减小期间与接触网进行接触的接触装置，所述接触条带的特征在于，接触装置包括由第二导电材料制成的至少一个导电接触元件，该第二导电材料的电导率大于所述第一导电材料的电导率，并且，接触条带进一步包括：在所述导电元件与磨损条带之间的电绝缘装置、以及用于将所述接触元件连接至集成有所述导电元件的至少一个检测电路的装置。
该接触条带代表本发明的第一目的。
在所述磨损条带的未磨损状态下，所述接触条带的所述导电元件的上表面相对于所述磨损条带的上表面处于预定深度处。随着磨损条带由于与接触网进行接触被磨损，该深度减小。
在实施例中，所述导电元件是延伸的并且在磨损条带的内部相对于车辆的向前方向横向地延伸。
所述电绝缘装置可以包括：延伸到磨损条带中的电绝缘保护套，所述导电元件被容纳在所述电绝缘保护套中。电绝缘装置将所述导电元件相对于磨损条带进行绝缘。有利地，还提供了能够将所述导电元件相对于轭进行绝缘的电绝缘装置(其可以与刚刚描述的那些相同，或者可以不同)。
在变型例中，接触条带包括两个导电元件，第一导电元件在车辆的正常操作中朝向接触网转动以提供第一警告等级，而第二导电元件在车辆的正常操作中与接触网相反以提供第二警告等级。导电元件的数量可以增加至三个、四个或更多。
根据本发明的有利特征，第一导电元件被容纳在第一插入件中，该第一插入件被收纳在所述磨损条带的第一凹部中，而第二导电元件被容纳在第二插入件中，该第二插入件被收纳在所述磨损条带的第二凹部中。
有利地，导电元件(或者在多个导电元件的情况下：每个导电元件)由铜制成。
在根据本发明的接触条带中，连接装置包括两个电连接器，这两个电连接器设置在所述导电元件的两个纵向端部处。
在有利变型例中，可移除的连接装置包括一个单电连接器，该或每个导电元件形成回路，该回路的两个端部与所述单电连接器协作。特别地，可以提供一个单护套，并且该或每个导电元件的两个端部与所述单护套协作。
本发明的接触条带优选地没有适合于容纳加压流体的气动检测装置。
本发明的另一目的是一种轨道车辆，其包括车身和受电弓，所述受电弓包括：安装在所述车辆的所述车身上的底架、用于与接触网进行接触的接触条带、以及在底架与接触条带之间的连接装置，其特征在于，接触条带是根据本发明的目的的接触条带，并且车辆进一步包括：集成有所述至少一个导电元件的检测电路、以及专门用于检测表示出所述检测电路的参数的变化的检测装置。
所述车辆有利地包括警告装置，当所述变化处于预定响应范围之外时，特别是在所述检测电路的电切断的情况下，所述警告装置能够被激活。
所述车辆进一步包括用于移除所述受电弓的装置，该装置专门用于响应于警告装置移除接触网的受电弓。
在本发明的非常特别有利的实施例中，车辆进一步包括集成有检测装置和警告装置的控制/命令模块，该模块能够与所述电检测电路协作。该控制/命令模块可以包括专门用于朝向所述轨道车辆和/或地面的方向发送信息的无线类型的通信装置。控制/命令模块例如特别是可移除地被附接至受电弓的头部。
在本发明的另一实施例中，这些检测装置专门用于识别所述检测电路的电感的变化。例如，所述检测电路包括：至少一个初级电路，其用于安装于车辆的车身上；RLC型(包括电阻(R)、电容(C)和电感(L))的至少一个次级电路，其用于安装于受电弓上；所述初级电路包括所述次级电路的功能交互装置(诸如电磁激励装置)，所述次级电路包括所述至少一个导电元件、以及专门用于将所述至少一个导电元件连接至功能交互装置的电连接装置。
在所述初级电路与所述次级电路之间的所述功能交互装置有利地包括属于初级电路的所谓的初级电感、以及属于次级电路的所谓的次级电感。
在实施例中，第一次级电路包括第一检测元件、第一功能交互装置和第一电连接装置，而第二次级电路包括第二检测元件、第二功能交互装置和第二电连接装置。
通常，初级电路安装在车辆的车身上，并且次级电路安装在受电弓上。
安装在车辆上的用于监测接触条带的磨损的这种系统代表本发明的另一目的。
还有，本发明的另一目的是一种用于实施根据本发明的监测系统的方法，其中，借助于初级电路激励次级电路，控制表示出所述次级电路的所述至少一个参数针对所述激励的变化，然后检测所述至少一个事件。有利地，以接近所述次级电路的谐振频率的频率激励次级电路。
还有，本发明的另一目的是一种根据本发明的接触条带的制造方法，其中：提供所述附接装置、所述至少一个导电元件、磨损条带、以及构成电绝缘装置的材料，该材料称为电绝缘材料或所述电绝缘材料的液态或粘性前体，在磨损条带中布置凹槽，将所述至少一个导电元件引入所述凹槽和所述电绝缘材料，使得所述电绝缘材料将所述至少一个导电元件相对于所述磨损条带进行绝缘。对于该后一步骤，可以使液态或粘性树脂作为所述电绝缘材料的前体流入所述凹槽，并且特别是通过按压将所述至少一个导电元件埋设在凹槽中。作为替代方案，可以以块的形式直接提供电绝缘材料，然后在该块中布置纵向孔，将所述至少一个导电元件插入纵向孔中，然后将所述块固定在所述凹槽中。
本发明的另一目的是一种方法，用于监测根据本发明的接触条带的磨损，所述接触条带安装在根据本发明的车辆上，其中所述方法包括：检测至少一个事件，对于该事件，表示出所述检测电路的参数的所述变化处于预定变化范围之外，并且从该检测中识别出接触条带的至少一种故障。
在特定实施例中，接触条带的第一故障对应于接触网与至少一个检测元件的接触。在识别到接触网与上方的导电元件的接触之后，可以从接触网上移除受电弓以使车辆停止，或者可以不从接触网上移除受电弓，以使得车辆的前进能够继续。
本发明的另一方面是一种系统，其用于监测车辆的受电弓的接触条带的磨损条带的磨损，其中受电弓包括底架、弓形件以及在底架与弓形件之间的连接装置特别是关节，所述底架安装在所述车辆的车身上，并且所述弓形件包括用于与接触网进行接触的磨损条带，所述系统包括：至少一个初级电路，其用于安装于车辆的车身上；以及RLC型的至少一个次级电路，其用于安装于受电弓上；所述初级电路包括所述次级电路的功能交互装置，并且所述次级电路包括所述接触条带、以及专门用于将所述条带连接至功能交互装置的电连接装置；并且所述系统进一步包括：用于控制所述次级电路对所述功能交互的瞬时响应的装置。
根据实施例，所述功能交互是电感激励。在所述初级电路与所述次级电路之间的所述功能交互装置可以包括属于初级电路的所谓的初级电感、以及属于次级电路的所谓的次级电感。
所述系统可以进一步包括警告装置，当所述瞬时响应处于预定响应范围之外时，所述警告装置将被激活。所述预定响应范围可以包括一定强度的信号的存在。在这种情况下，当所述信号的强度变得小于预定值或完全消失时，所述警告装置将被激活。
所述次级电路包括能够将所述插入件和功能交互装置连接的电连接装置，特别是有线类型的。
根据实施例，根据本发明的监测系统的特征在于，该或每个次级电路包括安装在接触条带中的至少一个插入件，所述插入件由具有比磨损条带的材料的电导率更好的电导率的材料制成，在车辆的正常操作中，所述插入件被放置在距接触网的一定距离处，并且所述插入件相对于磨损条带的材料是电绝缘的。
在该实施例的变型例中，提供两个插入件，每个插入件属于相应的次级电路，第一插入件在车辆的正常操作中朝向接触网转动以提供第一警告等级，而第二插入件在车辆的正常操作中与接触网相反以提供第二警告等级。第一次级电路包括所述第一插入件、第一功能交互装置以及第一电连接装置，而第二次级电路包括所述第二插入件、第二功能交互装置以及第二电连接装置。这些插入件可以由铜制成。
根据本发明的监测系统可以进一步包括用于移除所述受电弓的装置，该装置专门用于响应于警告装置而将受电弓从接触网上移除。特别地，这些装置可以是电气性质的(诸如电动发动机)或气动性质的。
本发明的另一目的是一种用于实施根据本发明的监测系统的方法，其中，借助于初级电路激励次级电路，控制所述次级电路对所述激励的瞬时响应，检测至少一个事件，对于该事件，所述瞬时响应处于预定响应范围之外，并且从该检测中识别出接触条带的至少一个故障。有利地，以接近所述次级电路的谐振频率的频率激励次级电路。
在该实施方法的第一实施例中，接触条带的第一故障可以对应于接触网与至少一个插入件的接触。在该实施方法的该实施例的变型例中，识别接触网与所述第一插入件的接触，并且不从接触网上移除受电弓，以使得车辆的前进能够继续。
在该实施方法的第二实施例中，监测方法包括两个插入件，每个插入件属于相应的次级电路，并且识别接触网与所述第二插入件的接触，并从接触网上移除受电弓。
附图说明
图1是可使用根据本发明的接触条带的轨道车辆的轮廓图。
图2是可使用根据本发明的接触条带的图1所示轨道车辆的受电弓的轮廓图。
图3(a)示意性地示出能够检测根据本发明的接触条带中的特定磨损状态的装置。
图3(b)示意性地示出根据本发明的受电弓，受电弓具有构成RLC电路的次级电路的系统。
图4示意性地示出穿过根据本发明的第一实施例的接触条带截取的竖直横截面。
图5示意性地示出穿过根据本发明的第二实施例的接触条带截取的竖直横截面。
图6示意性地示出穿过根据本发明的第一实施例的接触条带截取的竖直纵截面。
图7示意性地示出穿过根据本发明的第二实施例的接触条带截取的竖直纵截面。
图8示出RLC电路的根据激励频率的响应。
图9示意性地示出对于次级电路的不同电阻值，RLC电路中的强度根据激励频率的发展。
图10是类似于图6的纵截面图，示出了根据本发明的第一实施例的变型例的接触条带。
图11是类似于图7的纵截面图，示出了根据本发明的第二实施例的变型例的接触条带。
图12是类似于图4和图5的横截面图，示出了图11中表示的接触条带的实施例变型例。
图13是正视图，示出了配备有两个根据本发明的接触条带以及控制/命令模块的受电弓。
附图中使用以下附图标记：
具体实施方式
在本描述中，术语“导体”和“绝缘”是指导电性方面，除非相反地提及。
参考图1，现在将描述实现本发明的轨道车辆100。轨道车辆100被设计成在轨道线102上循环，接触网104在该轨道线102的上方延伸，在该接触网104中有电力供应电流通过。轨道车辆100包括车顶106，在该车顶106上附接有受电弓108，该受电弓108被设计成捕获接触网104的电力供应电流并因此向轨道车辆100进行电力供应。
现在特别参考图2，将更详细地描述受电弓108。该受电弓代表根据现有技术的典型实施例，并且不包括用于监测磨损条带的磨损的任何系统。受电弓108包括底架202，该底架202被附接至轨道车辆100的车顶106。在所描述的实例中，底架202包括框架204以及将框架204连接至轨道车辆100的车顶106上的电绝缘体206。受电弓108进一步包括弓形件208，该弓形件208旨在与接触网104接触，以捕获供应电流。
图2中所示的弓形件208是双弓形件：其在顶部承载两个接触条带226，当受电弓108展开时，这两个接触条带226与接触网104进行机械接触；这两个接触条带226确保接触网104与受电弓108之间的动态电接触。
接触网104在竖直方向上处于距底架202的一定距离处，该距离可以有很大的变化。为了克服接触网104与底架202之间的距离的变化，受电弓108进一步包括关节臂210，该关节臂210将弓形件208连接至底架202，使得弓形件208位于距底架202的可变距离D处。关节臂210被设计成在竖直方向上展开，从而，为了将弓形件208与接触网104维持接触，使弓形件208相对于底架202移动。因此，关节臂210被设计成：一方面，当接触网104与底架202之间的距离增加时，在竖直方向上展开，以使弓形件208远离底架202，并且另一方面，当接触网104与底架202之间的距离减小时，在竖直方向上折叠，以使弓形件208移动靠近底架202。
在所描述的实例中，关节臂210由两部分制成，并且包括：主下杆214，其在横向上枢转地安装在底架202上，例如安装在框架204上，与纵向具有角度A1；以及，主上杆216，其在横向上枢转地安装在主下杆214上并且与纵向具有角度A2。弓形件208在横向上枢转地安装在主上杆216上。
关节臂210进一步包括辅助下杆218，该辅助下杆218在横向上枢转地安装在底架202上(例如，在框架204上)以及主上杆216上，以使主上杆216的角度A2服从于主下杆214的角度A1，使得角度A1的增加导致角度A2的增加。
关节臂210进一步包括辅助上杆220，该辅助上杆220在横向上枢转地安装在主下杆214和弓形件208上，使得无论关节臂210的展开如何，弓形件208都与纵向L保持基本上恒定的角度。
受电弓108进一步包括返回装置222，该返回装置222被设计成促使关节臂210展开。因此，弓形件208维持与接触网104接触。返回装置222包括例如气垫、弹簧或电动发动机。此外，受电弓108包括展开装置224，该展开装置224使得能够根据轨道车辆的服务需要来展开或移除受电弓。
图2中所示的弓形件208是双弓形件：其在顶部承载两个接触条带226，当受电弓108展开时，这两个接触条带226与接触网104进行机械接触；这两个接触条带226确保接触网104与受电弓108之间的动态电接触。
本发明更具体地涉及安装在弓形件上的接触条带400。现在将参考图4至图7更详细地说明根据本发明的接触条带的结构。
图4示意性地示出穿过根据本发明的第一实施例的接触条带400截取的竖直横截面。图6示出对应的竖直纵截面；线A-A'表示图4中所示的截面。接触条带400包括称为“轭”的金属支撑件420，金属支撑件420形成附接基部并且跨越整个宽度延伸。通常，该轭是铝或铝合金挤压型材。在该轭420上附接有磨损条带410，该磨损条带410由比接触网104的线软的第一导电材料制成。通常，接触条带410由碳材料制成。它构成了用于将来自接触网104的电能传递至弓形件和受电弓的有效区域。它可以沿纵向被插入轭420内。该磨损条带410具有基本上恒定厚度的中央区域W，表示磨损条带410的主磨损区域。该磨损条带410的上表面412的初始高度用图6中的线Z1表示。根据本发明，磨损条带410在其下部部分中包括延伸元件440，该延伸元件440由第二导电材料制成。该第二导电材料的电导率必须大于所述第一导电材料的电导率。该纵向导电元件440必须相对于磨损条带410以及相对于金属支撑件(轭)420电绝缘。
在优选实施例中，所述纵向元件440被埋设在电绝缘材料430中。电绝缘材料430被收纳在凹部415(图4中可见)中，并且可以是电绝缘树脂。该电绝缘材料430可以形成有助于处置纵向导电元件440的维持材料。纵向导电元件440可以是铜线或扁铜棒。有利地，纵向导电元件440的上表面布置在恒定的水平高度X1处。
所述纵向导电元件440在其每个端部处连接至连接器460。为了确保所述纵向导电元件440与金属支撑件420之间的电绝缘，设置了将纵向导电元件440与金属支撑件420隔开的绝缘保护套450。
由于接触网104相对于铁道100的居中定位不是恒定的(附图标记104'、104”和104”'表示路径期间接触网104的不同位置)，因此，接触网104与磨损条带410的上表面412之间进行的接触是在跨越主磨损区域W分布的不同位置处获得的。由于这个原因，主磨损区域W的磨损相当均一。当接触网104与磨损条带410的上表面412进行接触时，磨损条带410的上表面412会受到磨损。结果，该上表面的水平高度减小，就像上表面412与纵向元件440的上表面之间的距离d一样。作为实例，当表面412处于高度Z2处时，条带的上表面412与纵向元件440的上表面之间的距离将从d减小到d1。
如图4所示，当磨损条带410的高度减小到绝缘材料430的上水平P时，接触条带400与接触网104之间的电接触没有被中断，因为所述绝缘材料430的宽度L相对于磨损条带410的宽度F较小。因此，接触条带400可以持续履行其作为接触网104与车辆100之间的电流收集器的功能，在此期间，磨损条带410的磨损在绝缘材料430中继续进展。当所述绝缘此材料430的厚度因与接触网104的接触而被去除时，在接触网104与纵向导电元件440之间建立了电接触。可以以不同的方式来检测该事件。下面将描述特别优选的检测方法。如果磨损条带410的磨损进展更多，则纵向导电元件440终将被切穿；可以以不同的方式来检测该事件。根据本发明，优选的是，不是检测纵向导电元件440的切穿，而是检测所述纵向导电元件440与接触网104之间的电接触的建立。
图5和图7采用本发明的第二实施例。其与第一实施例的不同之处在于以下事实：绝缘材料430限制两个纵向导电元件440、441，这两个纵向导电元件440、441分别处于深度X1和Y1处。
如在第一实施例中那样，这些导体的每个端部都连接至连接器460，并且穿过金属支撑件420进行引导，使得在纵向导电元件440与所述金属支撑件420之间不存在电连续性；该电绝缘可以使用绝缘保护套430来实现。在该实施例中，布置了两个独立的电路，即，包括第一纵向导电元件440的第一电路，以及包括第二纵向导电元件441的第二电路。当磨损条带410的磨损继续进展时，首先是第一纵向导电元件440与接触网104进行接触；可以以不同的方式来检测该事件。当接触网104对磨损条带410的磨损(接触网104比磨损条带410的材料硬)继续时，第二纵向导电元件441终将与接触网104接触；也可以检测该事件。如上所述，相对于第一实施例，也可以不是检测接触网104与纵向导电元件440之间的电接触的建立，而是检测纵向导电元件440的切穿，但该检测方法不是优选的。两个事件也可以都被检测。
因此，根据本发明的该第二实施例的接触条带400和磨损条带410使得能够检测两个单独的磨损等级。通过增加纵向导电元件，还可以添加其它磨损等级，但是这会使连接器的输出处的电缆布线复杂化。根据本发明，以下面的方式来检测根据第二实施例的接触条带400'的磨损。如在第一实施例中那样，当接触网与上方的第一纵向导电元件440接触时，向操作者发出第一警告等级。如果他们选择继续使车辆运行(例如，直到其最终目的地，或者至少到最近的车站)，则接触网因此会与下方的第二纵向导电元件441接触。在这种情况下，向操作者指示第二警告等级。在这种情况下，操作者可以选择将车辆立即停止，以免万一接触条带断裂而将接触网置于危险之中。可以规定，在发出警告的同时，自动装置控制受电弓的立即移除，以使其不再与接触网接触。
现在描述根据本发明的用于制造接触条带400的方法。提供金属支撑件(轭)420、纵向导电元件440、磨损条带410、绝缘保护套460以及液态或粘性前体的电绝缘材料430。在磨损条带410中布置凹槽，以接纳电绝缘材料430。这样，所述电绝缘材料使得能够将所述纵向导电元件440相对于所述磨损条带410绝缘。
在第一种变型例中，将液态或粘性树脂作为所述电绝缘材料430的前体流入所述凹槽，并且通过例如按压将纵向导电元件440埋设在凹槽中。作为替代方案，可以首先将纵向导电元件440布置在凹槽中，然后可以使树脂流入凹槽中。
在第二种变型例中，以适当形成的块(例如，通过成型或机加工)的形式直接提供电绝缘材料430，并且在该块中，布置有纵向孔，将所述纵向导电元件440插入该纵向孔中。然后，将磨损条带410的下部部分附接在合适的预制型材420中，放置绝缘保护套450，并且使所述纵向导电元件440的端部穿过所述绝缘保护套450露出来。可以使用胶水将电绝缘材料的块固定在所述凹槽中。
可以实施类似的方法以在磨损条带410中的两个不同深度处引入两个或更多个纵向导电元件440、441。
现在将描述可以与根据本发明的接触条带400一起使用的检测方法。该检测方法检测纵向导电元件440与其周围环境之间的电连续性的发生；该事件是由于电绝缘材料430因在比磨损条带410、电绝缘材料430和纵向导电元件440硬的接触网104上的接触被磨损而造成的。该检测方法基于所谓的RLC(电阻(R)-电感(L)-电容(C))电路的原理。
参考图3(a)，纵向导电元件440被集成到所谓的次级电路302中，该次级电路302与所谓的初级电路301耦合，这两个电路通过电感耦合器(用附图标记303表示)连接在一起。初级电路301包括电子控制系统310，该电子控制系统310优选地位于承载受电弓108的轨道车辆100内部。次级电路302包括由受电弓108代表的谐振系统320；其特别地包括接触条带400。初级电路310和次级电路320形成本发明意义上的检测电路，整体用附图标记300来表示。
如图3(b)所示，该图示出具有单个弓形件以及一个单接触条带226的受电弓，检测电路300的次级电路302包括受电弓108；其作为RLC电路被包括进来，其中：
-电阻(R)由受电弓108的电气回路的电缆的电阻R1组成，并且特别地由集成到接触条带226中的导体的电阻R2组成，该电阻R2的值随着所述接触条带的温度而增加；
-电容(C)被集成到次级电路中；
-电感(L)由次级电路与初级电路的耦合产生。
在图3(b)中，受电弓108的电气回路的电缆用附图标记230表示，电容用附图标记510表示，次级电路的电感用附图标记520表示，初级电路的电感用附图标记530表示。
优选地，电阻R2表示次级电路的电阻的多于90％；这使得能够提高监测的准确度。在操作温度的范围内，电阻R2通常在100％与140％之间发展。次级电路302由初级电路301激励，且初级电路的频率对应于次级电路的谐振频率，以使次级电路的强度响应的幅度最大化，这使得可以优化用于监测次级电路的电流的系统的灵敏度。RLC电路的谐振频率f0通过等式f0＝(1/2π)√(LC)给出。在图8中表示了根据激励频率ω的RLC电路的强度响应。
对根据本发明的次级电路的强度响应进行的监测基于两个原理：
(i)对接触条带的磨损和/或损坏进行的监测：
接触条带的导体一旦被切穿并断开电路，次级电路就停止振荡；根据所述纵向导电元件440在接触条带226内的定位，该事件被解释为达到磨损等级或损坏了接触条带；在第二种情况下，可以规定，展开装置224移除接触网104的受电弓108，以保护接触网104。
(ii)对接触条带的温度进行的监测：
次级电路302的电阻随着接触条带226的温度而增加。次级电路302中的强度I根据以下公式发展：
I＝I0I√[R2+(ωL–1/ωC)]。
在激励频率是电路的特定频率的情况下，公式变为：I＝I0IR。
因此，在所监测的温度范围内，电流将在100％至73％的范围内发展。接触条带400的温度升高得越多，次级电路302的电阻增加得就越多，次级电路的强度降低得就越多。图9示出对于如下三个电阻值，RLC电路中的强度根据激励频率的发展：高电阻(曲线(a)、高电阻(曲线(c)、平均电阻(曲线b)。
根据本发明，在电路300的调试时，测量次级电路302的外部温度和电阻。在没有任何电气干扰的情况下，在停止时，通过温度探针(图中未示出)来进行温度的测量。因此，次级电路302的强度的发展使得能够知道在服务中接触条带所达到的温度。
对接触条带的芯部处的温度进行实时监测，使得能够识别出网络中的难以切换的区域，并且如果温度超过特定阈值则能够在驾驶室中产生警告。因此，可以调节列车的速度或提供接触网的电压的调整干预。另一方面，由列车的事件记录仪对该数据进行记录，使得能够保留交通状况的历史并最终能够建立碳条带的老化模型。
根据本发明，以下面的方式来检测根据第一实施例(图4和图6)的接触条带400的磨损。当单个的纵向导电元件440与接触网接触时，关于初级电路所发射的激励，由此检测到次级电路302的异常响应；该异常响应的特征在于，次级电路302的振荡停止，次级电路302因此断开。该信息由此被受电弓的展开系统收集，该系统触发受电弓的臂的移除，从而代替了ADD的常规系统。系统的这种变型例适用于有轨电车型应用。
根据本发明，以下面的方式来检测根据第二实施例(图5和图7)的接触条带400的磨损。如第一实施例中那样，当接触网与上方的纵向导电元件440接触时，向操作者发出第一警告等级。如果他们选择继续使车辆运行(例如，直到其最终目的地，或者至少到最近的车站)，则接触网因此会与下方的纵向导电元件441接触。在这种情况下，向操作者指示第二警告等级。在这种情况下，操作者可以选择将车辆立即停止，以免万一接触条带断裂而将接触网置于危险之中。可以规定，在发出警告的同时，自动装置控制受电弓的立即移除，以使其不再与接触网接触。
在实例中，已制造出根据本发明的用于监测受电弓的磨损条带的磨损的系统，该系统具有厚度约为0.4mm的导电铜插入件510。在RLC型的次级电路中，电感L的值约为15mH，电容C的值约为100pF，并且谐振频率的值约为13000Hz。
图10示出根据本发明的第一实施例的(如图6特别示出的)接触条带的变型例。在该图10中，与图6的机械元件类似的机械元件分配有相同的附图标记，但增加1000。该图10的接触条带1400与图6的接触条带400的主要区别在于，它包括一个单护套1450和一个单连接器1460。此外，导电元件1440形成回路，使得导电元件1440的两个端部1440a和1440b相邻。这些端部延伸到单护套1450中并与上述单连接器1460协作。
图11示出根据本发明的第二实施例的(如图7特别示出的)接触条带的变型例。在该图11中，与图7的机械元件类似的机械元件分配有相同的附图标记，但增加1000。该图11的接触条带1400与图7的接触条带400的主要区别在于，它包括一个单护套1450和一个单连接器1460。此外，每个导电元件1440和1441都形成回路，使得每个导电元件1440和1441的相应端部1440a、1440b和1441a、1441b相邻。这些不同的导体端部延伸到单护套1450中并与上述单连接器1460协作。
图10和图11的变型例具有特定的优点，特别是经济性质上的优点。实际上，这些变型例使得能够减少构成元件的数量，因为它们要求一个单护套1450，以及一个单连接器1460。
图12示出与图11的接触条带有关的附加实施例变型例。在该变型例中，磨损条带1410通过两个凹部1415和1416被加宽，这两个凹部1415和1416向该条带的下端敞开。每个凹部接纳相应的插入件1430和1431，该相应的插入件1430和1431例如通过楔入被维持在其凹部内。通常，这些插入件由有机硅材料制成。
每个插入件使得能够定位相应的导体1440和1441，这些导体与图11中所示的那些类似。导体1440的上表面位于导体1441的上表面之上。在这些条件下，如图11的实例中那样，上导体1440可以给出第一警告等级，而下导体1441可以给出第二警告等级。
从该图12可以看出，每个导体的两个绞线1440a和1440b以及相应的1441a和1441b相互接触。这是有利的，因为这使得能够在高度方向上减小总体积。在这种情况下，为了避免面对的绞线之间的任何电接触，每个导体以本身已知的方式配备有绝缘壳体。
图12的变型例具有特定的优点，特别是与制造简单性有关，但尤其是与不同检测阈值的定位准确度有关。实际上，两个回路可以被定位在根据用户需要选择的独立且非常精确的高度处。最高的回路可以触发第一磨损警告，该第一磨损警告根据需要尽可能接近由第二回路触发的磨损警告，从而使得能够采用更精细的方法进行条件维护。例如，对于最大磨损为35mm的由碳制成的条带，第一警告阈值可以在85％磨损(也就是，29.7mm的磨损)时被触发，并且接下来的可以在92％磨损(也就是，32.2mm的磨损)时被触发。导体的机加工以及在每个凹部中的精确定位使得这种检测准确度成为可能。
图13示出本发明的实施例变型例，其中每个连接器460使得能够将导电元件440连接至在这些连接器之间延伸的所谓的连接电缆81。该导电元件440与两个连接器和电缆一起形成所谓的检测电路，整体用附图标记8来表示。电缆81的两个端部与连接器71和72(图6所示)之间的连接有利地是可移除类型的。
在该实施例中，弓形件在其顶部承载根据本发明的两个接触条带400和400'。此外，控制/命令模块9既布置在第一检测电路8的连接电缆81的附近，也布置在与第二条带400'相关联的第二检测电路的连接电缆81'的附近。如图12所示，该模块9通过任何合适的方式被附接至受电弓108的头部109。该模块9使得不仅能够检测在每个电路8或8'级的故障，而且能够朝向轨道车辆和/或地面的方向提供关于该故障的信息。
为此，该模块9首先配备有本身已知类型的检测装置91，这使得能够识别电路8或8'的操作参数的变化，即，在其电平下的电切断。此外，该模块配备有警告装置92，使得能够朝向轨道车辆和/或地面的方向提供环境信息。这些警告装置有利地是无线类型的，这可以通过附图标记93被有形化示出。具有常规性质的这些警告装置92例如是二进制类型的(1＝闭合电路，0＝断开电路)。磨损条带的磨损一旦达到导体5，该导体就因与接触网的接触而被切断并断开，从而改变电路的电阻。
参考图12的实施例，以下面的方式检测接触条带1的磨损。在新接触条带的实现过程中，由将定时计数器设定为零的模块识别该新接触条带。然后，由于导电元件440被接触网切穿/使用，因此模块9检测到电路8或8'的异常响应，其电阻变得非常高，甚至无线大。因此，朝向轨道车辆和/或地面的方向发送该第一项信息。此外，该事件的发生受到第一特征时间t1的影响。
因此，模块9可以计算磨损条带的平均磨损速度，并因此通过外推法产生对新条带的磨损的预测分析。模块9将该信息发送至操作者，操作者因此可以最佳地计划维护操作。最后，自主模块9能够有规律地向轨道车辆和/或地面发送确认其良好操作状态的消息。因此，监测系统的，特别是该模块9的任何操作损坏都将自动被检测并传输给有关人员。
提供能够以“无线”模式发送信息的这种控制/命令模块的事件具有特定的优点。实际上，这使得能够避免将该模块以有线的模式中继到轨道车辆的电子设备。一方面，该解决方案与通过导电线进行的连接进行比较，该通过导电线进行的连接会与电势差不兼容。另一方面，该解决方案与通过光纤进行的连接进行比较，该通过光纤进行的连接相对昂贵并且难以实现。
本发明具有许多优点。
本发明的接触条带能够代替已知类型的自动落下装置(ADD)系统，或者有可能互补地进行补充。与配备有气动回路系统的现有技术的接触条带相比，本发明的接触条带更轻、更简单且更易于装卸。
此外，本发明的接触条带使得能够避免在受电弓的头部或接触条带中安装检测器，受电弓的头部或接触条带是暴露且受干扰的地方(冲击、电弧、电磁污染，特别是温度升高)。
配备有本发明的接触条带的受电弓不包括任何附加的测量装置(除了也许的温度探针，然而该温度探针不需要位于受电弓中)；磨损条带必须简单地包括导电元件，该导电元件是无源部件。
本发明使得能够清楚地识别出，磨损条带的移除或达到一定磨损等级。它监测磨损条带的整个宽度，因为它不要求离散的局部传感器。在所描述的实例中，次级电路302将因此停止振荡(次级电路断开)。通过借助于多个检测元件有利地配备接触条带，本发明还使得能够提供多个警告等级。
本发明还使得能够确定磨损条带的温度，并因此知道条带与接触网之间的切换质量：信号的幅度将因此减小。初级电路测量次级电路的幅度上的响应，以从中推断出磨损条带的状态的发展(断裂、温度增加、磨损等级、剩余厚度)。初级和次级电路不受周围环境中存在的众多干扰因素的干扰。
本发明使得能够在没有压缩空气回路的有轨电车型车辆上带来ADD系统的等同物。
本发明不限于上述实施例，而是相反，由所附权利要求书限定。对于本领域技术人员而言，确实可以对它进行修改是显而易见的。
此外，权利要求中使用的术语不应该被包括限于上述实施例的元件，而是相反应该被包括覆盖本领域技术人员可以从他们的常识中得出的所有等同的元件。
Claims (23)
1.一种接触条带(400)，用于车辆(100)特别是轨道车辆的受电弓(108)，所述接触条带包括：在所述受电弓上的附接装置特别是轭(420)、以及用于与接触网(104)进行接触的有源区域或磨损条带(410)，所述磨损条带由第一导电材料制成，
所述接触条带包括具体用于在所述磨损条带的厚度减小期间与所述接触网进行接触的接触装置(440；440，441)，
所述接触条带的特征在于，所述接触装置包括由第二导电材料制成的至少一个导电接触元件(440；440，441)，所述第二导电材料的电导率大于所述第一导电材料的电导率，
并且，所述接触条带进一步包括：在所述至少一个导电接触元件与所述磨损条带之间的电绝缘装置(430)、以及用于将所述至少一个导电接触元件连接至集成有所述至少一个导电接触元件的至少一个检测电路(300)的装置。
2.根据权利要求1所述的接触条带，其特征在于，在所述磨损条带的未磨损状态下，所述至少一个导电接触元件(440)的上表面(X1)相对于所述磨损条带的上表面(Z1)处于预定深度处。
3.根据权利要求1或2所述的接触条带，其特征在于，所述至少一个导电接触元件(440)是延伸的并且在所述磨损条带的内部相对于所述车辆的前进方向横向地延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的接触条带，其特征在于，所述电绝缘装置包括：在所述磨损条带(410)中延伸的电绝缘保护套(450)，所述至少一个导电接触元件被容纳在所述电绝缘保护套中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的接触条带，其特征在于，所述接触条带包括两个导电元件，第一导电元件(440)在所述车辆的正常操作中朝向所述接触网转动以提供第一警告等级，而第二导电元件(441)在所述车辆的正常操作中与所述接触网相反以提供第二警告等级。
6.根据权利要求5所述的接触条带，其特征在于，所述第一导电元件(1440)被容纳在第一插入件(1430)中，所述第一插入件被收纳在所述磨损条带的第一凹部(1415)中，而所述第二导电元件(1441)被容纳在第二插入件(1431)中，所述第二插入件被收纳在所述磨损条带的第二凹部(1416)中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的接触条带，其特征在于，所述连接装置包括两个电连接器(460)，所述两个电连接器设置在所述至少一个导电接触元件的两个纵向端部处。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的接触条带，其特征在于，能移除的所述连接装置包括一个单电连接器(1460)，所述或每个导电元件(1440，1441)形成回路，所述回路的两个端部(1440a，1440b，1441a，1441b)与所述单电连接器协作，并且特别地，设置一个单护套，并且所述或每个导电元件(1440，1441)的两个端部(1440a，1440b，1441a，1441b)与所述单护套(1450)协作。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的接触条带，其特征在于，所述接触条带没有适合于容纳加压流体的气动检测装置。
10.一种车辆(100)，包括车身(106)和受电弓(108)，所述受电弓包括：安装在所述车辆的所述车身上的底架(202)、用于与接触网进行接触的接触条带(400)、以及在所述底架与所述接触条带之间的连接装置，
其特征在于，所述接触条带是根据权利要求1至9中任一项所述的接触条带，并且所述车辆进一步包括：集成有所述至少一个导电接触元件(440，441)的检测电路(300)、以及专门用于检测表示出所述检测电路的参数的变化的检测装置。
11.根据权利要求10所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括警告装置，当所述变化处于预定响应范围之外时，特别是在所述检测电路的电切断的情况下，所述警告装置能够被激活。
12.根据权利要求10或11所述的车辆，其特征在于，所述车辆进一步包括集成有所述检测装置和所述警告装置的控制/命令模块(9)，所述控制/命令模块能够与所述电检测电路(8，8')协作。
13.根据权利要求12所述的车辆，其特征在于，所述控制/命令模块(9)包括专门用于向所述轨道车辆和/或地面的方向发送信息的无线类型的通信装置(93)。
14.根据权利要求12或13所述的车辆，其特征在于，所述控制/命令模块(9)特别是能移除地被附接至所述受电弓的头部(109)。
15.根据权利要求10至11中任一项所述的车辆，其特征在于，所述检测电路包括：
-至少一个初级电路(301)，其用于安装于所述车辆的所述车身上，
-RLC型的至少一个次级电路(302)，其用于安装于所述受电弓上；
所述初级电路包括所述次级电路的功能交互装置(303)，
所述次级电路包括所述至少一个导电元件(440，441)、以及专门用于将所述至少一个导电元件(440，441)连接至所述功能交互装置的电连接装置。
16.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，所述功能交互装置是电磁激励装置。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的车辆，其特征在于，在所述初级电路与所述次级电路之间的所述功能交互装置包括属于所述初级电路的所谓的初级电感(303)、以及属于所述次级电路的所谓的次级电感。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的车辆，其特征在于，第一次级电路包括第一检测元件、第一功能交互装置和第一电连接装置，而第二次级电路包括第二检测元件、第二功能交互装置和第二电连接装置。
19.一种根据权利要求1至9中任一项所述的接触条带的制造方法，其中：
-提供所述附接装置(420)、所述至少一个导电接触元件(440，441)、所述磨损条带(410)、以及所述电绝缘装置(410)的构成材料，所述构成材料称为电绝缘材料或所述电绝缘材料的液态或粘性前体，
-在所述磨损条带(410)中布置凹槽，
-将所述至少一个导电接触元件(440，441)引入所述凹槽和所述电绝缘材料，使得所述电绝缘材料将所述至少一个导电接触元件(440，441)相对于所述磨损条带(410)进行绝缘。
20.根据权利要求19所述的制造方法，其中，使液态或粘性树脂作为所述电绝缘材料的前体流入所述凹槽，并且特别是通过按压将所述至少一个导电接触元件(440，441)埋设在所述凹槽中。
21.根据权利要求19所述的制造方法，其中，以块的形式直接提供所述电绝缘材料，在所述块中布置纵向孔，将所述至少一个导电接触元件(440，441)插入所述纵向孔中，然后将所述块固定在所述凹槽中。
22.一种用于监测根据权利要求1至9中任一项所述的接触条带的磨损的方法，所述接触条带安装在根据权利要求10至18中任一项所述的车辆上，其中：
-检测至少一个事件，对于所述事件，表示出所述检测电路的所述参数的所述变化处于预定变化范围之外，
-从所述检测中识别出所述接触条带的至少一种故障。
23.一种用于监测车辆(100)的受电弓(108)的接触条带(226)的磨损条带(321，520)的磨损的系统(300，500)，所述受电弓包括底架(202)、弓形件(208)以及在所述底架与所述弓形件之间的连接装置，特别是关节，所述底架安装在所述车辆的车身上，所述弓形件包括用于与接触网(104)进行接触的磨损条带，
所述系统包括：
-至少一个初级电路(301)，其用于安装于所述车辆的所述车身上，
-至少一个次级电路(302)，其用于安装于所述受电弓上；
所述初级电路包括所述次级电路的功能交互装置，
所述次级电路包括所述接触条带(226)、以及专门用于将所述接触条带连接至所述功能交互装置的电连接装置；
所述系统进一步包括：
-用于控制所述次级电路对所述功能交互装置的瞬时响应的装置。
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