CN117940304A - 集电器和操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作集电器(33)的方法，集电器可布置在轨道车辆(31)的车顶(34)上，用于将能量从架空接触线的接触线(35)传递到轨道车辆，集电器包括具有设置在其上的滑动件的定位装置，定位装置使滑动件相对于接触线移动并且在滑动接触位置利用压紧力将滑动片压靠在接触线上以建立滑动接触，滑动件上的压紧力通过定位装置的驱动机构和弹簧机构产生，其特征在于，集电器具有带测量装置(38)的测量单元(36)，测量装置的传感器设备的至少两个传感器设置在定位装置和/或滑动件上，在滑动接触位置测量值分别通过传感器记录，测量值通过测量装置的处理设备(37)处理，处理设备将测量值相互关联，并且确定描述集电器和/或架空接触线的操作状态的特征值。

Description

集电器和操作方法

技术领域

本发明涉及一种集电器以及一种操作集电器的方法，该集电器设置在轨道车辆的车顶上，用于将能量从架空接触线的接触线传递到轨道车辆。集电器包括定位装置，该定位装置具有设置在其上的滑动件，定位装置相对于接触线移动滑动件，并且在滑动接触位置利用压紧力将滑动件压靠在接触线上以建立滑动接触，该压紧力借助于定位装置的驱动机构和弹簧机构产生在滑动件上。

背景技术

为了通过接触线向有轨和非有轨车辆提供电力，经常使用由碳制成的滑动件。这种滑动件总是受到由于碳材料磨耗而磨损的影响。当使用这种滑动件时，例如在火车的机车上，有必要在已经达到最终磨损极限之前更换它们，以防止危险的操作状态、缺陷或故障。当紧急关闭功能通常集成在滑动件中时(这导致在已经达到最终磨损程度时或者甚至在达到最终磨损程度之前如果滑动件损坏(例如断裂)，则滑动件下降)，一旦已经启动这种紧急关闭，进一步的能量供应以及因此车辆的进一步操作由于这种滑动件而不再可能。为了避免这种情形，以规律间隔检查滑动件的磨损程度。这些检查通常由人员执行，其中，因为滑动件设置在车辆(如机车)的车顶上，所以只能很费力很困难地进行检查，并且由于高压流过接触线，必须采取特定的安全措施。因此，在机务段以规律间隔进行这种检查。为了避免这些复杂的检查，已知部分自动化的磨损监测系统，该磨损监测系统可以在已经达到磨损极限时发出信号。WO 2014/173798 A2公开了一种具有磨损指示标记的滑动件，该磨损指示标记可以借助于红外相机被检测。当经过位于路线上的相机时，可以借助于相机对滑动件进行记录，并且可以通过图像处理识别磨损指示标记。根据磨损指示标记的外观，可以得出关于滑动件的磨损程度的结论。缺点是不可能一直监测滑动件的磨损程度，并且用于在铁路网中建立这种监测的技术付出相对较大，因此成本高昂。

此外，定位装置常常包括摇臂或摇杆或枢转导向器或受电弓，通过其中的任何一种滑动件借助于弹簧机构通过压靠在接触线上，并且因此施加所需的压紧力以建立安全的滑动接触。弹簧机构可以由波纹管、拉伸弹簧和/或压缩弹簧形成。弹簧机构补偿轨道车辆的移动和接触线的变化进程。取决于轨道车辆的路线到接触线的相对距离和轨道车辆的速度，强烈波动的力可以作用在滑动件上，由此滑动件严重地应变。在滑动件本身和/或定位装置中也可能引起振动。当滑动件从接触线上提升时，可能会产生电弧，由此滑动件的磨损由于材料的电损失而增加。这总体上导致增加了检修集电器和更换滑动件的工作，这取决于架空接触线的组成。因此，在轨道车辆的测试运行框架中测试架空接触线的轨迹区段是已知的。为此，专门为此目的提供的轨道车辆必须装备有专门用于此目的的测量技术，例如用于拍摄接触线图像的相机。因此，这种检查是昂贵的，并且仅允许对架空接触线的操作状态进行快照。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种操作集电器的方法，以及一种集电器和一种具有集电器的监测系统，其中任何一者都允许改进操作。

这种目的通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求24的特征的集电器以及具有权利要求25的特征的监测系统来实现。

根据本发明的用于操作设置在轨道车辆的车顶上的集电器、用于将能量从架空接触线的接触线传递到轨道车辆的方法使用集电器来进行，集电器包括具有设置在其上的滑动件的定位装置。定位装置使滑动件相对于接触线移动，并且在滑动接触位置利用压紧力将滑动件压靠在接触线上以建立滑动接触。压紧力借助于定位装置的驱动机构和弹簧机构产生在滑动件上。集电器具有具有测量装置的测量单元，测量装置的传感器设备的至少两个传感器设置在定位装置和/或滑动件上。测量值借助于传感器在每种情况下在滑动接触位置记录，借助于测量装置的处理设备对测量值处理，处理设备将测量值相互关联，并且确定描述集电器和/或架空接触线的操作状态的特征值。

滑动件包括接触元件，该接触元件通常由碳制成，并能够抵靠接触线并且因此可以与其建立电连接。这种接触元件由滑动件载体保持，该滑动件载体又固定在称为受电弓或摇臂的元件上。这种受电弓或摇臂形成用于滑动件的定位装置，并因此与滑动件结合形成称为集电器的实体。集电器本身设置在车辆的车顶上，以与车辆上方的接触线建立接触。

通过根据本发明的方法，计划集流器包括具有测量装置的测量单元，该测量装置本身具有具有至少两个传感器的传感器设备。传感器设置在定位装置和/或滑动件上，尽管它们通常可以设置在集电器上的任何位置。借助于传感器设备或者更确切地说是传感器，定位装置和/或滑动件的不同的测量值可以在每种情况下在滑动接触位置记录。这些测量值是物理测量变量，其与定位装置、滑动件和架空接触线具有直接的操作关系，并且在集电器的操作器件受制于变化。借助于处理设备，处理使用相应的传感器测量的测量值和/或测量变量，并且确定适于描述集电器和/或架空接触导线的操作状态的特征值。至关重要的是，处理设备将传感器的相应的测量值彼此关联，以便确定特征值。这使得可以以特征值的形式获得关于集电器和/或架空接触导线的操作状态的进一步信息。处理设备相应地执行来自至少两个传感器的至少两个测量值的计算。根据传感器的类型，测量值可以具有相同或不同的性质。例如，第一传感器可以测量定位装置的竖直移动，第二传感器可以测量滑动件的竖直移动。处理设备将这两个测量值进行关联，例如通过处理设备在计算特征值时考虑两个测量值之间的连接，例如相对于平坦接触线的路线中的凸起，或者反之亦然。如果滑动件和定位装置的竖直移动是相同的，则移动是由接触线的进程引起的，而不是由路线引起的。

特征值可以是参数化值、特征、特征数或数据集。特征值也可以包含在数据集中。特别地，计划借助于处理设备对测量值进行数字处理，以便因此获得可以进行数字处理的特征值。处理设备因此由至少一个数字电子电路形成，该数字电子电路可以处理传感器的模拟和/或数字信号。例如，处理设备也可以是可编程逻辑控制器(PLC)、集成电路(IC)或计算机。

由于处理设备确定了适合于描述集电器和/或架空接触线的操作状态的特征值，因此可以确定集电器和/或架空接触线的操作状态、对其进行监测和/或影响集电器的操作状态。操作状态是指在操作期间出现的集电器和架空接触线的结构可变特性。由于集电器的操作状态在很大程度上取决于路线的组成和/或操作状态，因此特征值也可以描述路线的操作状态。总的来说，集电器、架空接触线和路线可以专门地检修，而无需遵守定期维修间隔或使用轨道车辆执行测试运行。总的来说，因此可以以更低的成本操作集电器和架空接触线，意味着可以更经济地操作轨道车辆。

因此，定位装置的角位置、加速度、速度、旋转、频率、温度、照度、力、电流、电压、电阻、距离、质量、气压、声音、磨损和/或位置被连续地或不连续地记录和处理为测量值。使用陀螺仪可以容易地测量加速度。使用定位装置的角位置，可以在摇杆或受电弓相对于轨道车辆的枢转点处测量摇杆或受电弓的偏转。为此目的，可以使用在枢转点处的旋转电位计或不同的合适的传感器，例如用于测量倾斜角或旋转角的陀螺仪。可以使用定位装置上或摇杆上或受电弓上或滑动件上的温度传感器来测量温度，由此可以确定例如是否存在接触线冻结的风险。可以使用形成传感器的光学传感器或相机来测量照度。这允许评估接触线或电弧的表面上的不规则性。力可以借助于应变计、力传感器、压力传感器等检测。例如，可以根据定位装置的气缸的气压测量压紧力。电流和电压可以分别使用作为传感器的电流表和电压表来测量。阻力可以从电流和电压来确定，阻力是接触品质的度量，并且能够提供关于滑动件的磨损状态的信息。例如，可以确定滑动件和接触线之间的功率传递的品质。质量也可以借助于力传感器确定。可以在波纹管对或压力缸处测量气压，以收集压紧力。可以通过诸如GPS的卫星导航系统容易地确定集电器的位置。声音可以通过麦克风测量，意味着噪音可以作为测量值进行评估。磨损可以使用传感器进行测量，借助于该传感器可以对滑动件的高度和/或厚度进行测量。测量值可以被连续地记录和处理。也可以不连续地记录和处理测量值，例如在预定时间或在某些场合。

特别有利的是使用至少一个加速度传感器作为传感器，该至少一个加速度传感器可以设置在滑动件上和/或定位装置上。传感器可以是旋转或平移加速度传感器或振动传感器，其可以用于测量定位装置和/或滑动件的移动或加速度。例如，滑动件的移动可以在接触线上借助于加速度传感器检测，关于接触线和/或滑动件的形状的结论可以从移动中得出。因此，例如，可以很容易地检测到接触线进程中的突出部，该突出部可以导致滑动件从接触线上提升。因此，不再需要对架空接触线进行特殊的测试运行或现场检查来检测这种故障。此外，由于磨损或磨耗导致的滑动件的变化造成滑动件的几何变化。这可能会导致新的和磨损的滑动件之间的差异。由于滑动件在轨道车辆的操作期间通常与接触线接触并且被接触线刮擦，所以处理设备可以从滑动件的移动以及另一测量值(例如定位装置的移动)得到滑动件的变化。还可以计划将新的和磨损的滑动件的移动型材存储在处理装置中，处理装置能够执行比较并且能够检测滑动件的磨损和消耗状态。这种磨损可以以特征值的形式输出。此外，滑动件的断裂或变形以及对架空接触线的损坏可以容易地检测到。

此外，可以使用至少一个传感器，该传感器可以设置在滑动件内、在滑动件上、在滑动件的安装轴承上或在保持滑动件的定位装置的摇杆上。因此，例如，传感器可以设置在滑动件的凹部或滑动件的接触元件中。此外，传感器也可以直接安装在滑动件或滑动件的滑动件保持器上。替代地，振动传感器也可以设置在滑动件的安装轴承上。滑动件可以包括例如两个安装轴承，借助于该两个安装轴承，滑动件安装在定位装置上。此外，也具有传感器的另一个滑动件可以设置在摇杆上，意味着该滑动件也可以借助于测量单元监测。同样地，传感器装置可以包括两个以上的传感器，这些传感器设置在先前提到的点上，以便能够更精确地确定特征值。

处理设备可以在滑动件沿着接触线被引导时分析测量值。因此，处理设备可以在轨道车辆操作期间进行这种分析。在本发明的范围内，还可以计划轨道车辆不操作时分析测量值，例如在火车站或车站。特别地，优选只有当滑动件沿着接触线被引导时，才能获得在架空接触线的操作状态上的特征值。

当变化发生或连续地变化时，处理设备可以以规律间隔存储来自传感器的测量值和/或特征值。因此，可以计划测量值和/或特征值仅在值改变时被记录和存储，以便保持低的数据量。替代地，还有可能计划连续地记录和存储数据。通过存储测量值和/或特征值，即使在数据已经记录之后，数据的处理变得可能。例如，测量值可以在轨道车辆移动时被记录，特征值能够在轨道车辆维修时在仓库确定。例如，可以在运行之后确定沿着轨道车辆的路线的架空接触线的状态。

致动器可以借助于测量装置的控制装置控制，以便致动定位装置，定位装置的致动能够借助于控制装置的调节设备根据测量值和/或特征值调节。驱动机构可以包括致动器，该致动器可以以这样的方式连接到定位装置的摇杆单元或摇杆，使得滑动件可以通过致动器的线性移动在滑动接触位置和存储位置之间移动。例如，致动器可以通过线性驱动器，或者气动或液压缸，或者波纹管形成。还可以计划通过致动器改变压紧力或者致动器产生压紧力。致动器形成弹簧机构或与其组合。控制装置现在可以从测量装置接收信号或者更确切地说测量值和/或特征值，并且利用它们借助于调节设备用于调节驱动机构。例如，如果处理设备检测到滑动件的断裂，则滑动件可以借助于致动器枢转到轨道车辆上的存储位置。此外，可以通过致动器调节压紧力。通常，这种控制装置也可以作为独立于测量装置的轨道车辆的部件组提供。

压紧力可以通过调节设备根据测量值和/或特征值来调节。例如，独立于定位设备的角度位置和移动，压紧力可以产生为大致恒定的。因此，可以在很大程度上防止滑动件由于碰撞或其他影响从接触线处提升。处理设备可以向控制装置输出特征值，例如，在滑动件已经加速离开接触线之后，控制装置能够通过调节设备和/或致动器在摇杆上施加反作用力，该反作用力防止滑动件的提升。然而，也可以调节压紧力，使得滑动件不会由于增加的压紧力而加快磨损。如果可以建立与接触线的改进的电接触，而后压紧力可以减小。

测量装置可以将测量值和/或特征值传输到评估单元，测量值和/或特征值可以存储在评估单元的数据库中和/或借助于评估单元的评估装置处理。因此，评估单元可以包括数据库和评估装置。因此，评估单元可以用于收集和处理测量值和/或特征值，并且可以由计算机形成。例如，使用评估装置可以将评估结果指示或输出给用户。评估单元可以具有超过处理设备的功能范围的功能范围。然而，通常地也可以将处理设备集成在评估单元中，反之亦然。同样，这种评估单元可以作为独立于集电器的轨道车辆的部件组来提供。

测量装置的测量值和/或特征值可以借助于传输设备通过数据连接传输到评估单元和/或控制装置，评估单元和/或控制单元能够与测量单元间隔开或者集成在测量单元中。如果控制装置和/或评估单元集成在测量单元中，则可以通过数字线链路简单地建立数据连接。在这种情况下，也可以将测量装置的部分，例如处理设备和控制装置以及评估单元安装在轨道车辆上的不同位置。当传输测量值和/或特征值时，数据可以交换，例如基于传输协议。数据连接可以连续地、以规律间隔或基于某些事件来建立。总体而言，因此可以收集和评估由测量装置收集的数据。不同的评估选项允许对某些状态和事件的分析，从而集电器、架空接触线和轨道车辆的操作可以最优化。

可以通过外部数据网络建立数据连接。为此目的，可以通过单独使用或相互结合使用的移动网络、Wi-Fi、卫星连接、互联网或任何其他无线电标准建立数据连接。如果评估单元和/或控制装置与测量单元间隔开，则后者也可以以固定的方式设置在轨道车辆的外部并远离轨道车辆，例如在建筑物中。特别地，可以监测和/或控制轨道车辆上的集电器的功能，而不必由人在轨道车辆本身上执行该任务。

评估单元可以处理来自若干集电器的测量单元的测量值和/或特征值。因此，评估单元可以处理设置在单个轨道车辆上的若干集电器的测量值和/或特征值。通过比较集电器的测量值和/或特征值，测量和/或监测的精度可以进一步提高。此外，可以使用评估单元处理集电器的特征值，集电器设置在不同的轨道车辆上。这也允许显著提高相应的架空接触线的轨道车辆的测量和监测的精度。此外，可以获得路线网络和在其上操作的轨道车辆的当前的且不断变化的状态图像。由此产生的操作状态的优化可以显著降低操作成本。在这种程度上，不再需要对基础设施和轨道车辆进行定期和频繁的检查，操作期间的车辆安全性显著提高。也可以放弃特定的测试运行。

借助于用户单元，可以建立与评估单元和/或测量单元的数据连接，测量值和/或特征值能够传输和输出到用户单元。用户单元可以是独立于评估单元和/或测量单元的计算机。能够计算机可以是固定的计算机、移动的无线电单元等，借助于该计算机可以建立用于与评估单元和/或测量单元交换数据的另一数据连接。例如，数据可以通过诸如互联网的外部数据网络进行交换。因此，使用评估单元准备的数据或者更确切地说是使用评估装置处理的测量值和/或特征值可以被另一用户圈获得。评估单元可以通过使用软件的服务器形成，例如，该软件将包含在评估单元的数据库中的信息传输至用户单元。传输可以由具有所选信息的网页的提供组成，该所选信息例如滑动件的当前磨损状态。

处理设备或评估单元可以评估测量值和/或特征值的时间序列，并且确定集电器和/或架空接触线的磨损状态，同时考虑与磨损有关的时间相关的分量和/或取决于测量变量的分量。因此，不仅可以得出关于当前磨损状态的结论，而且可以大致确定例如滑动件或接触线将在哪个时间点磨损。这使得可以精确地确定并在时间上优化集流器和/或架空接触线的检修间隔，例如通过适应集流器和/或架空接触线的实际状态。此外，时间序列允许确定某些事件发生在哪个时间点。如果事件重复发生，则可以从中获得模式。例如，当穿过特定的轨迹区段时，可以确定较差的电接触或增加的磨损。

滑动件的振动可以借助于传感器设备来记录，处理设备或评估单元能够确定滑动件和/或架空接触线的磨损状态。当滑动件磨损时，滑动件的形状，特别是高度可以改变，形状的改变也能够改变滑动件的振动行为。例如，滑动件和/或定位装置的本征频率和/或谐振频率可以使用处理设备确定为振动。借助于处理设备，可以从振动来确定滑动件、定位装置和/或架空接触线的磨损程度。如果振动行为随着滑动件的材料和/或定位或接触线的部件的磨耗的增加而改变，则可以从这种变化得出滑动件、定位装置和/或接触线的磨损程度的结论。因此，例如，不仅可以确定滑动件是新的还是完全磨损的，而且还可以确定滑动件磨损的程度。滑动件的形状基本上由在滑动件处发生的接触元件的碳材料的磨耗来确定。由此，基本上可以获得新的和磨损的滑动件之间的滑动件或接触元件的高度差。由于在轨道车辆的操作期间，滑动件沿着滑动件的长度不断地被接触线接触或刮擦，因此滑动件可以相对于滑动件的长度不规则地磨损。这意味着滑动件在滑动件的中心处比在其边缘处磨损的更强烈。根据架空接触线的状态，可以在滑动件上形成凹槽。因此，滑动件的高度可以根据使用而不规则地变化，这影响滑动件的形状。此外，在轨道车辆的运行期间，可以记录由接触线沿着滑动件的长度在接触和刮擦之间的恒定变化，由此能够确定滑动件的状态。

处理装置可以借助于有限元法计算形状。例如，处理设备可以基于使用计算机模型的有限元方法，从振动行为来计算滑动件的可能形状。在这种情景下，可以特别考虑先前描述的滑动件的可能磨耗。因此可以更精确地确定滑动件的磨损状态。

处理设备或评估单元可以从操作状态确定以下内容：滑动件和/或接触线处的电弧、接触线的Z字形进程、冻结的接触线和/或接触线的缺陷。例如，电弧可以通过测量在滑动件处传输的电流来确定。此外，可以在接触线的区域中测量照度或光密度，意味着当测量到的峰值同时发生时，可以从两个测量值的高确定性确定电弧的存在。由于接触线通常沿着路线设置成Z字形进程，因此也可以例如借助于加速度传感器和/或感应传感器来确定接触线的Z字形进程。因此，也可以生成沿着路线的架空接触线的型材。架空接触线的型材可以以架空接触线图的形式和/或以接触线的进程的形式存储在评估单元中。在架空接触线和/或接触线处检测到的可能的缺陷可以然后与架空接触线的明确可指定的点精确地关联。多个传感器和/或测量值也可以检测接触线是否冻结，例如通过测量接触线周围区域的室外温度或空气湿度。因此，在接触线或多或少可能被冻结的地方，例如在水体周围，可以产生沿着路线的架空接触线的区域或更确切地说轨迹区段。这些数据也可以存储在评估单元中。此外，可以使用传感器来检测接触线和/或架空接触线的缺陷，例如加速度传感器可以同时检测由于接触线的缺陷而作用在滑动件上的碰撞和具有压力传感器的压紧力的变化。总的来说，可以通过来自相同或不同品牌的传感器的若干测量值的组合得出关于架空接触线的操作状态的结论，并以特征值和/或适合于描述操作状态的其他数据的形式来记载这种操作状态。为此目的，因为在常规操作期间可以容易地和重复地记录测量值，因此不需要专门为这种情景计划测试运行。

处理设备或评估单元可以对在一段时间内存储的测量值和/或特征值进行样本分析或统计评估，并且可以从样本分析或统计评估中获得特征。因此，可以通过样本分析来检测测量值、特征值和数据集之间的操作关系，前提是这种操作关系是可用的。因果关系常常可以从操作关系中获得。在方法的最简单的实施例中，通过样本分析发现的相关性可以用于检测因果关系，这些因果关系的知识反过来能够用于优化轨道车辆的操作。例如，发生在架空接触线的轨迹区段的缺陷可能与特定类型的轨道车辆或集电器有关。这使得可以检测缺陷的原因或轨道车辆与缺陷之间的操作关系，并以有针对性的方式减轻该缺陷。例如，如果有足够数量的数据可用，它们可以借助于统计评估检查，以确保这些事件不是偶然检测到的事件。然而，可以通过统计分析计算出例如缺陷的权重，或者事件的频率和缺陷发生的概率。

处理设备或评估单元可以将不同传感器的测量值和/或特征值相互关联，并借助于人工智能获得测量值和/或特征值的函数依赖性。还可以计划借助于人工智能进行样本分析。例如，人工智能可以在深度学习或数据分类的范围内使用。因此，可以检查传感器之间的函数依赖性。例如，传输的电流可以与温度关联，从而可以检测到接触线冻结。因此，一系列其他操作状态和事件可以根据函数依赖性来检测和解释，例如沿着接触线及其相对位置的变化、倾斜度和数量、滑动件从接触线的提升以及，如果适用的话，形成火花或电弧、由于接触线上的机械摩擦而导致的滑动件的磨损和/或由于压力或更确切地说是压紧力而导致的电消耗，特别是在一段距离上的平均磨损、具有特别高或特别小的磨损的轨迹区段、取决于驾驶风格的磨损率，例如加速或静止电流负载、来自架空接触线和/或接触线的损坏和/或位置偏差、电流负载，例如瞬时过电流、短路电流、发生缺陷时保险丝或短路装置的触发、集电器的磨损部件状态，例如轴承、接头、结构元件、滑动件的断裂，例如由于与障碍物的碰撞，轨道车辆的位置、速度、加速度和行进方向。对这些示例性提及的状态和事件的适当反应可以相应地是检修措施、轨道车辆的驾驶风格的适应或其他适当措施。

还可以规定的是，处理设备将来自与集电器无关的传感器的信号和/或测量值，和/或特征值与来自与集电器相关的传感器的信号和/或测量值，和/或者特征值相互关联，例如通过另外考虑来自接地触点、轮缘油润器、波浪接地等的传感器的信号和/或测量值和/或特征值。通常，也可以使用处理设备以这种方式处理在轨道车辆处可检测到的所有信号和/或测量值。

借助于传感器设备的位置传感器，可以检测集电器的位置，该位置能够与传感器设备的另一传感器的特征值或测量值相关联，评估单元能够确定架空接触线的状态。例如，位置传感器可以通过卫星导航来确定集电器的位置，从而确定车辆的位置。因此，除其他事项外，可以确定在路线上传感器设备的不同传感器的某个测量值已经被记录在哪里。这允许将特定位置与事件和/或测量值相关联。此外，可以借助于评估单元确定架空接触线的状态，例如通过评估集流器和/或摇杆沿着架空接触线的振动。因此，如果接触线严重磨损，摇臂可能具有变化的振动行为。突出部、中断和斜坡也可以在接触线上检测到，并且其与路线上的位置相关联。这允许影响轨道车辆在路线的由此定位的轨迹区段中的速度。

评估单元可以生成沿着轨道车辆的路线的至少一个轨迹区段的架空接触线的数据模型，该数据模型能够包括轨迹区段的多个不同位置，该轨迹区段具有相应关联的测量值和/或特征值。数据模型可以存储在评估单元中，并且包括描述架空接触线的数据和/或文件序列。例如，在更简单的实施例中，数据模型可以是架空接触线沿着路线的进程的图形解释或映射，或者是包括架空接触线的部件的列表。数据模型可以具有所讨论的轨迹区段和/或路线的多个不同位置作为相应的数据集，意味着架空接触线的结构特性由数据模型呈现。位置或数据集可以与每个实例中的测量值和/或特征值相关联。因此，数据模型可以例如包括关于接触线的Z字形进程以及接触线的相应笔直的区段的长度的信息。这种Z字形进程可以与路线相对于参考点的位置或轨道长度相关联。如果测量值是借助于传感器确定的，或者如果特征值是借助于处理设备确定的，它们可以与相应的轨迹区段的位置相关联，前提是位置是已知的或者已经被检测到用于所讨论的测量。与架空接触线有关的可能事件或缺陷可以被记载下来并且如果需要的话，可以在现场准确找到，例如检修，因为位置是已知的。

此外，当轨道车辆沿着轨迹区段运行时，可以通过连续地和重复地记录测量值和/或特征值来改编数据模型。因此可以计划在一个或多个轨道车辆上用根据本发明的集流器或这些集流器中的若干集流器重复地遍历路线。如果测量值和/或特征值在每个实例中都为此目的被记录，则可以通过连续地比较这些值来改进存储在评估单元中的数据模型。例如，一次性事件像这样被确认并将不会被考虑在内，而频繁发生的事件表明某个特定的特性或在某个位置的架空接触线、集电器或轨道车辆存在问题。连续地改编数据模型还允许记载使用强度和相关磨损，从而能够改进维修措施和维修的计划。连续地改编数据模型也可以用于确定位置，使得通过在运行期间从集电器获得的数据及其与数据模型的比较来产生集电器的位置。

此外，可以使用独立于轨道车辆形成在集电器上的测量单元。测量单元可以设置在集电器上或集成在集电器中，从而在空间和/或功能上独立于轨道车辆。因此，这不是用于连接测量单元和轨道车辆的先决条件。特别地，测量单元也不必连接到轨道车辆的低电压网络。测量单元和因此地集电器可独立于轨道车辆的类型使用，而无需轨道车辆生产商的特定认证。然而，测量单元可选地连接到轨道车辆，例如轨道车辆的操作台，以便将测量值和/或特征值信号发送到车辆导体。特别地，数据可以在测量单元和轨道车辆之间双向地交换。因此，例如，磨损可以在操作台中发出信号，或者可获得轨道车辆的测量数据，例如速度，磨损可以在操作台中由测量单元进行处理。然而，优选地，测量单元可以独立于轨道车辆使用。

当滑动件抵靠接触线时，特征值可以在轨道车辆的操作期间确定，特征值能够在轨道车辆待机操作期间替代地或附加地确定，滑动件能够定位在静止位置或者能够在接触线上的接触位置和轨道车辆上的静止位置之间移动。然后，仅基于在静止位置可记录的测量值来确定特征值。当滑动件与接触线分离时，或者当滑动件从轨道车辆上的静止位置朝向接触线移动时，振动在滑动件中引起，该振动基本上可以振动而不受外部作用的影响。这使得例如可以使用振动来确定磨损状态。

根据本发明的集电器设置在轨道车辆的车顶上，并用于将能量从架空接触线的接触线传递到轨道车辆。集电器包括具有设置在其上的滑动件的定位装置，定位装置形成为使得滑动件借助于定位设备相对于接触线可移动并在滑动接触位置利用压紧力被压靠在接触线上。定位装置具有驱动机构和弹簧机构，借助于驱动机构和弹簧机构在滑动片上产生压紧力。集电器具有具有测量装置的测量单元，测量装置的传感器设备的至少两个传感器设置在定位装置和/或滑动件上。测量值借助于传感器在每种情况下在滑动接触位置记录，测量值借助于测量装置的处理设备处理，测量结果借助于处理装置相互关联，并且描述集电器和/或架空接触线的操作状态的特征值是可确定的。关于根据本发明的集电器的优点，参考根据本发明方法的优点的描述。

集电器的进一步有利的实施例源自参考装置权利要求1的从属权利要求的特征的描述。

根据本发明的监测系统包括多个轨道车辆，每个轨道车辆具有至少一个根据本发明的集电器。监测系统包括用于处理多个集电器的测量单元的测量值和/或特征值的评估单元。如前所述，这允许监测轨道车辆的若干集电器或具有集电器的若干轨道车辆，和/或使用单个评估单元控制相应的集电器。然而，可以计划每个集电器具有评估单元。轨道车辆还可以各自具有多个集电器。因此，总体而言，可以使用监测系统独立于数据连接的类型来收集和评估集电器的数据集。监测系统还可以具有评估单元，该评估单元与集电器和/或轨道车辆间隔开，并且可以以固定的方式设置在轨道车辆的外部并远离轨道车辆，例如在建筑物中。例如，可以通过存储在评估单元中的数据获得集电器的位置、记录时间和检测到的缺陷(如果适用的话)之间的相关性。例如在集流器或架空接触线处相对增加的磨损或特定缺陷可以与季节或路线相关联。

监测系统可以包括彼此间隔开的一个或多个用户单元。与相应用户单元的数据连接可以通过外部数据网络建立。用户单元可以是独立于监测系统的计算机。这种计算机可以是固定的计算机、移动的无线电系统等，用于与监测系统交换数据的数据连接借助于该计算机可以建立。例如，数据可以通过诸如互联网之类的外部数据网络进行交换。因此，使用评估单元准备的数据可以通过输出装置提供给扩展的用户圈。输出装置可以由使用软件应用程序的服务器形成，该软件应用程序将由评估单元计算的结果和包含在数据库中的信息传输到相应的用户单元。这种传输可以通过提供具有所选信息的网页来进产生，所选信息例如集电器的库存、架空接触线路线和轨道车辆的当前概览。这些信息可以以适合它们需求的方式提供给运行轨道车辆的公司。

监测系统的进一步有利的实施例源自参考设备权利要求1的从属权利要求的特征的描述。

附图说明

在下文中，参照附图更详细地描述本发明。

图1显示了轨道车辆上的集电器的侧视图；

图2a显示了未使用的滑动件的正视图；

图2b显示了被磨损的滑动件的正视图；

图3显示了接触线的路线的区段的示意图；

图4显示了监测系统与轨道车辆的示意图；

图5显示了测量单元的第一实施例的示意图；

图6显示了测量单元的第二实施例的示意图；

图7显示了另一监测系统的示意图。

具体实施方式

图1显示了轨道车辆(未图示)的车顶11上的集电器10，其具有形成为受电弓12的定位装置13。在受电弓12上，两个滑动件14垂直于接触线16设置在摇杆15上。轨道车辆以速度V_F相对于接触线16移动，滑动件14利用压紧力F_A垂直地和/或正交地压靠在接触线16上。滑动件14由碳接触元件(未示出)和滑动件保持器制成，滑动件14在接触线16上的移动引起碳材料的磨损。

图2a和2b的组合视图显示了处于不同视图和磨损状态的滑动件17。滑动件17基本上由接触元件18制成，该接触元件18包括碳或者更确切地说是石墨并且由滑动件保持器19形成。滑动件保持器19具有通常由铝构成的型材20，接触元件18安装在型材20上。安装轴承21形成在型材20上并且用于将滑动件17连接到定位装置(未示出)。

图2a显示了滑动件17处于新的(即，未使用的)状态，这意味着接触元件18的高度HCN和/或滑动件17的HTN没有改变，或者更确切地说在滑动件17的中心22的区域中具有最大值。在安装轴承21和中心22的区域中，设置测量系统的传感器装置的加速度传感器(未示出)。

图2b显示了滑动件17处于磨损的使用状态，意味着由于接触元件18的表面23的磨耗，在中心22的区域中的接触元件18的高度HCW和/或滑动件17的高度HTW显著减小。这导致滑动件17的振动行为变化，因为滑动件17的阻力扭矩和/或质量变化或减小。在中心22的区域中，接触元件18的磨耗是最明显的，因为接触线(未示出)具有Z字形进程，并且在轨道车辆运行期间在接触元件18的外端24和表面23之间交替的同时在表面23上刮擦滑动件17。

图3显示了接触线25相对于轨道车辆的集电器(未示出)的路线26和滑动件27的示意图。以区段示出的接触线25形成相对于进程26的Z字形进程。实现了架空接触线(未示出)，使得接触线保持在架空接触线的安装点28处。接触线26在安装点28之间以基本上笔直的区段29延伸。在轨道车辆沿着路线26运行期间，接触线25沿着其长度刮擦在变化中的滑动件27。集电器装配有测量单元，该测量单元具有测量装置以及测量装置的传感器设备的至少两个传感器。借助于传感器，滑动件27的振动可以被记录，并且这些测量值可以使用测量装置的处理设备来处理并且被设置为相互关联。处理设备可以确定和/或计算架空接触线的操作状态和/或由此产生的接触线25的Z字形进程。

图4显示了与轨道车辆31结合的监测系统30的示意图。轨道车辆在轨道32上运行并且在轨道车辆31的车顶34上具有集电器33，集电器33能够与接触线35接触。监测系统30包括集电器33上的多个测量单元36，每个测量单元36具有处理设备37和测量装置38。监测系统进一步包括评估单元39，评估单元39接收、存储和处理来自测量单元36的数据集。评估单元39可以分析数据集并输出分析结果。测量单元36通过外部数据网络41经由数据连接40连接到评估单元39，借助于数据连接40通过无线电信号传输数据集。在这种情况下，数据集可以双向传输。处理装置37记录来自测量单元36或传感器(未示出)的集电器33处的测量值，使测量值相互关联，并由此确定集电器33或接触线35的操作状态。如前所述，这种结果被传输到评估单元39。通常，测量单元36和外部数据网络41之间通过一个数据连接的连接是可能的并且是足够的。可选地，也可以绕过外部数据网络41，即直接在测量单元36和评估单元39之间交换数据集。测量单元36也可以连接到轨道车辆31的操作台42，使得处理设备37的结果和/或测量值可以显示给在操作台42中的车辆驾驶员。

图5显示了测量单元43的第一实施例的示意图。测量单元43由测量装置44构成，并且进一步包括评估单元45。测量装置44本身包括具有多个传感器47、48的传感器设备46和处理设备49。此外，提供了供应设备50，借助于该供应设备50向测量装置44供应电力。供应设备50可以是能量存储器、发电机或外部电源，例如经由轨道车辆或接触线。评估单元45具有数据库51和评估装置52，并且从处理设备49接收数据或者更确切地说是测量值和/或特征值。处理设备49接收来自传感器装置46的传感器47、48的测量值并对这些测量值进行处理。测量值与图1中示例性示出的那种类型的集电器(未示出)的挤压装置的操作参数和/或物理测量变量有关。处理设备49处理测量值，从而处理设备使测量值相互关联，并且检测描述相应的集电器和/或架空接触线的操作状态的特征值。每个检测到的特征值由处理设备49连续地或逐步地传输到评估单元45，并存储在数据库51中和/或使用评估设备52进行处理和/或准备。

图6显示了另一个测量单元53，其中，处理设备49将数据传输到控制装置54，与图5中的测量单元形成对比。控制装置54由调节设备55和定位装置56构成，调节设备55根据所传输的数据来调节定位装置56的致动器(未示出)。因此，包括定位装置56的集电器的滑动件的压紧力借助于调节设备55调节，使得滑动件的提升基本上通过电力母线来防止。

图7显示了具有测量单元58的监测系统57。监测系统57可以具有多个测量单元58。与图6中的测量单元不同，测量单元58具有测量装置59，该测量装置59包括传输设备60。传输设备60从处理设备49接收数据或者更确切地说是测量值和/或特征值，并且将这些数据发送到控制装置54。此外，在传输设备60和外部数据网络61之间存在数据连接62，测量值和/或特征值借助于数据连接62通过无线电信号传输。具有数据库65的评估单元64通过另一数据连接63连接到外部数据网络61和评估装置66，并且通过外部数据网络61与传输设备60交换数据或者更确切地说测量值和/或特征值。通常，也可以绕过外部数据网络61，即通过直接数据连接62直接交换这些数据。此外，提供了用户单元68，该用户单元68连接到具有外部数据网络61的另一数据连接69。因此，用户单元69可以与评估单元64交换数据，即，由评估单元64准备的测量单元58的数据可以通过用户单元68输出和显示，并且被提供以供进一步使用。用户单元68也可以通过直接数据连接70直接连接到评估单元64。因此，总的来说，可以通过安装在集电器(未示出)上的传感器47、48获得测量值，并且借助于控制装置54使用这些传感器直接控制和/或调节相应的集电器。此外，这些数据可以通过外部网络61，例如通过互联网，传输到评估单元64用于存储和评估。因此，可以使用、评估和解释数据的函数关系。这些评估的结果可以通过用户单元68提供给终端用户。

Claims (25)

1.一种用于操作集电器(10、33)的方法，集电器(10、33)设置在轨道车辆(31)的车顶(11、34)上，用于将能量从架空接触线的接触线(16、25、35)传递到轨道车辆，集电器包括定位装置(13、56)，定位装置(13、56)具有设置在其上的滑动件(14、17、27)，定位装置使滑动件相对于接触线移动，并且在滑动接触位置利用压紧力将滑动件压靠在接触线上以建立滑动接触，压紧力通过定位装置的驱动机构和弹簧机构产生在滑动件上，

其特征在于，

集电器具有测量单元(36、43、53、58)，测量单元(36、43、53、58)具有测量装置(38、44、59)，测量装置的传感器设备(46)的至少两个传感器(47、48)设置在定位装置和/或滑动件上，测量值分别通过传感器在滑动接触位置被记录，测量值通过测量装置的处理设备(37、49)处理，处理设备将测量值相互关联，并且确定描述集电器和/或架空接触线的操作状态的特征值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定位装置(13、56)的角位置、加速度、频率、温度、照度、力、电流、电压、电阻、距离、质量、气压、声音、磨损和/或位置被连续地或不连续地记录和处理为测量值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一个加速度传感器用作传感器(47、48)，加速度传感器设置在滑动件(14、17、27)上和/或在定位装置(13、56)上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用至少一个传感器(47、48)，至少一个传感器(47、48)设置在滑动件(14、17、27)内、滑动件上、滑动件的安装轴承(21)上或者保持滑动件的定位装置(13、56)的摇杆上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当滑动件(14、17、27)沿着接触线(16、25、35)被引导时，处理设备(37、49)进行对测量值的分析。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当发生变化或连续变化时，处理设备(37、49)以规律间隔记录和存储传感器(47、48)的测量值和/或特征值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于致动定位装置(13、56)的致动器通过测量装置(38、44、59)的控制装置(54)控制，定位装置的致动通过控制装置的调节设备(55)根据测量值和/或特征值来调节。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，压紧力由调节设备(55)根据测量值和/或特征值来调节。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量装置(38、44、59)将测量值和/或特征值传输到评估单元(39、45、64)，测量值和/或特征值被存储在评估单元的数据库(51、65)中和/或通过评估单元的评估装置(52)被进一步处理。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，测量装置的测量值和/或特征值通过测量装置(38、44、59)的传输设备(60)经由数据连接(40、62、63、67、69、70)传输到评估单元(39、45、64)和/或控制装置(54)，评估单元和/或控制装置与测量单元(36、43、53、58)间隔开或者集成在测量单元中。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，数据连接(40、62、63、69)经由外部数据网络(41、61)建立。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，评估单元(39、45、64)处理若干集电器(10、33)的测量单元(36、43、53、58)的测量值和/或特征值。

13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，通过用户单元(68)建立与评估单元(39、43、53、58)和/或测量单元的数据连接(40、62、63、67、69、70)，测量值和/或特征值被传输和输出到用户单元。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其特征在于，处理设备(37、49)或评估单元(39、45、64)评估测量值和/或特征值的时间序列，并且确定集电器(10、33)和/或架空接触线的磨损状态，同时考虑与磨损有关的时间相关的分量和/或取决于测量变量的分量。

15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其特征在于，通过传感器设备(46)来记录滑动件(14、17、27)的振动，处理设备(37、49)或评估单元(39、45、64)确定滑动件和/或架空控制线的磨损状态。

16.根据权利要求9-15中任一项所述的方法，其特征在于，处理设备(37、49)或评估单元(39、45、64)将滑动件(14、17、27)和/或接触线(16、25、35)处的电弧、接触线的Z字形进程、冻结的接触线和/或接触线的缺陷确定为操作状态。

17.根据权利要求9-16中任一项所述的方法，其特征在于，处理设备(37、49)或评估单元(39、45、64)对在一段时间内存储的测量值和/或特征值进行样本分析或统计评估，并且从样本分析或统计评估中获得特征数。

18.根据权利要求9-17中任一项所述的方法，其特征在于，处理设备(37、49)或评估单元(39、45、64)将多个传感器(47、48)的测量值和/或特征值相互关联，并且通过人工智能获得测量值和/或特征值的函数依赖性。

19.根据权利要求9-18中任一项所述的方法，其特征在于，集电器(10、33)的位置通过传感器设备(46)的位置传感器确定，位置与传感器设备的另一传感器(47、48)的特征值或测量值相关联，评估单元(39、45、64)确定架空接触线的状态。

20.根据权利要求9-19中任一项所述的方法，其特征在于，评估单元(39、45、64)生成沿着轨道车辆(31)的路线(26)的至少一个轨迹区段的架空接触线的数据模型，数据模型包括轨迹区段的多个不同位置，多个不同位置具有相应关联的测量值和/或特征值。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，通过在轨道车辆(31)沿着轨迹区段运行期间连续地且重复地记录测量值和/或特征值来调整数据模型。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用独立于轨道车辆(31)形成在集电器(10、33)上的测量单元(36、43、53、58)。

23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，特征值是在轨道车辆(31)的操作期间当滑动件(14、17、27)抵靠接触线(16、25、35)时确定的，特征值是在轨道车辆的待机期间替代地或附加地确定的，滑动件定位在静止位置或者滑动件在接触线上的接触位置和轨道车辆上的静止位置之间移动。

24.一种集电器(10、33)，集电器设置在轨道车辆(31)的车顶(11、34)上并且用于将能量从架空接触线的接触线(16、25、35)传递到轨道车辆，集流器包括定位装置(13、56)，定位装置(13、56)具有设置在其上的滑动件(14、17、27)，定位装置形成为使得定位装置使滑动件相对于接触线移动，并且在滑动接触位置利用压紧力将滑动件压靠在接触线上，定位装置具有驱动机构和弹簧机构，通过驱动机构和弹簧机构在滑动件上产生压紧力，

其特征在于，

集电器具有测量单元(36、43、53、58)，测量单元(36、43、53、58)具有测量装置(38、44、59)，测量装置的传感器设备(46)的至少两个传感器(47、48)设置在定位装置和/或滑动件上，测量值分别通过传感器在滑动接触位置可记录，测量值通过测量装置的处理设备(37、49)处理，处理设备将测量值相互关联，并且确定描述集电器和/或架空接触线的操作状态的特征值。

25.一种监测系统(30)，监测系统(30)具有多个轨道车辆(31)，每个轨道车辆具有至少一个根据权利要求24所述的集电器(10、33)，监测系统包括用于处理若干集电器的测量单元(36、43、53、58)的测量值和/或特征值的评估单元(39、45、64)。