DE102005057404A1 - Overhead contact line and/or chain work and/or electricity consumer`s deflection and/or force measuring device for electrically operated railway track, has fiber-optic cable transmitting optical output signals of sensor to computer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Auslenkungen mindestens einer Fahrleitung oder eines Kettenwerkes und/oder zur Messung von Kräften zwischen Fahrleitungen und Stromabnehmern von elektrisch betriebenem Verkehr, der die elektrische Energie über Stromabnehmer aus Fahrleitungen erhält. Diese Vorrichtung wird insbesondere bei elektrisch betriebenen Schienenbahnen angewendet, bei denen Fahrzeuge verkehren, die über Stromabnehmer mit mindestens einer Schleifleiste die benötigte elektrische Energie aus der Oberleitung abgreifen.The The invention relates to a device for measuring deflections at least one catenary or a catenary and / or to Measurement of forces between catenaries and pantographs of electrically operated Traffic, which is the electrical energy via pantographs from catenaries receives. This device is used in particular for electrically operated railways, in which vehicles run via pantographs with at least a sanding bar needed pick up electrical energy from the overhead line.
Damit die elektrische Energie ohne Unterbrechungen von der Oberleitung auf das Fahrzeug übertragen werden kann, wird der Stromabnehmer bei der Deutschen Bahn AG mit einer Kraft von 70 bis 120 Newton an den Fahrdraht gepresst, bei hohen Geschwindigkeiten auch mit einer höheren Kraft. Hierdurch wird das gesamte Kettenwerk der Oberleitung durch die Kontaktkraft, die durch den vorbeibewegten Stromabnehmer auf den Fahrdraht ausgeübt wird, zu Schwingungen angeregt, die das Zusammenspiel von Schleifleiste und Fahrdraht beeinflussen. Eine zu geringe Kontaktkraft kann hierbei den Stromfluss unterbrechen oder zur Bildung von Lichtbögen führen, eine zu hohe Kontaktkraft führt zu erhöhtem Verschleiß oder beschädigt Fahrdraht und/oder Schleifleiste.In order to the electrical energy without interruptions from the overhead line transferred to the vehicle the pantograph becomes part of Deutsche Bahn AG pressed a force of 70 to 120 Newton to the contact wire, at high speeds even with a higher force. This will the entire catenary of the overhead line by the contact force, the is applied by the passing pantograph on the contact wire, excited to vibrate, which is the interaction of sanding strip and contact wire. Too little contact force can here interrupt the flow of current or lead to the formation of arcs, a too high contact force leads to increased Wear or damaged Contact wire and / or contact strip.
Um solche oder andere Defekte an der Schleifleiste des Stromabnehmers und/oder am Fahrdraht und/oder am Kettenwerk zu erkennen wird im Stand der Technik ein Anhub des Fahrdrahtes aufgrund eines vorbeibewegten Stromabnehmers ermittelt.Around such or other defects on the contact strip of the pantograph and / or on the contact wire and / or on the catenary can be seen in Prior art, a lift of the contact wire due to a past Current collector determined.
Der Anhub des Fahrdrahtes ergibt sich aus der Kontaktkraft zwischen Stromabnehmer und Fahrleitung multipliziert mit der Elastizität der Oberleitung. Demzufolge wirken sich Fehler in der Elastizität der Oberleitung und Fehler in der Kontaktkraft auf den Anhub des Fahrdrahts aus und können über eine Messung des Anhubs erkannt werden. Fehler am Stromabnehmer ändern hierbei die Kontaktkraft, Fehler am Fahrdraht oder am Kettenwerk ändern die Elastizität des Stützpunkts.Of the Lifting of the contact wire results from the contact force between Pantograph and catenary multiplied by the elasticity of the catenary. As a result, Errors affect the elasticity of the catenary and errors in the contact force on the lift of the contact wire and can via a measurement of the lift. Errors on the pantograph change here the contact force, fault on the contact wire or on the catenary change the elasticity of the support point.
Wichtig ist jedoch, dass bei der Messung eine galvanische Trennung zwischen Erd- und Hochspannungspotential sichergestellt wird, da das Hochspannungspotential bei der Deutschen Bahn AG 15 000 V beträgt.Important is, however, that during the measurement, a galvanic isolation between Earth and high voltage potential is ensured because the high voltage potential at the Deutsche Bahn AG 15 000 V.
Im
Stand der Technik wird gemäß
- – Potentiometer (
3 ) oder - – Inkrementalgeber oder
- – Absolutgeber.
- - Potentiometer (
3 ) or - - Incremental encoder or
- - Absolute donors.
Diese Messvorrichtung wird insbesondere bei der Deutschen Bahn AG verwendet.These Measuring device is used in particular at Deutsche Bahn AG.
Nachteil des Standes der Technik ist jedoch insbesondere, dass aufgrund der galvanischen Trennung Kunststoffseile verwendet werden müssen. Diese haben insbesondere die ungünstigen Eigenschaften einer schlechten Abriebfestigkeit (Dynema), einer hohen Dehnbarkeit (Nylon) oder einer schlechten UV-Beständigkeit (Kevlar).disadvantage However, the prior art is in particular that due to the galvanic separation plastic ropes must be used. These especially the unfavorable Properties of a bad abrasion resistance (Dynema), a high Elasticity (nylon) or poor UV resistance (Kevlar).
Desweiteren kann im Winter durch Eisbildung das Kunststoffseil beschädigt werden.Furthermore can be damaged in winter by ice forming the plastic rope.
Weiterhin
ist als Stand der Technik bekannt, dass der Anhub des Fahrdrahtes
gemäß
Die Messvorrichtung der SNCF weist im Verhältnis zur Masse der Oberleitung große bewegte Massen auf, die nachteilhaft das Messergebnis negativ beeinflussen.The Measuring device of the SNCF has in relation to the mass of the overhead line size moved masses that adversely affect the measurement result negative.
Besonders nachteilhaft ist jedoch, dass die Messvorrichtungen des Standes der Technik eine niedrige Grenzfrequenz aufweisen, so dass Störeinflüsse bei höheren Frequenzen nicht ermittelt werden können.Especially However, it is disadvantageous that the measuring devices of the state The technique has a low cutoff frequency, so that disturbances at higher Frequencies can not be determined.
Beide Vorrichtungen messen den Anhub des Fahrdrahtes durch einen Stromabnehmer und durch das Nachschwingen des Fahrdrahtes nach einem Stromabnehmerdurchgang. D.h. es wird nur die zur Erdoberfläche senkrecht gerichtete Postitionsänderung gemesssen. Laterale oder sagitale Auslenkungen fließen fälschlicherweise auch in den Anhub ein, was die Messunsicherheit unnötig erhöht und somit zu einer Anzahl falsch positiven oder falsch negativen Aussagen führt.Both Devices measure the lift of the contact wire through a pantograph and by the ringing of the contact wire after a current collector passage. That it only becomes the position change perpendicular to the earth's surface precisely measured. Lateral or sagittal deflections are erroneously flowing also in the upstroke, which increases the measurement uncertainty unnecessarily and thus too a number of false-positive or false-negative statements.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der die Nachteile des Standes der Technik behoben werden.It It is therefore an object of the invention to provide a device with which the disadvantages of the prior art are eliminated.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.These The object is in connection with the preamble of claim 1 according to the invention the features specified in claim 1 solved.
Erfindungsgemäß ist auf Hochspannungspotential an der Fahrleitung und/oder an Halterungen der Fahrleitung und/oder am Stromabnehmer mindestens ein Sensor zur Messung des Ortes und/oder der Bewegung und/oder der Beschleunigung und/oder des Ruckes der Fahrleitung und/oder des Kettenwerkes und/oder des Stromabnehmers und/oder zur Messung der Kontaktkraft zwischen Fahrleitung und Stromabnehmer kraftschlüssig angebracht.According to the invention is on High voltage potential on the overhead line and / or brackets of the Catenary and / or on the pantograph at least one sensor for Measurement of location and / or movement and / or acceleration and / or the jerk of the catenary and / or the catenary and / or the Pantograph and / or to measure the contact force between the catenary and pantograph frictionally appropriate.
Mindestens eine fiberoptische Leitung, insbesondere eine Glasfaserleitung, überträgt die Ausgangssignale des Sensors zu einer Auswerteeinheit auf Erdpotential und ein optischer Empfänger wandelt das optische Ausgangssignal auf Erdpotential in ein elektrisches Signal.At least a fiber optic line, in particular a fiber optic cable, transmits the output signals the sensor to an evaluation unit at ground potential and an optical receiver converts the optical output signal to ground potential into an electrical one Signal.
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass die Zuleitungen nur aus Glasfaserkabeln bestehen, so dass eine galvanische Trennung sichergestellt ist. D.h. insbesondere, dass eine Gefahr eines elektrischen Überschlages bei direkter Verlegung der Lichtwellenleiter zwischen dem Hochspannungspotential und dem Erdpotential ausgeschlossen werden kann, so dass eine Gefährdung von Bedienpersonal ausgeschlossen werden kann.advantage the device according to the invention is that the supply lines consist only of fiber optic cables, so that a galvanic isolation is ensured. That in particular, that a danger of an electrical rollover with direct laying of the optical waveguide between the high voltage potential and the ground potential can be excluded, so that a threat to Operating personnel can be excluded.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die fiberoptische Signalübertragung im Gegensatz zur elektrischen Übertragung kein Einfluss auf die Messsignale durch elektromagnetische Störungen besteht. Derartige Störungen treten insbesondere im Bereich der Oberleitung auf. Des Weiteren besteht der Vorteil darin, dass die Auswerteeinheit bei vergleichbarem Aufwand wesentlich weiter vom Sensor entfernt sein kann, als bei einer elektrischen Lösung.One Another advantage is that through the fiber optic signal transmission in contrast to electrical transmission no influence on the measuring signals due to electromagnetic interference. Such disorders occur especially in the area of the overhead line. Furthermore the advantage is that the evaluation unit with comparable Expense can be much further away from the sensor than at an electrical solution.
Ebenso stören die optischen Messsignale nicht benachbarte Messvorrichtungen.As well to disturb the optical measuring signals not adjacent measuring devices.
Besonders vorteilhaft wird durch die Verwendung von Licht im Gegensatz zu mechanischer Abtastung eine höhere Auflösung der zu messenden Größe erzielt wird.Especially beneficial is opposed by the use of light mechanical scanning a higher resolution achieved the size to be measured becomes.
Ansprüche 2 bis 15 beinhalten vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung aus Anspruch 1.Claims 2 to 15 include advantageous embodiments the solution of the invention Claim 1.
Nach Anspruch 3 erfolgt die Energieversorgung des Sensors über die mindestens eine fiberoptische Leitung oder eine weitere optische Leitung. Hierbei verändert der Sensor das eingehende optische Signal insbesondere in seiner Polarisation, Wellenlänge, Phase, Intensität und/oder die Laufzeit in Abhängigkeit von der Messgröße. Diese Veränderung kann insbesondere durch eine Membran, die das einfallende Licht reflektiert, durch tuneable Filters, bei denen durch Aufbringen einer Kraft das eingehende optische Signal verändert wird oder durch optische Schalter erfolgen.To Claim 3, the power supply of the sensor via the at least one fiber optic cable or another optical Management. Hereby changed the sensor is the incoming optical signal, especially in its Polarization, wavelength, Phase, intensity and / or the duration depending on from the measured variable. These change in particular through a membrane that absorbs the incoming light reflected, through tuneable filters, where by applying a force the incoming optical signal is changed or by optical Switch done.
Nach Anspruch 4 ist der Bewegungssensor als fiberoptischer Beschleunigungssensor ausgeführt. Vorteil dieser Vorrichtung ist, dass der Sensor rein passiv ist.To Claim 4 is the motion sensor as fiber optic acceleration sensor executed. The advantage of this device is that the sensor is purely passive.
Nach Anspruch 5 ist der Bewegungssensor als elektrischer Beschleunigungssensor ausgeführt dessen Stromversorgung mit Solarzellen und Stützkondensator oder Stützakkus auf Hochspannungspotential erfolgt.To Claim 5 is the motion sensor as an electrical acceleration sensor executed that Power supply with solar cells and backup capacitor or support batteries at high voltage potential.
Nach Anspruch 6 ist der Bewegungssensor als verstimmbarer Hochfrequenz-Schwingkreis ausgeführt. Die Speisung und Auslesung des Hochfrequenz-Schwingkreises erfolgt insbesondere über Funk.To Claim 6, the motion sensor is designed as a tunable high-frequency resonant circuit. The Supply and readout of the high-frequency resonant circuit is carried out in particular via radio.
Nach Anspruch 7 ist der Bewegungssensor als fiberoptischer Drehgeber ausgeführt. Eine codierte, drehbare und zumindest teilweise lichtdurchlässige Scheibe, insbesondere eine Glasscheibe, leitet das von der fiberoptischen Leitung kommende Licht und ein Hohlspiegel leitet das Licht in die Faser zurück. Dieser Drehgeber ist rein passiv und wird durch die durch den Stromabnehmerdurchgang verursachte Positionsänderung gedreht. Dadurch entfallen die Umlenkrolle und das Isolierseil. Der Drehgeber kann somit besonders vorteilhaft direkt auf Hochspannungspotential angebracht werden. Insbesondere werden zur Messung der Positionsänderungen in alle 3 Richtungen drei derartige Drehgeber verwendet.To Claim 7 is the motion sensor as a fiber optic encoder executed. A coded, rotatable and at least partially translucent disc, in particular, a glass panel, which derives from the fiber optic Leading light and a concave mirror directs the light into the Fiber back. This encoder is purely passive and will pass through the current collector passage caused change of position turned. This eliminates the pulley and the insulating rope. The rotary encoder can thus be particularly advantageous directly to high voltage potential be attached. In particular, to measure the position changes three such rotary encoder used in all three directions.
Nach Anspruch 8 wertet ein Computer das elektrische Signal auf Erdpotential aus. Dieser stellt zum einen fest, ob falsche Auslenkungen des Fahrdrahts vorliegen und zum andren anhand der Signalform die Fehlerart. Diese kann bei Messung des Stromabnehmers beispielsweise ein falsch eingestelltes Windleitblech oder eine ungefettete Abrollkurve sein. Im Falle der Messung von Oberleitungen kann eine falsche Elastizität ihre Ursache in einem zu kurzen Hänger, eine schräg angebrachte Hängerklemme oder einem verklemmten Rad- oder Rollenspanner haben.To Claim 8 evaluates a computer, the electrical signal at ground potential out. This determines on the one hand, whether false deflections of the contact wire and on the other hand on the basis of the waveform the type of error. These can, for example, an incorrectly set when measuring the pantograph Be Windleitblech or an unglaced rolling curve. In case of Measurement of overhead lines can cause their false elasticity in a too short trailer, an oblique attached hanger clamp or a bound bike or Have roll tensioner.
Nach Anspruch 9 erfolgt ein Nullpunktabgleich während einer längeren Zeit mit geringer Signaländerung. Hierbei ist der Nullpunkt der Momentanwert des Messsignals oder der Mittelwert während der Beobachtungsdauer ohne Bewegung.To Claim 9 is a zero point adjustment for a longer time with little signal change. Here, the zero point is the instantaneous value of the measuring signal or the mean during the Observation period without movement.
Nach Anspruch 10 berechnet eine Auswerteeinheit das Beschleunigungssignal oder das Geschwindigkeitssignal oder durch zweifache Aufintegration des Beschleunigungssignals den Anhub, der proportional der Kontaktkraft ist.According to claim 10 calculates an evaluation unit, the acceleration signal or the speed signal or by double integration of the acceleration signal, the lift, which is proportional to the contact force.
Nach Anspruch 11 erfolg die Auswertung im Frequenzbereich des Messsignals. Das Messsignal im Orts- oder Zeitbereich wird hierbei insbesondere mittels einer FFT in den Frequenzbereich transformiert und insbesondere auf bestimmte Schwingungsanteile hin untersucht, die auf Fehler hindeuten.To Claim 11, the evaluation in the frequency range of the measurement signal success. The measuring signal in the local or time domain is in this case in particular by means of an FFT transformed into the frequency domain and in particular examined for certain vibration components, the error indicate.
Nach Anspruch 12 erfasst ein Mikrofon an einem Oberleitungsmast ein Geräusch des Fahrdrahtes. Hierdurch kann insbesondere eine zusätzliche Stützung der Ergebnisse erfolgen.To Claim 12 detects a microphone on a trolley mast a sound of Contact wire. As a result, in particular, an additional support of Results are made.
Nach Anspruch 13 erfassen zwei weitere Beschleunigungssensoren, die orthogonal zu dem ersten Beschleunigungssensor angebracht sind, Beschleunigungen für die beiden anderen Richtungen.To Claim 13 capture two further acceleration sensors which are orthogonal attached to the first acceleration sensor, accelerations for the two other directions.
Insbesondere zur Fehlerkompensation misst nach Anspruch 14 mindestens einer der Sensoren die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit, und/oder elektrische Felder.Especially for error compensation measures according to claim 14 at least one of Sensors temperature and / or humidity, and / or electrical Fields.
Nach Anspruch 15 sind die Sensoren für Temperatur fiberoptisch ausgeführt und am Fahrdraht angebracht.To Claim 15 are the sensors for temperature fiberoptically executed and attached to the contact wire.
Eine weitere Möglichkeit ist die Anhubmessung mittels Videokamera. Dazu wird der Fahrdraht von der Seite mit einer Zeilenkamera abgetastet und mittels Bildverarbeitung der Fahrdrahtanhub gemessen.A another possibility is the lifting measurement by video camera. This is the contact wire of the page scanned with a line scan camera and using image processing measured the contact wire lift.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung mit 4 Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen inThe Invention will be described below with reference to two embodiments and a Drawing with 4 figures closer explained. The figures show in
Ein
erstes besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel betrifft gemäß
Im
zweiten Ausführungsbeispiel
wird eine Lösung
angegeben, bei der statt des Beschleunigungssensors (
- 11
- drehbare Rohrkupplungrotatable pipe coupling
- 22
- Umlenkrolleidler pulley
- 33
- Potentiometerpotentiometer
- 44
- drehbarer Stabilisatorrotatable stabilizer
- 55
- rotatorisches Potentiometerrotatory potentiometer
- 66
- Halterungbracket
- 77
- GlasfaserkabelFiber Optic cable
- 88th
- Beschleunigungssensoraccelerometer
Claims (15)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |