DE102006031919A1

DE102006031919A1 - Akustische Einrichtung zur Untersuchung eines Fahrdrahtes und Verwendung eines Schmiermittels

Info

Publication number: DE102006031919A1
Application number: DE200610031919
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Bosselmann; Nils-Michael Theune
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2007-11-29

Abstract

Akustische Einrichtung zur Untersuchung eines Fahrdrahtes (40) einer zur elektrischen DC-Energieversorgung eines Schienentriebfahrzeugs bestimmten Oberleitung, wobei zur Minderung des Verschleißes zwischen dem Fahrdraht (40) und einem Stromabnehmer des Schienentriebfahrzeugs der Fahrdraht (40) mit einem hochstromgeeigneten Schmiermittel (30) versehen ist. Die Einrichtung (20) ist ausgeführt mit mindestens einer mindestens einen Ultraschallwandler (29) aufweisenden Sende-/Empfangseinheit (28) für Ultraschallstrahlung. Dabei ist mittels der Sende-/Empfangseinheit (28) mindestens ein Ultraschallpuls (21) in den Fahrdraht (40) aussendbar und ein vom Fahrdraht (40) reflektierter Anteil (22) des mindestens einen Ultraschallpulses (21) empfangbar. Zudem ist als ultraschalldurchlässiges Koppelmittel zwischen Sende-/Empfangseinheit (28) und Fahrdraht (40) das Schmiermittel (30) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine akustische Einrichtung zur Untersuchung eines Fahrdrahtes einer zur elektrischen DC-Energieversorgung eines Schienentriebfahrzeugs bestimmten Oberleitung. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Schmiermittels, welches zur Minderung des Verschleißes zwischen dem Fahrdraht und einem Stromabnehmer des Schienentriebfahrzeugs vorgesehen ist.
Ein Schienentriebfahrzeug, wie der französische Hochgeschwindigkeitszug „TGV", wird über mindestens einen elektrischen (Strom-)Leiter in Form eines Fahrdrahtes einer DC-Oberleitung (d.h. Gleichstrom-Oberleitung), mit elektrischer Energie versorgt. Der Fahrdraht weist dabei eine Gleichspannung von 1,5 kV. Die Leistungsaufnahme des Schienentriebfahrzeugs von maximal 8,8 MW erfolgt üblicherweise mittels zweier mit dem Fahrdraht in mechanischem Schleifkontakt stehenden Stromabnehmer. Der dabei sich ergebende Gleichstrom beträgt dann maximal 1,5 kA je Schleifleiste. Diese Ströme sind im Vergleich zu den bei AC-Oberleitungen (d.h. Wechselstrom-Oberleitungen) auftretenden Ströme um Größenordnungen höher, so dass sie nicht, wie bei AC-Oberleitungen üblich, durch „selbstschmierende" graphithaltige Schleifleisten am Stromabnehmer übertragen werden können. Die Kontaktfläche des Stromabnehmers ist bei einer solchen DC-Energieversorgung wie der Fahrdraht ebenfalls aus Metall. Für die Schleifleiste kommen hier beispielsweise Stahl oder kupferhaltige Legierungen in Frage. Aufgrund der Metall/Metall-Kontaktes des Stromabnehmers mit dem Fahrdraht ist der abrasive Verschleiß durch das Aufeinanderreiben von Metallen relativ hoch. Dieser Verschleiß wird durch ein Schmiermittel, das auf die Kontaktfläche des Fahrdrahtes als auch auf die Schleifliste aufgebracht wird, minimiert. Aus diesem Grunde betreibt die französische Eisenbahn gesellschaft „SNCF" spezielle Fahrzeuge, mit denen das Schmiermittel aufgebracht und erneuert wird.
Eine Beschädigung des Fahrdrahtes zieht in der Regel einen Ausfall der Oberleitung zumindest auf dem vom Oberleitungsausfall betroffenen Streckenabschnitt nach sich. Meistens ist auch die komplette Bahn-Energieversorgung davon betroffen. Mit jedem derartigen Ausfall sind hohe Kosten verbunden. Somit bedarf es einer Fahrdrahtuntersuchungseinrichtung, mit welcher der Fahrdraht auf Materialschäden, wie beispielsweise Risse, untersucht werden kann.
Ultraschallmessmethoden haben sich für die Untersuchung von Materialeigenschaften von Objekten, wie beispielsweise Eisenbahnschienen oder Eisenbahnrädern, aufgrund ihrer Zuverlässigkeit als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere Fehlstellen und anderer Anomalien lassen sich besonders genau und zuverlässig bestimmen. Dazu wird ein Ultraschallpuls von einem Schallwandler in das zu untersuchende Objekt gesendet, dort reflektiert und von demselben oder einem weiteren Schallwandler zur weiteren Auswertung erfasst. Zwischen Ultraschallwandler und Messobjekt ist in der Regel stets ein Koppelmittel vorgesehen, das eine möglichst verlustfrei Einkopplung des Ultraschallpulses in das Messobjekt gewährleistet und das eigens hierfür aufzubringen ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine akustische Einrichtung anzugeben, mit welcher ein Fahrdraht einer zur elektrischen DC-Energieversorgung eines Schienentriebfahrzeugs bestimmten Oberleitung einfach und kostengünstig untersucht werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Verwendung eines Schmiermittels, welches zur Minderung des Verschleißes zwischen dem Fahrdraht und einem Stromabnehmer des Schienentriebfahrzeugs vorgesehen ist, für eine akustische Fahrdrahtuntersuchung anzugeben.
Die die akustische Einrichtung betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in Patentanspruch 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen akustischen Einrichtung handelt es sich um eine akustische Einrichtung zur Untersuchung eines Fahrdrahtes einer zur elektrischen DC-Energieversorgung eines Schienentriebfahrzeugs bestimmten Oberleitung, wobei zur Minderung des Verschleißes zwischen dem Fahrdraht und einem Stromabnehmer des Schienentriebfahrzeugs der Fahrdraht mit einem hochstromgeeigneten Schmiermittel versehen ist, welche Einrichtung ausgeführt ist mit mindestens einer mindestens einen Ultraschallwandler aufweisenden Sende-/Empfangseinheit für Ultraschallstrahlung, wobei

– mittels der Sende-/Empfangseinheit mindestens ein Ultraschallpuls in den Fahrdraht aussendbar ist,
– ein vom Fahrdraht reflektierter Anteil des mindestens einen Ultraschallpulses empfangbar ist, und
– als ultraschalldurchlässiges Koppelmittel zwischen Sende-/Empfangseinheit und Fahrdraht das Schmiermittel vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das zur Minderung des Verschleißes zwischen dem Fahrdraht und einem Stromabnehmer des Schienentriebfahrzeugs aufgebrachte Schmiermittel eine hinreichend gute Ultraschalldurchlässigkeit aufweist. Aufgrund der guten akustischen Eigenschaften eignet sich das Schleifmittel deshalb auch zur Kopplung der Sende-/Empfangseinheit mit dem Fahrdraht bei einer Ultraschalluntersuchung. Es kann somit auf ein spezielles Koppelmittel, welches üblicherweise bei Ultraschalluntersuchungen notwendig ist, verzichtet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der akustischen Einrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
So ist es vorteilhaft, wenn das Schmiermittel eine Mischung aus einer viskosen Flüssigkeit und elektrisch leitfähigen Partikeln ist. Damit ist gewährleistet, dass das Schmiermittel sowohl gute Schallkopplungseigenschaften als auch eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Vorzugsweise weist dabei die viskose Flüssigkeit einen organischen Viskoseverstärker und ein Mineralöl auf.
Zudem sind die elektrisch leitfähigen Partikel günstigerweise Graphitpartikel. Besonders vorteilhaft kann dabei die Mischung einen Graphitpartikelanteil von zumindest 20 % aufweisen.
Vorteilhafterweise ist die Mischung eine Suspension ist. Damit ist gewährleistet, dass die elektrisch leitfähigen Partikel bei Lagerung der Mischung nicht sedimentieren.
Die die Verwendung betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in Patentanspruch 7 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung ergeben sich die vorstehend für die erfindungsgemäße akustische Einrichtung erläuterten Vorteile.
Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Anordnung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Veranschaulichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt und gewisse Merkmale sind schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen
1 ein Wartungsfahrzeug zum Aufbringen von Schmiermittel auf einen Fahrdraht und Untersuchen des Fahrdrahtes mittels Ultraschall und
2 eine akustische Einrichtung zur Untersuchung des Fahrdrahtes.
Einander entsprechende Teile sind in den 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein Wartungsfahrzeug 60 dargestellt, mit welchem ein für die DC-Energieversorgung von Hochgeschwindigkeitszügen vorgesehener Fahrdraht 40 mit einem Schmiermittel 30, welches zur Minderung des Verschleißes zwischen einem Fahrdraht 40 und einem Stromabnehmer eines Schienentriebfahrzeugs (in 1 nicht dargestellt) vorgesehen ist, versehen wird. Das Wartungsfahrzeug 60 bewegt sich dabei entlang des Fahrdrahtes 40 in die mit dem Pfeil 60 gekennzeichnete Richtung, wobei mit einem Mittel 50 zum Auftragen des Schmiermittels 30 das Schmiermittel 30 auf die Unterseite des Fahrdrahtes, d.h. auf die Kontaktfläche 41 des Fahrdrahtes 40, die mit dem Stromabnehmer des Schienentriebfahrzeugs in Kontakt ist, aufgetragen wird. Das Schmiermittel 30 kann dabei mittels des Auftragemittels 50 beispielsweise aufgesprüht oder auch wie in 1 dargestellt aufgewalzt werden. Das schematisch abgebildete Auftragemittel 50 weist ein mit dem Schmiermittel 30 gefülltes Reservoir 51 und eine in das Schmiermittel 30 teilweise eingetauchte und mit dem Schmiermittel 30 getränkte Walze 52 beispielsweise aus poröselastischem Material auf. Beim Fortbewegen des Wartungsfahrzeugs 60 in Pfeilrichtung 70 wird mit der mit dem Fahrdraht 40 in Kontakt stehenden und über die Kontaktfläche 41 rollenden Walze 52 das Schmiermittel auf die Kontaktfläche aufgebracht.
Zur Fahrdrahtuntersuchung ist auf dem Wartungsfahrzeug 60 eine akustische Messanordnung 20 derart angeordnet, dass diese stets mit der mit dem Schmiermittel 30 versehenen Fahrdrahtkontaktfläche 41 in Kontakt ist. Somit ist gewährleistet, dass zwischen der akustischen Messanordnung 20, d.h. zwischen der Sende-/Empfangseinheit 28 der Messanordnung 20 (siehe 2), und dem Fahrdraht 40 das Schmiermittel 30, das gemäß der Erfindung zugleich als Ultraschall-Koppelmittel dient, vorhanden ist. Ohne Koppelmittel wäre eine Ultraschall-Messung aufgrund der fehlenden akustischen Impedanzanpassung nicht möglich, da der Ultraschall an den Luft-/Festkörper-Grenzflächen nahezu totalreflektiert wird.
Das Schmiermittel 30 ist beispielsweise eine Suspension bestehend aus einem Mineralöl, einem organischen Viskoseverstärker und leitfähigen Graphitpartikeln. Der Volumenanteil der Graphitpartikel in der Suspension 30 beträgt zumindest 20 %, um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten. Auf der anderen Seite ist mit dem Mineralöl ein gutes ultraschalldurchlässiges Koppelmedium gegeben.
In 2 ist als Beispiel eine Einrichtung 20 zur akustischen Untersuchung des Fahrdrahts 40 gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es wird eine einen Ultraschallwandler 29 aufweisende Sende-/Empfangseinheit 28 gezeigt. Der Ultraschallwandler 29 ist hier als kombinierter Sender und Empfänger ausgeführt. Mindestens ein Ultraschallpuls 21, wird senkrecht bzw. in einem kleinen Winkel vom Ultraschallwandler 29 durch das Schmiermittel 30 hindurch in Richtung Fahrdraht 40 ausgesandt und von diesem reflektiert. Ein Teil des reflektierten mindestens einen Ultraschallpulses, der sog. Echopuls 22, gelangt dann wieder durch das Schmiermittel 30 hindurch zurück in denselben Ultraschallwandler 29 („Impuls-Echo"-Verfahren). Im Ultraschallwandler 29 wird der empfangene mindestens eine Echopuls 22 in ein elektrisches Echosignal umgewandelt. Über einen Leiter 23 ist der Ultraschallwandler 29 mit einem Schalter 24 verbunden, der den Ultraschallwandler 29 in einen Sender- oder Empfangsmodus schaltet. Der Schalter 24, der alternativ auch durch eine Sende-/Empfangsweiche ersetzt sein kann, wird über das Steuermittel 25 gesteuert. Das Steuermittel 25 umfasst dabei einen Sendepulser und einen Sendeverstärker. Ist die Anordnung, wie in 2 als Beispiel dargestellt, in einem Sendemodus geschaltet, wird über den Sendepulser, der mit dem Sendeverstärker verbunden ist, der Ultraschallwandler 29 mit verstärkten Sendepulsen versorgt. Ist die Anordnung in einem Empfangsmodus geschaltet, werden die im Ultraschallwandler 29 erzeugten elektrischen Signale an das Mittel 26 zur Signalverarbeitung übermittelt. Das Signalverarbeitungsmittel 26 umfasst dabei beispielsweise einen Empfangsverstärker mit zeitlich gesteuertem Verstärkungsfaktor (TGC: „Time-Gain-Correction") und einen analogen Filter. Hier werden die vom Ultraschallwandler 29 kommenden Signale verstärkt, normalisiert und gefiltert. Mit dem Filter wird dabei eine Störreduktion erreicht. Das so aufgearbeitete Signal gelangt dann zum Digitalisieren in einen beispielsweise ebenfalls im Signalverarbeitungsmittel enthaltenen Analog-/Digitalwandler. Die somit erzeugten digitalen Signale können in einem Auswertemittel 27 mit digitalem Signalprozessor weiter verarbeitet werden, indem die digitalisierten Empfangsdaten mit digitalen Filtern weiter reduziert werden. Eine dem digitalen Signalprozessor zugeordnete Software wertet die Empfangssignale aus, insbesondere mit dem Ziel, Fehlstellen im Fahrdraht 40 zu registrieren und zu bestimmen. Zur Reduzierung der Datenrate werden diese gewonnenen Daten wiederum mittels digitaler Kompression reduziert. Mit Hilfe eines Übertragers beispielsweise können dann die Auswerteergebnisse an eine entfernt befindliche Empfangseinheit, beispielsweise mittels einer elektrischen Verbindung oder auch berührungslos mittels Infrarot oder Funk, gesendet werden.
Es ist auch denkbar, dass die Sende-/Empfangseinheit 28 beispielsweise zwei Ultraschallwandler 29 aufweist, wobei einer zum Senden und der andere zum Empfangen von Ultraschallpulsen 21 und 22 vorgesehen sein kann („Pitch-Catch"-Verfahren).

Claims

Akustische Einrichtung zur Untersuchung eines Fahrdrahtes (40) einer zur elektrischen DC-Energieversorgung eines Schienentriebfahrzeugs bestimmten Oberleitung, wobei zur Minderung des Verschleißes zwischen dem Fahrdraht (40) und einem Stromabnehmer des Schienentriebfahrzeugs der Fahrdraht (40) mit einem hochstromgeeigneten Schmiermittel (30) versehen ist, welche Einrichtung (20) ausgeführt ist mit mindestens einer mindestens einen Ultraschallwandler (29) aufweisenden Sende-/Empfangseinheit (28) für Ultraschallstrahlung, wobei – mittels der Sende-/Empfangseinheit (28) mindestens ein Ultraschallpuls (21) in den Fahrdraht (40) aussendbar ist, – ein vom Fahrdraht (40) reflektierter Anteil (22) des mindestens einen Ultraschallpulses (21) empfangbar ist, und – als ultraschalldurchlässiges Koppelmittel zwischen Sende-/Empfangseinheit (28) und Fahrdraht (40) das Schmiermittel (30) vorgesehen ist.
Akustische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (30) eine Mischung aus einer viskosen Flüssigkeit und elektrisch leitfähigen Partikeln ist.
Akustische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die viskose Flüssigkeit einen organischen Viskoseverstärker und ein Mineralöl aufweist.
Akustische Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Partikel Graphitpartikel sind.
Akustische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (30) einen Graphitpartikelanteil von zumindest 20 % aufweist.
Akustische Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (30) eine Suspension ist.
Verwendung eines Schmiermittels (30), welches zur Minderung des Verschleißes zwischen einem Fahrdraht (40) einer zur elektrischen DC-Energieversorgung eines Schienentriebfahrzeugs bestimmten Oberleitung und einem Stromabnehmer des Schienentriebfahrzeugs vorgesehen ist, als ultraschalldurchlässiges Koppelmittel zwischen einer Sende-/Empfangseinheit (28) zum Senden und Empfangen von Ultraschallstrahlung und dem Fahrdraht (40).