DE102008047067A1

DE102008047067A1 - Ermittlung der Federkonstante von Oberleitungen

Info

Publication number: DE102008047067A1
Application number: DE200810047067
Authority: DE
Inventors: Thomas Richter
Original assignee: Richter Thomas Dipl-Ing
Current assignee: Richter Thomas Dipl-Ing
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-18

Abstract

Die Federkonstante von Oberleitungen ist eine ortsabhängige Größe, die besonders von der Bauart und den Bauelementen bestimmt wird. Diese Erfindung zeigt ein Verfahren, diese Funktion messtechnisch zu erfassen.

Description

Die Federkonstante ist der Quotient aus der Federkraft und dem Federweg. Um diese an Oberleitungen zu ermitteln, ist an endlich vielen Punkten im Netz eine Kraft einzuleiten und der Weg zu messen. Diese Daten sind dann vorzugsweise als wegdiskrete Funktion informationstechnisch zu speichern, um später automatisierte Vergleiche oder Analysen zu ermöglichen, oder diese Daten darzustellen.
Wie diese Daten automatisiert erhoben werden, zeigt diese Erfindung. Dazu wird einfach der Stromabnehmer genutzt, um die Federkraft einzuleiten. Dessen Höhe über einen definierten Bezugspunkt wird gemessen, gleichzeitig wird auch der Weg aufgezeichnet; sodass jedem Wegpunkt n × dx ein ein Höhenwert zugeordnet werden kann. Auf Basis einer weiteren Messung mit einer anderen Federkraft – Anpresskraft des Pantographen – wird nun die um dy verringerte Höhe gemessenen. So stehen zwei diskrete Funktionen zur Verfügung, mit der auf Basis der Kraftdifferenz die Federkonstante zu jedem Punkt n × dx berechnet werden kann.
Dieses erfindungsgemässe und überraschend einfache Messverfahren nutzt typische Fahrzeuge der Verkehrsbetriebe, die bei nur geringer Modifikation unter Einsatz von Abstandssensoren – Ultraschall oder Laserlaufzeit etc., der Weggeber ist in der Regel bereits im Fahrzeug integriert – zu Messfahrzeugen umgerüstet werden können.
Das Messprinzip beruht darauf, dass insbesondere zwei Messungen bei unterschiedlicher Anpresskraft pro Linie und Wegabschnitt durchgeführt werden. Dies kann zeit- oder wegversetzt erfolgen. Zeitversetzt bedeutet, die Strecke wird zu einem anderen Zeitpunkt bei anderer Kraft noch einmal vermessen. Wegversetzt nutzt den Einsatz von zwei oder mehr Stromabnehmern. Typische Verkehrsmittel sind mit zwei Stromabnehmern ausgerüstet, die hinreichend wert voneinander entfernt auf dem Dach montiert sind. Bei diesen wird die Anpresskraft optimal modifiziert: z. B. F2 = F1/2. Mit diesen Messfahrzeugen wird mit nur einer Messfahrt die gewünschte Datenmenge gewonnen (doppeltes Messequipment).
Ein Sonderfall dieses Messverfahrens liegt dann vor, wenn die Anpresskraft nahe 0 N betragen soll, die Feder nicht bzw. nur sehr wenig ausgelenkt werden soll. Hier ist der Einsatz eines Stromabnehmers nicht mehr möglich, weil ein durchgängiger Kontakt zum Fahrdraht nicht gewährleistet werden kann. Hier sind dann berührungslose Messgeräte einzusetzen. Anders herum kann die Hohe des nicht ausgelenkten Fahrdrahtes auf Basis der Messungen mit Stromabnehmern berechnet werden: da die Federkonstante, die Höhe und die Anpresskraft an diskreten Wegpunkten bekannt ist, kann die Verformung dy der Feder vom gemessenen Höhenwert subtrahiert werden. Wird dieser Wert mit einem weiteren Offset überlagert, kann die Höhe des Fahrdrahtes im lastfreien Zustand bezüglich jedes vertikalen Bezugspunktes angegeben oder berechnet werden.
Das Messverfahren kann durch mehrere Maßnahmen optimiert werden. Ein Aspekt bezieht sich auf die Ortsauflösung. Um mögliche Fehler eines Weggebers zu erkennen, kann ein Messgerät für die Lage der Oberleitung zugeschaltet sein. Mit diesem können typische Positionen wie Umlenkpunkte im Netz erkannt werden. Auch eine der aufgezeichneten Funktionen für die Höhe oder die Federkonstante können zur Kontrolle des Weggebers genutzt werden. An typischen Positionen werden Minima und Maxima zu finden sein, auf deren Basis Abweichungen erkannt werden können. Schließlich kann auch mittels GPS oder Positionsgeber auf der Strecke der Ort verifiziert werden.
Ein weiterer Aspekt der Optimierung bezieht sich auf die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Federkonstanten und damit auch der gemessenen Höhe. Hier ist die Dynamik des Stromabnehmers zu berücksichtigen, die Reproduzierbarkeit und auch mögliche Verformungen des Stromabnehmers durch die Anpresskräfte.
Der Stromabnehmer soll günstige dynamischen Eigenschaften aufweisen, damit die gemessene Höhe weitgehend unabhängig vom Stromabnehmer wird. Insbesondere soll der Stromabnehmer schnell auf Höhenänderungen reagieren, und dies im Verbund mit dem Fahrdraht ohne größere oder länger dauernde Einschwingvorgänge. Ebenfalls soll das Kräftegleichgewicht im wesentlichen von den Federkräften beider Systeme bestimmt sein. Entsprechend hat das dynamische System Stromabnehmer optimal eine geringe Masse und geringe Reibwerte. Die Reduzierung der Masse kann einfach erfolgen, indem abgenutzte, älterere Schleifleisten verwendet werden. Riefen oder dickenunterschiede des Graphits zu beseitigen. Auch kann der Stromabnehmer insgesamt in Leichtbauweise realisiert sein. Leichtgängige und gut gewartete Lager verbessern den Reibwert.
Verformungen des Stromabnehmers werden mit zwei Sensoren erkannt, die an beiden Seiten der Wippe oder Schleifleiste etc. die Höhe messen. Ergänzend kann hier ein Lagemessgerät eingesetzt werden, um die wirkenden Drehmomente zu ermitteln.
Die Erzielung einer guten Reproduzierbarkeit ist abhängig von der Messmethode mehr oder weniger aufwendig. Wird im einfachstem Fall die Federkonstante mittels zweier Messfahrten ermittelt, wird mit einem Sensor die Höhe von einem beliebigen Punkt am Fuße des Pantographen bis zu seiner Spitze gemessen. Ein Beispiel dazu: der Sensor sei ein Laserlaufzeitmessgerät und stehe auf dem Fahrzeugdach, ausgerichtet auf einen an einen Schleifleiste montierten Reflektor. Hier ändern sich die Bezugspunkte bei einer folgenden Messfahrt nicht und die Höhendifferenz dy und damit c ist einfach zu berechnen.
Etwas mehr Aufwand ist zu betreiben, um die Höhe zweier Stromabnehmer aufeinander abzustimmen. Hier ist der Messwert auf einen virtuellen oder auch fest vorhandenen Punkt zu beziehen. Im einfachsten Fall dient hier ein fester Anschlag, gegen den der Aufnehmer drückt. Die Sensoren beider Stromabnehmer werden auf diesen Punkt kalibriert oder eingerichtet. Hier ist keine absolute Abstandsmessung nötig, sondern es genügt, das beide linear arbeitenden Sensoren den selben Messwert liefern. Dies wird im Fall des oben genannten Lasersensors erreicht durch: Variation des Montagepunktes des Messgerätes oder des Reflektors oder durch Addition eines Offsets. Wird hingegen ein absoluter Messwert benötigt, etwa um die Höhe des Fahrdrahtes über 'Ground' zu ermitteln, so ist der Messpunkt H₀ des Gerätes genau einzustellen und der Messwert auf die tatsächliche Höhe des Anschlags zu kalibrieren. Dies erfolgt bei linearen Systemen mit einem Offset. Die Höhe des Anschlags ist virtuell und kann der Aufgabe entsprechend gewählt sein.

Claims

Messverfahren zur Bestimmung der Federkonstanten, dadurch gekennzeichnet, dass bei unterschiedlichen Anpresskräften der oder des Stromabnehmers die Höhe der und oder der Abstand zur Oberleitung wegabhängig ermittelt wird und diese Daten direkt oder später gespeichert oder weiterverarbeitet werden.
Messverfahren zur Bestimmung der Federkonstanten, dadurch gekennzeichnet, dass mit Pantographen unterschiedlicher Anpresskraft die Höhe der Oberleitung, insbesondere als diskrete Funktionen des Weges, ermittelt, gespeichert und oder diese wegbasierten Daten zur Berechnung und Speicherung von Federweg und oder der Federkonstanten bereitgestellt werden.
Verfahren zur Beschreibung des Zustands elektrifizierter Netze oder deren Linien, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der Federkonstanten oder einer Ableitung davon visualisiert, verglichen oder mathematisch behandelt wird.
Messverfahren zur Ermittlung der Fahrdrahthöhe, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Stromabnehmer die Höhe des Fahrdrahtes bei unterschiedlichen Anpresskräften wie beschrieben gemessen und oder gespeichert wird, um so direkt oder später den Federweg einer Messreihe zu ermitteln; die Daten zur weiteren Verarbeitung, Speicherung und oder Visualisierung zu korrigieren
Messgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrdrahthöhe mittels eines Stromabnehmers bekannter Anpresskraft und angeschlossenen Sensoren ermittelt, gemessen und/oder computertechnisch erfasst wird, wobei die Fahrdrahthöhe auf Basis der Anpresskraft, der Funktion der Federkonstanten und der Positionsdaten korrigiert ist/wird.