DE102010007296A1

DE102010007296A1 - Überwachungseinrichtung für Doppel- oder Mehrfachstromabnehmer

Info

Publication number: DE102010007296A1
Application number: DE201010007296
Authority: DE
Inventors: Stefan 44319 Bürmann; Steffen 44388 Woyczechowski
Original assignee: Paul Vahle GmbH and Co KG
Current assignee: Paul Vahle GmbH and Co KG
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für eine Stromabnehmeranordnung für ein Stromschienensystem (Li) mit mindestens einer Stromschiene (L1, L2, L3), bei der mindestens einer Stromschiene (L1, L2, L3), mindestens zwei Stromabnehmer (SiA, SiB) zugeordnet sind, und die Stromabnehmer (SiA, SiB) gegen die Stromschiene (Li) druckbeaufschlagt und mittels Verbindungsleitungen (ZiA, ZiB) mit einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung eine Auswerteeinheit (A) aufweist, die mindestens ein Signal (D) erzeugt, welches insbesondere einer Stromschiene (Li) oder einem Stromabnehmer (SiA, SiB) oder einem Stromabnehmerpaar (SiA, SiB) zugeordnet ist, wenn – in einem oder mehreren einer Stromschiene (Li) zugeordnetem bzw. zugeordneten Stromabnehmer(n) (SiA, SiB) kein Strom (iia, iib) fließt und in dem anderen, dieser Stromschiene (Li) ebenfalls zugeordnetem Stromabnehmer (SiA, SiB) ein Strom (iia, iib) fließt oder – in den einer Stromschiene (Li) zugeordneten Stromabnehmern (SiA, SiB) unterschiedlich große elektrische Ströme (iia, iib) fließen, oder – in mindestens einem Stromabnehmer (SiA, SiB) ein unzulässig großer elektrischer Strom (iia, iib) fließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für eine Stromabnehmeranordnung für ein Stromschienensystem mit mindestens einer Stromschiene, bei der mindestens einer Stromschiene mindestens zwei Stromabnehmer zugeordnet sind, und die Stromabnehmer gegen die Stromschiene druckbeaufschlagt und mittels Verbindungsleitungen mit einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung verbunden sind.
Bei Stromzuführungssystemen in Form von Schleifleitungen und Stromschienen ist es gängige Praxis, dass zur Erhöhung der Kontaktsicherheit und zur Übertragung höherer Stromstärken Doppel- bzw. Mehrfachstromabnehmer eingesetzt werden. Für die Bemessung der Schleifkohlen bzw. der Anschlussleitungen wird dabei vorausgesetzt, dass bei Doppelstromabnehmern der Strom je Schleifkohle bzw. Anschlussleitung halbiert wird. Bei zwei Doppelstromabnehmern wird der Strom je Schleifkohle und Anschlussleitung auf ein Viertel reduziert.
Dies trifft jedoch nur dann zu, wenn die Stromabnehmer in ständigem und gleichwertigem Kontakt mit der Stromschiene sind.
Aus der DE 202 05 710 U1 ist ein Stromabnehmer bekannt, bei dem ein Bewegungssensor vorgesehen ist, mit dem Auslenkungen des Stromabnehmers aufgrund von Unregelmäßigkeiten in seinem Schleifleitungsweg erfassbar sind. Hierdurch können Störungen des Kontaktes zwischen Stromabnehmer und Schleifleitungsstromschiene erkannt werden.
Aus der DE 31 50 921 C2 ist eine Schaltungsanordnung für Triebfahrzeuge bekannt, bei der eine Strommessung der durch die Stromabnehmer fließenden Ströme zum Zwecke des Verpolungsschutzes erfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Überwachungseinrichtung für eine Stromabnehmeranordnung mit Doppel oder Mehrfachstromabnehmern bereitzustellen, die mit einfachen Mitteln hilft die Überlastung von einzelnen Stromabnehmern zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Überwachungseinrichtung für eine Stromabnehmeranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Überwachungseinrichtung nach Patentanspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die durch die Stromabnehmer fließenden Ströme qualitativ oder quantitativ zu ermitteln und miteinander zu vergleichen. Sofern die Stromstärken der einer Stromschiene zugeordneten Stromabnehmer voneinander abweichen, ist dies ein Indiz dafür, dass der Stromabnehmer, bei dem ein kleinerer elektrischer Strom oder gar kein Strom detektiert wurde, keinen oder nur noch einen schlechten Kontakt mit der Stromschiene hat.
Ferner kann mit der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung vorteilhaft eine Überlastung einzelner Stromabnehmer verhindert und somit deren vorzeitiger Verschleiß nachhaltig verringert werden.
Diese Information der ermittelten Ströme kann an eine nachgeschaltete Steuerungseinrichtung weiter geleitet werden. Es ist jedoch ebenso möglich, dass lediglich ein Fehlersignal ausgesendet wird. Diese Information und/oder ein Fehlersignal kann codiert sein und verschiedenste Informationen enthalten. So kann es sich bei der übertragenen Information um die Uhrzeit, Ort, um welchen Stromabnehmer es sich handelt, gemessene Stromstärke oder deren Differenz bzw. Differenzbetrag, die Stromschiene, bei der die Störung aufgetreten ist, handeln. Dabei können auch nur bestimmte der vorgenannten Informationen übertragen werden.
Bei der nachgeschalteten Steuerungseinrichtung kann es sich z. B. um die Elektronik eines Fahrzeuges handeln, an dem die Stromabnehmer angeordnet sind.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird somit die theoretische Annahme überprüft, dass sich bei Mehrfachstromabnehmern der elektrische Strom eines Poles gleichmäßig auf die Schleifkohlen bzw. Stromabnehmer und deren Stromabnehmerleitungen bzw. Zuführleitungen verteilt. Wenn sich der Strom, z. B. aufgrund eines fehlenden Kontakts eines Stromabnehmers zur Stromschiene, ungleichmäßig auf die dem einen Pol der einen Stromschiene zugeordneten Stromabnehmer verteilt, wird dies von der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung erkannt und an die nachgeschaltete Steuerungseinrichtung oder Logik gemeldet.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: Ein mögliche Ausführungsform der Erfindung;
2: ein Möglichkeit zur Strommessung;
3: eine Möglichkeit zur Bestimmung eines Unterschieds der die beiden einer Stromschiene zugeordneten Stromabnehmer durchfließenden elektrischen Ströme.
Die 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung für eine Stromabnehmeranordnung S_ij für ein Stromschienensystem mit den drei Stromschienen L1, L2, L3. Jeder Stromschiene L1, L2, L3 sind jeweils zwei Stromabnehmer S_iA und S_iB zugeordnet, die gegen die Stromschienen L_i druckbeaufschlagt und mittels Verbindungsleitungen Z_iG mit einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung, welche nicht dargestellt ist, verbunden sind. Die elektrischen Ströme i_iA, i_iB werden an den Meßpunkten M₁, M₂, M₃ mittels geeigneter Verfahren quantitativ und/oder qualitativ erfasst. Bei einer quantitativen Bestimmung wird im Sinne der Erfindung die Größe der elektrischen Ströme i_iA, i_iB in Ampere gemessen. Bei der qualitativen Bestimmung wird dagegen nur das Vorhandensein eines elektrischen Stromes detektiert. Die Summe der durch die einer Stromschiene L_i zugeordneten Stromabnehmer S_iA und S_iB fließenden Ströme i_iA, i_iB fließt dann zum nicht dargestellten Verbraucher durch die gemeinsame Leitung Z_iG. Über die Datenleitungen Di, mit i = 1 .. 6, werden der Auswerteeinheit A die Meßergebnisse zugeleitet. Über die Datenleitung(en) D wird ein evtl. Fehlersignal an eine übergeordnete Steuerung, z. B. die Steuerung des die Stromabnehmer aufweisenden Fahrzeugs, übertragen.
An den Meßpunkten M₁, M₂, M₃ kann mittels geeigneter Strommeßwandler der Strom erfasst und das Ergebnis der Messungen der Auswerteeinheit A zugeführt werden. Die Strommeßwandler können verschiedene Ausgänge haben, z. B. Analog, Digital, sowie busfähig sein. Heutige Messwandler müssen nicht gewickelt werden, d. h. es reicht in vielen Fällen, wenn der Leiter nur einmal durch die Spule geht. Dies eignet sich insbesondere zur Messung großer Ströme.
Die 2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines Meßpunktes, wobei in der Zuführleitung Z_ij ein niederohmiger Widerstand R_ij angeordnet ist. Mittels des ohmschen Gesetzes und den Spannungsabfall U_ij über den Widerstand R_ij lässt sich die Stromstärke in der Zuführleitung Z_ij ermitteln. Die Spannungsmessung kann z. B. mittels eines Analog-Digital-Wandlers erfolgen, der selbst auch in der Auswerteeinheit A integriert sein kann.
Die 3 zeigt eine Möglichkeit der Differenzstrommessung auf. Dabei sind die Zuführleitungen Z_iA und Z_iB gegensinnig um den Ferritkern F gewickelt. Die Wechselströme i_iA und i_iB bewirken im Ferritkern ein magnetisches Feld. Sofern die Ströme i_iA und i_iB gleich groß sind, ist das resultierende magnetische Feld gleich Null, d. h. es wird keine Spannung U_i induziert. Da auch bei ausgeschaltetem Strom die Spannung Ui gleich Null ist, kann zur Erkennung dieses Zustandes noch der Strom in einer oder beiden Zuführleitungen qualitativ ermittelt werden. Dieses Signal könnte auch übergeordnet von der Fahrzeugsteuerung zur Auswerteeinheit kommen. Verliert jedoch z. B. der Stromabnehmer S_iA den Kontakt zur Stromschiene L_i, so wird eine Spannung Ui induziert. Diese Spannung wird von der Auswerteeinheit A ausgewertet, wobei dann ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt werden kann.
Sofern Gleichströme über die Stromabnehmer übertragen werden, ergibt sich bei Kontaktverlust eines Stromabnehmers eine zeitliche Änderung des Stromes, wodurch ebenfalls ein Spannungsimpuls U_i induziert wird, wodurch eine Störung ebenfalls detektierbar ist.
In der Auswerteeinheit kann selbstverständlich im Falle eines erkannten Abhebens eines Stromabnehmers noch ermittelt werden, ob der dann durch den mit der Stromschiene noch in Kontakt befindlichen Stromabnehmer fließende Strom eine kritische Stromstärke übersteigt. Wenn der kritische Wert nicht erreicht wird, muss nicht zwangsläufig ein Fehlersignal ausgelöst werden. Ebenso ist es möglich, dass erst dann ein Fehlersignal ausgelöst wird, wenn sich der Kontaktabriss über eine vorbestimmbare Zeit erstreckt. Ebenso ist es möglich, dass die zuvor gemessenen Stromwerte für die jeweiligen Stromabnehmer in einem Speicher zwischengespeichert werden. So ist es möglich eine Prognose zu berechnen, ob der Gesamtstrom den kritischen Wert bei Kontaktabriss übersteigen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20205710 U1 [0004]
DE 3150921 C2 [0005]

Claims

Überwachungseinrichtung für eine Stromabnehmeranordnung für ein Stromschienensystem (L_i) mit mindestens einer Stromschiene (L₁, L₂, L₃), bei der mindestens einer Stromschiene (L₁, L₂, L₃), mindestens zwei Stromabnehmer (S_iA, S_iB) zugeordnet sind, und die Stromabnehmer (S_iA, S_iB) gegen die Stromschiene (L_i) druckbeaufschlagt und mittels Verbindungsleitungen (Z_iA, Z_iB) mit einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung eine Auswerteeinheit (A) aufweist, die mindestens ein Signal (D) erzeugt, welches insbesondere einer Stromschiene (L_i) oder einem Stromabnehmer (S_iA, S_iB) oder einem Stromabnehmerpaar (S_iA, S_iB) zugeordnet ist, wenn – in einem oder mehreren einer Stromschiene (L_i) zugeordnetem bzw. zugeordneten Stromabnehmer(n) (S_iA, S_iB) kein Strom (i_ia, i_ib) fließt und in dem anderen, dieser Stromschiene (L_i) ebenfalls zugeordnetem Stromabnehmer (S_iA, S_iB) ein Strom (i_ia, i_ib) fließt oder – in den einer Stromschiene (L_i) zugeordneten Stromabnehmern (S_iA, S_iB) unterschiedlich große elektrische Ströme (i_ia, i_ib) fließen, oder – in mindestens einem Stromabnehmer (S_iA, S_iB) ein unzulässig großer elektrischer Strom (i_ia, i_ib) fließt.
Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) die elektrischen Ströme (i_ia, i_ib) und/oder die Differenzbeträge der elektrischen Ströme (i_ia, i_ib), welche durch die jeweils einer Stromschiene (L_i) zugeordneten Stromabnehmer (S_ia, S_ib) fließen, quantitativ oder qualitativ ermittelt.
Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stromschiene mindestens zwei Stromabnehmer (S_ia, S_ib) zugeordnet sind, und dass die Auswerteeinheit (A) die elektrischen Ströme (i_ia, i_ib) und/oder die Differenzen oder Differenzbeträge der Ströme (i_ia, i_ib), welche durch die jeweils einer Stromschiene (L_i) zugeordneten Stromabnehmer (S_ia, S_ib) fließen, quantitativ oder qualitativ ermittelt.
Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) bei Überschreiten einer bestimmten, insbesondere vorgegebenen, Differenz der durch die Stromabnehmer (S_ia, S_ib) einer Stromschiene fließenden Ströme (i_ia, i_ib), ein der jeweiligen Stromschiene (L_i) oder den Stromabnehmern (S_ia, S_ib) zugeordnetes Fehlersignal (D) erzeugt.
Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) nur dann das Fehlersignal (D) erzeugt, wenn in mindestens einem Stromabnehmer (S_ia, S_ib) ein unzulässig großer elektrischer Strom (i_ia, i_ib) fließt.
Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch einen Stromabnehmer (S_ia, S_ib) fließende elektrische Strom (i_ia, i_ib) durch Messung in oder an einer Zuführleitung (Z_ia, Z_ib) erfolgt, welche den Stromabnehmer (S_ia, S_ib) mit einer nachgeordneten elektrischen Schaltung eines Verbrauchers verbindet.
Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) die elektrischen Ströme (i_ia, i_ib) und/oder deren Differenzen oder Differenzbeträge insbesondere induktiv ermittelt.
Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) ihre Signale (D) einer übergeordneten Steuerungseinrichtung des die Stromabnehmer (S_ia, S_ib) aufweisenden Fahrzeugs oder einer mobilen Einrichtung übermittelt.
Stromabnehmeranordnung mit einer Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Mobile Einrichtung oder Fahrzeug, mit Stromabnehmern (S_ia, S_ib) und einer Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.