DE102021122249A1

DE102021122249A1 - Messeinrichtung für Stromabnehmer und Verfahren zum Betrieb der Messeinrichtung sowie eine Kalibrierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021122249A1
Application number: DE102021122249.4A
Authority: DE
Inventors: Saman Torabzad; Florian Nolte
Original assignee: Paul Vahle GmbH and Co KG
Current assignee: Paul Vahle GmbH and Co KG
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2023-03-02
Also published as: CA3230294A1; EP4392742A1; CN117999460A; WO2023025714A1

Abstract

Messeinrichtung zur Messung einer Stellung (P) zumindest eines gelenkig an einem Stromabnehmerwagen einer Stromabnehmereinheit (1) angeordneten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') relativ zu dem Stromabnehmerwagen, mit zumindest einer zumindest einen Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) aufweisenden an dem Stromabnehmerwagen angeordneten Sensoreinheit (SU), dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ein Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) angeordnet ist, und dass der zumindest eine Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ein Hall-Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ist, wobei die Messeinrichtung aus mindestens einem Sensorsignal (x, y, z) des mindestens einen Hall-Sensors (Sa, Sb, Sc, Sd) die Stellung (P) jedes mit Permanentmagneten(M, Ma, Mb, Mc, Md) bestückten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Messung einer Stellung zumindest eines gelenkig an einem Stromabnehmerwagen einer Stromabnehmereinheit angeordneten Stromabnehmers relativ zu dem Stromabnehmerwagen, mit zumindest einer zumindest einen Sensor aufweisenden an dem Stromabnehmerwagen angeordneten Sensoreinheit. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung sowie eine Kalibrierungsvorrichtung.
Stromabnehmereinheiten für Schleifleitungsstromschienen werden unter anderem in Werkshallen, in Lagerhallen oder auch in Logistikzentren eingesetzt, insbesondere um bei fördertechnischen Anlagen wie beispielsweise Elektrohängebahnen oder Elektrotragbahnen eine permanente elektrische Stromversorgung von Verbrauchern entlang der Bahn sicherzustellen. Derartige Stromabnehmereinheiten weisen üblicherweise einen oder mehrere Stromabnehmer auf, die gelenkig an einem Stromabnehmerwagen angeordnet sind, wobei die Stromabnehmer üblicherweise zumindest einen Stromabnehmerarm und einen Stromabnehmerkontakt aufweisen. Damit die elektrische Stromversorgung des Verbrauchers durchgehend besteht, müssen die Stromabnehmerkontakte während einem Verfahren der Stromabnehmereinheiten stets in Kontakt mit der Schleifleitungsstromschiene sein. Dafür muss die Schleifleitungsstromschiene in einem möglichst guten Zustand sein und einen möglichst gleichmäßigen Verlauf haben, damit es nicht zu plötzlichen Kontaktabbrüchen kommt. Plötzliche Kontaktabbrüche können zu einem Betriebsausfall und mitunter zu enormen Kosten führen.
Durch eine intensive Benutzung kommt es sowohl bei Schleifkontakten als auch bei den Schleifleitungsstromschienen zu Abnutzungen und Verschleiß, die den durchgehenden Kontakt zwischen Stromabnehmerkontakt und Schleifleitungsstromschiene negativ beeinflussen können. Ebenso können auch Unfälle, Montagefehler oder unsachgemäße Benutzung zu Fehlern führen, beispielsweise durch Verformung oder Zerstörung eines Schleifleitungsstromschienenabschnitts oder eines Stromabnehmerkontaktes.
Um derartige Fehlerquellen möglichst frühzeitig erkennen und beseitigen zu können, ist man bestrebt, die entsprechenden Anlagen über möglichst die gesamte Länge und möglichst kontinuierlich zu Überwachen. Dazu gibt es unterschiedliche Ansätze.
Aus DE 202 05 710 U1 ist eine Stromabnehmereinheit bekannt, bei der an einem Stromabnehmer ein Bewegungssensor vorgesehen ist der die Auslenkungen des Stromabnehmers, die aufgrund von Unregelmäßigkeiten in seinem Schleifleitungsweg auftreten, erfasst werden. Bei dem Bewegungssensor handelt es sich um einen zweiaxialen Beschleunigungssensor, der die auf den Stromabnehmer ausgeübte Beschleunigung bzw. seine Bewegung und somit seine Auslenkung in zwei räumlichen Dimensionen detektiert.
Aus DE102017008382A1 ist eine weitere Stromabnehmereinheit mit einem Beschleunigungssensor bekannt, wobei der Beschleunigungssensor auftretende Abstandsänderungen zwischen einem mit Strom versorgten Fahrzeug und den Schleifleitungsstromschienen detektiert, die durch Unebenheiten in der Schleifleitungsstromschiene erzeugt werden. Überschreitet der Abstand einen festgelegten Toleranzwerts wird eine Warnung von einer Auswerteeinheit ausgegeben, die das Sensorsignal auswertet und am Fahrzeug angeordnet ist.
Die bisher am Markt erhältlichen Messeinrichtungen haben den gemeinsamen Nachteil, dass der Zustand einer Schleifleitungsstromschiene nur verhältnismäßig ungenau überwacht werden kann. Durch die Beschränkung auf ein oder zwei räumliche Achsen können komplexe dreidimensionale Bewegungen im Raum, wie sie unter anderem durch Rotation und Verkippung der Stromabnehmerkontakte auftreten, nur unzureichend genau detektiert werden.
Die tatsächliche Stellung der Stromabnehmer relativ zum Stromabnehmerwagen kann anhand verschiedener Stellungsparameter beschrieben werden. Geeignete Stellungsparameter können beispielsweise der Hub und die Auslenkung des Stromabnehmers sein, wobei der Hub im Wesentlichen in vertikaler Richtung erfolgt, während die Auslenkung die Stellung des Stromabnehmers in der horizontalen Ebene beschreibt. Da die Auslenkung und der Hub gemeinsam einen dreidimensionalen Raum aufspannen, reichen ein- oder zweiachsige Sensoren nicht aus, um die tatsächliche Stellung der Stromabnehmer zu beschreiben. Dies gilt umso mehr unter Berücksichtigung der bereits erwähnten Kipp- und Rotationsvorgänge. Die bisher verwendeten ein- oder zweiachsigen Beschleunigungssensoren können die tatsächliche Stellung der Stromabnehmer daher nur vergleichsweise grob bestimmen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit mindestens darin, eine Messeinrichtung bereitzustellen, mit der die Stellung der Stromabnehmer relativ zu dem Stromabnehmerwagen und somit der Zustand jeder korrespondierenden Schleifleitungsstromschiene kontinuierlich über die gesamte Länge einer Anlage mit großer Genauigkeit überwacht werden kann. Die Aufgabe der Erfindung ist auch darin zu sehen, ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung sowie eine Kalibrierungsvorrichtung bereitzustellen.
Zumindest eine der Aufgaben wird erfinderisch durch eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass an mindestens einem Stromabnehmer ein Permanentmagnet angeordnet ist, und dass der zumindest eine Sensor ein Hall-Sensor ist, wobei die Messeinrichtung aus mindestens einem Sensorsignal (x, y, z) des mindestens einen Hall-Sensors die Stellung jedes mit Permanentmagneten bestückten Stromabnehmers ermittelt.
Zumindest eine der Aufgaben wird erfinderisch durch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 bzw. durch eine Kalibrierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst.
Mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist eine Diagnose des Schleifleitungszustands einer entsprechenden Anlage, ein Überprüfen der Montagequalität von neu gebauten oder reparierten Anlagen und eine kontinuierliche Überwachung des Anlagenverschleißes mit hoher Genauigkeit möglich.
Der zumindest eine Sensor der Sensoreinheit ist im Bezug zu dem gelenkig angeordneten Stromabnehmer ortsfest an dem Stromabnehmerwagen angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass die Stellung des Stromabnehmers relativ zu dem Stromabnehmerwagen dadurch ermittelt wird, dass der Sensor das Magnetfeld des an dem Stromabnehmer angeordneten Permanentmagneten detektieren und die durch eine Stellungsänderung des Stromabnehmers induzierte lokale Änderung des Magnetfelds misst.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist an mindestens einem, insbesondere allen, Stromabnehmer(n) jeweils zumindest ein Permanentmagnet angeordnet. Bei einer gleichen Anzahl von Sensoren kann dann beispielsweise jeder Sensor jeweils die Stellung eines Stromabnehmers ermitteln. Selbstverständlich kann es auch vorteilhaft sein, wenn an einem Stromabnehmer mehr als ein Permanentmagnet angeordnet ist, beispielsweise um ein spezielles vorteilhaftes Magnetfeld zu erzeugen, oder um die Stellung eines Stromabnehmers durch zwei unterschiedliche Sensoren zu ermitteln.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist zumindest ein Sensor ein 3D-Hall-Sensor. Dann ist es möglich, dass die Messeinrichtung die Stellung jedes mit Permanentmagneten bestückten Stromabnehmers in allen drei Raumrichtungen ermittelt. Als besonders geeignet hat sich beispielsweise der Infineon TLV493D-A1B6 erwiesen, der auch komplexe Rotationen, Verkippungen und Translationen im Raum detektieren kann. Dabei gibt der 3D-Hall-Sensor kontinuierlich drei Sensorsignale aus, die Rückschlüsse auf die räumliche Änderung des detektieren Magnetfelds zulassen. Als Permanentmagneten eignen sich besonders gut Neodym-Magnete.
In einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Sensor auf zumindest einer Leiterplatte angeordnet. Im Falle von mehreren Sensoren können alle Sensoren auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein, so dass die Sensoreinheit im Wesentlichen aus einem kompakten Sensormodul bestehen kann. Die Sensoreinheit kann ein Gehäuse aufweisen, das an dem Stromabnehmerwagen angeordnet ist. Der zumindest eine Sensor ist dann in dem Gehäuse angeordnet, welches so positioniert ist, dass der mindestens eine Sensor das Magnetfeld des mindestens einen Permanentmagneten detektieren kann.
Bauartbedingt kann es vorteilhaft sein, wenn jeder Permanentmagnet eine zu einem benachbarten Permanentmagneten unterschiedliche Remanenz, eine unterschiedliche Magnetfeldstärke, eine unterschiedliche Magnetisierung und/oder eine unterschiedliche Position am Stromabnehmer aufweist. Da die Stromabnehmer herkömmlicher Stromabnehmereinheiten in der Regel eng nebeneinander angeordnet sind, können sich die Magnetfelder benachbarter Permanentmagnete gegenseitig beeinflussen bzw. überlagern, so dass es für einen Sensor problematisch sein kann, gezielt den korrespondierenden Permanentmagneten zu detektieren. Durch die Verwendung unterschiedlicher Werte kann ein Sensor gezielt auf die Detektion genau eines korrespondierenden Permanentmagneten abgestimmt sein.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann es alternativ oder zusätzlich vorteilhaft sein, die Permanentmagnete trotz eines begrenzten Platzangebots möglichst weit voneinander entfernt anzuordnen. Da die Abstände von Permanentmagneten benachbarter Stromabnehmer in einer Raumrichtung durch die Abstände der Stromabnehmer vorgegeben sind, kann es vorteilhaft sein, wenn die Permanentmagnete benachbarter Stromabnehmer jeweils in unterschiedlichen Abständen zum jeweiligen Lager der Stromabnehmer an diesen angeordnet sind. Daraus kann beispielsweise eine versetzte Zickzack-Anordnung der Permanentmagnete resultieren, so dass sich die Magnetfelder benachbarter Permanentmagnete möglichst wenig gegenseitig beeinflussen. Unter dem Befestigungspunkt ist die Stelle bzw. das Gelenk zu verstehen, an der bzw. an dem der Stromabnehmer gelenkig an dem Stromabnehmerwagen befestigt bzw. aufgehängt ist.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der Messeinrichtung weisen benachbarte Sensoren jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu der Lagerachse der Stromabnehmer auf.
Bei einer weiteren möglichen und bevorzugten Ausführungsform liegen sich die Permanentmagnete und die korrespondierenden Sensoren in einer Nullstellung der Stromabnehmer gegenüber.
Selbstverständlich ist es ebenso im Sinne der Erfindung, wenn die vorbeschriebenen Ausbildungen der Erfindung miteinander in einer Kombinationsausbildung zusammengenommen bzw. deren jeweiligen Vorteile miteinander kombiniert werden.
An zumindest einem Stromabnehmer kann zumindest ein Magnethalter angeordnet sein, der zumindest einen Permanentmagneten hält. Der Magnethalter kann z.B. teilweise oder ganz aus Metall oder einem speziellen abschirmenden Kunststoff gefertigt sein, was die Wechselwirkung zwischen benachbarten Permanentmagneten, insbesondere durch Ausrichten bzw. gezieltem Bündeln und Formen der Magnetfelder der einzelnen Permanentmagnete, vorteilhaft verringern kann. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Permanentmagnet an einem Stromabnehmer befestigt oder darin sichtbar oder unsichtbar integriert sein. Auch kann die äußere Form der Permanentmagnete die Form deren äußeren Magnetfeldes beeinflussen, womit ebenfalls eine Verringerung der Wechselwirkung der einzelnen Magnetfelder der Permanentmagnete erzielbar ist.
Um den Stromabnehmer bzw. den daran angeordneten Permanentmagneten oder auch den Sensor zu identifizieren und so eine korrekte Zuordnung von Permanentmagnet und Sensor zu gewährleisten, kann an dem Stromabnehmer oder einem Magnethalter ein RFID-Transponder angeordnet sein. Nach der Montage oder während der Wartung kann dann festgestellt werden, ob die Zuordnung von Sensor und Permanentmagnet korrekt ausgeführt wurde.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine Auslese- und/oder eine Kommunikationsvorrichtung zur Ausgabe des mindestens einen Sensorsignals oder zur Übermittlung des mindestens einen Sensorsignals an eine Datenverarbeitungseinrichtung auf. Bei der Auslesevorrichtung kann es sich beispielsweise um einen USB-Port, einen SD-Kartenslot oder jeder andere geeignete Schnittstelle handeln. Als Kommunikationsvorrichtung kommt beispielsweise ein Funksender, ein Bluetooth®-Sender oder jede andere geeignete kabellose oder kabelgebundene Übertragungsmöglichkeit zu einer Datenverarbeitungseinrichtung in Betracht. In diesem Fall kann die Datenverarbeitungseinrichtung anhand des mindestens einen Sensorsignals die Stellung des zumindest einen Stromabnehmers ermitteln.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung kann vorteilhaft so ausgestaltet sein, dass sie an bestehende Stromabnehmereinheiten angebracht werden kann, so dass bestehende Anlagen mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung ausgerüstet bzw. nachgerüstet werden können. Selbstverständlich ist es auch denkbar, eine Stromabnehmereinheit bereits ab Werk mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung auszustatten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung werden zur Kalibrierung der Messeinrichtung die Stromabnehmer gleichzeitig oder einzeln in verschiedene Stellungen gebracht bzw. mittels einer Verstellvorrichtung verstellt. Für jede Stellung werden die von den Sensoren gemessenen Sensorsignale ermittelt und der jeweiligen Stellung zugeordnet. Mittels einer Datenverarbeitung werden diese Daten und/oder daraus berechnete, insbesondere korrelierte, Werte bzw. Kurven und/oder Kurvenscharen in einer Wissensdatenbank gespeichert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird anhand der bei der Kalibrierung ermittelten und ausgewerteten Daten der Wissensdatenbank im Normalbetrieb oder Prüfungsbetrieb der Stromabnehmereinheit aufgrund der dabei mittels der Sensoreinheit ermittelten Sensorsignale bzw. -werte, die tatsächliche IST-Stellung zumindest eines, vorteilhaft aller, Stromabnehmer berechnet.
Bei der Kalibrierung werden somit unterschiedliche Stellungen des mindestens einen Stromabnehmers erzeugt, indem verschiedene Stellungsparameter wie beispielsweise Hub und seitliche Auslenkung quer zur Fahrtrichtung variiert. Dies erfolgt systematisch, wobei zumindest ein Stellungsparameter konstant gehalten wird und zumindest ein anderer Stellungsparameter systematisch variiert wird, wobei bei jeder derartig erzeugten Stellung das mindestens eine Sensorsignal ermittelt und der jeweiligen Stellung zugeordnet wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann es abhängig vom Sensor sein, dass zumindest ein Sensor mehr als ein Sensorsignal generiert. In diesem Fall verknüpft eine Datenverarbeitungseinrichtung die mehreren Sensorsignale des zumindest einen Sensors miteinander und ermittelt so einen neuen Wert, so dass der zumindest eine neue Wert einer Kombination von Stellungsparametern und damit genau einer Stellung mindestens eines Stromabnehmers zuordenbar ist.
Im Fall von 3D-Hall-Sensoren gibt zum Beispiel jeder Sensor drei Sensorsignale x, y, z aus. Die Sensorsignale x, y, z können dann einer korrespondierenden, d.h. in der jeweiligen Stellung P vorliegenden, Kombination von Stellungsparametern wie beispielsweise einem Hub- und Auslenkungswert H, A zugeordnet werden. Bei mehreren Sensorsignalen kann es jedoch dazu kommen, dass je nach Konfiguration bzw. Anordnung der Sensoren, ihrer räumlichen Ausrichtung und/oder der Art der gemessenen Stellung ein höherer Sensorsignalwert nicht zwangsläufig einen höheren Hub oder eine größere Auslenkung bedeutet. Es kann beispielsweise sein, dass zwar ein positiver Hub vorliegt, wobei jedoch das Sensorsignal bzw. die Sensorsignale durch ein gleichzeitiges Verkippen oder Rotieren des Stromabnehmers derart beeinflusst werden, dass kein unmittelbarer linearer bzw. monotoner Zusammenhang zwischen dem gemessenen Sensorsignal und dem effektiven Hub erkennbar ist. Darüber hinaus ist es bei mehreren, insbesondere drei räumlichen, Sensorsignalen ohnehin nicht ohne weitere Berechnungen, insbesondere Vektorrechnungen, möglich, einen eindeutigen Abstand zu anderen Sensorsignalen zu definieren. Deshalb muss ein Verfahren gefunden werden, das es ermöglicht, einen monotonen Zusammenhang zwischen den Sensorsignalen und den Stromabnehmerbewegungen herzustellen.
Rein beispielhaft kann so systematisch ein Satz von Sensorsignalen x, y, z bei verschiedenen Stellungen P=(H, A) ermittelt werden, wenn für jeden (seitwärts) Auslenkungswert A={-15 mm, -7.5 mm, 0, 7.5 mm, 15 mm} ein Satz von Hubwerten H = {-15 mm, -12.5 mm, -10 mm, ..., 10 mm, 12.5 mm, 15 mm} erzeugt und die entsprechenden Sensorsignale x, y, z erfasst und in einer Wissensdatenbank gespeichert werden. Selbstverständlich können beliebig viele andere Kombinationen von Hub- und Auslenkungswerten, andere Rasterungen oder auch gänzlich andere Stellungsparameter je nach Arbeitsbereich des Stromabnehmers ebenso sinnvoll oder vorteilhaft sein.
In obigem Beispiel ergibt sich so eine (13x5)-Matrix (13 Hubwerte, 5 Auslenkungswerte) mit 65 Kombinationen von Hub- und Auslenkungswerten, die jeweils genau einer Stellung P=(H,A) eines oder aller Stromabnehmer entsprechen. Als Einträge der Matrix werden die jeweils diesen Stellungen P zuordenbare Sensorsignale x, y, z in der Wissensdatenbank gespeichert.
In obigem Beispiel können bei jeder der 65 Stellungen P=(H, A) beispielsweise zwei neue Werte D_H und D_A ermittelt werden, die die zu jeder Stellung P gehörenden Sensorsignale auf unterschiedliche Weise miteinander verknüpfen. In der Praxis haben sich für das obige Beispiel die Verknüpfungen D_A=√(x²+y²+z²) und D_H=y/z als geeignet erwiesen, da sie für ein festes A bzw. ein festes H (d.h. entlang einer Reihe bzw. einer Spalte in der obigen (13x5)-Matrix) jeweils monoton steigende Werte liefern. Selbstverständlich können bei anderen Sensoren oder Stellungsparametern andere Verknüpfungen sinnvoll oder erforderlich sein, die im Einzelfall stets neu zu ermitteln sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ermittelt die Datenverarbeitungseinrichtung zumindest eine, insbesondere stetige, mathematische Funktion, die durch Einsetzen der neuen Werte in die Funktion die korrespondierenden Stellungsparameter der unterschiedlichen Stellungsparameter der unterschiedlichen Stellungen zumindest näherungsweise berechnet.
Bei der ermittelten Funktion kann es sich grundsätzlich um jede geeignete mathematische Funktion wie beispielsweise eine rationale oder eine Polynomfunktion handeln, die die Werte der Auslenkungsparameter anhand der zuvor berechneten neuen Werte berechnet bzw. mit hinreichender Genauigkeit approximiert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird für jeden bei der Simulation konstanten Wert eines Stellungsparameters H, A (also für jede Spalte und jede Zeile der Matrix des obigen Beispiels) genau eine mathematische Funktion ermittelt, derart, dass für einen gegebenen Stellungsparameter (also für jede Spalte und jede Zeile der Matrix des obigen Beispiels) anhand des neuen Wertes der korrespondierende andere Stellungsparameter ermittelbar ist.
In obigem Beispiel können so beispielsweise rationale Funktionen(scharen) f_H, f_A ermittelt werden, die durch Einsetzen der neuen Werte D_A, D_H in die entsprechende Funktion den Hub H bzw. die seitliche Auslenkung A quer zur Fahrtrichtung für jeweils ein festes A bzw. ein festes H (d.h. entlang einer Reihe bzw. einer Spalte in der obigen (13x5)-Matrix) zumindest in guter Näherung liefert, wobei die Funktionen f_H durch Einsetzen der Werte D_A die Auslenkung A jeweils für ein festes H liefern und die Funktionen f_A durch Einsetzen der Werte D_H den Hub jeweils für ein festes A liefern. Auf diese Weise werden die Werte für A jeder Spalte durch eine Funktion f_H und die Werte H jeder Zeile durch eine Funktion f_A berechnet bzw. angenähert. Im vorliegenden Beispiel ergeben sich somit insgesamt 18 Funktionen (5 f_A und 13 f_H), die raster- bzw. gitterartig den gesamten Stellungsraum P=(H, A) abdecken.
Durch die gitterartige Abdeckung des gesamten Stellungsraums kann im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb ein kleinster Abstand Q zwischen mindestens einem im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb gemessenen Sensorsignal und den bei der Kalibrierung ermittelten Werten des mindestens einen Sensorsignals bestimmt werden und der korrespondierenden Stellung zugeordnet werden, so dass für die im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb ermittelten neuen Werte anhand der korrespondierenden Funktionen die Stellungparameter der tatsächlichen IST-Stellung zumindest eines oder aller Stromabnehmer berechnet bzw. angenähert werden können.
In obigem Beispiel bedeutet dies, dass für die im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb gemessenen Sensorsignale x_R, y_R, z_R mittels Vektorrechnung die nächstliegenden bei der Kalibrierung ermittelten und in der Wissensdatenbank gespeicherten Sensorsignale x, y, z bestimmt werden, wobei die nächstliegenden Sensorsignale x, y, z einer bestimmten Stellung P zugeordnet sind. Dieser Stellung sind zwei sich kreuzende Funktionen f_H, f_A zugeordnet, in die die im Normalbetrieb gemessenen neuen Werte D_HR, D_AR eingesetzt werden und so die korrespondierenden Stellungsparameter H_R, A_R der tatsächlichen Stellung P_R im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb bestimmt werden können. Auf diese Weise ist die Stellung P_R der Stromabnehmer kontinuierlich und über den gesamten Anlagenverlauf bestimmbar.
Diese oben genannten 65 Kombinationen ergeben sich, wenn alle Stromabnehmer mittels der Kalibriervorrichtung zusammen schrittweise angehoben und ausgelenkt werden. Sofern die Kalibriervorrichtung die Stromabnehmer nicht zusammen, sondern einzeln auslenkt und für jeden Stromabnehmer eine Anzahl von AZ seitlichen Auslenkungen A und eine Anzahl von HZ Hüben H vorsieht, so ergäben sich bei einer Anzahl von SZ Stromabnehmern (AZ x HZ)^SZ verschiedene Kombinationen bzw. Stellungen P=(SZ, H, A), und somit eine dreidimensionale Matrix, aus der dann die weiteren Werte und Funktionen ermittelt und berechnet werden. Dabei ist die Anzahl der verschiedenen Hubstellungen und Auslenkungen entsprechend zu wählen, damit der Kalibrierungsvorgang nicht zu lange dauert. Zudem sind bestimmte Stellungen der Stromabnehmer zueinander für die Herleitung der Funktionen nicht relevant, da z.B. die Magnetfelder von weiter voneinander entfernten Stromabnehmer keinen Einfluss aufeinander haben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Kalibrierung teilweise automatisch oder voll automatisch. Dabei kann zumindest einer der oben beschriebenen Kalibrierungsschritte automatisch erfolgen. Vorteilhaft können alle Kalibrierungsschritte automatisch erfolgen. Es kann beispielsweise zumindest ein Stromabnehmer automatisch in die verschiedenen zur Kalibrierung vorgesehenen Stellungen P gebracht werden und/oder die an diesen Stellungen gemessenen Sensorsignale x, y, z automatisch gespeichert werden und/oder die mathematischen Funktionen f_H, f_A automatisch ermittelt werden und/oder die neuen Werte D_H, D_A automatisch ermittelt werden.
In obigem Beispiel können so vorzugsweise alle Stromabnehmer automatisch in sämtliche der zuvor festgelegten 13x5=65 Stellungen gebracht werden, wobei an jeder Stellung die Sensorsignale x, y, z automatisch gemessen und in der Datenverarbeitungseinrichtung gespeichert werden. Anschließend kann die Datenverarbeitungseinrichtung die neuen Werte D_H, D_A und die mathematischen Funktionen f_H, f_A voll automatisch ermitteln und speichern, so dass anschließend die Stromabnehmereinheit vollständig kalibriert ist und in Betrieb genommen werden kann. Auf diese Weise kann die Kalibrierung sehr einfach und zuverlässig durchgeführt werden. Selbstverständlich müssen entsprechende Programmroutinen zuvor in der Datenverarbeitung festgelegt sein.
Die vollautomatische Kalibrierung bietet sich insbesondere dann an, wenn wie oben beschrieben, auch die Stromabnehmer zueinander mittels der Kalibrierungsvorrichtung zueinander in verschiedene Stellungen gebracht und die dabei ermittelten zahlreichen Messwerte verarbeitet werden.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn nur ein oder einige Schritte der Kalibrierung automatisch erfolgt bzw. erfolgen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn Stromabnehmereinheiten unterschiedlicher Bauart mit einer gleichen Kalibrierungsvorrichtung kalibriert werden soll. Dann kann es sein, dass die für eine Stromabnehmereinheit passende Matrix von Stellungen für eine andere Stromabnehmereinheit ungeeignet ist. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die entsprechende Matrix von einem Benutzer vorher ausgewählt werden muss/kann. Die anschließende Messung der Sensorsignale x, y, z und/oder die Ermittlung der mathematischen Funktionen f_H, f_A und der neuen Werte D_H, D_A kann dann in Abhängigkeit der gewählten Matrix automatisch erfolgen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Kalibrierung durch ein Abfahren eines wohldefinierten Streckenabschnitts einer Schleifleitungsstromschiene. Das hat den praktischen Vorteil, dass die Kalibrierung während des Prüfbetriebs ohne eine Demontage immer wieder überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden kann.
Bei einer weiten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Einstellung der unterschiedlichen Stellungen der Stromabnehmer durch eigens dafür vorgesehene Kalibrierungsvorrichtung.
Eine geeignete Kalibrierungsvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens weist zumindest einen wohldefinieren Streckenabschnitt einer Schleifleitungsstromschiene, zumindest einen Stromabnehmer, zumindest eine Verfahrvorrichtung zur Verstellung der Stromabnehmer, insbesondere des Hubs und der seitlichen Auslenkung quer zur Fahrtrichtung, zumindest eine elektronischen Steuerungseinheit zur Steuerung der zumindest einen Verfahrvorrichtung und zur Übermittlung des zumindest einen Sensorsignals an zumindest eine Datenverarbeitungseinrichtung, die anhand des zumindest einen Sensorsignals und der bekannten Stellungsparameter die neuen Werte und die zumindest eine mathematische Funktion ermittelt, auf.
Selbstverständlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Kalibrierungsvorrichtung grundsätzlich möglich, entweder alle Stromabnehmer gleichzeitig oder einen, insbesondere jeden, Stromabnehmer einzeln relativ zu den anderen zu verstellen und zu kalibrieren. Bei der Kalibrierung einzelner Stromabnehmer können die übrigen Stromabnehmer oder auch nur der oder die benachbarten Stromabnehmer für jede Stellung des zu kalibrierenden Stromabnehmers in vorher zu definierende Stellungen gebracht werden, so dass die bei unterschiedlicher Stellung der Stromabnehmer zueinander vorliegende unterschiedliche wechselseitige Beeinflussung der Magnetfelder der Permanentmagneten in die Kalibrierung mit einfließt. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, jeweils genau zwei benachbarte Stromabnehmer einzeln zu kalibrieren, indem der zu kalibrierende Stromabnehmer, wie oben beschrieben, anhand der Stellungsparameter kalibriert wird, wobei zumindest ein weiterer Stellungsparameter mit der Stellung des zu kalibrierenden Stromabnehmers verknüpft wird, der der Stellung des oder der übrigen, insbesondere des benachbarten, Stromabnehmer(s) entspricht. Im Normal- oder Prüfbetrieb wird dieser zumindest eine weitere Stellungsparameter dann bei der Messung berücksichtigt. Hierbei kann es ausreichend sein, wenn lediglich zueinander unterschiedliche Hübe oder seitliche Auslenkungen der einzelnen Stromabnehmer relativ zueinander noch zusätzlich berücksichtigt werden. In der Regel ist es aber sinnvoll, sowohl die unterschiedlichen Hübe als auch die unterschiedlichen Auslenkungen zumindest benachbarter Stromabnehmer zu berücksichtigen, so dass auch nachher die unterschiedlichen Hübe und/oder Auslenkungen sicher erfassbar sind.
Eine geeignete Kalibrierungsvorrichtung verfügt mithin über eine geeignete Verfahrvorrichtung bzw. über mehrere Verfahrvorrichtungen, die es ermöglicht bzw. die es ermöglichen, die Stromabnehmer unabhängig voneinander zu verstellen. Mit einer derartig kalibrierten Stromabnehmereinheit ist eine noch genauere Messung denkbar. Dies gilt vor allem dann, wenn die Stromabnehmerkontakte nicht gleichmäßig abgenutzt sind oder wenn nur eine Phase der Schleifleitungsleitungsstromschiene verdreckt oder besonders stark verdreckt ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, in denen einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Diagnoseanordnung sowie einer Kalibrierungsvorrichtung dargestellt sind, erläutert.
Es zeigen:

1a eine Stromabnehmereinheit mit vier Stromabnehmern und einem nicht dargestellten Stromabnehmerwagen und einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, wobei an jedem Stromabnehmer ein Magnethalter mit einem Permanentmagneten angeordnet ist;
1b die gleiche Stromabnehmereinheit mit einer sichtbaren Sensoreinheit mit vier 3D-Hall-Sensoren;
2 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte eines Sensormoduls mit vier 3D-Hall-Sensoren;
3a einen Stromabnehmer mit integriertem Permanentmagneten;
3b einen Stromabnehmer mit einem an dem Stromabnehmer angeordneten RFID-Sensor;
3c einen Stromabnehmerarm mit einem Permanentmagneten der von einem Magnethalter gehalten ist;
4 eine erfindungsgemäße Kalibrierungsvorrichtung;
5a ein Verfahrensschema für eine Kalibrierung der erfindungsgemäßen Messeinrichtung;
5b ein Verfahrensschema für die Bestimmung einer IST-Stellung während des Normal- oder Prüfbetriebs einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung;
6 zwei unterschiedliche Konfigurationen von Stromabnehmerschleifkontakten.

1a zeigt eine Stromabnehmereinheit 1 mit vier Stromabnehmern 2a, 2b, 2c, 2d die gelenkig an einem nicht dargestellten Stromabnehmerwagen angeordnet sind. An jedem Stromabnehmer 2a, 2b, 2c, 2d ist ein Magnethalter MH angeordnet, der jeweils einen Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md hält. Den Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md gegenüberliegend ist eine Sensoreinheit SU mit einem Gehäuse C angeordnet, wobei das Gehäuse C an einer Grundplatte 5 des Stromabnehmerwagen befestigt ist.
1b zeigt die gleiche Stromabnehmereinheit 1 aus einer anderen Perspektive. Die Sensoreinheit SU weist vier den Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md gegenüberliegend angeordnete Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd in Form von 3D-Hall-Sensoren auf, wobei benachbarte Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd ebenso wie benachbarte Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md jeweils in einem unterschiedlichen Abstand D₁, D₂ zu einem Lager bzw. einer Lagerachse X des entsprechenden Stromabnehmers 2a, 2b, 2c, 2d angeordnet sind.
2 zeigt eine Leiterkarte 6 der Sensoreinheit SU mit den vier darauf angeordneten Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd. Die Anordnung der Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd entspricht einer gespiegelten Anordnung der gegenüberliegenden nicht dargestellten Permanentmagnete Ma, Mb, Mc, Md, so dass die Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd in einer Nullstellung der Stromabnehmer 2a, 2b, 2c, 2d zum einen möglichst nah bei den korrespondierenden Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md sind und die Permanentmagnete Ma, Mb, Mc, Md gleichzeitig möglichst weit voneinander entfernt angeordnet sind, so dass eine Wechselwirkung der Magnetfelder der einzelnen Permanentmagnete Ma, Mb, Mc, Md möglichst gering ist. Die Leiterkarte 6 ist in dem Gehäuse C angeordnet, das an der Grundplatte 5 des Stromabnehmerwagens befestigt ist.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd 3D-Hall-Sensoren vom Typ Infineon TLV493D-A1B6. Die x-, y-, und z-Achsen sind gemäß dem Datenblatt des Herstellers eingezeichnet und die entsprechenden Nord- und Südpole markiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel detektiert die x- und die y-Achse das Magnetfeld innerhalb der Bildebene, wobei die z-Achse das Magnetfeld bzw. dessen Änderung entlang der Flächennormalen der Bildebene detektiert. Der Südpol der z-Achse ist dabei näher an einem Betrachter, der Nordpol liegt entsprecht weiter vom Betrachter entfernt.
In y-Richtung weisen die Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd einen Abstand W zueinander auf, der im Wesentlichen dem Abstand der Stromabnehmer und damit dem Abstand der Phasen der Schleifleitungsstromschiene entspricht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand W 14mm. In x-Richtung sind die Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd entsprechend der Kartengröße möglichst weit voneinander beabstandet und somit im Wesentlichen am oberen bzw. unteren Rand der Leiterkarte 6 angeordnet.
3a zeigt einen Stromabnehmer 2 mit einem darin eingearbeiteten Permanentmagneten M. 3b zeigt den gleichen Stromabnehmer 2 mit dem darin eingearbeiteten Permanentmagneten M und einem daneben angeordneten RFID-Transponder RF zur Identifikation des Permanentmagneten M. 3c zeigt eine Einzelansicht des Stromabnehmers 2d mit dem Magnethalter MH und den davon gehaltenen Permanentmagneten Md.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Kalibrierungsvorrichtung 7 mit einem Stromabnehmersystem 8 mit vier Stromabnehmern 2a', 2b', 2c', 2d', die an einer Verfahrvorrichtung 9 angeordnet sind. Die Verfahrvorrichtung 9 simuliert verschiedene Stellungen anhand eines wohldefinierten Streckenabschnitts 11 einer Schleifleitungsstromschiene durch eine Variation von zwei Stellungsparametern H, A, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Hub und Auslenkung entsprechen. Eine elektronische Steuerungseinheit 12 dient zum einen der Steuerung der Verfahrvorrichtung 9 und zum anderen der Übermittlung der gemessenen Sensorsignale x, y, z an eine Datenverarbeitungseinrichtung DV. Die Datenverarbeitung DV ermittelt dann gemäß der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens die notwendigen Werte D_H, D_A und Funktionen f_H, f_A für die Kalibrierung und den späteren Normalbetrieb.
Es ist selbstverständlich ebenso möglich, dass vorzugsweise zumindest der Hub und ggfs. auch die Auslenkung für jeden Stromabnehmer einzeln mit einer entsprechenden Kalibrierungseinrichtung verstellbar bzw. einstellbar ist, wobei dann die Kalibrierung und die spätere Bestimmung der Auslenkung und insbesondere des Hubes aufgrund der noch genaueren bzw. höher auflösenden zuvor bestimmten Funktionen mit größerer Genauigkeit erfolgen kann.
5a zeigt ein Verfahrensschema für die bereits oben beschriebene Kalibrierung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, anhand eines Beispiels mit Stellungsparametern Hub H und Auslenkung A. Bei der Kalibrierung werden systematisch verschiedene Stellungen P= (H, A) erzeugt, indem jeweils ein Stellungsparameter H, A konstant gehalten wird und der jeweils andere Stellungsparameter H, A schrittweise verstellt wird. Dadurch ergibt sich eine Matrix mit einer Vielzahl von Stellungen P bzw. Stellungsparameterkombinationen H, A, wobei jede Zeile einer konstanten Auslenkung und jede Spalte einem konstanten Hub entsprechen. Die maximalen Werte für Hub und Auslenkung (±15 mm) sind entsprechend dem obigen Beispiel gewählt und dienen lediglich der Veranschaulichung.
Bei jeder in der Matrix enthaltenen Stellung werden die Sensorsignale x, y, z ermittelt und in einer entsprechenden Matrix in einer Datenverarbeitungseinrichtung gespeichert. Auf diese Weise wird anhand der bei der Kalibrierung erzeigten Stellungen eine Wissensdatenbank erzeugt, wobei die Einträge x, y, z jeweils genau einer Stellung P zuordenbar sind. Der Übersichtlichkeit halber sind die Einträge alle mit x, y, z gekennzeichnet, selbstverständlich können und sollen sich die Werte der einzelnen Matrixelemente voneinander unterscheiden.
Ausgehend von dieser Matrix mit Sensorsignalen x, y, z berechnet die Datenverarbeitungseinrichtung die neuen Werte D_H, D_A, beispielsweise anhand der obigen Verknüpfungsvorschriften. Dadurch entsteht eine weitere Matrix in der Wissensdatenbank, wobei jedes Matrixelement einen neuen Wert D_H und einen neuen Wert D_A enthält. Jede Kombination von neuen Werten D_H, D_A ist mithin genau einer Stellung P zuordenbar.
In einem nächsten Schritt ermittelt die Datenverarbeitungseinrichtung für jede Zeile und jede Spalte der Matrix jeweils eine Funktion f_H, f_A. Die Funktionen müssen die Eigenschaft f_A(D_H)≈H bzw. f_H(D_A)≈A erfüllen, so dass für einen festen Stellungsparameter H, A genau eine Funktion alle Werte des anderen Stellungsparameters H, A bestimmt, wenn der in dem Matrixelement vorhandene neue Wert D_H, D_A in die Funktion f_H, f_A eingesetzt wird. Bei den Funktionen bzw. den Funktionenscharen kann es sich beispielsweise aber nicht ausschließlich um rationale Funktionen oder Polynomfunktionen handeln, abhängig von der gewünschten Genauigkeit und dem zulässigen Rechenaufwand. Daraus ergibt sich schließlich ein Satz von mehreren Funktionen oder Funktionenscharen, die den Stellungsraum P= (H, A) gitterartig abdecken und so näherungsweise Beschreiben.
5b zeigt ein Verfahrensschema für die Bestimmung der IST-Lage im Normal- oder Prüfbetrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung. Während dem Normal- oder Prüfbetrieb werden der oder die Stromabnehmer durch Verfahren entlang einer Schleifleitungsstromschiene verstellt. Die tatsächliche IST-Stellung P_R ist zunächst unbekannt. Die Sensoren liefern bei jeder Stellung P= (H, A) einen Satz von Sensorsignalen x_R,, y_R, z_R.
Die Datenverarbeitungseinrichtung sucht dann mittels Vektorrechnung in der Matrix aus der Wissensdatenbank mit den bei der Kalibrierung ermittelten Sensorsignalen x, y, z nach dem Matrixelement mit dem kleinsten Abstand Q zu den im Normal- oder Prüfbetrieb gemessenen Sensorsignalen x_R,, y_R, z_R. Die Datenverarbeitung berechnet anhand dieser Sensorsignale x_R,, y_R, z_R die neuen Werte D_HR, D_AR. Da dem ermittelten Matrixelement mit dem geringsten Abstand in der Wissensdatenbank genau zwei Funktionen f_H, f_A zugeordnet sind, kann die Datenverarbeitungseinrichtung anhand dieser Funktionen f_H, f_A durch Einsetzen der neuen Werte D_HR, D_AR die tatsächlichen Stellungsparameter H_R, A_R im Normal- bzw. Prüfbetrieb berechnen oder annähern. Somit kann mittels der erfindungsgemäßen Messeinrichtung die IST-Stellung P_R= (H_R, A_R) während des Normal- oder Prüfbetriebs kontinuierlich ermittelt werden.
6 zeigt zwei verschiedene Konfigurationen der Stromabnehmer 2a', 2b', 2c', 2d'. Bei beiden Konfigurationen befindet sich der Schleifkontakt des Stromabnehmers 2a' in einer jeweils gleichen Stellung (H=1 mm). Durch eine jeweils unterschiedliche Stellung des Schleifkontakts des Stromabnehmers 2b' kann die Wechselwirkung zwischen den entsprechenden Permanentmagneten jedoch unterschiedlich sein, derart, dass sich die Sensorsignale des mit dem Stromabnehmer 2a' korrespondierenden Sensors trotz gleicher Stellung (H=1 mm) in nicht zu vernachlässigender Weise voneinander unterscheiden. Deshalb kann es je nach Ausführungsform vorteilhaft sein, wenn zumindest ein zusätzlicher Stellungsparameter bei der Kalibrierung berücksichtigt und erfasst wird, der Informationen über die Stellung zumindest eines anderen, insbesondere benachbarten, Stromabnehmers enthält. Die entsprechenden Stromabnehmer sind dann einzeln jeweils für unterschiedliche Stellungen zumindest eines anderen Stromabnehmers kalibrierbar, wobei eine entsprechende Kalibrierungsvorrichtung über eine geeignete Verfahrvorrichtung bzw. Verfahrvorrichtungen und entsprechend angepasste Software verfügt.
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 [0005]
DE 102017008382 A1 [0006]

Claims

Messeinrichtung zur Messung einer Stellung (P) zumindest eines gelenkig an einem Stromabnehmerwagen einer Stromabnehmereinheit (1) angeordneten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') relativ zu dem Stromabnehmerwagen, mit zumindest einer zumindest einen Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) aufweisenden an dem Stromabnehmerwagen angeordneten Sensoreinheit (SU), dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ein Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) angeordnet ist, und dass der zumindest eine Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ein Hall-Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ist, wobei die Messeinrichtung aus mindestens einem Sensorsignal (x, y, z) des mindestens einen Hall-Sensors (Sa, Sb, Sc, Sd) die Stellung (P) jedes mit Permanentmagneten(M, Ma, Mb, Mc, Md) bestückten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ermittelt.
Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem, insbesondere allen, Stromabnehmer(n) (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') jeweils zumindest ein Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) angeordnet ist.
Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ein 3D-Hall-Sensor ist, und dass die Messeinrichtung die Stellung (P) jedes mit Permanentmagneten (M, Ma, Mb, Mc, Md) bestückten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') in allen drei Raumrichtungen ermittelt.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) ein Neodym-Magnet ist.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) auf zumindest einer Leiterplatte (6) angeordnet ist.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (SU) ein Gehäuse (C) aufweist, das an dem Stromabnehmerwagen angeordnet ist.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) eine zu einem benachbarten Permanentmagneten (M, Ma, Mb, Mc, Md) unterschiedliche Remanenz, unterschiedliche Magnetfeldstärke und/oder unterschiedliche Magnetisierung aufweist.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (M, Ma, Mb, Mc, Md) benachbarter Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') jeweils in unterschiedlichen Abständen (D1, D2) zum jeweiligen Lager (X) der Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') an diesen angeordnet sind.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Sensoren (Sa, Sb, Sc, Sd) jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu der Lagerachse (X) der Stromabnehmer (Sa, Sb, Sc, Sd) aufweisen.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (M, Ma, Mb, Mc, Md) und die korrespondierenden Sensoren (Sa, Sb, Sc, Sd) sich gegenüberliegend angeordnet sind.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Stromabnehmer (2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') zumindest ein Magnethalter (MH), angeordnet ist, der zumindest einen Permanentmagneten (Ma, Mb, Mc, Md) hält.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Permanentmagnet (M) an einem Stromabnehmer (2) befestigt oder darin integriert ist.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen RFID-Transponder (RF) zur Identifikation des Permanentmagneten (M) und/oder des korrespondierenden Sensors, wobei der RFID-Transponder (RF) entweder an dem Stromabnehmer (2) oder einem Magnethalter angeordnet ist.
Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auslese- und/oder eine Kommunikationsvorrichtung, zur Ausgabe des mindestens einen Sensorsignals (x, y, z) oder zur Übermittlung des mindestens einen Sensorsignals (x, y, z) an eine Datenverarbeitungseinrichtung.
Messeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung anhand des mindestens einen Sensorsignals (x, y, z) die Stellung (P) des zumindest einen Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ermittelt.
Stromabnehmereinheit mit einer Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der Messeinrichtung die Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') gleichzeitig oder einzeln in verschiedene Stellungen (P) gebracht bzw. mittels einer Verstellvorrichtung verstellt werden, d.h. unterschiedliche Hub (H) und/oder Auslenkungen (A) für die Stromabnehmer zusammen oder getrennt mittels der Verstellvorrichtung eingestellt werden, und dass für jede Stellung (P) die Sensorsignale (x, y, z) ermittelt und der jeweiligen Stellung (P) zugeordnet werden, und dass mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung (DV) diese Daten und/oder daraus berechnete, insbesondere korrelierte, Werte bzw. Kurven und/oder Kurvenscharen in einer Wissensdatenbank gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der bei der Kalibrierung ermittelten und ausgewerteten Daten der Wissensdatenbank im Normalbetrieb oder Prüfungsbetrieb der Stromabnehmereinheit aufgrund der dabei mittels der Sensoreinheit (SU) ermittelten Sensorsignale bzw. -werte (x_R, y_R, z_R), die tatsächliche IST-Stellung (P_R) zumindest eines oder aller Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor mehr als ein Sensorsignal (x, y, z) generiert und eine Datenverarbeitungseinrichtung (DV) die mehreren Sensorsignale (x, y, z) des zumindest einen Sensors (2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d')miteinander verknüpft, und einen neuen Wert (D_H, D_A) ermittelt, so dass der zumindest eine neue Wert (D_H, D_A) einer Kombination von Stellungsparametern (H, A) und damit genau einer Stellung (P) mindestens eines Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') zuordenbar ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (DV) zumindest eine, insbesondere stetige, mathematische Funktion (f_H, f_A) ermittelt, die durch Einsetzen der neuen Werte (D_H, D_A) in die Funktion (f_H, f_A) die korrespondierenden Stellungsparameter (H, A) der unterschiedlichen Stellungen (P) zumindest näherungsweise berechnet.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden bei der Kalibrierung konstanten Wert eines Stellungsparameters (H, A) genau eine mathematische Funktion (f_H, f_A) ermittelt wird, derart, dass für einen gegebenen Stellungsparameter (H, A) anhand des neuen Wertes (D_H, D_A) der korrespondierende andere Stellungsparameter (H, A) ermittelbar ist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb ein kleinster Abstand (Q) zwischen mindestens einem im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb gemessenen Sensorsignal (x_R, y_R, z_R) und den bei der Kalibrierung ermittelten Werten des mindestens einen Sensorsignals (x, y, z) bestimmt wird und der korrespondierenden Stellung (P) zugeordnet wird, so dass für die im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb ermittelten neuen Werte (D_HR, D_AR) anhand der korrespondierenden Funktionen (f_H, f_A) die Stellungsparameter (H, A) der tatsächlichen IST-Stellung (P_R) zumindest eines oder aller Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') berechnet bzw. angenähert werden können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17-22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein, insbesondere jeder, Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d) einzeln verstellt und kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung (P) des zumindest einen zu kalibrierenden Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d) mit der Stellung zumindest eines anderen Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d), verknüpft wird bzw. im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb verknüpft ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17-24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung teilweise oder voll automatisch erfolgt, indem zumindest ein, insbesondere alle, Stromabnehmer automatisch in die verschiedenen Stellungen (P) gebracht wird bzw. werden und/oder die Sensorsignale (x, y, z) automatisch gemessen und gespeichert werden und/oder die mathematischen Funktionen (f_H, f_A) automatisch ermittelt werden und/oder die neuen Werte (D_H, D_A) automatisch ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17-25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung durch ein Abfahren eines wohldefinierten Streckenabschnittes (11) einer Schleifleitungsstromschiene erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17-26, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulation der unterschiedlichen Stellungen (P) durch eine Kalibrierungsvorrichtung (7) erfolgt.
Kalibrierungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch zumindest einen wohldefinieren Streckenabschnitt (11) einer Schleifleitungsstromschiene, zumindest einen Stromabnehmer (2a', 2b', 2c', 2d'), zumindest eine Verfahrvorrichtung (9) zur Verstellung der Stromabnehmer (2a', 2b', 2c', 2d'), insbesondere des Hubs und der seitlichen Auslenkung quer zur Fahrtrichtung, zumindest eine elektronischen Steuerungseinheit (12) zur Steuerung der zumindest einen Verfahrvorrichtung (9) und zur Übermittlung des zumindest einen Sensorsignals (x, y, z) an zumindest eine Datenverarbeitungseinrichtung (DV), die anhand des zumindest einen Sensorsignals (x, y, z) und der bekannten Stellungsparameter (H, A) die neuen Werte (D_H, D_A) und die zumindest eine mathematische Funktion (f_H, f_A) ermittelt.
Kalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrvorrichtung (9) dazu geeignet ist zumindest einen, insbesondere alle, Stromabnehmer einzeln zu verstellen, oder dass mehrere Verfahrvorrichtungen vorgesehen sind.