DE102021208308A1

DE102021208308A1 - Current collector for an electric traction vehicle and traction vehicle equipped with such

Info

Publication number: DE102021208308A1
Application number: DE102021208308.0A
Authority: DE
Inventors: Bastian Blase; Florian Bühs
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-02-02
Also published as: WO2023006323A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer (8) für ein elektrisches Triebfahrzeug (1) zur Energieeinspeisung aus einer elektrischen Oberleitungsanlage. Er umfasst eine Schleifleiste (15) mit einem elektrisch leitfähigen Schleifstück (19), welches zur Energieübertragung an einen Fahrdraht (3) der Oberleitungsanlage andrückbar ist. Ferner umfasst er eine Überwachungseinrichtung zur Erfassung eines Verschleißzustandes des Schleifstückes (19). Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Überwachungseinrichtung (26) bereitgestellt, indem diese mindestens ein elektrisches Leiternetzwerk (27), das derart elektrisch isoliert am Schleifstück (19) angeordnet ist, dass sich sein elektrischer Widerstand (R) mit zunehmendem Materialverschleiß des Schleifstückes (19) verändert, und ein Messgerät (30) zur Erfassung des einen Verschleißzustand des Schleifstückes (19) repräsentierenden elektrischen Widerstands (R) des mindestens einen Leiternetzwerks (27) aufweist.The invention relates to a current collector (8) for an electric traction vehicle (1) for feeding in energy from an electric catenary system. It comprises a contact strip (15) with an electrically conductive contact strip (19) which can be pressed onto a contact wire (3) of the overhead line system in order to transmit energy. Furthermore, it comprises a monitoring device for detecting a state of wear of the collector shoe (19). According to the invention, an improved monitoring device (26) is provided in that it has at least one electrical conductor network (27) which is arranged on the contact strip (19) in such an electrically insulated manner that its electrical resistance (R) changes with increasing material wear of the contact strip (19), and a measuring device (30) for detecting the electrical resistance (R) of the at least one conductor network (27), which represents a state of wear of the contact strip (19).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer für ein elektrisches Triebfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a current collector for an electric traction vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Stromabnehmer zur Energieeinspeisung aus einer elektrischen Oberleitungsanlage kommen seit langem für elektrisch angetriebene Schienenfahrzeuge der Eisenbahnen in Form von Scheren- oder Halbscherenstromabnehmern zum Einsatz. Auch bei spurgebundenen Oberleitungsbussen sind Stromabnehmer in Form von Stangenstromabnehmern seit längerem bekannt. Seit geraumer Zeit werden Stromabnehmer auch für elektrisch oder dieselelektrisch betriebene Straßenfahrzeuge, insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge, wie Lastkraftwagen, Sattelzüge und Zugmaschinen, erprobt. Stromabnehmer für all diese elektrischen Triebfahrzeuge umfassen eine Schleifleiste oder einen Schleifschuh mit einem elektrisch leitfähigen Schleifstück. Das Schleifstück im Betrieb des Triebfahrzeugs zur Energieübertragung an einen Fahrdraht der Oberleitungsanlage andrückbar, welches einem Materialverschleiß unterworfen ist und daher spätestens nach einer gewissen Standzeit, bei Beschädigungen auch früher, ausgetauscht werden muss. Mittels einer Überwachungseinrichtung kann ein Verschleißzustand des Schleifstückes überwacht werden, um einen Wartungs- bzw. Instandhaltungsbedarf zu ermitteln und um gegebenenfalls Triebfahrzeugen mit verschlissenen Stromabnehmern den Betrieb an der Oberleitungsanlage zu untersagen.Current collectors for supplying energy from an electrical catenary system have long been used for electrically driven rail vehicles on the railways in the form of scissor or semi-scissor pantographs. Current collectors in the form of pole current collectors have also been known for a long time in track-bound trolleybuses. For some time now, pantographs have also been tested for electrically or diesel-electrically operated road vehicles, in particular for heavy commercial vehicles such as trucks, articulated lorries and tractor units. Current collectors for all of these electric traction vehicles include a contact strip or a contact shoe with an electrically conductive contact strip. During operation of the traction vehicle, the contact strip can be pressed against a contact wire of the overhead line system for energy transmission, which is subject to material wear and must therefore be replaced at the latest after a certain downtime, or earlier if damaged. The state of wear of the contact strip can be monitored by means of a monitoring device in order to determine the need for maintenance or repairs and, if necessary, to prevent traction vehicles with worn pantographs from operating on the overhead line system.

Aus der internationalen Anmeldung WO 2015/007718 A2 ist ein System zur Erfassung eines Zustandes eines Stromabnehmers eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bekannt. Es umfasst eine Videokameraeinrichtung zur digitalen Bildaufnahme des Stromabnehmers und eine Bildauswertungseinrichtung zur datentechnischen Auswertung der Bildaufnahmen. Der Stromabnehmer weist optisch erfassbare Markierungen auf, deren Position und/oder Form und/oder Flächeninhalt und/oder Farbe durch die Bildauswertungseinrichtung automatisch erfassbar sind. Die Markierung des Stromabnehmers erstreckt sich in Verschleißrichtung, wobei sich deren Position und/oder Form und/oder Flächeninhalt und/oder Farbe mit zunehmendem Verschleiß ändert. Die Schleifleiste weist auf ihrer Arbeitsbreite eine durchgehende Markierung oder mehrere voneinander beabstandete Markierungen auf.From the international application WO 2015/007718 A2 a system for detecting a state of a pantograph of an electrically powered vehicle is known. It includes a video camera device for digitally recording images of the pantograph and an image evaluation device for evaluating the data from the recorded images. The current collector has optically detectable markings whose position and/or shape and/or surface area and/or color can be automatically detected by the image evaluation device. The marking of the pantograph extends in the direction of wear, with its position and/or shape and/or surface area and/or color changing with increasing wear. The contact strip has a continuous marking or several markings spaced apart from one another over its working width.

Da derartige Überwachungseinrichtungen nur an ausgewählten Streckenpositionen installiert sind, können Bilddaten nicht zu beliebigen Zeit- und an beliebigen Ortspositionen erfasst werden. Die Auswertung der Bilddaten ist aufgrund der hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten, mit welchen die Triebfahrzeuge die Überwachungseinrichtung passieren, sehr aufwändig und erfordert hohe Bildaufnahmeraten sowie eine Bildauswertung auf Basis von vorab trainierten Bildauswertungsalgorithmen und von Inaugenscheinnahme des Bildmaterials durch Fachpersonal.Since such monitoring devices are only installed at selected route positions, image data cannot be recorded at any time and at any location. The evaluation of the image data is very complex due to the high vehicle speeds at which the locomotives pass the monitoring device and requires high image recording rates and image analysis based on previously trained image analysis algorithms and visual inspection of the image material by specialist personnel.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stromabnehmer der eingangs genannten Art mit verbesserter Überwachungseinrichtung bereitzustellen.The invention is therefore based on the object of providing a current collector of the type mentioned at the outset with an improved monitoring device.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen gattungsgemäßen Stromabnehmer mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.The object is achieved according to the invention by a generic current collector with the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Ein gattungsgemäßer Stromabnehmer ist dazu eingerichtet und vorgesehen, elektrische Energie in ein elektrischen Triebfahrzeug aus einer elektrischen Oberleitungsanlage einzuspeisen. Das Triebfahrzeug ist vorzugsweise als Straßenfahrzeug ausgebildet, beispielsweise ein Lastkraftwagen oder Bus, kann aber auch ein Schienenfahrzeug sein. Die Oberleitungsanlage ist für Straßenfahrzeuge zweipolig ausgebildet, umfasst also zwei, als Hin- und Rückleiter ausgebildete Fahrdrähte, die oberhalb einer elektrifizierten Fahrspur einer Fahrbahn verlaufen. Die Fahrdrähte eines Speiseabschnittes sind mit einem Unterwerk verbunden, welches elektrische Energie mit dem vorgesehenen Spannungsniveau bereitstellt. Der Stromabnehmer ist vorzugsweise als pantographenartiger Halbscherenstromabnehmer ausgebildet, kann aber auch anderen Arten von Traggestängen aufweisen, welche die Schleifleisten tragen. Mittels einer Hubeinrichtung sind die Schleifleisten aus einer unteren Ruheposition, beispielsweise auf einem Fahrzeugdach des Triebfahrzeugs, in eine obere Kontaktposition anhebbar, in der die Schleifleisten mit einer vorgegebenen Kontaktkraft an die Fahrdrähte andrückbar sind. Je Kontaktpol weist der Stromabnehmer wenigstens eine längliche Schleifleiste auf, die horizontal und im Fahrzeugbetrieb quer zum Fahrdraht angeordnet ist. Die Schleifleiste umfasst ein längliches Schleifstück aus elektrisch leitfähigen, meist kohlehaltigen Material, welches auf einem Schleifstückträger fixiert ist. An den längsseitigen Enden des Schleifstückes weist die Schleifleiste je ein nach unten gebogenes Ablaufhorn auf. Das Schleifstück unterliegt im Fahrbetrieb einem Materialverschleiß, der mit einer Überwachungseinrichtung erfassbar ist. Erfindungsgemäß weist die Überwachungseinrichtung mindestens ein elektrisches Leiternetzwerk auf, das derart elektrisch isoliert am Schleifstück angeordnet ist, dass sich sein elektrischer Widerstand mit zunehmendem Materialverschleiß des Schleifstückes verändert. Ferner weist die Überwachungseinrichtung ein Messgerät zur Erfassung des einen Verschleißzustand des Schleifstückes repräsentierenden elektrischen Widerstands des mindestens einen Leiternetzwerks auf.A generic pantograph is designed and provided to feed electrical energy into an electric traction vehicle from an electrical overhead line system. The traction vehicle is preferably designed as a road vehicle, for example a truck or bus, but can also be a rail vehicle. The catenary system has two poles for road vehicles, that is, it includes two contact wires designed as forward and return conductors, which run above an electrified lane of a roadway. The contact wires of a feeder section are connected to a substation, which provides electrical energy at the intended voltage level. The current collector is preferably designed as a pantograph-like half-scissor current collector, but can also have other types of support rods which carry the contact strips. By means of a lifting device, the contact strips can be raised from a lower resting position, for example on a vehicle roof of the traction vehicle, into an upper contact position in which the contact strips can be pressed against the contact wires with a predetermined contact force. The current collector has at least one elongated contact strip for each contact pole, which is arranged horizontally and, during vehicle operation, transversely to the contact wire. The contact strip comprises an elongate contact strip made of electrically conductive, mostly carbonaceous material, which is fixed to a contact strip carrier. At the longitudinal ends of the contact strip, the contact strip has a discharge horn that is bent downwards. The contact strip is subject to material wear while driving, which can be detected with a monitoring device. According to the invention, the monitoring device has at least one electrical conductor network, which is arranged on the contact strip in such an electrically insulated manner that its electrical resistance changes as the material of the contact strip increases in wear. Furthermore, the monitoring device has a measuring device for detecting the electrical wear condition of the contact strip Resistance of the at least one conductor network.

Ein elektrisches Leiternetzwerk kann eine Vielzahl an Leiterabschnitten aufweisen, die Maschen bilden, sich an Knoten verzweigen und elektrische Bauteile, wie etwa Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten, aufweisen können. Das Leiternetzwerk kann im Inneren des Schleifstückes eingebettet oder auf dessen Außenseite aufgebracht sein. Die Leiterabschnitte können durch dünne, elektrisch isolierte Drähte gebildet sein. Bei Einbettung des Leiternetzwerks in das Schleifstück wird die Überwachungseinrichtung bereits bei Fertigung des Schleifstückes integriert. Ein Aufbringen des Leiternetzwerkes auf die Oberfläche hat den Vorteil, dass bereits hergestellte oder schon im Einsatz befindliche Stromabnehmer mit der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung einfach nachgerüstet werden können. Im unverschlissenen Neuzustand des Schleifstückes weist das Leiternetzwerk einen bekannten elektrischen Widerstand auf, der vorbekannt ist und mittels des Messgerätes bestimmt werden kann. Während der Fahrt des Triebfahrzeugs wird durch den betriebsgemäßen Schleifkontakt mit dem Fahrdraht Material des Schleifstückes von seiner Kontaktfläche, also von der dem Fahrdraht zugewandten Oberseite abgetragen. Schreitet der Materialverschließ voran werden zunehmend Teile des Leiternetzwerkes durch das Beschleifen des Fahrdrahtes zerstört. So können Leiterabschnitte, gegebenenfalls mit elektrischen Bauteilen, durchtrennt oder teilweise entfernt werden. Hierdurch werden die elektrischen Eigenschaften des Leiternetzwerkes, insbesondere sein Widerstand, verändert. So kann durch Messung des aktuellen Widerstandes der Verschleißzustand des Schleifstückes erfasst werden. Die stromabnehmerseitige Überwachungseinrichtung erfordert keine infrastrukturseitigen Einrichtungen und kommt ohne Bildauswertungsalgorithmen aus. Die Überwachung des Stromabnehmers kann jederzeit, auch im abgesenkten Zustand, bei Stillstand des Triebfahrzeugs oder abseits streckenseitiger Messstationen erfolgen.An electrical conductor network may include a plurality of conductor sections that form meshes, branch at nodes, and may include electrical components such as resistors, capacitors, and inductors. The conductor network can be embedded inside the contact strip or applied to its outside. The conductor sections can be formed by thin, electrically insulated wires. If the conductor network is embedded in the contact strip, the monitoring device is already integrated during manufacture of the contact strip. Applying the conductor network to the surface has the advantage that pantographs that have already been manufactured or are already in use can easily be retrofitted with the monitoring device according to the invention. In the unworn, new condition of the contact strip, the conductor network has a known electrical resistance that is previously known and can be determined using the measuring device. During the journey of the traction vehicle, material of the sliding contact is removed from its contact surface, ie from the upper side facing the contact wire, due to the operational sliding contact with the contact wire. If the material wear progresses, parts of the conductor network are increasingly destroyed by grinding the contact wire. In this way, conductor sections, possibly with electrical components, can be severed or partially removed. This changes the electrical properties of the conductor network, in particular its resistance. By measuring the current resistance, the state of wear of the contact strip can be recorded. The monitoring device on the pantograph side does not require any infrastructure-related devices and does not require image analysis algorithms. The pantograph can be monitored at any time, even when it is lowered, when the traction vehicle is stationary or away from trackside measuring stations.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist das Leiternetzwerk auf eine in Fahrtrichtung eines mit dem Stromabnehmer ausgestatteten Triebfahrzeugs weisende Vorderseite des Schleifstückes aufgebracht. Typischerweise kann das Schleifstück einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es an der Vorderkante des Schleifstückes, also der durch Oberseite und Vorderseite gebildeten Kante, durch vor allem bei Straßenfahrzeugen häufigen und schnellen Kontaktschlüssen zu Ausbrücken von Schleifstückmaterial kommt. Durch das Aufbringen des Leiternetzwerks auf der Vorderseite können solche Ausbrüche durch Widerstandsmessung festgestellt werden, auch wenn der Materialverschleiß durch Oberseitenabschliff noch gar keine Änderung des Leiternetzwerkwiderstands bewirkt hat.In an advantageous embodiment of the current collector according to the invention, the conductor network is applied to a front side of the contact strip pointing in the direction of travel of a traction vehicle equipped with the current collector. Typically, the contact strip may have a rectangular cross-section. This embodiment is based on the finding that at the front edge of the contact strip, that is to say the edge formed by the upper side and the front side, contact closures that are frequent and rapid, particularly in road vehicles, result in contact strip material escaping. By applying the conductor network to the front, such breakouts can be detected by measuring the resistance, even if the material wear caused by abrasion on the top has not yet caused any change in the conductor network resistance.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist ein Leiternetzwerk auf eine entgegen Fahrtrichtung eines mit dem Stromabnehmer ausgestatteten Triebfahrzeugs weisende Rückseite des Schleifstückes aufgebracht. Hierdurch können Materialausbrüche an der Hinterkante des Schleifstückes, also der durch Oberseite und Rückseite gebildeten Kante, erkannt werden. Um eine flächige Abnutzung an der Oberseite des Schleifstückes von partiellen Ausbrüchen an Vorder- und/oder Hinterkante der Schleifleisten unterscheiden zu können, wird vorzugsweise ein Leiternetzwerk sowohl auf der Rückseite als auch eines auf der Vorderseite des Schleifstückes aufgebracht.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, a conductor network is applied to a rear side of the contact strip, which points in the opposite direction of travel of a traction vehicle equipped with the current collector. As a result, material breakouts on the rear edge of the contact strip, i.e. the edge formed by the top and back, can be detected. In order to be able to distinguish between extensive wear on the upper side of the contact strip and partial breakouts on the front and/or rear edge of the contact strip, a conductor network is preferably applied to both the rear and one to the front of the contact strip.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers weist ein Leiternetzwerk mehrere Leiterzweige auf, welche elektrisch parallelgeschaltet sind und jeweils parallel zueinander angeordnete Leiterabschnitte aufweisen, wobei die Leiterabschnitte waagerecht auf das Schleifstück aufgebracht sind. Die Leiterabschnitte erstrecken sich also in Längsrichtung der länglichen Schleifleiste und damit im Fahrbetrieb quer zum Fahrdraht. Vorzugsweise sind die Leiterabschnitte äquidistant angeordnet, so dass die aufeinander folgende Zerstörung zweier übereinander angeordneter Leiterabschnitte mit jeweils vergleichbarem Materialverschleiß einhergeht. Die beiden Enden der Leiterabschnitte führen jeweils zu einem von zwei Messpunkten, an denen der Widerstand des Leiternetzwerkes mit einem Spannungsmesser erfasst wird. Hierdurch wird eine Parallelschaltung der Leiterabschnitte gebildet, dessen Widerstand sich sukzessive durch Auftrennen von Leiterabschnitten vergrößert.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, a conductor network has a plurality of conductor branches which are electrically connected in parallel and each have conductor sections arranged parallel to one another, the conductor sections being applied horizontally to the contact strip. The conductor sections thus extend in the longitudinal direction of the elongated contact strip and thus transversely to the contact wire when driving. The conductor sections are preferably arranged equidistantly, so that the successive destruction of two conductor sections arranged one above the other is accompanied by comparable material wear in each case. The two ends of the conductor sections each lead to one of two measuring points at which the resistance of the conductor network is recorded with a voltmeter. As a result, a parallel connection of the conductor sections is formed, the resistance of which increases successively as a result of the separation of conductor sections.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers erstrecken sich Leiterabschnitte über eine Gesamtlänge des Schleifstückes. Hierdurch kann die gesamte Länge des Arbeitsbereichs, auf dem der Kontaktpunkt zwischen Oberseite des Schleifstückes und Fahrdraht im Fahrzeugbetrieb wandern kann, auf Materialverschleiß durch Abschliff oder Ausbrüchen beziehungsweise Abplatzungen überwacht werden. Ebenso lassen sich durchgehende Haarrisse im Schleifstück erkennen, die beispielsweise durch Bildauswertung nicht oder erst bei Wartungsarbeiten erkannt werden könnten.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, conductor sections extend over the entire length of the contact strip. In this way, the entire length of the working area, over which the contact point between the upper side of the contact strip and the contact wire can migrate during vehicle operation, can be monitored for material wear due to abrasion or breakouts or spalling. Hairline cracks throughout the contact strip can also be detected, which could not be detected, for example, by image evaluation or could only be detected during maintenance work.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers erstrecken sich Leiterabschnitte über eine geringer als die Gesamtlänge bemessene Segmentlänge eines zu überwachenden Schleifstücksegments, wobei für jedes zu überwachende Schleifleistensegment ein eigenes Leiternetzwerk auf das Schleifstück aufgebracht ist. Hierdurch kann Materialverschleiß in Form eines nur lokal auf ein Schleifleistensegment beschränkten Materialausbuches erkannt werden, auch wenn der gesamte Materialverschleiß des Arbeitsbereichs des Schleifstückes durch Abschliff noch gering ist. Es lässt sich somit sowohl die Abnutzungstiefe als auch die Abnutzungsbreite des Schleifstückes deutlich eingrenzen. Die Leiternetzwerke der Schleifstücksegmente können über die ganze Vorderseite verteilt aufgebracht und deren Widerstände jeweils einzeln, beispielsweise durch Multiplexen, ausgewertet werden.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, conductor sections extend over a segment length that is less than the overall length a contact strip segment to be monitored, with a separate conductor network being applied to the contact strip for each contact strip segment to be monitored. As a result, material wear can be detected in the form of a material bulge that is only locally limited to a contact strip segment, even if the total material wear of the working area of the contact strip is still low due to abrasion. Both the wear depth and the wear width of the contact strip can thus be clearly limited. The conductor networks of the contact strip segments can be distributed over the entire front and their resistances can be evaluated individually, for example by multiplexing.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist ein Leiternetzwerk auf einem Klebeband vorkonfektioniert, welches durch Klebverbindung auf das Schleifstück aufgebracht ist. So kann die gewünschte Form, also durchgängig oder segmentiert, und Lage des oder der Leiternetzwerke, also vorn und/oder hinten auf dem Schleifstück, bei der Fertigung und Montage der Schleifleisten für Stromabnehmer aufgebracht werden. Eine montagefertige Vorkonfektionierung des oder der Leiternetzwerke auf einem elektrisch isolierten Klebeband ermöglicht ein einfaches und schnelles Aufkleben auf das Schleifstück. Das oder die Leiternetzwerke müssen anschließend nur noch an das Messgerät angeschlossen werden.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, a conductor network is prefabricated on an adhesive tape, which is applied to the contact strip by adhesive bonding. The desired shape, that is, continuous or segmented, and the position of the conductor network, that is, at the front and/or rear of the contact strip, can be applied during manufacture and assembly of the contact strips for current collectors. Ready-to-install pre-assembly of the conductor network(s) on an electrically insulated adhesive tape enables simple and quick adhesion to the contact strip. The conductor network(s) then only needs to be connected to the measuring device.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist ein Leiternetzwerk in ein gelartiges Trägermaterial eingebettet, welches bei Luft- und/oder Lichtkontakt aushärtet. Das Trägermaterial kann durch eine gelartiger Flüssigkeit oder einen selbstheilenden Kunststoff gebildet sein. Das gelartige Trägermaterial kann durch eine luft- und/oder lichtundurchlässige Umhüllung verschlossen. Durch die Einbettung des Leiternetzwerks in das Trägermaterial können in Folge eines Materialverschleißes des Schleifstückes freigelegte Enden von durchtrennten Leiterabschnitten wieder elektrisch isoliert werden. Das gelartige Trägermaterial fließt um freigelegte Leiterenden und kommt mit Luft und/oder Licht der Umgebung in Kontakt, wodurch es aushärtet und die Enden der Leiterabschnitte elektrisch isoliert versiegelt werden. Durch den Verschluss der Stelle wird der Zugang von Luft und/oder Licht zum restliche Trägermaterial verhindert, welches weiterhin gelartig bleibt. Dadurch werden unerwünschte Kontakte offener Leiterenden mit dem Schleifstück vermieden, die sonst zu einem möglichen, dem Verschleißzustand nicht entsprechenden Widerstandswert des Leiternetzwerkes führen könnten.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, a conductor network is embedded in a gel-like carrier material which hardens on contact with air and/or light. The carrier material can be formed by a gel-like liquid or a self-healing plastic. The gel-like carrier material can be closed by an airtight and/or light-tight envelope. By embedding the conductor network in the carrier material, ends of severed conductor sections that are exposed as a result of material wear of the contact strip can be electrically insulated again. The gel-like carrier material flows around exposed conductor ends and comes into contact with ambient air and/or light, causing it to harden and seal the ends of the conductor sections in an electrically insulating manner. Closure of the site prevents air and/or light access to the remaining carrier material, which remains gel-like. This avoids undesired contacts of open conductor ends with the contact strip, which could otherwise lead to a possible resistance value of the conductor network that does not correspond to the state of wear.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers sind die Einzelwiderstände in den Leitungszweigen derart gewählt, dass sich bei verschleißbedingtem Auftrennen von Leiterabschnitten der Gesamtwiderstand eines Leiternetzwerks linear mit der Anzahl an aufgetrennten Leiterabschnitten verändert. Aufgrund der Parallelschaltung der Leiterzweige und der Tatsache, dass sich der Kehrwert des Gesamtwidertandes aus der Summe der Kehrwerte der Einzelwiderstände der Leiterzweige bildet, würde der Gesamtwiderstand des Leiternetzwerkes mit abnehmender Anzahl an Leiterzweigen hyperbolisch zunehmen, wenn der Einzelwiderstand jedes Leiterzweiges gleich wäre. Dies würde aber messtechnisch eine geringere Empfindlichkeit bei den ersten und eine höhere Messempfindlichkeit bei den letzten gerissenen Leiterabschnitten bedeuten. Um bei äquidistanter Anordnung der parallelen Leiterabschnitte eine lineare Zunahme des Gesamtwiderstandes zu erreichen, müssen die Einzelwiderstände der Leiterzweige in der Reihenfolge ihrer abnutzungsbedingten Auftrennung - also von oben nach unten - zunehmen. Falls sich die Einstellung der Widerstände der Leiterzweige durch deren Leiterdimensionierung schwierig gestaltet, können diese durch jeweils seriell vorgeschaltete Vorwiderstände vorgegeben werden. Die Vorwiderstände können auch fern der Schleifleiste an einer anderen Stelle der Überwachungseinrichtung angeordnet sein, beispielsweise direkt im Messgerät.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, the individual resistances in the line branches are chosen such that when conductor sections are separated due to wear, the total resistance of a conductor network changes linearly with the number of separated conductor sections. Due to the parallel connection of the conductor branches and the fact that the reciprocal of the total resistance is formed from the sum of the reciprocal values of the individual resistances of the conductor branches, the total resistance of the conductor network would increase hyperbolically with a decreasing number of conductor branches if the individual resistance of each conductor branch were the same. However, this would mean a lower measurement sensitivity for the first and a higher measurement sensitivity for the last torn conductor sections. In order to achieve a linear increase in the total resistance with an equidistant arrangement of the parallel conductor sections, the individual resistances of the conductor branches must increase in the order in which they are separated due to wear - i.e. from top to bottom. If it is difficult to set the resistances of the conductor branches due to their conductor dimensioning, these can be specified by serially connected series resistors. The series resistors can also be arranged at a different location on the monitoring device, far from the contact strip, for example directly in the measuring device.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist das Messgerät mit einem Steuergerät verbunden, welches dazu ausgebildet ist, den erfassten Widerstandswert mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und bei Überschreiten eines Schwellwertes ein dem Schwellwert zugeordnetes Steuersignal zu senden. Bei Überschreiten eines ersten Schwellwertes kann beispielsweise ein Steuersignal an eine Hubeinrichtung des Stromabnehmers zur Blockierung von Andrahtvorgängen vom Steuergerät ausgesandt werden. Dem ersten Schwellwert ist ein Verschleißzustand des Schleifstückes zugeordnet, bei dem durch ein Andrahten des Stromabnehmers Beschädigungen an der Oberleitungsanlage zu befürchten sind. Bei Überschreiten eines zweiten Schwellwertes kann beispielsweise ein Steuersignal an eine Ausgabeeinrichtung eines mit dem Stromabnehmer ausgestatteten Triebfahrzeugs zur Ausgabe einer Warnmeldung an einen Fahrzeugführer ausgesandt werden. Des Weiteren kann bei Überschreiten eines dritten Schwellwertes ein Steuersignal an eine Kommunikationseinheit eines mit dem Stromabnehmer ausgestatteten Triebfahrzeugs zur Übertragung einer Zustandsmeldung an einen Betreiber des Triebfahrzeugs ausgesandt werden. So können Fahrer und Betreiber des Triebfahrzeugs in Echtzeit über den Verschleißzustand des Schleifstückes informiert werden. Beispielsweise kann ein Schwellwert so gelegt sein, dass bei seinem Erreichen der Stromabnehmer noch betriebsbereit ist, aber eine Wartung ansteht.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, the measuring device is connected to a control unit which is designed to compare the detected resistance value with at least one threshold value and to send a control signal assigned to the threshold value when a threshold value is exceeded. If a first threshold value is exceeded, for example, a control signal can be sent by the control unit to a lifting device of the pantograph to block wire-up processes. A state of wear of the contact strip is assigned to the first threshold value, in which case damage to the overhead line system is to be feared as a result of wiring the pantograph. If a second threshold value is exceeded, for example, a control signal can be sent to an output device of a traction vehicle equipped with the pantograph to output a warning message to a vehicle driver. Furthermore, when a third threshold value is exceeded, a control signal can be sent to a communication unit of a traction vehicle equipped with the pantograph to transmit a status report to an operator of the traction vehicle. In this way, the driver and operator of the traction vehicle can be informed in real time about the wear status of the contact strip become. For example, a threshold value can be set in such a way that when it is reached, the pantograph is still operational, but maintenance is due.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist das Messgerät durch drahtlose Kommunikationsmittel mit dem Steuergerät verbunden. Ein Leiternetzwerk am Schleifstück befindet sich - obwohl elektrisch isoliert - durch die Kontaktierung der Oberleitungsanlage formal elektrisch auf dessen Hochspannungs-Potentialebene. Für Straßenfahrzeuge mit einer oder mehreren voneinander isolierten Potentialebenen muss das Problem der sicheren Führung der Messleitungen zwischen Leiternetzwerk und Messgerät sowie zwischen Messgerät und Steuergerät gelöst werden. Da die Leistungsaufnahme bei der Widerstandsmessung sehr energiearm ist, kann ein batterieversorgtes Messgerät direkt auf der Hochspannungs-Potentialebene angeordnet werden und die Widerstandswerte mit gewünschter Häufigkeit per kabelloser Nahfeldkommunikation (englisch: Near Field Communication, kurz: NFC) über die elektrische Isolation hinweg an das Steuergerät übertragen werden, welches auf einer anderen Potentialebene mit niedrigerer Spannung angeordnet ist. Hierdurch kann der Verschleißzustand des Schleifstückes kontinuierlich erfasst werden.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, the measuring device is connected to the control device by wireless communication means. A conductor network on the contact strip is - although electrically insulated - formally electrically at its high-voltage potential level due to the contacting of the overhead line system. For road vehicles with one or more potential levels that are isolated from one another, the problem of safely routing the measuring lines between the conductor network and the measuring device and between the measuring device and the control unit must be solved. Since the power consumption when measuring resistance is very low in energy, a battery-supplied measuring device can be placed directly on the high-voltage potential level and the resistance values can be sent to the control unit at the desired frequency via wireless near-field communication (NFC) across the electrical insulation are transmitted, which is arranged on another potential level with a lower voltage. As a result, the state of wear of the collector shoe can be continuously recorded.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ist ein Leiternetzwerk durch Messleitungen mit dem Messgerätgerät über eine Schützschaltung verbindbar ist. Das Messgerät kann hier auch auf anderen Potentialebenen liegen und wird beispielsweise bei einem Neustart des Triebfahrzeugs initialisiert und über speziell dafür vorgesehene Schütze kurzfristig zu- und anschließend wieder abgeschaltet. In diesem Moment der Gleichschaltung der Hochspannungs-Potentialebene mit einer Zwischenpotentialebene, auf der das Messgerät liegen kann, ist eine Verbindung zur Oberleitungsanlage nicht möglich, so dass durch diese kurzfristige Überbrückung keine Gefahr besteht. Die Erfassung und Auswertung von Widerstandswerten der Leiternetzwerke erfolgt damit zeitversetzt bei jedem Neustart, ist aber ohne drahtlose Kommunikation möglich.In a further advantageous embodiment of the current collector according to the invention, a conductor network can be connected by measuring lines to the measuring device via a contactor circuit. The measuring device can also be on other potential levels here and is initialized, for example, when the traction vehicle is restarted and briefly switched on and then off again via contactors specially provided for this purpose. At this moment when the high-voltage potential level is equalized with an intermediate potential level, on which the measuring device can lie, a connection to the overhead line system is not possible, so that there is no danger from this short-term bridging. The detection and evaluation of the resistance values of the conductor networks takes place with a time delay after each restart, but is possible without wireless communication.

Die Erfindung betrifft ferner ein Triebfahrzeug mit einem elektrischen oder hybridelektrischen Antrieb und mit einem Stromabnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche.The invention also relates to a traction vehicle with an electric or hybrid electric drive and with a pantograph according to one of the preceding claims.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, in deren

1 eine Seitenansicht eines Triebfahrzeugs mit einem eine Oberleitungsanlage kontaktierenden Stromabnehmer,
2 eine perspektivische Ansicht des Stromabnehmers aus 1,
3 eine Frontansicht einer Schleifleiste des Stromabnehmers aus 2,
4 eine Draufsicht der Schleifleiste aus 3,
5 ein Querschnitt durch die Schleifleiste aus 2,
6 eine Frontansicht eines Schleifstücks der Schleifleiste aus 3 bis 5 mit einem ersten Leiernetzwerk und ohne Materialverschleiß,
7 eine Frontansicht des Schleifstücks aus 6 mit Materialverschleiß,
8 eine Frontansicht eines Schleifstücks der Schleifleiste aus 3 bis 5 mit einem zweiten Leiernetzwerk und ohne Materialverschleiß,
9 eine Frontansicht des Schleifstücks aus 8 mit Materialverschleiß,
10 ein teilweiser Querschnitt durch das Schleifstück aus 6,
11 ein teilweiser Querschnitt durch das Schleifstück aus 7, und
12 eine diagrammatische Darstellung des elektrischen Widerstandes eines Leiternetzwerks in Abhängigkeit der Anzahl an noch unzerstörten Leiterabschnitten

schematisch veranschaulicht sind. Further advantages and properties of the invention result from the following description of an embodiment with reference to the drawings, in which

1 a side view of a traction vehicle with a pantograph contacting an overhead line system,
2 a perspective view of the pantograph 1 ,
3 a front view of a contact strip of the pantograph 2 ,
4 a top view of the contact strip 3 ,
5 a cross-section through the contact strip 2 ,
6 a front view of a contact strip of the contact strip 3 until 5 with a first lyre network and without material wear,
7 a front view of the contact strip 6 with material wear,
8th a front view of a contact strip of the contact strip 3 until 5 with a second lyre network and without material wear,
9 a front view of the contact strip 8th with material wear,
10 a partial cross-section through the contact strip 6 ,
11 a partial cross-section through the contact strip 7 , and
12 a diagrammatic representation of the electrical resistance of a conductor network as a function of the number of conductor sections that have not yet been destroyed

are illustrated schematically.

Gemäß 1 befährt ein beispielsweise als Sattelzugmaschine ausgebildetes, elektrisches Triebfahrzeug 1 eine Fahrbahn 2, entlang welcher eine Oberleitungsanlage zur Bereitstellung elektrischer Energie für das Triebfahrzeug 1 installiert ist. Die Oberleitungsanlage weist oberhalb einer elektrifizierten Fahrspur der Fahrbahn 2 verlaufende Fahrdrähte 3 auf, die in an sich bekannter Weise über Hänger 4 an Tragseilen 5 aufgehängt sind. Aufgrund der gegen Erde isolierenden gummibereiften Fahrzeugräder 6 des Triebfahrzeugs 1 ist die Oberleitungsanlage zweipolig ausgebildet, weist also zwei nebeneinander verlaufende, als Hin- und Rückleiter ausgebildete Fahrdrähte 3 auf. Das Triebfahrzeug 1 umfasst einen elektrischen oder hybridelektrischen Traktionsantrieb 7, zu dessen Versorgung mit Traktionsenergie ein Stromabnehmer 8 vorgesehen ist, der beispielsweise über seinen Hauptrahmen 9 am Fahrzeuggestell 10 abgestützt ist.According to 1 an electric traction vehicle 1 designed, for example, as a semitrailer tractor drives on a roadway 2 along which an overhead line system for providing electrical energy for the traction vehicle 1 is installed. The overhead contact line system has contact wires 3 running above an electrified lane of the roadway 2, which are suspended in a manner known per se via hangers 4 on carrying cables 5. Due to the rubber-tired vehicle wheels 6 of the traction vehicle 1 insulating against earth, the overhead line system is of two-pole design, ie has two contact wires 3 running next to one another and designed as forward and return conductors. The traction vehicle 1 comprises an electric or hybrid electric traction drive 7, for whose supply of traction energy a current collector 8 is provided, which is supported on the vehicle frame 10 via its main frame 9, for example.

Unter zusätzlichem Verweis auf 2 weist der Stromabnehmer 8 ein aufstellbares Traggestänge mit einem Unterarm 11 und einem damit gelenkig verbundenen Oberarm 12 auf. Der Unterarm 11 stützt sich fahrzeugseitig auf ein Basisgelenk 13 ab, während der Oberarm 12 fahrdrahtseitig je Kontaktpol eine Kontaktwippe 14 mit zwei in Fahrzeuglängsrichtung X hintereinander angeordneten Schleifleisten 15 trägt. Die länglichen Schleifleisten 15 erstrecken sich in Fahrzeugquerrichtung Y und sind an ihren seitlichen Enden mit nach unten gebogenen Ablaufhörnern 16 bestückt. Mittels einer als Luftbalg ausgebildeten Hubeinrichtung 17 ist das Traggestänge aufstellbar, wodurch sich die Schleifleisten 15 aus einer unteren Ruheposition in eine obere Kontaktposition gemäß 1 entlang einer Fahrzeughochrichtung Z anheben lassen. Um die durch die Schleifleisten 15 definierte Kontaktebene dabei parallel anzuheben, umfasst der Stromabnehmer 8 ein an sich bekanntes Parallelführungsgestänge aus Zugstangen 18 und nicht näher dargestellten Kuppelstangen, welche den Unterarm 11 mit den Kontaktwippen 14 gelenkig verbinden. In der Kontaktposition werden die Schleifleisten 15 eines Kontaktpols zur Herstellung eines elektrischen Kontakts an den zugeordneten Fahrdraht 3 angedrückt.With additional reference to 2 the current collector 8 has an erectable support linkage with a lower arm 11 and an upper arm 12 articulated thereto. The lower arm 11 is supported on the vehicle side on a base joint 13, while the upper arm 12 on the contact wire side carries a contact rocker 14 with two contact strips 15 arranged one behind the other in the longitudinal direction X of the vehicle. The elongate contact strips 15 extend in the vehicle transverse direction Y and are equipped at their lateral ends with discharge horns 16 bent downwards. The support linkage can be set up by means of a lifting device 17 designed as an air bellows, as a result of which the contact strips 15 move from a lower rest position to an upper contact position according to FIG 1 can be raised along a vehicle vertical direction Z. In order to parallelly raise the contact plane defined by the contact strips 15, the current collector 8 comprises a known parallel guide linkage made up of tie rods 18 and coupling rods, not shown in detail, which articulately connect the lower arm 11 to the contact rockers 14. In the contact position, the contact strips 15 of a contact pole are pressed against the associated contact wire 3 to produce an electrical contact.

Jede Schleifleiste 15 umfasst gemäß 3 bis 5 ein längliches Schleifstück 19 aus einem elektrisch leitfähigen, meist kohlehaltigen Material, welches auf einem Schleifstückträger 20 fixiert ist. Der Schleifstückträger 20 kann als Aluminiumhohlprofil ausgebildet sein. Das Schleifstück 19 kann gemäß 5 über seine Gesamtlänge L einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, der im unverschlissenen Neuzustand in einem mittleren Arbeitsbereich höher ausgebildet ist und zu beiden seitlichen Enden hin flach abfällt. Das Schleifstück 19 weist eine Oberseite 21 auf, welche im Fahrzeugbetrieb dem Fahrdraht 3 zugewandt ist und welche die Kontaktfläche zum Fahrdraht 3 bildet. Eine Vorderseite 22 des Schleifstückes 19 weist in Fahrtrichtung X des Triebfahrzeugs 1, eine dieser gegenüberliegende Rückseite 23 des Schleifstückes 19 weist gegen die Fahrtrichtung X. Oberseite 21 und Vorderseite 22 stoßen an einer Vorderkante 24 des Schleifstückes 19 aneinander, Oberseite 21 und Rückseite 23 an einer Hinterkante 25 des Schleifstückes 19. Vorderkante 24 und Hinterkante 25 sind gemäß 5 leicht abgerundet.Each contact strip 15 includes according to 3 until 5 an elongate contact strip 19 made of an electrically conductive, mostly carbonaceous material, which is fixed on a contact strip carrier 20 . The collector shoe carrier 20 can be designed as an aluminum hollow profile. The contact strip 19 can according to 5 have a rectangular cross-section over its entire length L, which is higher in a central working area when new and not worn and slopes flatly towards both lateral ends. The contact strip 19 has an upper side 21 which faces the contact wire 3 when the vehicle is in operation and which forms the contact surface with the contact wire 3 . A front side 22 of the contact strip 19 points in the direction of travel X of the traction vehicle 1, and an opposite rear side 23 of the contact strip 19 points against the direction of travel X. Top 21 and front side 22 abut at a front edge 24 of the contact strip 19, top side 21 and rear side 23 at one Rear edge 25 of the collector shoe 19. Front edge 24 and rear edge 25 are in accordance with 5 slightly rounded.

Der im Fahrbetrieb des Traktionsfahrzeugs 1 auftretende Materialverschleiß des Schleifstückes 19 wird durch eine Überwachungseinrichtung 26 gemäß 6 bis 11 erfasst. Erfindungsgemäß weist die Überwachungseinrichtung 26 mindestens ein elektrisches Leiternetzwerk 27 auf, das elektrisch isoliert am Schleifstück 19 angeordnet ist. Ein Leiternetzwerk 27 kann im Inneren des Schleifstückes 19 eingebettet sein oder, wie in den dargestellten Ausführungsbeispielen, auf dessen Vorderseite 22 und/oder Rückseite 23 aufgebracht sein. Ein Leiternetzwerk 27 weist mehrere Leiterzweige auf, welche elektrisch parallelgeschaltet sind. Die Leiterzweige weisen Leiterabschnitte 28 auf, die parallel zueinander angeordnet und waagerecht auf das Schleifstück 19 aufgebracht sind. Vorzugsweise sind die Leiterabschnitte 28 äquidistant übereinander angeordnet. Gemäß 6 und 7 erstrecken sich Leiterabschnitte 28 über eine Gesamtlänge L des Schleifstückes 19. Gemäß 8 und 9 ist das Schleifstück 19 der Länge nach in eine Anzahl von Schleifstücksegmenten 19S unterteilt, auf welchen die Überwachungseirichtung 26 einen Materialverschleiß jeweils separat erfasst. Hierfür ist auf jedes zu überwachende Schleifleistensegment 19S ein eigenes Leiternetzwerk 27 auf das Schleifstück 19 aufgebracht. Die Leiterabschnitte 28 erstrecken sich nicht über die Segmentlänge S der Schleifleistensegmente hinaus. Die Segmentlängen S sind im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 8 und 9 konstant, sie können aber auch unterschiedlich groß gewählt werden. Die parallel geschalteten Leiterzweige jedes Leiternetzwerks 27 sind über Messleitungen 29 mit einem Messgerät 30 zur Erfassung des elektrischen Widerstandes R des Leiternetzwerkes 27 verbunden. Das Messgerät 30 kann eine Spannungsquelle 31 zur Erzeugung einer am Leiternetzwerk 27 anzulegenden Messspannung und einem Spannungsmesser 32 zur Erfassung einer den Widerstand R des Leiternetzwerkes 27 repräsentierenden Netzwerkspannung aufweisen. Im unverschlissenen Neuzustand eines Schleifstückes 19 gemäß 6 und 8 misst man einen Ausgangswert des Widerstands R der intakten Leiternetzwerke 27.The material wear of the collector shoe 19 that occurs while the traction vehicle 1 is being driven is monitored by a monitoring device 26 according to FIG 6 until 11 recorded. According to the invention, the monitoring device 26 has at least one electrical conductor network 27 which is arranged on the contact strip 19 in an electrically insulated manner. A conductor network 27 can be embedded inside the contact strip 19 or, as in the exemplary embodiments shown, applied to its front side 22 and/or rear side 23 . A conductor network 27 has a plurality of conductor branches which are electrically connected in parallel. The conductor branches have conductor sections 28 which are arranged parallel to one another and are applied horizontally to the contact strip 19 . The conductor sections 28 are preferably arranged equidistantly one above the other. According to 6 and 7 conductor sections 28 extend over an overall length L of the contact strip 19. According to FIG 8th and 9 the contact strip 19 is divided lengthwise into a number of contact strip segments 19S, on which the monitoring device 26 separately detects material wear. For this purpose, a separate conductor network 27 is applied to the contact strip 19 on each contact strip segment 19S to be monitored. The conductor sections 28 do not extend beyond the segment length S of the contact strip segments. The segment lengths S are in accordance with the illustrated embodiment 8th and 9 constant, but they can also be chosen to be of different sizes. The parallel-connected conductor branches of each conductor network 27 are connected via measuring lines 29 to a measuring device 30 for detecting the electrical resistance R of the conductor network 27 . The measuring device 30 can have a voltage source 31 for generating a measurement voltage to be applied to the conductor network 27 and a voltmeter 32 for detecting a network voltage representing the resistance R of the conductor network 27 . In the unworn new condition of a collector shoe 19 according to 6 and 8th one measures an initial value of the resistance R of the intact conductor networks 27.

Erfindungsgemäß ist das beziehungsweise sind die Leiternetzwerke 27 so am Schleifstück 19 angebracht, dass Leiterabschnitte 28 durch Materialverschleiß zerstört bzw. aufgetrennt werden, wodurch sich der Widerstand R der Leiternetzwerke 27 verändert. Die messbare Veränderung des Widerstands R steht also für einen gewissen Verschleißzustand des Schleifstückes 19. Der Verschleißzustand des Schleifstückes 19 gemäß 7 entsteht typischerweise durch den betriebsgemäß ausgedehnten, flächigen Abschliff durch den Fahrdraht 3 und zeigt ein konkaves Schliffbild über die gesamten Oberseite 21 des Schleifstückes 19, wobei Leiterabschnitte 28 von oben beginnend nacheinander entsprechend der Verschleißtiefe mit dem Schleifstückmaterial abgeschliffen werden. Der Verschleißzustand des Schleifstückes 19 gemäß 9 entsteht typischerweise durch einen schnellen, harten Kontaktschluss beim Andrahten des Stromabnehmers 8 und zeigt lokale Ausbrüche oder Abplatzungen von Schleifleistenmaterial vorzugsweise an der Vorderkante 24, aber auch an der Hinterkante 25 des Schleifstückes 19, wobei je nach Größe des ausgebrochenen Materials eine entsprechende Anzahl an Leiterabschnitten 28 auf einmal zerstört bzw. aufgetrennt werden.According to the invention, the conductor network or networks 27 is or are attached to the contact strip 19 in such a way that conductor sections 28 are destroyed or separated by material wear, as a result of which the resistance R of the conductor networks 27 changes. The measurable change in the resistance R therefore represents a certain state of wear of the contact strip 19. The state of wear of the contact strip 19 according to FIG 7 typically arises as a result of the operationally extensive, flat abrading by the contact wire 3 and shows a concave micrograph over the entire upper side 21 of the contact strip 19, with conductor sections 28 being successively abraded starting from the top according to the depth of wear with the contact strip material. The state of wear of the collector shoe 19 according to 9 typically occurs as a result of a rapid, hard contact closure when wiring the current collector 8 and shows local breakouts or spalling of contact strip material, preferably on the front edge 24, but also on the hin terkant 25 of the contact strip 19, depending on the size of the material broken out, a corresponding number of conductor sections 28 are destroyed or separated at once.

Wäre der Einzelwiderstand Ri aller Leiterzweige gleich, so würde der Widerstand R eines Leiternetzwerks 27 mit der sukzessiven Auftrennung von Leiterabschnitten 28 erhöhen - unter der Annahme gleich großer Einzelwiderstände Ri erfolgt die Erhöhung gemäß 12, gestrichelte Linie, hyperbolisch. Im Ausführungsbeispiel nehmen die Einzelwiderstände Ri der in den Leitungszweigen von oben nach unten derart zu, dass bei verschleißbedingtem Auftrennen von Leiterabschnitten 28 der Gesamtwiderstand R des Leiternetzwerks 27 gemäß 12, durchgezogene Linie, linear mit der Anzahl an aufgetrennten Leiterabschnitten 28 zunimmt. Gemäß 12 weist das intakte Leiternetzwerk 27 zehn parallele Leiterabschnitte 28 auf, der Leiterabschnitt 28 mit dem Zählindex i = 10 liegt zuoberst, darunter folgen die Leiterabschnitte 28 mit i = 9 bis hin zum untersten Leiterabschnitt 28 mit i = 1. Bei äquidistanter Anordnung der parallelen Leiterabschnitte 28 und linearer Zunahme des Gesamtwiderstandes R, dass die Messempfindlichkeit des Messgeräts 30 bei allen Verschleißzuständen gleich ist. Die Einstellung der Einzelwiderstände Ri kann durch Dimensionierung der Leiterabschnitte 28 oder durch geeignete Vorwiderstände in den Leiterzweigen erfolgen.If the individual resistance Ri of all conductor branches were the same, the resistance R of a conductor network 27 would increase with the successive separation of conductor sections 28--assuming individual resistances Ri of the same size, the increase occurs according to FIG 12 , dashed line, hyperbolic. In the exemplary embodiment, the individual resistances Ri in the line branches increase from top to bottom in such a way that when conductor sections 28 are separated due to wear, the total resistance R of the conductor network 27 according to FIG 12 , solid line, increases linearly with the number of separated conductor sections 28 . According to 12 the intact conductor network 27 has ten parallel conductor sections 28, the conductor section 28 with the counting index i = 10 is at the top, followed by the conductor sections 28 with i = 9 up to the lowest conductor section 28 with i = 1. With an equidistant arrangement of the parallel conductor sections 28 and linear increase in the total resistance R, that the measuring sensitivity of the measuring device 30 is the same for all wear conditions. The individual resistances Ri can be set by dimensioning the conductor sections 28 or by suitable series resistors in the conductor branches.

Gemäß 10 und 11 ist ein Leiternetzwerk 27 auf einem Klebeband 33 vorkonfektioniert, welches durch Klebverbindung auf das Schleifstück 19 aufgebracht ist. Dabei ist das Leiternetzwerk 27 in ein gelartiges Trägermaterial 34 eingebettet, welches bei Luft- und/oder Lichtkontakt aushärtet. Das Trägermaterial 34 kann durch eine gelartiger Flüssigkeit oder einen selbstheilenden Kunststoff gebildet sein, das durch eine luft- und/oder lichtundurchlässige Umhüllung 35 verschlossen ist. Durch die Einbettung des Leiternetzwerks 27 in das Trägermaterial 34 können in Folge eines Materialverschleißes des Schleifstückes 19 freigelegte Enden von durchtrennten Leiterabschnitten 28 gemäß 11 wieder elektrisch isoliert werden. Dazu fließt das gelartige Trägermaterial 34 um freigelegte Leiterenden und kommt mit Luft und/oder Licht der Umgebung in Kontakt, wodurch es aushärtet. Die Enden der Leiterabschnitte 28 sind dann elektrisch isoliert versiegelt.According to 10 and 11 a conductor network 27 is prefabricated on an adhesive tape 33 which is applied to the contact strip 19 by adhesive bonding. In this case, the conductor network 27 is embedded in a gel-like carrier material 34, which hardens on contact with air and/or light. The carrier material 34 can be formed by a gel-like liquid or a self-healing plastic, which is closed by an airtight and/or light-tight covering 35 . By embedding the conductor network 27 in the carrier material 34, exposed ends of severed conductor sections 28 according to FIG 11 be electrically insulated again. For this purpose, the gel-like carrier material 34 flows around exposed conductor ends and comes into contact with air and/or light in the environment, as a result of which it hardens. The ends of the conductor sections 28 are then sealed in an electrically insulated manner.

Das Messgerät 30 kann mit einem Steuergerät verbunden sein, welches den erfassten Widerstandswert R mit einem oder mehreren Schwellwerten vergleicht. Die Verbindung kann durch drahtlose Kommunikationsmittel erfolgen, wenn Messgerät 30 und Steuergerät auf unterschiedlichen Potenzialebenen des Triebfahrzeugs 1 anliegen. Alternativ kann einer der Wird einer der Schwellwerte überschritten, sendet es ein Steuersignal aus - beispielsweise an die Hubeinrichtung 17 des Stromabnehmers 8 zur Blockierung von Andrahtvorgängen oder an eine Ausgabeeinrichtung des mit dem Stromabnehmer 8 ausgestatteten Triebfahrzeugs 1 zur Ausgabe einer Warnmeldung an einen Fahrzeugführer oder aber an eine Kommunikationseinheit des Triebfahrzeugs 1 zur Übertragung einer Zustandsmeldung an einen Betreiber des Triebfahrzeugs 1. So können Fahrer und Betreiber des Triebfahrzeugs 1 in Echtzeit über den Verschleißzustand des Schleifstückes 19 informiert oder eine erforderliche Wartung vorausschauend angezeigt werden.The measuring device 30 can be connected to a control device, which compares the detected resistance value R with one or more threshold values. The connection can be made using wireless communication means if the measuring device 30 and the control device are at different potential levels of the traction vehicle 1 . Alternatively, one of the If one of the threshold values is exceeded, it sends a control signal - for example to the lifting device 17 of the pantograph 8 to block wiring processes or to an output device of the traction vehicle 1 equipped with the pantograph 8 to issue a warning message to a vehicle driver or to a communication unit of the traction vehicle 1 for transmitting a status report to an operator of the traction vehicle 1. In this way, the driver and operator of the traction vehicle 1 can be informed in real time about the state of wear of the contact strip 19 or a required maintenance can be displayed in advance.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2015007718 A2 [0003]

Claims

Current collector (8) for an electric traction vehicle (1) for supplying energy from an electrical overhead line system, comprising - a contact strip (15) with an electrically conductive contact strip (19) which can be pressed onto a contact wire (3) of the overhead line system for energy transmission, and - a monitoring device for detecting a state of wear of the contact strip (19), characterized in that the monitoring device (26) - at least one electrical conductor network (27) which is arranged on the contact strip (19) in such an electrically insulated manner that its electrical resistance (R) changes with increasing material wear of the contact strip (19), and - has a measuring device (30) for detecting the electrical resistance (R) of the at least one conductor network (27), which represents a state of wear of the contact strip (19).

Current collector (8) according to the preceding claim, - A conductor network (27) being applied to a front side (22) of the contact strip (19) pointing in the direction of travel (X) of a traction vehicle (1) equipped with the pantograph (8).

Current collector (8) according to one of the preceding claims, - A conductor network (27) being applied to a rear side (23) of the contact strip (19) pointing in the opposite direction of travel (X) of a traction vehicle (1) equipped with the pantograph (8).

Current collector (8) according to one of the preceding claims, - A conductor network (27) having a plurality of conductor branches which are electrically connected in parallel and each have conductor sections (28) arranged parallel to one another, and - The conductor sections (28) being applied horizontally to the contact strip (19).

pantograph (8) after claim 4 - wherein conductor sections (28) extend over an entire length (L) of the contact strip (19).

pantograph (8) after claim 4 or 5 , - where conductor sections (28) extend over a segment length (S) of a contact strip segment (19S) to be monitored that is less than the overall length (L), and - where for each contact strip segment (19S) to be monitored, a separate conductor network (27) on the Contact strip (19) is applied.

Current collector (8) according to one of the preceding claims, - wherein a conductor network (27) is prefabricated on an adhesive tape (33) which is applied to the contact strip (19) by adhesive bonding.

Current collector (8) according to one of the preceding claims, - wherein a conductor network (27) is embedded in a gel-like carrier material (34) which hardens on contact with air and/or light.

Current collector (8) according to one of the preceding claims, - The individual resistances (Ri) in the conductor branches are selected in such a way that when conductor sections (28) are separated due to wear, the total resistance (R) of a conductor network (27) changes linearly with the number of separated conductor sections (28).

Current collector (8) according to one of the preceding claims, - wherein the measuring device (30) is connected to a control unit which is designed to compare the detected resistance value (R) with at least one threshold value and to send a control signal assigned to the threshold value when a threshold value is exceeded.

pantograph (8) after claim 10 , - wherein the measuring device (30) is connected to the control unit by wireless communication means.

pantograph (8) after claim 10 - wherein a conductor network (27) can be connected to the measuring device (30) by measuring lines (29) via a contactor circuit.

Traction vehicle (1) comprising an electric or hybrid electric traction drive (7) and a pantograph (8) according to one of the preceding claims.