DE19803553C2

DE19803553C2 - Meßvorrichtung zur Bestimmung der Stärke, der Seiten- und der Höhenlage von Fahrleitungen sowie zur Erfassung von Stößen

Info

Publication number: DE19803553C2
Application number: DE1998103553
Authority: DE
Inventors: Manfred Deutzer
Original assignee: DEUTZER TECH KOHLE GmbH
Current assignee: DEUTZER TECH KOHLE GmbH
Priority date: 1997-09-15
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2000-01-20
Anticipated expiration: 2018-01-31
Also published as: DE19803553A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung, mit der nach der Hauptanmeldung gleichzeitig die Stärke, die Seiten- und die Höhenlage von Fahrleitungen für elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge bestimmt werden kann sowie die Erfassung von Stößen an den Fahrleitungen möglich ist. Die Messungen erfolgen in der Fahrbewegung des Meßfahrzeuges. Mit der Erfindung wird ein Teil der Meßvorrichtung zur Fahrdrahtstärkemessung verbessert.

Die Fahrleitungen für elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge werden turnusmäßig auf ihre Abnutzung und sonstige Veränderungen überprüft.

Um eine gleichmäßige Abnutzung und Belastung der Schleifleisten zu gewährleisten, ist die Fahrleitung in einer Zickzacklinie über den Gleisen gespannt. Dabei muß sich die Zickzacklinie möglichst gleichmäßig über die gesamte Schleiffläche der Schleifleiste bewegen, aber nicht darüber hinaus gehen. Bei einer zu großen Abnutzung der Fahrleitung besteht die Gefahr, daß die Schleifleiste mit der Aufhängung der Fahrleitung in Berührung kommt und dadurch der Kohleschleifkörper beschädigt oder zerstört werden kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr des Reißens der Fahrleitung.

Durch Unebenheiten an der Fahrleitung kommt es insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten an den Stromabnehmern zu schädlichen Vibrationen und es können Abhebevorgänge der Stromabnehmer von der Fahrleitung auftreten, die zu kurzzeitigen Stromunterbrechungen führen. Die Stromunterbrechungen verursachen die Bildung von Lichtbögen, wodurch die Schleiffläche der Fahrleitung angeschmolzen wird und dadurch eine Rauhigkeit entsteht, die zu einem höheren Verschleiß der Kohleschleifleisten führt. Hinzu kommt eine starke thermische Belastung der Kohleschleifleisten, die eine Gefügeveränderung der Kohlekörper verursacht, wodurch deren Festigkeit sowie die elektrische Leitfähigkeit reduziert wird. Durch Unebenheiten verursachte Stöße können zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Schleifleisten führen.

Zur Gewährleistung eines störungsfreien Fahrbetriebes müssen daher Veränderungen an den Fahrleitungen schnell erfaßt und beseitigt werden. Derartige Messungen sollen möglichst den Fahrbetrieb nicht stören und während des normalen Fahrbetriebs durchgeführt werden.

Für die Überprüfung der Fahrleitungen sind unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren bekannt.

In dem DE-Gebrauchsmuster 94 02 465 und dem DE-Gebrauchsmuster 295 09 202, das eine Weiterentwicklung der ersten Lösung nach dem Gbm 94 02 465 darstellt, sind Meßvorrichtungen für eine Fahrdrahtstärkemessung beschrieben, bei denen seitlich auf die Fahrleitung ein von einem optischen Sender abgestrahltes, parallelverlaufendes Strahlenbündel gerichtet ist, und das Licht des von der Fahrleitung teilweise abgeschatteten Strahlenbündels von einer Kamera aufgefangen wird, der über Lichtwellenleiter ein Auswerterechner nachgeschaltet ist.

Nach der ersten Lösung ist die Meßvorrichtung in einem rahmenartigen, pneumatisch höhenverstellbaren und quer zu der Fahrleitung verfahrbaren Gestell angeordnet.

Das Gestell muß mittels der Pneumatik an den zu messenden Fahrdraht herangehoben werden. Ein Meßkopf mit einem Einschnitt für die Fahrleitung muß dann quer zur Fahrleitung soweit verfahren werden, bis der Einschnitt unter dem Fahrdraht positioniert ist. Sodann ist der Meßkopf in der Höhe anzuheben, so daß der Fahrdraht in dem Einschnitt zum Anliegen kommt und die Messung durchgeführt werden kann.

Wie bereits durch die dortige Anmelderin als Nachteil erkannt worden ist, konnten die Messungen mit der benannten Vorrichtung nur punktuell und im Stand durchgeführt werden. Die Handhabung dieser Meßvorrichtung ist umständlich und zeitaufwendig.

Diese Nachteile sollen mit der Weiterentwicklung nach dem DE-Gebrauchsmuster 295 09 202 behoben werden.

Nach dieser Weiterentwicklung besteht die Meßvorrichtung aus einem modifizierten Stromabnehmer, an dessen einem Ende ein optische Sender und an dem anderen Ende ein optischen Empfänger angeordnet sind.

Das von dem optischen Sender abgestrahlte, parallel verlaufende Strahlenbündel ist über die Breite der Schleifleiste seitlich auf die Fahrleitung gerichtet und wird von dieser teilweise abgeschattet, wodurch auf dem optischen Empfänger ein Schattenbild erzeugt wird. Als optischer Empfänger dient eine Kamera, die mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist.

Wie mit einer eigenen ähnlichen Meßvorrichtung festgestellt wurde, ist eine Messung über die gesamte Breite der Schleifleiste, je nach Lage der Fahrleitung auf dem Stromabnehmer jedoch ungenau, wobei noch hinzu kommt, daß sich die Abstände der Fahrleitung zu dem Sender und zu dem Empfänger in der Fahrbewegung aufgrund des Zick-Zack-Verlaufs der Fahrleitung stetig verändern.

Als besonders störend hat sich erwiesen, daß der an einem Ende der Schleifleiste angeordnete optische Sender und der Empfänger an dem anderen Ende bzw. entsprechende optische Umlenkanordnungen über das Niveau der Fahrleitung hinausragen.

Aus der JP 7128045 A ist eine Meßvorrichtung zur Bestimmung der Stärke von zwei parallel geführten Fahrleitungen bekannt. An einem Ausleger, der mit seinem unteren Ende in einem Schwenkpunkt horizontal schwenkbar auf einem Meßfahrzeug angebracht ist, befindet sich an dessen oberem Ende ein doppelter Führungsbock, der mit dem Ausleger von den Fahrleitungen in deren Querrichtung geführt wird. Zur einen Seite jeder der beiden Fahrleitungen sind an dem Führungsbock jeweils ein optischer Sender und diesen gegenüber jeweils ein optischer Empfänger angeordnet, die das Licht der von den Fahrleitungen teilweise abgeschatteten Strahlenbündel auffangen.

Mit der Meßvorrichtung nach der JP 7128045 A kann die Fahrdrahtstärke mit hinreichender Genauigkeit kontinuierlich gemessen werden.

Die gleichzeitige Erfassung der Seiten- und der Höhenlage von Fahrleitungen sowie die Erfassung von Stößen an Fahrleitungen mit nur einer Meßvorrichtung ist auch mit dieser Meßvorrichtung nicht möglich. Zwar ist aus dem DE Gbm 70 02 785 eine Schwenkwegerfassung eines Auslegers, der einer Fahrleitung folgt, bekannt. Hierbei handelt es sich um eine rein mechanische Anordnung, bei der die Horizontal- und Vertikalschwenkung in unterschiedlichen Gelenken an einer Meßskala visuell erfaßt werden kann. Die Handhabung dieser Meßvorrichtung ist umständlich und aufwendig.

Die genannten Nachteile sind bei einer in der zugrunde liegende Hauptanmeldung 197 40 485 beschriebenen Vorrichtung behoben.

Nach dieser Lösung besteht die Meßvorrichtung aus einem rohrförmigen Ausleger, der mit seinem unteren Ende auf dem Lach eines auf Schienen fahrbaren Meßfahrzeuges horizontal und vertikal schwenkbar angebracht ist und an dessen oberem Ende ein Führungsbock angeordnet ist, der an der Fahrleitung in deren Längsrichtung gleitend anliegt und der mit dem Ausleger von der Fahrleitung in deren Querrichtung geführt wird und so deren Zick-Zack-Lage folgt.

Die Messung der Seiten- und der Höhenlage von Fahrleitungen erfolgt nach dem Hauptpatent mittels Wegaufnehmer, die den horizontalen und vertikalen Schwenkweg des Auslegers erfassen.

Zur Bestimmung der Fahrdrahtstärke ist zur einen Seite des Führungsbocks ein optischer Sender angeordnet, der seitlich auf die Fahrleitung und senkrecht zur Schleifflächennormalen ein parallel verlaufendes Strahlenbündel richtet.

Zur anderen Seite des Führungsbocks, gegenüber dem optischen Sender befindet sich eine optische Empfängerzeile, die das Licht des von der Fahrleitung teilweise abgeschatteten Strahlenbündels auffängt.

Die optische Empfängerzeile ist über eine optische Strecke mit einer Auswerteeinrichtung in dem Meßfahrzeug verbunden.

Der optische Sender und/oder die optische Empfängerzeile sind entweder direkt an dem Führungsbock angeordnet oder sind unterhalb des Führungsbocks an dem Ausleger positioniert.

Bei einer Positionierung unterhalb des Führungsbockes ist an dem Führungsbock eine Umlenkanordnung - eine Spiegelanordnung oder Prismen - angebracht.

Als optischer Sender kommt vorzugsweise eine Laserdiode zum Einsatz, deren divergenter Strahlengang von einer Linse in das parallel verlaufende Strahlenbündel umgeformt wird.

Die optische Empfängerzeile besteht vorzugsweise aus einer CCD-Zeile und einem Signalumsetzer. Sie kann auch aus einer Vielzahl optisch voneinander isolierter Lichtwellenleiter bestehen, die mit den Stirnflächen ihrer einen Enden, der Meßstrecke zugewandt und mit ihren anderen Enden mit der Auswerteeinrichtung verbunden sind.

Von der Empfängerzeile wird die Hell-Dunkel-Grenze der projizierten Schattenbilder als Meßsignale über die optische Strecke der Auswerteeinrichtung in dem Meßfahrzeug zugeführt.

Mit dieser Meßvorrichtung kann die Abnutzung von Fahrleitungen in Abhängigkeit von der Genauigkeit der optischen Empfängerzeile mit der erforderlichen Meßgenauigkeit vom fahrenden Fahrzeug aus erfaßt werden. Die Genauigkeit der Empfängerzeile ist abhängig von der Anzahl der einzelnen Sensoren pro Millimeter. Empfängerzeilen mit der erforderlichen Genauigkeit sind daher sehr aufwendig.

Bei der Messung unterschiedlich starker Fahrleitungen ist eine sehr lange Empfängerzeile erforderlich, die eine große Vielzahl von Sensoren erfordert. Die von jedem Sensor der Empfängerzeile erfaßten Signale müssen separat der Auswerteeinrichtung in dem Fahrzeug zugeführt werden, was einen weiteren hohen Aufwand erfordert.

Daher wird vorgeschlagen, daß der optische Sender oder eine dem optische Sender nachgeordnete erste optische Umlenkanordnung im Fokus einer Linse oder der optische Sender im Fokus eines Hohlspiegels in einer vorgegebenen Geschwindigkeit schwenk- oder drehbeweglich angeordnet sind und seitlich auf die Fahrleitung einen Lichtstrahl richten, der einen Lichtpunkt erzeugt, der in Abhängigkeit von der Schwenk- oder Drehgeschwindigkeit eine Linie beschreibt, die über die Schleifflächennormale und über die zu dieser senkrecht gegenüberliegenden Seite der Fahrleitung hinaus verläuft, und das von der Fahrleitung nicht abgeschattete Licht auf eine zweite optische Umlenkanordnung mit einem Fokus trifft, in welchem der optische Empfänger positioniert ist.

Der optische Empfänger ist mit der Auswerteeinrichtung in dem Meßfahrzeug verbunden.

Der mit der vorgegebenen Geschwindigkeit bewegte Lichtstrahl wird in Abhängigkeit von der Fahrdrahtstärke in einer Zeit t unterbrochen. Die Zeit der Unterbrechung des Lichtstrahls wird von der Auswerteeinrichtung erfaßt und bildet ein Maß für die Fahrdrahtstärke.

Die erste Umlenkanordnung auf der Seite des optischen Senders kann ein planer Spiegel oder ein Prisma sein, die im Fokus der Linse schwenkbar angeordnet sind. Es können auch mehrere Spiegel oder Prismen kreisförmig und um eine Achse in einer Richtung rotierend angeordnet sein.

Bei Einsatz eines Hohlspiegels an der Stelle der ersten Umlenkanordnung und der Linse, ist im Fokus des Hohlspiegels der optische Sender schwenkbar angeordnet. Der Lichtstrahl wird dann in vorteilhafter Weise jeweils nur in einer Schwenkrichtung abgestrahlt, was die Auswertung wesentlich vereinfacht.

Die zweite Umlenkanordnung auf der Empfängerseite ist als Linsen- und Prismenanordnung oder auch als Hohlspiegel ausgebildet.

Als optischer Sender findet vorzugsweise eine Laserdiode Anwendung, deren Lichtaustritt auf einen Laserstrahl eingeengt ist. Es kann aber auch jede andere Strahlungsquelle, die einen Lichtstrahl aussendet, als optischer Sender eingesetzt werden.

Als optischer Empfänger dient vorzugsweise ein fotoelektrischer Sensor, der elektrisch oder über einen Signalumsetzer optisch mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist.

Da der optische Empfänger aus nur einem Sensor besteht, der nur noch eine Signalverbindung zu der Auswerteeinrichtung erforderlich macht, wird der Aufwand für die Meßvorrichtung erheblich reduziert.

Aus der Literatur ist zur automatischen Bestimmung der Abmessungen von Werkstücken eine sogenannte Laserscann-Methode mit schwenk- oder drehbarer Umlenkanordnung für einen engbegrenzten, linsengeführten Lichtstrahl bekannt geworden (Handbuch der industriellen Meßtechnik, 5. Aufl., Oldenbourg Verlag, München-Wien 1992, Seiten 445, 446, 468, Hrsg. P. Profos, T. Pfeifer). Die hier dargestellte Vorrichtung ist jedoch zur Bestimmung der Stärke, der Seiten- und der Höhenlage von Fahrleitungen sowie zur Erfassung von Stößen an Fahrleitungen ohne erfinderisches Zutun nicht geeignet.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt schematisch eine Ausführungsform mit einer drehbeweglichen Spiegelanordnung.

Das von einem optischen Sender, hier von einem Laser 1 erzeugte Licht ist auf einen Laserstrahl 2 eingeengt und auf eine drehbewegliche optische Umlenkanordnung gerichtet, die in dem Beispiel aus drei um eine Achse rotierende plane Spiegel 3 besteht. Die Spiegel 3 sind mit einem Antrieb verbunden und werden in einer vorgegebenen Rotationsbewegung mit ihren Planflächen in der Drehrichtung 5 durch den Fokus 11 einer Linse 7 bewegt. Die Spiegel 3 reflektieren seitlich auf die Fahrleitung 8 den Laserstrahl 2, der einen Lichtpunkt erzeugt, der in der Geschwindigkeit der Rotation eine Linie 6 beschreibt, die über die Schleifflächennormale 4 und über die zu dieser senkrecht gegenüberliegenden Seite 4' der Fahrleitung 8 hinaus verläuft. Das von der Fahrleitung 8 nicht abgeschattete Licht 9, 9' trifft auf eine zweite optische Umlenkanordnung, hier einen Hohlspiegel 10, in dessen Fokus 11 ein optischer Empfänger 12 angeordnet ist.

Der mit der vorgegebenen Geschwindigkeit bewegte Laserstrahl 2 wird in Abhängigkeit von der Fahrdrahtstärke in einer Zeit t unterbrochen. Die Zeit der Unterbrechung des Lichtstrahls 2 wird von der Auswerteeinrichtung erfaßt und bildet ein Maß für die Fahrdrahtstärke.

Die erste Umlenkanordnung auf der Seite des optischen Senders 1 kann aus einem oder mehreren planen Spiegeln oder Prismen bestehen. Es kann auch ein Hohlspiegel angeordnet sein, in dessen Fokus der optische Sender 1 dann schwenkbar positioniert ist.

Die zweite Umlenkanordnung auf der Empfängerseite kann auch als Linsen- und Prismenanordnung aufgebaut sein.

Als optischer Sender kann auch jede andere Strahlungsquellen eingesetzt werden, die einen Lichtstrahl aussendet.

Als optischer Empfänger 12 dient ein fotoelektrischer Sensor, der mit einer Auswerteeinrichtung in einem auf Schienen fahrbaren Fahrzeug elektrisch oder über einen Signalumsetzer optisch verbunden ist.

Es kann aber auch ein optischer Sensor eingesetzt werden, dessen Signale dann unmittelbar über eine optische Strecke der Auswerteeinrichtung zugeleitet werden.

Bezugszeichenliste

1

Laser

2

Laserstrahl

3

rotierende Spiegel

4

Schleifflächennormale

4

'der Schleifflächennormale gegenüberliegende Seite der Fahrleitung

5

Drehrichtung der Spiegel

3

6

vom Laserstrahl gezeichnete Linie

7

Linse

8

Fahrleitung

9

,

9

'nicht abgeschattetes Licht

10

Hohlspiegel

11

Fokus des Hohlspiegels

10

12

optischer Empfänger

Claims

1. Meßvorrichtung zur Bestimmung der Stärke, der Seiten- und der Höhenlage von Fahrleitungen sowie zur Erfassung von Stößen an Fährleitungen für elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge nach Patent 197 40 485, mit einem rohrförmigen Ausleger, der mit seinem unteren Ende zusammen mit Wegaufnehmern zur Erfassung der horizontalen und vertikalen Schwenkung des Auslegers auf dem Dach eines auf Schienen fahrbaren Meßfahrzeuges in einem Schwenkpunkt horizontal und vertikal schwenkbar angebracht ist und an dessen oberem Ende ein Führungsbock angeordnet ist, der an der Fahrleitung in deren Längsrichtung gleitend anliegt und der mit dem Ausleger von der Fahrleitung in deren Querrichtung geführt wird und so deren Lage folgt, einem zur einen Seite des Führungsbocks angeordneten optischen Sender, dessen Licht seitlich auf die Fahrleitung und senkrecht zu deren Schleifflächennormalen gerichtet ist, und einem zur anderen Seite des Führungsbocks, gegenüber dem optischen Sender angeordneten optischen Empfänger, der das von der Fahrleitung nicht abgeschattete Licht auffängt und der mit einer Auswerteeinrichtung in dem Meßfahrzeug verbunden ist, wobei der optische Sender oder eine dem optischen Sender nachgeordnete erste optische Umlenkanordnung im Fokus einer Linse oder der optische Sender im Fokus eines Hohlspiegels in einer vorgegebenen Geschwindigkeit schwenk- oder drehbar angeordnet sind und seitlich auf die Fahrleitung einen Lichtstrahl richten, der einen Lichtpunkt erzeugt, der in Abhängigkeit von der Schwenk- oder Drehgeschwindigkeit eine Linie beschreibt, die über die Schleifflächennormale und über die zu dieser senkrecht gegenüberliegenden Seite der Fahrleitung hinaus verläuft, und das von der Fahrleitung nicht abgeschattete Licht auf eine zweite Umlenkanordnung mit einem Fokus trifft, in welchem der optische Empfänger positioniert ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als optischer Sender eine Laserdiode eingesetzt ist, deren Lichtaustritt auf einen Laserstrahl eingeengt ist.

3. Meßvorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Umlenkanordnung ein planer Spiegel oder ein Prisma ist.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spiegel oder Prismen um eine Achse rotierend angeordnet sind.

5. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umlenkanordnung als Hohlspiegel ausgebildet ist.

6. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umlenkanordnung aus einer Linsen- und Prismenanordnung besteht.

7. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als optischer Empfänger ein fotoelektrischer Sensor angeordnet ist, der mit einer Auswerteeinrichtung elektrisch oder über einen Signalumsetzer optisch verbunden ist.

8. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als optischer Empfänger ein optischer Sensor angeordnet ist, der mit der Auswerteeinrichtung unmittelbar über eine optische Strecke verbunden ist.