Nachanmeldefassung
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Beschreibung
Signalübertragung über eine Fahrleitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung, eine Vor richtung, mit der dieses Einspeisen durchgeführt werden kann, ein Verfahren zum Detektieren einer Fahrleitung und Bestimmen deren Position, ein Steuergerät für ein Fahrzeug, ein Fahr zeugsystem sowie ein System bestehend aus einem Fahrzeugsys tem und einer Vorrichtung zum Einspeisen des Signals.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Pa tentanmeldung 10 2019 211 045.2 vom 25. Juli 2019, deren In halt hiermit durch Rückbezug vollständig aufgenommen wird.
Fahrleitungen für elektrische Verkehrssysteme sind wohl be kannt und können beispielsweise als Oberleitung oder als Stromschiene ausgestaltet sein. Um einen Stromabnehmer eines Fahrzeugs an die Fahrleitung anzulegen, muss vorab überprüft werden, ob dies gefahrlos möglich ist. Bei Eisenbahnen, Stra ßenbahnen und/oder Oberleitungsbussen erfolgt dies beispiels weise dadurch, dass Triebfahrzeugführer oder Busfahrer eine Sichtprüfung vornehmen dahingehend, ob eine Fahrleitung im Bereich des Fahrzeugs vorhanden ist. Nur wenn dies der Fall ist, gibt der Triebfahrzeugführer beziehungsweise Busfahrer über eine Schaltereingabe ein entsprechendes Signal an den Stromabnehmer, den Stromabnehmer an die Fahrleitung anzule gen. Bei Fahrzeugen ohne Spurführung z.B. durch eine Schiene wird durch die Sichtprüfung neben der Existenz der Fahrlei tung auch die korrekte Position des Fahrzeuges unter der Fahrleitung geprüft. Soll ein Fahrzeug eines elektrischen Verkehrssystems automatisiert oder auch ohne Triebfahrzeug führer beziehungsweise Fahrer betrieben werden, so muss diese Sichtprüfung durch den Triebfahrzeugführer beziehungsweise Fahrer entfallen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System bereit zustellen, mit dem ein sicheres Anlegen eines Stromabnehmers an eine Fahrleitung auch ohne eine solche Sichtkontrolle mög lich wird. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die für dieses System notwendigen Komponenten bereitzustel len .
Diese Aufgabe wird dem Verfahren zum Einspeisen eines elekt romagnetischen Signals in eine Fahrleitung, einer Vorrichtung zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung, einem Verfahren zum Detektieren einer Fahrlei tung, einem Steuergerät zur Ausführung des Detektionsverfah rens, einem Fahrzeugsystem und einem System der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, ein bekanntes elektromagnetisches Signal in die Fahrleitung einzuspeisen. Dieses elektromagnetische Signal breitet sich entlang der Fahrleitung aus und erzeugt ein elektromagnetisches Feld um die Fahrleitung. Geeignete Empfänger am Fahrzeug können die ses, durch das elektromagnetische Signal ausgelöste, elektro magnetische Feld detektieren und so Rückschlüsse über das Vorhandensein der entsprechenden Fahrleitung ziehen.
In einem Verfahren zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung weist das elektromagnetische Sig nal eine vorgegebene Eigenschaft auf. Die vorgegebene Eigen schaft kann dabei eine vorgegebene Frequenz und/oder eine vorgegebene Signalform umfassen, wobei die vorgegebene Sig nalform als moduliertes Signal ausgestaltet sein kann. Auf grund des elektromagnetischen Signals wird ein elektromagne tisches Feld um die Fahrleitung erzeugt. Durch das Einspeisen des elektromagnetischen Signals mit der vorgegebenen Eigen schaft wird es ermöglicht, einem Fahrzeug, welches das elekt romagnetische Feld dieser Eigenschaft detektiert, durch ge eignete Wahl eines Frequenzbandes eine Information über das Vorhandensein einer entsprechenden Fahrleitung zu vermitteln. Ein Empfänger im Fahrzeug kann beispielsweise ein ermitteltes
elektromagnetisches Signal anhand einer voreingestellten vor gegebenen Eigenschaft filtern und so die entsprechende Fahr leitung detektieren.
Fahrleitungen können dabei beispielsweise Oberleitungen und/oder Fahrdrähte sein, die typischerweise oberhalb der Fahrzeuge angeordnet sind. Es ist jedoch auch in alternativen Beispielen möglich, die Fahrleitung als Fahrdraht neben den Fahrzeugen oder beispielsweise als Stromschiene auszuführen.
Es ist dabei unerheblich, ob das Fahrzeug, welches über die Fahrleitung mit Strom versorgt werden soll, ein schienenge bundenes Fahrzeug wie beispielsweise ein Zug und/oder eine Straßenbahn oder ein nicht spurgebundenes Fahrzeug, wie bei spielsweise ein Lastkraftwagen oder Bus ist. Solche
elektrisch angetriebenen Lastwägen können beispielsweise im Bergbau, also beispielsweise in Minen, oder in Zukunft auch auf konventionellen, mit einer Fahrleitung ausgestatteten Au tobahnen zum Einsatz kommen. Gerade für die nicht
spurgebundenen Anwendungen ist es zwingend erforderlich, zu detektieren, ob eine Fahrleitung vorhanden ist, bevor ein Stromabnehmer an die Fahrleitung angelegt wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt die vorgege bene Frequenz mindestens ein Kilohertz und maximal 30 Mega hertz. Dieser Frequenzbereich eignet sich gut, ein möglichst Verlustfreies Signal in eine Fahrleitung einzuspeisen, wel ches dann von den Fahrzeugen entsprechend detektiert werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass in einem Gebiet mehrere Fahrleitungen für unterschiedliche Fahrzeuge vorhanden sind und diese unterschiedlichen Fahrleitungen mit einem elektro magnetischen Signal mit jeweils einer unterschiedlichen Fre quenz aus dem genannten Frequenzbereich beaufschlagt werden. Dadurch werden die Fahrleitungen für die Fahrzeuge unter scheidbar .
Das elektromagnetische Feld kann in diesem Fall ein elektro magnetisches Wechselfeld sein, wobei die vorgegebene Frequenz
dann einer Frequenz des elektromagnetischen Wechselfelds ent sprechen kann.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erzeugt das elektro magnetische Signal einen Stromfluss in der Fahrleitung, wobei aufgrund des Stromflusses ein Magnetfeld um die Fahrleitung erzeugt wird. Wird um die Fahrleitung ein Magnetfeld erzeugt, ermöglicht dies einen möglichst störungsfreien Betrieb des Systems, da sich Magnetfelder ausschließlich um die Fahrlei tung ausbreiten und nicht durch weitere, im Bereich der Fahr leitung angeordnete, metallische Gegenstände beeinflusst wer den .
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Fahrleitung einen ersten Pol und einen zweiten Pol auf. Das Einspeisen des Signals erfolgt derart, dass eine Impedanz eines Erzeu gers an eine Leitungsimpedanz der Fahrleitung angepasst wird. Damit das eingespeiste Signal einen Stromfluss in der Fahr leitung erzeugen kann, kann es vorgesehen sein, einen durch den ersten Pol und den zweiten Pol gebildeten Stromkreis an einem entfernten Ende der Fahrleitung zu schließen. Um hohe Verlustleistungen durch die Fahrspannung zu vermeiden, wird an dieser Stelle ein Kondensator eingebaut, um den Stromkreis für das höherfrequente eingespeiste Signal zu schließen. Um Stehwellen auf der Fahrleitung zu vermeiden, kann es zweckmä ßig sein, einen Widerstand mit einem Widerstandswert im Be reich der nominellen Leitungsimpedanz der Fahrleitung in Rei he zum Kondensator zu schalten.
Dabei ist es unerheblich, ob die Fahrleitung als solche ein polig (wie beispielsweise eine Oberleitung im deutschen Bahn verkehr) oder zweipolig mit Hin- und Rückleitung des Stroms über die Fahrleitung ausgestaltet ist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das elektro magnetische Signal mit der vorgegebenen Frequenz ein Träger signal. Auf dieses Trägersignal werden Daten aufmoduliert. Durch die aufmodulierten Daten können zusätzliche Informatio-
nen neben dem reinen Vorhandensein der Fahrleitung an Fahr zeuge übertragen werden.
Diese aufmodulierten Daten können durch Sensoren eines Fahr zeugs bereits vor dem Anlegen eines Stromabnehmers detektiert und ausgewertet werden. Damit kann z.B. ein Anbügeln an eine ungeeignete oder sich nicht in Betrieb befindliche Fahrlei tung verhindert werden. Die aufmodulierten Daten können also insbesondere eine Information über einen Zustand der Fahrlei tung umfassen.
Durch die Detektion des elektromagnetischen Feldes des einge speisten Signals, dass sich um die Fahrleitung ausbildet, ist eine sehr präzise und robuste örtliche Zuordnung zu einem Fahrleitungsabschnitt gegeben. Im Gegensatz zu einer Funkver bindung ist damit sichergestellt, dass die empfangenen Daten sich auf den räumlich über dem Fahrzeug befindlichen Fahrlei tungsabschnitt beziehen und z.B. nicht zu einem benachbart angeordneten Abschnitt.
Daneben ist es aber auch möglich, Daten an bereits angekop pelte Fahrzeuge zu übertragen.
Diese Informationen können beispielsweise umfassen, dass eine Überlastung, eine Notfallabschaltung, eine Abschaltung auf grund anderer Gründe oder Kompatibilitätsprobleme vorliegen. Dadurch kann beispielsweise eine Information an Fahrzeuge weitergegeben werden, ob derzeit ein Anbügeln eines Stromab nehmers an die Fahrleitung gefahrlos möglich ist, oder ob ein Stromabnehmer von der Fahrleitung abgebügelt werden soll. Ferner können die Daten auch infrastrukturseitige Aufforde rungen zum Abbügeln des Stromabnehmers umfassen, beispiels weise bei starkem Wind und daraus resultierenden Bewegungen der Fahrleitung, vereisten Fahrleitungen, Schäden an der Fahrleitung, Hindernissen in der Fahrleitung, oder vorauslie genden Rettungs- beziehungsweise Wartungseinsätze, geerdete Bereiche der Fahrleitung oder aufgrund demnächst erfolgender Überprüfungen der Fahrleitung, die eine Beschädigung der Fahrzeuge zur Folge haben könnten. Ferner können über die Da-
ten oder mittels der Daten auch Eigenschaften der Oberleitung wie Versionen oder Bauartinformationen, Standorte, Stre ckeninformationen, Hausnummern und Straßennamen, maximale Hö hen der Fahrleitung, minimale Höhen der Fahrleitung, Längen eines gerade befahrenen Abschnitts der Fahrleitung und die durch die Fahrleitung bereitgestellte Spannung übertragen werden. Auch temporäre Änderungen wie beispielsweise eine Leistungsbeschränkung für alle im Bereich der Fahrleitung be findlichen Fahrzeuge oder eine Ankündigung eines Ein- bezie hungsweise Ausschaltvorgangs der Fahrleitung können so über tragen werden. Das Anbügeln des Stromabnehmers kann auch als Ankoppeln oder Anlegen des Stromabnehmers bezeichnet werden. Das Abbügeln kann auch als Abkoppeln oder Ablegen oder Tren nen des Stromabnehmers bezeichnet werden.
Eine Vorrichtung zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung umfasst einen Erzeuger, der ein gerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal mit einer vor gegebenen Frequenz zu erzeugen. Die Vorrichtung als solche ist eingerichtet, das elektromagnetische Signal in die Fahr leitung einzuspeisen. Dies kann beispielsweise durch eine feste Verdrahtung oder aber auch durch eine Einspeisung mit tels elektromagnetischer Kopplung des Signals in die Fahrlei tung erfolgen.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner einen ersten und einen zweiten Anschluss auf, wobei das elektromag netische Signal über den ersten Anschluss und den zweiten An schluss in die Fahrleitung eingespeist werden kann. Der erste Anschluss kann dabei mit einem ersten Pol der Fahrleitung und der zweite Anschluss mit einem zweiten Pol der Fahrleitung verbunden sein. Dies ermöglicht ein einfaches Einspeisen des elektromagnetischen Signals in die Fahrleitung.
In einer Ausführungsform ist an einem entfernten Ende der Fahrleitung zwischen einem dritten Anschluss und einem vier ten Anschluss ein Kondensator geschaltet. Der Kondensator er möglicht, das elektromagnetische Signal in die Fahrleitung
einzuspeisen und gleichzeitig eine möglichst geringe Verlust leistung bezüglich der Fahrspannung zu erzeugen.
Um die Vorrichtung von der hohen Fahrspannung auf der Fahr leitung zu entkoppeln, ist es zweckmäßig das Signal über Kop pelkondensatoren an die Fahrleitung anzukoppeln. Damit das eingespeiste Signal einen Stromfluss in der Fahrleitung er zeugen kann, ist es notwendig, den Stromkreis am entfernten Ende (Ende des Fahrleitungsabschnittes) für das eingespeiste Signal zu schließen. Um hohe Verluste bei der Fahrspannung zu vermeiden, ist es zweckmäßig den Stromfluss für eingespeiste Signal über einen Kondensator zu schließen.
In einer Ausführungsform ist ein Widerstand mit dem Kondensa tor in Serie geschaltet. Dieser Widerstand kann beispielswei se der nominellen Impedanz der Fahrleitung entsprechen, wodurch die Verlustleistung weiter minimiert wird, da hier durch stehende Wellen in der Fahrleitung vermieden und die elektromagnetische Feldausbildung gleichförmig über eine ge samte Leitungsstrecke ermöglicht wird.
Um Stehwellen auf der Fahrleitung zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, einen Widerstand mit einem Widerstandswert im Bereich der nominellen Leitungsimpedanz der Fahrleitung in Reihe mit dem Kondensator zu schalten. Um die Einkoppelver luste in die Fahrleitung gering zu halten, ist es zweckmäßig die Impedanz des Erzeugers an die nominelle Leitungsimpedanz der Fahrleitung anzupassen. Dazu können z.B. Übertrager mit geeignetem Windungsverhältnis eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform umfasst die vorgegebene Eigenschaft eine vorgegebene Frequenz zwischen einem Kilohertz und drei ßig Megahertz. Das elektromagnetische Signal umfasst ein Trä gersignal, wobei der Erzeuger eingerichtet ist, auf das Trä gersignal Daten aufzumodulieren, die eine Information über einen Zustand der Fahrleitung umfassen.
Ein Verfahren zum Detektieren einer Fahrleitung umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird ein Sensor dahingehend aus-
gewertet, ob mit dem Sensor ein um die Fahrleitung erzeugtes elektromagnetisches Feld mit einer vorgegebenen Eigenschaft gemessen wird. Anschließend wird ein Detektionssignal ausge geben, wenn das Auswerten ergibt, dass das elektromagnetische Feld mit der vorgegebenen Eigenschaft gemessen wurde. Dabei kann die vorgegebene Eigenschaft einem gewissen oder einem bestimmten System einer Fahrleitung zugeordnet sein, und so nur eine zum System passende Fahrleitung detektiert werden. Die vorgegebene Eigenschaft kann dabei eine vorgegebene Fre quenz oder eine vorgegebene Signalform sein.
Beim Auswerten des Sensors ist es unerheblich, ob der Sensor analog Daten liefert und eine entsprechende Analog-Digital- Wandlung erst im Rahmen der Durchführung des Verfahrens stattfindet, oder ob der Sensor bereits eine entsprechende Analog-Digital-Wandlung durchführt und digitale Daten bereit gestellt. Beide Ausgestaltungen sind vom Verfahren umfasst.
In einer Ausführungsform umfasst die vorgegebene Eigenschaft eine vorgegebene Frequenz zwischen einem Kilohertz und drei ßig Megahertz. Das elektromagnetische Feld ist ein elektro magnetisches Wechselfeld. Insbesondere kann dabei beim Aus werten des Sensors eine Filterung nach der vorgegebenen Fre quenz vorgenommen werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Auswerten des Sensors hinsichtlich eines um die Fahrleitung erzeugten Magnetfelds .
In einer Ausführungsform umfasst das Detektionssignal einen Anbügelbefehl für einen Stromabnehmer. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Steuerung, die das Verfahren aus führt, mit dem Detektionsbefehl gleichzeitig einen Befehl ausgibt, der ein Anlegen eines Stromabnehmers an die Fahrlei tung zur Folge hat. Alternativ kann das Detektionssignal auch nur als solches ausgegeben werden, wobei eine weitere Steue rung den Befehl, den Stromabnehmer an die Fahrleitung anzule gen, ausgibt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden zusätzlich auf das elektromagnetische Signal mit der vorgegebenen Frequenz aufmodulierte Daten ausgewertet. Diese können beispielsweise die bereits genannten Informationen enthalten und dadurch entsprechende Steuerungsbefehle auslösen.
In einer Ausführungsform wird aufgrund der Daten ein Abbügel befehl für einen Stromabnehmer ausgegeben. Dies kann bei spielsweise dann erfolgen, wenn die übermittelten Daten ver muten lassen, dass in einem vorausliegenden Streckenabschnitt eine Oberleitung nicht voll funktionsfähig ist, beispielswei se aufgrund von Beschädigungen und/oder Gegenständen in der Oberleitung oder den bereits genannten anderen Problemen.
In einer Ausführungsform wird anhand des Detektionssignals eine Position eines Fahrzeugs relativ zur Fahrleitung ermit telt. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei nicht
spurgebundenen Fahrzeugen wie Lastkraftwägen, um zu gewähr leisten, dass das Fahrzeug sich in der korrekten Position für das Anbügeln unter der Fahrleitung befindet. Würde der Anbü gelvorgang außerhalb des zulässigen Toleranzbereichs der Po sition erfolgen, sind Beschädigungen der Fahrleitung, bzw. des Stromabnehmers am Fahrzeug möglich.
In einer Ausführungsform werden hierzu mehrere Sensoren aus gewertet, wodurch eine Positionsbestimmung des Fahrzeugs re lativ zur Fahrleitung weiter verbessert werden kann. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Feldstärke und/oder eine Richtung des elektromagnetischen Felds ausgewertet. Dies kann zusätzliche Informationen über eine Relativposition des Fahrzeugs zur Fahrleitung bereitstellen .
Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Sensoren eindimensio nal oder ein mehrdimensional, insbesondere auch dreidimensio nal Feldstärke und/oder Feldrichtung messen. Zusätzlich oder alternativ können auch mehrere Sensoren, deren Messrichtung linear unabhängig zueinander ist, ausgewertet werden.
Ein Steuergerät für ein Fahrzeug umfasst mindestens einen An schluss für einen Sensor, eine Recheneinheit und einen Kommu nikationsanschluss zur Ausgabe eines Detektionssignals. Die Recheneinheit ist eingerichtet, das Verfahren zum Detektieren einer Fahrleitung auszuführen. Über den Anschluss für den Sensor können dabei insbesondere Analogdaten des Sensors und/oder bereits in digitale Daten gewandelte Sensordaten eingelesen werden.
Ein Fahrzeugsystem umfasst ein solches Steuergerät und min destens einen Sensor, wobei der Sensor zur Messung eines in der Fahrleitung erzeugten elektromagnetischen Felds mit einer vorgegebenen Frequenz eingerichtet ist. Der Sensor kann dabei insbesondere eine oder drei Messrichtungen erfassen. Selbst verständlich können auch mehrere solcher Sensoren im Fahr zeugsystem vorgesehen sein.
Ein System umfasst ein Fahrzeugsystem und eine Vorrichtung zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung, wobei die vorgegebene Frequenz bei der Einspei sung mit der vorgegebenen Frequenz, nachdem die Fahrleitung detektiert wird, übereinstimmen kann.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich durch die Erläuterungen der folgenden, stark vereinfachten, schemati schen Darstellungen bevorzugter Ausführungsbeispiele. Hierbei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
FIG 1 eine Draufsicht auf eine Fahrleitung mit einem Fahr zeug;
FIG 2 eine seitliche Ansicht des Fahrzeugs und der Fahrlei tung der FIG 1;
FIG 3 ein Schaltbild einer Fahrleitung;
FIG 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einspeisen ei nes elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung;
FIG 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren ei ner Fahrleitung;
FIG 6 eine Vorrichtung zum Einkoppeln eines Signals in eine einpolige Fahrleitung.
FIG 7 eine Vorrichtung zum induktiven Einkoppeln des Signals in die Fahrleitung
Fig. 8 eine weitere Ansicht einer Fahrleitung und eines Fahr zeugs; und
FIG 9 eine Vorrichtung zum differentiellen Einkoppeln des Signals in eine zweipolige Fahrleitung.
FIG 1 zeigt eine Fahrleitung 100, mit der ein elektrisch an getriebenes Fahrzeug 300 mit Energie versorgt werden kann.
Die Fahrleitung 100 weist dabei einen ersten Pol 101 und ei nen zweiten Pol 102 auf. Eine Vorrichtung 200 zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in die Fahrleitung 100 ist ebenfalls in FIG 1 dargestellt. Die Vorrichtung 200 weist ei nen ersten Anschluss 201 und einen zweiten Anschluss 202 auf, wobei der erste Anschluss 201 über ein erstes Kabel 211 mit dem ersten Pol 101 der Fahrleitung 100 verbunden ist und der zweite Anschluss 202 über ein zweites Kabel 212 mit dem zwei ten Pol 102 der Fahrleitung 100 verbunden ist. Der erste Pol 101 und der zweite Pol 102 der Fahrleitung 100 können dabei Plus- und Minuspol darstellen, beispielsweise kann der erste Pol 101 ein Pluspol und der zweite Pol 102 ein Minuspol der Fahrleitung 100 oder anders herum sein. Alternativ können der erste Pol 101 und der zweite Pol 102 ihre Polarität ändern, wenn die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist.
Die Vorrichtung 200 ist eingerichtet, ein elektromagnetisches Signal in die Fahrleitung 100 mit einer vorgegebenen Eigen schaft einzuspeisen. Die vorgegebene Eigenschaft kann dabei
eine vorgegebene Frequenz und/oder eine vorgegebene Signal- form umfassen, wobei die vorgegebene Signalform als modulier tes Signal ausgestaltet sein kann. Aufgrund des elektromagne tischen Signals wird ein elektromagnetisches Feld 110 um die Fahrleitung 100 erzeugt. Das elektromagnetische Signal kann dabei von der Vorrichtung 200 zur Fahrleitung 100 über das erste Kabel 211 und das zweite Kabel 212 übertragen werden. Alternativ zu dem in FIG 1 dargestellten Übertragungsweg des elektromagnetischen Signals kann auch eine drahtlose Übertra gung ohne die Kabel 211, 212 von der Vorrichtung 200 in die Fahrleitung 100 erfolgen. Die Fahrleitung 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Oberleitung oberhalb des Fahrzeugs 300, es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen der Fahrlei tung 100 möglich.
Das Fahrzeug 300 weist einen Sensor 310 und einen Stromabneh mer 320 auf. Der Stromabnehmer 320 weist dabei durch einen Stromabnehmerisolator 321 getrennte Bereiche für die beiden Pole 101, 102 der Fahrleitung 100 auf. Mittels des Sensors 310 kann das elektromagnetische Feld 110 der Fahrleitung 100 gemessen werden. Der Sensor 310 ist also eingerichtet, das elektromagnetische Feld 110 der Fahrleitung 100 zu ermitteln, beispielsweise indem der Sensor 310 eingerichtet ist, eine elektrische Komponente und/oder eine magnetische Komponente des elektromagnetischen Felds 110 zu messen.
FIG 2 zeigt das Fahrzeug 300 unter der Fahrleitung 100 der FIG 1 in einer Seitenansicht. Der Stromabnehmer 320 berührt die Fahrleitung 100 noch nicht. Ebenfalls dem Fahrzeug 300 zugeordnet ist ein Steuergerät 330, welches einen Anschluss
331 für den Sensor 310 und einen Kommunikationsanschluss 332 aufweist. Das Steuergerät 330 umfasst ferner eine Rechnerein heit 333. Ein durch den Sensor 310 gemessenes Signal des elektromagnetischen Felds 110 wird über den Anschluss 331 dem Steuergerät 330 zugeführt. Die Recheneinheit 333 ist einge richtet, anhand dieses Signals auf das Vorliegen der Fahrlei tung 100 zu schließen und über den Kommunikationsanschluss
332 ein entsprechendes Detektionssignal auszugeben, bei spielsweise an den Stromabnehmer 320, der aufgrund dieses De-
tektionssignals anschließend an die Fahrleitung 100 angelegt werden kann. Alternativ kann das Detektionssignal auch an ei ne eigene Steuereinheit für den Stromabnehmer 320 ausgegeben werden .
Das Steuergerät 330 und der Sensor 310 bilden zusammen ein Fahrzeugsystem 340. Das Fahrzeugsystem 340 und die Vorrich tung 200 der FIG 1 bilden zusammen das System 1 zur Detektion der Fahrleitung 100.
Ebenfalls in FIG 2 dargestellt sind weitere Sensoren 311, die ebenfalls eingerichtet sein können, das elektromagnetische Feld 110 der Fahrleitung 100 zu messen und das entsprechende Messsignal an das Steuergerät 330 weiterzugeben. Die Weiter gabe dieses Messsignals kann sowohl in analoger als auch in digitaler Form erfolgen, ebenso für den Sensor 310. Der An schluss 331 des Steuergeräts 330 ist also eingerichtet, ein analoges und/oder ein digitales Signal der Sensoren 310, 311 auszulesen .
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgegeben, dass die vorge gebene Frequenz des elektromagnetischen Signals mindestens ein Kilohertz und maximal 30 Megahertz beträgt. In einem Aus führungsbeispiel erzeugt das elektromagnetische Signal einen Stromfluss in der Fahrleitung 100, wobei aufgrund des Strom flusses ein Magnetfeld um die Fahrleitung 100 erzeugt wird, wobei das Magnetfeld Teil des elektromagnetischen Felds 110 ist. In diesem Fall können die Sensoren 310, 311 als Magnet feldsensoren, beispielsweise als eindimensionale, zweidimen sionale oder dreidimensionale Hallsensoren oder als Spulen ausgestaltet sein.
Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das elektromagneti sche Signal ein Trägersignal umfasst und auf das Trägersignal Daten aufmoduliert werden. Die aufmodulierten Daten können dann ebenfalls über die Sensoren 310, 311 ausgelesen und in dem Steuergerät 330 weiterverarbeitet werden.
FIG 3 zeigt eine Fahrleitung 100 mit einem ersten Pol 101 und einem zweiten Pol 102 analog zu FIG 1. Ebenfalls dargestellt
ist eine Vorrichtung 200 zum Einspeisen eines Signals in die Fahrleitung 100. Die Vorrichtung 200 weist dazu einen Erzeu ger 220 auf, wobei das elektromagnetische Signal mit der vor gegebenen Eigenschaft vom Erzeuger 220 erzeugt werden kann. Der Erzeuger 220 ist über einen ersten Anschluss 201 mit dem ersten Pol 101 der Fahrleitung 100 und über einen zweiten An schluss 202 mit dem zweiten Pol 102 der Fahrleitung 100 ver bunden. Der erste Pol 101 weist einen dritten Anschluss 203 auf, der zweite Pol 102 weist einen vierten Anschluss 204 auf, die jeweils am entfernten Ende 104 der Fahrleitung 100 angeordnet sind. Zwischen dem dritten Anschluss 203 und dem vierten Anschluss 204 ist ein Kondensator 230 und ein optio naler Widerstand 240 in Serie geschaltet. Der Widerstand 240 kann auch weggelassen werden und der Kondensator 230 zwischen den dritten Anschluss 203 und den vierten Anschluss 204 ge schaltet sein.
Das Einspeisen des Signals in die Fahrleitung 100 kann derart erfolgen, dass eine Impedanz des Erzeugers 220 an eine Lei tungsimpedanz der Fahrleitung 100 angepasst wird. Damit das eingespeiste Signal einen Stromfluss in der Fahrleitung 100 erzeugen kann, kann es vorgesehen sein, wird der durch den ersten Pol 101 und den zweiten Pol 102 gebildete Stromkreis am entfernten Ende 104 der Fahrleitung 100 geschlossen. Um hohe Verlustleistungen durch die Fahrspannung zu vermeiden, wird an dieser Stelle ein Kondensator 230 eingebaut, um den Stromkreis für das höherfrequente eingespeiste Signal zu schließen. Um Stehwellen auf der Fahrleitung zu vermeiden, wird der optionale Widerstand 240 mit einem Widerstandswert im Bereich der nominellen Leitungsimpedanz der Fahrleitung 100 in Reihe zum Kondensator 230 geschaltet.
FIG 4 zeigt einen ersten Verfahrensablauf 400 des Einspeise verfahrens. In einem Erzeugungsschritt 401 wird ein elektro magnetisches Signal mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt. In einem optionalen Modulationsschritt 402 werden auf das elektromagnetische Signal, Daten aufmoduliert. In einem Ein speiseschritt 403 wird dieses elektromagnetische Signal in die Fahrleitung 100 eingespeist, wobei dadurch das elektro magnetische Feld 110 um die Fahrleitung 100 erzeugt wird.
FIG 5 zeigt ein zweites Ablaufdiagramm eines Detektionsver fahrens. In einem Auswerteschritt 501 wird ein Sensor 310,
311 dahingehend ausgewertet, ob mit dem Sensor 310, 311 ein um die Fahrleitung 100 erzeugtes elektromagnetisches Feld 110 mit einer vorgegebenen Frequenz gemessen wird. In einem ers ten Ausgabeschritt 502 wird dann ein Detektionssignal ausge geben, wenn im Auswerteschritt 501 ein entsprechendes elekt romagnetisches Feld 110 mit der vorgegebenen Frequenz ermit telt wurde. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Magnet feldanteil des elektromagnetischen Felds 110 im Auswerte schritt 501 ausgewertet wird.
In einem optionalen, ebenfalls in FIG 5 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel umfasst das Detektionssignal einen Anbügelbe fehl für einen Stromabnehmer 320, welcher in einem optionalen zweiten Ausgabeschritt 503 ausgegeben wird. Alternativ können der erste Ausgabeschritt 502 und der zweite Ausgabeschritt 503 in einem gemeinsamen Ausgabeschritt durchgeführt werden. Aufgrund dieses Anbügelbefehls wird es möglich, den in FIG 2 gezeigten, nicht mit der Fahrleitung 100 verbundenen Stromab nehmer 320 an die Fahrleitung 100 anzunähern, wenn eine ent sprechende Detektion der Fahrleitung 100 mit dem beschriebe nen Verfahren erfolgt ist. Der Anbügelbefehl kann auch als Anlegebefehl bezeichnet werden.
In einem zusätzlichen optionalen Demodulationsschritt 504 können weiterhin auf das elektromagnetische Signal mit der vorgegebenen Frequenz aufmodulierte Daten ausgewertet werden. Diese Datenauswertung kann beispielsweise ergeben, dass in einer Fahrtrichtung eine Beschädigung der Fahrleitung 100 vorliegt und deswegen der Stromabnehmer 320 von der Fahrlei tung entfernt werden soll. Dies kann in einem optionalen dritten Ausgabeschritt 505 im Rahmen eines Abbügelbefehls an den Stromabnehmer 320 ausgegeben werden. Der Abbügelbefehl kann auch als Entfernungsbefehl oder Trennbefehl bezeichnet werden .
Die Anordnung des Sensors 310 und der weiteren Sensoren 311 der FIG 1 ist derart, dass die beiden Pole 101, 102 der Fahr leitung 100 jeweils zwischen dem Sensor 310 und einem weite ren Sensor 311 angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, eine Position des Fahrzeugs 300 relativ zu den beiden Polen 101, 102 der Fahrleitung 100 zu bestimmen. Alternativ zu der in FIG 1 gezeigten Anordnung der Sensoren 310, 311 kann auch vorgesehen sein, die Sensoren anders am Fahrzeug 300 anzuord nen .
In einem Ausführungsbeispiel wird eine Feldstärke und/oder oder eine Richtung des elektromagnetischen Felds 110 ausge wertet, beispielsweise mittels der Sensoren 310, 311 der FIG 1, um eine Position des Fahrzeugs 300 relativ zur Fahrleitung 100 zu ermitteln.
Die Ermittlung einer Relativposition zwischen Fahrzeug 300 und Fahrleitung 100 ermöglicht insbesondere, nicht
spurgebundene Fahrzeuge 300 wie den in FIG 1 beispielhaft dargestellten Lastkraftwagen 301 derart unter der Fahrleitung 100 auszurichten, dass mittels des Stromabnehmers 320 beide Pole 101, 102 der Fahrleitung entsprechend kontaktiert werden können. Dies ist insbesondere für beispielsweise oberlei tungsgestützte Fahrten auf Autobahnen oder für Lastwägen, die in einem Minenverbund eingesetzt werden, vorteilhaft.
FIG. 6 zeigt eine elektrische Schaltung eines weiteren Aus führungsbeispiels der Vorrichtung 200, die ebenfalls zum Ein speisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung 100 genutzt werden kann. Insbesondere ist die Vorrichtung 200 der FIG. 6 für einpolige Fahrleitungen 100 geeignet. Die Vor richtung 200 weist einen Erzeuger 220 auf, der mit zwei Ein gängen 251 eines Übertragers 250, beispielsweise einem Trafo, verbunden ist. Ein Ausgang 252 des Übertragers 250 ist mit einer Erde 260 verbunden. Ein Ausgang 252 des Übertragers ist über einen Kondensator 230 mit der Fahrleitung 100 verbunden. Durch den Übertrager 250 kann eine galvanische Trennung von Erzeuger 220 und Fahrleitung 100 erreicht werden, so dass
Überspannungen nicht zu einer Beschädigung des Erzeugers 220 führen .
FIG. 7 zeigt eine elektrische Schaltung eines weiteren Aus führungsbeispiels der Vorrichtung 200, die ebenfalls zum Ein speisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung 100 genutzt werden kann. Insbesondere ist die Vorrichtung 200 der FIG. 7 ebenfalls für einpolige Fahrleitungen 100 geeig net. Der Erzeuger 220 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Spule 270 verbunden. Die Spule 270 ist in naher räumli cher Distanz zur Fahrleitung 100 angeordnet, so dass ein mit tels Stromfluss in der Spule 270 erzeugtes Magnetfeld auf die Fahrleitung 100 übertragen werden kann und so in die Fahrlei tung eingespeist wird.
FIG 8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem die Fahrleitung 100 als einpolige Oberleitung ausgestaltet ist. Ein Kettenwerk 120 dient dazu, die Fahrleitung 100 aufzuhän gen. Ein Fahrzeug 300, welches als Schienenfahrzeug 302 aus gestaltet ist, weist analog zum Lastkraftwagen 301 der FIG 1 einen Sensor 310, einen Stromabnehmer 320 sowie ein Steuerge rät 330 auf. Wird das durch die Vorrichtung 200 in die Fahr leitung 100 eingespeiste elektromagnetische Feld mittels des Sensors 310 detektiert, so kann der Stromabnehmer 320 an die Fahrleitung angebügelt oder bei Übermittlung von entsprechen den Daten, den Stromabnehmer 320 wieder von der Fahrleitung abzubügeln, wieder von der Fahrleitung abgebügelt werden. Das Schienenfahrzeug 302 ist dabei auf einer Schiene 103 angeord net. Es kann vorgesehen sein, das elektromagnetische Signal über die Fahrleitung 100 und die Schiene 103 einzuspeisen, wobei eine Betriebsspannung für das Schienenfahrzeug 302 ebenfalls über die Fahrleitung 100 und die Schiene 103 be reitgestellt werden kann.
FIG. 9 zeigt eine elektrische Schaltung eines weiteren Aus führungsbeispiels der Vorrichtung 200, die zum Einspeisen ei nes elektromagnetischen Signals in die Fahrleitung 100 der FIG. 1 und 2 genutzt werden kann. Insbesondere ist die Vor richtung 200 der FIG. 9 für zweipolige Fahrleitungen 100 ge eignet. Die Vorrichtung 200 weist einen Erzeuger 220 auf, der
mit zwei Eingängen 251 eines Übertragers 250, beispielsweise einem Trafo, verbunden ist. Ein Ausgang 252 des Übertragers 250 ist über einen Kondensator 230 mit einem ersten Pol 101 der Fahrleitung 100 verbunden. Ein Ausgang 252 des Übertra gers ist über einen Kondensator 230 mit einem zweiten Pol 102 der Fahrleitung 100 verbunden. Durch den Übertrager 250 kann eine galvanische Trennung von Erzeuger 220 und Fahrleitung 100 erreicht werden, so dass Überspannungen nicht zu einer Beschädigung des Erzeugers 220 führen.
Im Gegensatz zu den in den Figuren 1, 2 und 8 gezeigten Aus führungsbeispielen, bei denen die Sensoren 310, 311 fest am Fahrzeug 300 verbaut sind, ist es alternativ auch möglich, mindestens einen der Sensoren 310, 311 am Stromabnehmer 320 anzubringen. Dies hat den zusätzlichen Effekt zur Folge, dass bei einer Bewegung des Stromabnehmers 320 eine Änderung des durch den Sensor 310, 311 am Stromabnehmer 320 gemessenen elektromagnetischen Felds 110 erfolgen kann und so ein Vor gang eines Anbügelns oder Abbügelns des Stromabnehmers 320 von der Fahrleitung 100 genauer überprüft werden kann.
Das beschriebene Verfahren kann insbesondere dafür eingesetzt werden, fahrzeugseitig zu überprüfen, ob grundsätzlich eine Fahrleitung 100 über oder neben der aktuell befahrenen Spur vorhanden ist und/oder ob ein entsprechendes Anlegen des Stromabnehmers 320 an die Fahrleitung 100 erlaubt ist. Dies kann beispielsweise durch eine Vorgabe der vorgegebenen Fre quenz erfolgen, indem mittels der Vorrichtung 200 das elekt romagnetische Signal mit einer bestimmten Frequenz in die Fahrleitung 100 eingespeist und vom Steuergerät 330 nach eben jener Frequenz gefiltert wird. Stimmen die beiden Frequenzen überein, so liegt eine zum Fahrzeug 300 passende Fahrleitung 100 vor. Alternativ können diese Informationen jedoch auch über die aufmodulierten Daten übertragen werden.
Mittels der aufmodulierten Daten können zusätzlich infra strukturseitige Aufforderungen zum Abbügeln des Stromabneh mers 320 übertragen werden beziehungsweise Verbote ausgespro chen worden, Stromabnehmer 320 an die Fahrleitung 100 zu be-
wegen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn auf grund von starkem Wind Bewegungen in der Fahrleitung 100, beispielsweise einer Oberleitung, zu befürchten sind, die Fahrleitung 100 vereist, beschädigt oder gerissen ist, Hin dernisse in der Fahrleitung 100 aufgetreten sind, ein Teil der Fahrleitung 100 geerdet ist, oder ob entsprechende Ret- tungs-, Wartungs- und/oder Überprüfungseinsätze derzeit stattfinden und deshalb eine Weiterfahrt auf dem Fahrweg be ziehungsweise ein Belassen des Stromabnehmers 320 an der Fahrleitung 100 nicht sinnvoll oder gefährlich erscheint. Ebenfalls über die aufmodulierten Daten können Informationen wie beispielsweise eine Version oder Bauart der Fahrleitung 100, ein Standort beziehungsweise Streckendefinitionen der Fahrleitung 100, eine maximale Höhe der Fahrleitung 100 ober halb einer Straße oder einer Schiene 103, eine minimale Höhe der Fahrleitung 100 über einer Straße oder Schiene 103, eine Länge eines aktuellen Abschnitts der Fahrleitung 100 sowie die Spannung der Fahrleitung 100 weitergeben werden. Eben falls mittels der Daten können die Freigabedefinitionen für verschiedene Betreiber übertragen werden oder temporäre Ände rungen der Fahrleitung 100 wie beispielsweise eine Leistungs begrenzung oder eine Ankündigung eines Ausschaltens der Fahr leitung 100, beispielsweise nach einem unvorhergesehenen Er eignis .
Ferner können Informationen übertragen werden, die umfassen, dass in bestimmten Bereichen ein Anlegen des Stromabnehmers 320 an der Fahrleitung 100 nicht zulässig ist, beispielsweise kurz vor dem Ende einer Fahrleitung oder in speziellen Berei chen, beispielsweise in Kurven mit sehr engen Radien oder un terhalb von sehr tief über der Fahrbahn liegenden Brücken. Ferner können auch die Bereiche übertragen werden, in den an schließend der Stromabnehmer 320 wieder angelegt werden kann, oder es können andere Geometrieänderungen der Fahrleitung 100 übertragen werden wie beispielsweise die Ankündigung eines Streckentrenners oder von speziellen Oberleitungsbereichen.
Obwohl die Erfindung für Lastkraftwägen 301 und Schienenfahr zeuge 302 näher beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese
beiden Fahrzeugarten beschränkt, das Fahrzeug 300 kann bei spielsweise auch als Bus oder Personenkraftwagen oder in ei ner anderen Ausgestaltungsform eines Fahrzeugs ausgestaltet sein .
Obwohl die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbei spielen genauer erläutert wurde, ist sie nicht auf diese be schränkt. Es können insbesondere Kombinationen der gezeigten Merkmale vom Fachmann vorgenommen werden, ohne den Schutzum- fang der Erfindung zu verlassen.