JP2020529824A - 中継弁を備えたパンタグラフの当接力を制御するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両（１０）のパンタグラフ（１２）から架線（２０）への所要の当接力を制御するための装置（２２）およびそのような装置（２２）を使用する方法ならびに少なくとも１つのそのような装置（２２）を備えた気動車両（１０）に関し、ここで該装置（２２）は、パイロット制御回路（３２）、作業圧力制御回路（６０）、および中継弁（４０）を含む設定装置（５０）を有している。パイロット制御回路（３２）は、パイロット制御圧力を設定している。中継弁（４０）は、動力形成圧力を制御し、それによってパンタグラフの当接力のための所要の作業圧力を提供するためにパイロット制御圧力を使用している。

Description

本発明は、架線への車両（例えば気動車両）の集電装置（以下ではパンタグラフとも称する）の当接力を制御するための装置、この種の装置を使用する方法、ならびにこの種の装置を備えた車両に関する。

電気式気動車両のパンタグラフには、架線への所定の当接力が必要である。この架線には、具体的なケースでは、架空電線方式などの従来の実施形態やトロリー線方式などの斬新な実施形態がある。

この当接力が過度に小さいと、パンタグラフは跳躍を始める。その結果生じる当接の中断やアーク放電は、パンタグラフのすり板や架線の寿命に悪影響を与える。またこの当接力は過度に大きいと、架線が過度に押し上げられる。架線に許容範囲を超える圧力が導入される場合には、その機械的な位置決めを保証することができなくなり、典型的な結果としてここではパンタグラフの「巻き込まれ」と架線の引き裂きとが生じる。

ＤＩＮ ＥＮ ５０６３７：２０１２規格によれば、特に高速運転（＞２００ｋｍ／ｈ）の場合の所要の当接力は、静止値の約２倍まで急激に増加する。この増加を保証するために、従来技術によれば、ウインドデフレクタがパンタグラフに使用され、このウインドデフレクタは、一方では空力的に追加圧力を加え、他方では動的浮揚力を補償している。ここでの欠点は、これらのウインドデフレクタの設計と取り扱いとが、異なる動作状況において容易に適応化できないことにある。例えば、高速トンネル内での空力的な追加圧力は、開放区間の場合よりも著しく高くなる。ただし、この追加圧力は、車両形状、トンネル断面、閉塞寸法（車両断面とトンネル断面との比率）、跳躍的断面変化、および列車編成でのパンタグラフの位置にも依存する。またこの追加圧力は、進行方向にも依存している（例えば非対称シングルアームパンタグラフの串状区分もしくは関節区分に応じて）。

さらに、提供される車両において、照明システム、空調システム、および乗客情報システムに多くの電流が流れている場合のすり板と架線ワイヤとの間の接触点における過熱や損傷を回避するために、停止状態におけるパンタグラフの当接力を高める要求がますます生じている。しかしながら、ウインドデフレクタは、気動車両が停止状態にある場合には追加圧力を加えることはできない。

今日では、可変容量のベローズによってパンタグラフを架線に押し付ける一段階および二段階の（固定ではあるが調整可能な）圧力が従来技術から公知である。個々のケースでは、例えば欧州特許出願公開第１５３９５２８号明細書から公知であるように既に電空制御方式（ｅｐ）の圧力駆動制御が使用されている。そこでは、ｅｐ調整器に障害が発生した場合、鉄道オペレータから要求されるフォールバックレベルが、切換弁を介してどのように行われるかが示される。ｅｐ調整器は、障害が発生した場合、固定的に調整可能な減圧弁に切り換えられる。このｅｐ調整器は、気動車両の制御モード中に当接力を制御する。ここでの欠点は、調整器を介して当接力を十分な精度で駆動制御することができず、高い空気消費量を引き起こすことである。

それゆえ、本発明が基礎とする課題は、パンタグラフと架線との間の所要の当接力を、より正確に制御することが可能でかつ様々な動作状況により良好に適応する装置を達成することにある。

この課題は本発明により、請求項１に記載の架線と車両のパンタグラフとの間の当接力を制御または調整するための装置によって解決される。さらにこの課題は、この種の装置を使用した請求項１６、１７または１８に記載の方法により解決される。本発明の好適な実施形態は、従属請求項に含まれる。

本発明によれば、この課題の解決手段は、架線と、車両のパンタグラフとの間の空気圧式または液圧式に操作される当接力を制御するための装置にある。ここでは圧力媒体として、例えば空気または油が使用できる。パンタグラフの昇降中の媒体圧力は、パンタグラフの重力（重量）と釣り合った状態にある。所要の当接力は、パイロット制御回路からのパイロット制御圧力を用いた動力形成圧力の制御もしくは調整によって可能である作業圧力の増圧によって行われる。動作状況が追加の当接力を必要とする場合、動力形成圧力を制御し、作業圧力を増加させるために、パイロット制御回路内でパイロット制御圧力が調整される。

好適には、パイロット制御回路は、第１のパイロット制御圧力（基本パイロット制御圧力）を設定するための基本制御装置（たとえば減圧弁）を含む基本制御回路と、第２のパイロット制御圧力を設定するための追加制御装置（例えば調整器）を含む追加制御回路と、動力形成圧力を制御し作業圧力を提供するための中継弁を含む設定装置とを有する。設定装置の後方で作動圧力はパンタグラフに供給される。ここでは、圧力または体積流量に作用するさらなる要素を介在接続することも可能である。作業圧力制御回路が設けられており、この作業圧力制御回路は、作業圧力をパンタグラフに迅速に供給すべきなのか緩慢に供給すべきなのかを決定している。さらに、作業圧力制御回路は、損傷を防止すべくパンタグラフもしくは架線への過度に高い圧力を回避するために、作業圧力を所定の最大値に制限するように構成されてもよい。

中継弁は、１つ以上のパイロット制御圧力用のそれぞれの小さな断面を備えた１つ以上の入力側が設けられ、動力形成圧力用の１つの入力側と作業圧力用の大きな断面を備えた１つの出力側とが設けられているように設計されており、それにより、非常に動的なパイロット制御圧力調整は、通常、１：１の体積レベルの作業圧力に変換することができる。さらに、１つの応用実施形態では、１：１とは異なる変圧比を実現することができる。例えば、１：５の変圧比が選択されている場合、パイロット制御回路では１０ｂａｒが作用し、中継弁の出力側では２ｂａｒの出力側圧力が作用する。このケースでは圧力変化も比例して低減している。例えばパイロット制御回路での圧力変化が±０．１ｂａｒの場合、中継弁の出力側での圧力変化は±０．０２ｂａｒのみであり、このことは、圧力変化の絶対的な低減に相応し、したがって、制御精度の向上とヒステリシスの減少とが可能になる。

好適には、パイロット制御回路は、調整器の他に、さらに１つの圧力センサと２つの調整弁とを有している。圧力センサは、パイロット制御回路の調整器に圧力信号を提供するために設けられている。パイロット制御回路の小さな制御体積により、より高い動特性は、より高い制御精度を達成するのに寄与し得る。圧力センサの解像度が高いことにより、追加制御回路の調整器の高度な調整レベル（小さな圧力）を実現することができ、より小さなヒステリシスと同時により小さな許容誤差（より高い制御精度）を実現することができる。

パイロット制御回路には、常に一定の制御体積が提供される。なぜなら、可変の作業体積が中継弁から分離されるからである。パイロット制御回路の調整器は、可変の体積を備えた作業圧力の直接的な調整器よりも正確に圧力を設定することができる。

本発明の好適な実施形態では、調整器を監視するために、とりわけ、作業圧力が最小圧力設定値を下回るか、最大圧力設定値を上回るか、または目標値と実際値との間の変動幅から外れたかどうかについて、作業圧力を監視するために状態自動監視装置が設けられている。これらのケースのうちの１つが発生すると、迅速な遮断が行われる。この迅速な遮断は、パイロット制御回路に作用する。基本パイロット制御圧力に対する加算的な制御としての第２のパイロット制御圧力、または絶対的パイロット制御圧力調整としての第２のパイロット制御圧力の形態に応じて、所定の迅速遮断作業圧力を設定することができる。さらに、迅速遮断は、動力形成圧力にも作用させることができ、そのようにして中継弁への供給を中断することができる。これにより、作業圧力は、あらゆるケースで放出される。このことは、主要確認弁を介して、または内部圧力比較や基準圧力体積を備えた、パンタグラフ近傍に配置されたピストンバルブまたは緊急制動弁によって行うことができる。状態自動監視装置の代わりに、例えば作業圧力を監視するための電気的ユニット、電子的ユニット、またはマイクロプロセッサユニットも可能である（場合によっては安全レベルに応じて段階付けられたソフトウェアを含む）。この監視装置のための比較信号は、追加制御回路の圧力センサおよび／または作業圧力用に設けられた圧力センサから得ることができる。

本発明のもう一つの利点は、当接力が変わらない状態では、圧力媒体の消費が生じないように装置が設計されることにあり、これによって、絶え間ない媒体消費が回避される。この絶え間ない媒体消費は、車両の圧縮機運転サイクルをめまぐるしく引き起こし、これは著しいエネルギーの浪費、騒音の増長、ならびにコンプレッサーの摩耗につながる。結果として得られるエネルギー効率は、特にパンタグラフを介して著しい量のエネルギーが照明と空調のために車両に必要になる場合に、当該車両のエネルギー供給を保証する。

以下では本発明の４つの実施例を、図面に基づきより詳細に説明する。

本発明によるパンタグラフの制御装置の概略図 本発明の第１の実施例によるパンタグラフの制御装置のパイロット制御回路の概略図 本発明の第２の実施例によるパンタグラフの制御装置のパイロット制御回路の概略図 本発明の第３の実施例によるパンタグラフの制御装置のパイロット制御回路の概略図 本発明の第４の実施例によるパンタグラフの制御装置のパイロット制御回路の概略図

図１は、車両１０の一部、パンタグラフ１２、架線２０、およびパンダグラフ１２の制御装置２２を示す。圧力媒体である空気は、流入方向９０で圧力入力側２４からエアフィルター３４を介して制御装置２２に流入する。

車両１０が動作モードまたは待機モードにある場合、制御装置２２は、切換弁２８ａを介してスイッチオンされる。切換弁２８ｂおよび装置３０は、監視装置を成している。

車両１０の動作中、架線２０からパンタグラフ１２を介して車両１０へのエネルギーの安全な移行を保証するために、パンタグラフ１２と架線２０との間で所定の当接力が必要になる。そのための作業圧力は、設定装置５０を有するパイロット制御回路３２によって得られ、その後、作業圧力制御回路６０によって制御される。

パイロット制御回路３２は、基本制御回路５６、追加制御回路２６、ならびに設定装置５０を有している。動力形成圧力は、第１の圧力媒体管路５２、基本制御回路５６、および追加制御回路２６に供給される。基本制御回路５６は、第１のパイロット制御圧力（基本パイロット制御圧力）を設定し、追加制御回路２６は、第２のパイロット制御圧力を設定し、この場合、第１の圧力媒体管路５２からの動力形成圧力を制御するために、第１のパイロット制御圧力および第２のパイロット制御圧力がそれぞれ１つの第２の圧力媒体管路５４を介してさらに設定装置５０に供給される。

図２は、本発明の第１の実施例による制御装置２２のパイロット制御回路３２を示す。このパイロット制御回路３２は、減圧弁３６、切換弁２８ｃ、調整器３８と圧力センサ７２ａと減圧用の第１の調整弁７６と増圧用の第２の調整弁７８とを含む追加制御回路２６、中継弁４０、および圧力センサ７２ｂを有する。

減圧弁３６は、第１のパイロット制御圧力（基本パイロット制御圧力）を設定するように設計されており、調整器３８は第２のパイロット制御圧力（追加パイロット制御圧力）を設定するように設計されており、この場合、基本パイロット制御圧力および追加パイロット制御圧力は、それぞれ第２の圧力媒体管路５４を介して中継弁４０の入力側４６ａおよび４６ｂに供給されている。中継弁４０は、第１の圧力媒体管路５２からの動力形成圧力を、合計されたパイロット制御圧力で制御し、中継弁４０の出力側４２から作業圧力を放出するために、入力側４６ａおよび４６ｂにおいて両パイロット制御圧力の合計が行われるように設計されている。切換弁２８ｃは、緊急時に追加制御回路を遮断するために設けられている。圧力センサ７２ａおよび７２ｂは、追加制御回路２６内の追加パイロット制御圧力および中継弁の出力側４２における作業圧力を測定するために設けられている。

図３は、本発明の第２の実施例による制御装置２２のパイロット制御回路３２を示す。図２と比較して、図３のこのパイロット制御回路３２も同様に、減圧弁３６、切換弁２８ｃ、調整器３８と圧力センサ７２ａと減圧用の第１の調整弁７６と増圧用の第２の調整弁７８とを含む追加制御回路２６、中継弁４０、および圧力センサ７２ｂを有する。図２との違いは、切換弁２８ｃの位置がシフトされ、二重逆止弁（シャトル弁）８０がさらに設けられ、中継弁４０がただ１つの入力側４６を有している点にある。

切換弁２８ｃは、図３において、第１のパイロット制御圧力と第２のパイロット制御圧力との間で切換えを実施することができる箇所にシフトされている。二重逆止弁８０は、パイロット制御圧力間の圧力を比較し、それぞれより大きい方の圧力を中継弁４０の入力側４６に通すために設けられている。

図４は、本発明の第３の実施例による制御装置２２のパイロット制御回路３２を示す。図３と比較して、このパイロット制御回路３２も同様に、減圧弁３６、切換弁２８ｃ、調整器３８と圧力センサ７２ａと減圧用の第１の調整弁７６と増圧用の第２の調整弁７８とを含む追加制御回路２６、中継弁４０、および圧力センサ７２ｂを有する。図３との違いは、パイロット制御回路３２において二重逆止弁８０が省かれ、２つの入力側４６ａおよび４６ｂを有する中継弁４０が設けられている点にある。図３に示すものに類似した圧力比較は、中継弁４０のこれらの入力側４６ａ，４６ｂにおいて統合して行われるようになっており、それによって、第１のパイロット制御圧力（基本パイロット制御圧力）と第２のパイロット制御圧力（場合によっては基本パイロット制御圧力を含む）のうちのそれぞれより大きい方の圧力のみが動力形成圧力の制御のために作用する。

図５は、本発明の第４の実施例による制御装置２２のパイロット制御回路３２を示す。 図４と比較して、このパイロット制御回路３２も、減圧弁３６、切換弁２８ｃ、調整器３８と圧力センサ７２ａと第１の調整弁７６と第２の調整弁７８とを含む追加制御回路２６、中継弁４０、および圧力センサ７２ｂを有する。図４との違いは、切換弁２８ｃの位置がパイロット制御回路３２の内部においてシフトされており、中継弁４０がただ１つの入力側４６を有している点にある。この切換弁２８ｃは、第１および第２のパイロット制御圧力の間で切換えを実施し、それらのうちの一方の圧力のみを動力形成圧力の制御のために中継弁４０に導通させるために、当該位置にシフトされている。

１０ 車両
１２ パンタグラフ
２０ 架線
２２ 制御装置
２４ 圧力入力側
２６ 追加制御回路
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 切換弁
３０ 装置
３２ パイロット制御回路
３４ エアフィルター
３６ 減圧弁
３８ 調整器
４０ 中継弁
４２ 中継弁の出力側
４６，４６ａ，４６ｂ 中継弁の入力側
５０ 設定装置
５２ 第１の圧力媒体管路
５４ 第２の圧力媒体管路
５６ 基本制御回路
６０ 作業圧力制御回路
７２ａ，７２ｂ 圧力センサ
７６ 第１の調整弁
７８ 第２の調整弁
８０ 二重逆止弁
９０ 方向矢印

Claims (19)

1. 架線（２０）への車両（１０）のパンタグラフ（１２）の当接力を制御するための装置（２２）であって、
   前記当接力は、空気圧式または液圧式の作業圧力を用いて操作され、
   前記装置（２２）は、
   −パイロット制御回路（３２）と、
   −作業圧力制御回路（６０）と、
   −中継弁（４０）とを備え、
   前記中継弁（４０）は、提供された動力形成圧力をパイロット制御圧力にしたがって制御し、作業圧力として前記作業圧力制御回路（６０）に送出するように構成されており、
   前記中継弁（４０）は、前記パイロット制御圧力用の小さな断面を備えた少なくとも１つの入力側（４６，４６ａ，４６ｂ）を有し、前記動力形成圧力用の１つの入力側と前記作業圧力用の大きな断面を備えた１つの出力側（４２）とを有しており、それによって、変圧比が設定されている、装置（２２）。
2. 前記中継弁（４０）においてパイロット制御圧力側に少なくとも２つの前記入力側（４６ａ，４６ｂ）が設けられており、前記中継弁（４０）は、前記動力形成圧力を制御するために、前記複数の入力側において前記複数のパイロット制御圧力を合計するように構成されている、請求項１記載の装置（２２）。
3. 前記中継弁（４０）において前記少なくとも２つの入力側（４６ａ，４６ｂ）が設けられており、前記中継弁（４０）は、前記動力形成圧力を前記２つのパイロット制御圧力のうちのより大きい方の圧力で制御するために、前記中継弁において前記複数のパイロット制御圧力の圧力比較を行うように構成されている、請求項１記載の装置（２２）。
4. 前記中継弁（４０）において単に１つの前記入力側（４６）が設けられており、前記パイロット制御回路（３２）は、前記動力形成圧力を制御するために、前記中継弁（４０）の手前で前記複数のパイロット制御圧力の選択を行うように構成されている、請求項１記載の装置（２２）。
5. 前記中継弁の変圧比は、１：１とは異なる変圧比に設定されており、前記変圧比は増加または減少するように選択されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置（２２）。
6. 基本制御回路（５６）の基本制御装置は、第１のパイロット制御圧力を設定するための減圧弁（３６）によって構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置（２２）。
7. 追加制御回路（２６）の追加制御装置は、第２のパイロット制御圧力を設定するための調整器（３８）によって構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置（２２）。
8. 前記パイロット制御回路（３２）および前記作業圧力制御回路（６０）への前記動力形成圧力の導入箇所の手前の動力形成圧力回路内に、切換弁（２８ａ）が開閉弁として設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置（２２）。
9. 前記基本制御回路（５６）および前記追加制御回路（２６）への分岐の手前の前記パイロット制御回路（３２）内に、切換弁（２８ｃ）が設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置（２２）。
10. 前記基本制御回路（５６）および前記追加制御回路（２６）は、二重逆止弁（８０）に接続されており、該二重逆止弁（８０）は、それぞれより大きい方の圧力を選択して前記中継弁（４０）に供給するように構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置（２２）。
11. 前記基本制御回路（５６）および前記追加制御回路（２６）の後の前記パイロット制御回路（３２）内に、切換弁（２８ｃ）が設けられおり、該切換弁（２８ｃ）は、切り換えにより、前記複数のパイロット制御圧力のうちの１つの圧力のみを前記中継弁（４０）に供給するように構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置（２２）。
12. 前記追加制御装置は、前記第２のパイロット制御圧力が基本パイロット制御圧力を既に含んでいるように構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置（２２）。
13. 前記作業圧力を監視するための状態自動監視装置が設けられており、前記状態自動監視装置は、確定すべき状況に際して、前記複数のパイロット制御圧力の遮断、好適には調整された前記複数のパイロット制御圧力の遮断を行うように構成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置（２２）。
14. 前記作業圧力を監視するための電気的ユニット、電子的ユニット、またはマイクロプロセッサユニットが設けられており、前記電気的ユニット、電子的ユニット、またはマイクロプロセッサユニットは、確定すべき状況に際して、前記複数のパイロット制御圧力の遮断、好適には調整された前記複数のパイロット制御圧力の遮断を行うように構成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置（２２）。
15. 前記追加制御回路（２６）は、前記第１のパイロット制御圧力を両方向で較正することができる、１つの調整器（３８）と１つの圧力センサ（７２ａ）と２つの調整弁（７６，７８）とを有している、請求項１から１４までのいずれか１項記載の装置（２２）。
16. 架線（２０）への車両（１０）のパンタグラフ（１２）の当接力を制御するための方法であって、
    前記当接力は、空気圧式または液圧式の動力形成圧力を用いて操作され、
    前記動力形成圧力は、パイロット制御回路からのパイロット制御圧力によって調整され、
    以下のステップ、すなわち、
    −前記当接力の設定のために前記パイロット制御回路において前記パイロット制御圧力を固定的に設定するかまたは調整して設定するステップと、
    −前記パイロット制御圧力を用いて前記動力形成圧力を変圧比に応じて調整するステップとを含んでいる、方法。
17. 架線（２０）への車両（１０）のパンタグラフ（１２）の当接力を制御するための方法であって、
    前記当接力は、空気圧式または液圧式の動力形成圧力を用いて操作され、
    前記動力形成圧力は、パイロット制御回路からの複数のパイロット制御圧力によって調整され、
    以下のステップ、すなわち、
    −通常の当接力を設定するために、前記パイロット制御回路において第１のパイロット制御圧力を設定するステップと、
    −追加当接力を設定するために、前記パイロット制御回路において第２のパイロット制御圧力を設定するステップと、
    −各走行状況に応じて前記複数のパイロット制御圧力を合計するステップと、
    −前記パイロット制御圧力および変圧比を用いて前記動力形成圧力を調整するステップとを含んでいる、方法。
18. 架線（２０）への車両（１０）のパンタグラフ（１２）の当接力を制御するための方法であって、
    前記当接力は、空気圧式または液圧式の動力形成圧力を用いて操作され、
    前記動力形成圧力は、パイロット制御回路からの複数のパイロット制御圧力によって調整され、
    以下のステップ、すなわち、
    −通常の当接力を設定するために、前記パイロット制御回路において第１のパイロット制御圧力を設定するステップと、
    −通常の当接力と追加当接力とを統合した当接力を設定するために、前記パイロット制御回路において第２のパイロット制御圧力を設定するステップと、
    −各走行状況に依存して、作業圧力を前記第１のパイロット制御圧力を用いて調整すべきなのか前記第２のパイロット制御圧力を用いて調整すべきなのかを選択するステップと、
    −選択されたパイロット制御圧力および変圧比を用いて前記作業圧力を調整するステップとを含んでいる、方法。
19. 請求項１から１５までのいずれか１項記載の少なくとも１つの装置（２２）を備えた車両（１０）。

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