WO2023011902A1 - System for detecting a state of wear of a current collector, current collector having such a system, and traction vehicle having such a current collector - Google Patents

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WO2023011902A1
WO2023011902A1 PCT/EP2022/070066 EP2022070066W WO2023011902A1 WO 2023011902 A1 WO2023011902 A1 WO 2023011902A1 EP 2022070066 W EP2022070066 W EP 2022070066W WO 2023011902 A1 WO2023011902 A1 WO 2023011902A1
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sliding contact
contact piece
current collector
sensor device
wear
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PCT/EP2022/070066
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Florian BÜHS
Christof Hoppe
Martin KEGALJ
Helge Molthan
Werner Pfliegl
Tobias Tölg
Bastian Blase
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Siemens Mobility GmbH
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    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/30—Trolleys

Definitions

  • the invention relates to a system for detecting a state of wear of a current collector arranged on an electric traction vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • the sliding contact piece can be pressed against a contact wire of the overhead line system for energy transmission, which is thus subject to material wear and must therefore be replaced after a certain idle time at the latest, or earlier if damaged.
  • Status data representing the wear status of the sliding contact piece can be recorded by means of a sensor device in order to determine maintenance or repair requirements and, if necessary, to prohibit traction vehicles with worn pantographs from operating on the overhead line system.
  • the published application DE 102009 006 392 A1 shows an arrangement for monitoring the operational state and wear state of sliding contact devices electrically powered, rail-bound vehicles.
  • the sliding contact devices are each arranged on a pantograph device that can be lowered and raised.
  • a power supply network has a power line which is arranged above the vehicle and which is arranged hanging from a large number of power poles which are arranged at a distance from one another.
  • An image capturing system for automatically capturing images of the sliding contact device of a passing vehicle is arranged on at least one utility pole or on the power line.
  • the image acquisition system has a number of electronic cameras, each of which is aligned from a different angle to the sliding contact device.
  • the image recordings are transmitted to a computer for image processing and/or evaluation as a coherent image data set.
  • a human operator examines the recorded images of the sliding contact device visually on a monitor, whereby he can be relieved or supported by a program application using software-based image recognition.
  • a system for detecting a state of a pantograph of an electrically powered vehicle includes a video camera device for digitally recording images of the pantograph and an image evaluation device for data-technical evaluation of 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 current collector 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.
  • the quality of the recorded video images is often not high enough for automated detection of the error. closed state of the sliding contact piece is reliably possible. Rather, it is necessary to resort to visual inspection of the video images by experienced maintenance personnel, which makes determining the condition of a pantograph time-consuming and expensive.
  • a generic system for detecting a state of wear of a pantograph arranged on an electric traction vehicle which has at least one piece of sliding contact intended for contacting a contact wire of an overhead line system, includes a sensor device for acquiring status data representing the state of wear of the piece of sliding contact.
  • the traction vehicle can be designed as a road or rail vehicle and can be driven electrically or hybrid-electrically.
  • the traction vehicle is equipped with a current collector that has an erectable support linkage, for example in the form of pantograph-like half scissors or scissors, or also in the form of erectable rods.
  • the support linkage can carry sliding shoes or a contact rocker with elongated sliding strips, which carry a carbon-containing sliding contact piece in order to establish electrical contact for energy transmission with the contact wire or wires.
  • the sliding contact piece in particular is subject to material wear as a result of operational wear caused by contact with the contact wire on its upper contact surface, as well as breakouts and spalling that occur when contact is made quickly or hard. This material wear is monitored by a sensor device, for which purpose data representing the state of wear of the sliding contact piece are recorded.
  • the sensor device is preferably set up for electro-optical distance measurement, which detects a distance profile to the object surfaces in its measuring range by propagation time measurement, phase position measurement, triangulation or by a light section method.
  • a height profile is recorded, in which the reference surface of a reference body serves as a clearly detectable comparison level.
  • An evaluation unit is connected to the sensor device, by means of which the status data of the sliding contact piece can be determined from the recorded height profile.
  • a height profile of the contact surface as the remaining wear reserve of the sliding contact piece, the position of possible fractures in or out of the sliding contact piece or the position of the sliding contact piece as a whole on the pantograph can be obtained as status data.
  • the evaluation unit can use a memory unit with reference profiles and reference positions of unworn and properly arranged sliding contact pieces as a reference. reference data must be stored.
  • a comparison unit of the evaluation unit can determine the status data of the sliding contact piece by comparing the recorded height profiles with the reference data.
  • the reference body is fastened to a carrier profile which fixes the sliding contact piece in place.
  • the reference surface is formed here by a flat surface of the reference body, which protrudes laterally beyond the carrier profile. The reference surface is therefore at the height of the lower edge of the carrier profile.
  • a reference surface is formed onto which designs of carrier profiles with sliding contact pieces can be placed, which have a standardized carrier profile height. This results in the remaining wear reserve of sliding contact piece material from the height profile over the reference surface by subtracting the carrier profile height. If other carrier profile heights are used, they must be stored in the evaluation unit.
  • the reference body is fastened to a carrying structure of the current collector that supports the carrier profile. takes.
  • This fastening of the reference body does not unnecessarily increase the mass of the combination of sliding contact piece and support profile, which is designed as a sliding strip, for example.
  • the design or the outer shape of the carrier profile does not have to be specified for attachment of reference bodies.
  • a small and light reference body can be attached directly to the two mounting points of the contact rocker for the carrier profile in order to provide the reference surface required for the scanning measurement.
  • the invention also relates to a traction vehicle with a pantograph according to claim 12.
  • FIG. 1 shows a side view of a traction vehicle with a pantograph contacting an overhead line system
  • FIG. 8 shows a cross section through the contact strip from FIG. 2 with a reference body of a second embodiment
  • FIG. 9 shows a perspective view of a fastening point provided for a reference body on a contact strip
  • FIG. 11 shows a perspective representation of a reference body.
  • an electric traction vehicle 1 embodied, for example, as a tractor unit 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 from suspension cables 5 via hangers 4.
  • the catenary system is of two-pole design, ie it 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 the supply of which with traction energy a current collector 8 is provided, which is supported on the vehicle frame 10 via its main frame 9, for example.
  • 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.
  • a front side 22 of the sliding contact piece 19 shows in the vehicle longitudinal direction X of the traction vehicle 1 in the direction of travel, and a rear side 23 of the sliding contact piece 19 opposite this driving direction.
  • Top 21 and front 22 abut on a front edge 24 of the sliding contact piece 19, top 21 and back 23 on a rear edge 25 of the sliding contact piece 19.
  • Front edge 24 and rear edge 25 are slightly rounded as shown in FIG.
  • the sensor device 31 recognizes the respective reference body 34 based on the individual course of the contour lines in the area of the reference surfaces 35. Because the reference bodies 34a to 34d can be distinguished from the perspective of the sensor device 31, the exact locations of damage can be recognized as status data a sliding contact piece 19 or other components of the pantograph 8, for example the contact rocker 14 carrying the sliding contact pieces 19 can be assigned even more precisely in the lateral or lateral direction.

Abstract

The invention relates to a system (30) for detecting a state of wear of a current collector (8) arranged on an electric traction vehicle (1). The current collector (8) has at least one sliding contact piece (19) provided for making contact with a contact wire (3) of an overhead line system. The system (30) comprises at least one reference body (33, 34, 34a to 34d) which has a reference surface (35) and is fixedly connected to the current collector (8) in such a way that there is a fixed relative position between the sliding contact piece (19) and the reference surface (35) during movement of the traction vehicle (1). Said system further comprises a sensor device (31) which is arranged on the track in such a way and designed so as to detect a vertical profile (h) of the sliding contact piece (19) over the reference surface (35) by means of a steerable scanning beam (32). An evaluation unit (37) is connected to the sensor device (31), it being possible for state data representing a state of wear of the sliding contact piece (19) to be determined from the detected vertical profile (h) by means of said evaluation unit. The state data can be detected in a simpler and more reliable manner in this way.

Description

Beschreibung Description
System zur Erfassung eines Verschleißzustandes eines Stromab- nehmers, Stromabnehmer mit einem solchen System, und Trieb- fahrzeug mit einem solchen Stromabnehmer System for detecting a state of wear of a pantograph, pantograph with such a system, and traction vehicle with such a pantograph
Die Erfindung betrifft ein System zur Erfassung eines Ver- schleißzustandes eines auf einem elektrischen Triebfahrzeug angeordneten Stromabnehmers nach dem Oberbegriff des Pa- tentanspruches 1. The invention relates to a system for detecting a state of wear of a current collector arranged on an electric traction vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Stromabnehmer zur Energieeinspeisung aus einer elektrischen Oberleitungsanlage kommen seit langem für elektrisch ange- triebene Schienenfahrzeuge der Eisenbahnen in Form von Sche- ren- oder Halbscherenstromabnehmern zum Einsatz. Auch bei spurgebundenen Oberleitungsbussen sind Stromabnehmer in Form von Stangenstromabnehmern lange bekannt. Seit geraumer Zeit werden Stromabnehmer auch für elektrisch oder diesel- elektrisch angetriebene Straßenfahrzeuge, insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge, wie Lastkraftwagen, Sattelzüge und Zugmaschinen, erprobt. Stromabnehmer für all diese elektri- schen Triebfahrzeuge umfassen eine Schleifleiste oder einen Schleifschuh mit einem elektrisch leitfähigen Schleifkontakt- stück. Das Schleifkontaktstück ist im Betrieb des Triebfahr- zeugs zur Energieübertragung an einen Fahrdraht der Oberlei- tungsanlage andrückbar, welches dadurch einem Materialver- schleiß unterworfen ist und daher spätestens nach einer ge- wissen Standzeit, bei Beschädigungen auch früher, ausge- tauscht werden muss. Mittels einer Sensoreinrichtung können den Verschleißzustand des Schleifkontaktstückes repräsentie- rende Zustandsdaten erfasst 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 half scissor pantographs. Pantographs in the form of pole pantographs 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 driven 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 piece. During operation of the traction vehicle, the sliding contact piece can be pressed against a contact wire of the overhead line system for energy transmission, which is thus subject to material wear and must therefore be replaced after a certain idle time at the latest, or earlier if damaged. Status data representing the wear status of the sliding contact piece can be recorded by means of a sensor device in order to determine maintenance or repair requirements and, if necessary, to prohibit traction vehicles with worn pantographs from operating on the overhead line system.
Die Offenlegungsschrift DE 102009 006 392 A1 zeigt hierzu eine Anordnung zum Überwachen des betriebsgemäßen Zustandes und Verschleißzustandes von Schleifkontaktvorrichtungen elektrisch angetriebener, schienengebundener Fahrzeuge. Die Schleifkontaktvorrichtungen sind an jeweils einer absenkbaren und anhebbaren Pantographen-Vorrichtung angeordnet. Ein Stromversorgungsnetz weist eine oberhalb des Fahrzeugs ange- ordnete Stromleitung auf, die an einer Vielzahl beabstandet angeordneter Strommasten hängend angeordnet ist. An wenigs- tens einem Strommast oder an der Stromleitung ist ein Bilder- fassungssystem zum automatischen Erfassen von Abbildungen der Schleifkontaktvorrichtung eines vorbeifahrenden Fahrzeugs an- geordnet. Das Bilderfassungssystem weist mehrere elektroni- sche Kameras auf, die jeweils unter einem anderen Blickwinkel zur Schleifkontaktvorrichtung ausgerichtet sind. Die Bildauf- nahmen werden als ein zusammenhängender Bilddatensatz an ei- nen Computer zur Bildverarbeitung und/oder Auswertung über- tragen. Ein menschlicher Operator begutachtet schließlich die aufgenommenen Bilder der Schleifkontaktvorrichtung visuell auf einem Monitor, wobei er durch eine Programmanwendung mit- hilfe softwarebasierender Bilderkennung entlastet oder unter- stützt werden kann. The published application DE 102009 006 392 A1 shows an arrangement for monitoring the operational state and wear state of sliding contact devices electrically powered, rail-bound vehicles. The sliding contact devices are each arranged on a pantograph device that can be lowered and raised. A power supply network has a power line which is arranged above the vehicle and which is arranged hanging from a large number of power poles which are arranged at a distance from one another. An image capturing system for automatically capturing images of the sliding contact device of a passing vehicle is arranged on at least one utility pole or on the power line. The image acquisition system has a number of electronic cameras, each of which is aligned from a different angle to the sliding contact device. The image recordings are transmitted to a computer for image processing and/or evaluation as a coherent image data set. Finally, a human operator examines the recorded images of the sliding contact device visually on a monitor, whereby he can be relieved or supported by a program application using software-based image recognition.
Aus der internationalen Anmeldung WO 2015/007718 A2 ist ein System zur Erfassung eines Zustandes eines Stromabnehmers ei- nes elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bekannt. Es umfasst eine Videokameraeinrichtung zur digitalen Bildaufnahme des Stromabnehmers und eine Bildauswertungseinrichtung zur daten- technischen 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 Verschleiß- richtung, wobei sich deren Position und/oder Form und/oder Flächeninhalt und/oder Farbe mit zunehmendem Verschleiß än- dert. 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 data-technical evaluation of 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 current collector 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.
Häufig ist die Qualität der aufgenommenen Videobilder nicht hoch genug, dass eine automatisierte Erkennung des Ver- schließzustandes des Schleifkontaktstückes sicher möglich ist. Es muss vielmehr auf die Inaugenscheinnahme der Video- bilder durch erfahrenes Wartungspersonal zurückgegriffen wer- den, was die Zustandserfassung eines Stromabnehmers zeitin- tensiv und kostenaufwändig macht. The quality of the recorded video images is often not high enough for automated detection of the error. closed state of the sliding contact piece is reliably possible. Rather, it is necessary to resort to visual inspection of the video images by experienced maintenance personnel, which makes determining the condition of a pantograph time-consuming and expensive.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen System der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem einen Verschleißzustand von Schleifkontaktstücken repräsentierende Zustandsdaten einfacher und sicherer erfassbar sind. The invention is therefore based on the object of providing a system of the type mentioned at the outset with which status data representing a wear status of sliding contact pieces can be recorded more simply and reliably.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes System mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben Merkmalen. The object is achieved by a generic system with the features specified in the characterizing part of patent claim 1.
Ein gattungsgemäßes System zur Erfassung eines Verschleißzu- standes eines auf einem elektrischen Triebfahrzeug angeordne- ten Stromabnehmers, welcher mindestens ein zur Kontaktierung eines Fahrdrahtes einer Oberleitungsanlage vorgesehenes Schleifkotaktstück aufweist, umfasst eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von den Verschleißzustand des Schleifkontakt- stückes repräsentierenden Zustandsdaten. Das Triebfahrzeug kann als Straßen- oder Schienenfahrzeug ausgebildet sein und elektrisch oder hybridelektrisch angetrieben sein. Zur Ein- speisung von elektrischer Traktionsenergie aus einer zwei- oder einpoligen Oberleitungsanlage ist das Triebfahrzeug mit einem Stromabnehmer ausgerüstet, der ein aufrichtbares Trag- gestänge aufweist, beispielsweise in Form einer pantografen- artigen Halbschere oder Schere oder auch in Form von auf- stellbaren Stangen. Das Traggestänge kann Schleifschuhe oder eine Kontaktwippe mit länglichen Schleifleisten tragen, wel- che ein kohlehaltiges Schleifkontaktstück tragen, um einen elektrischen Kontakt zur Energieübertragung mit dem oder den Fahrdrähten herzustellen. Insbesondere das Schleifkontakt- stück unterliegt durch den betriebsgemäßen Abschliff durch den Fahrdrahtkontakt an seiner oberseitigen Kontaktfläche so- wie durch bei schnellem oder hartem Kontaktschluss entstehen- den Ausbrüchen und Abplatzungen einem Materialverschleiß. Dieser Materialverschleiß wird durch eine Sensoreinrichtung überwacht, wofür den Verschleißzustand des Schleifkontaktstü- ckes repräsentierende Zustandsdaten erfasst werden. A generic system for detecting a state of wear of a pantograph arranged on an electric traction vehicle, which has at least one piece of sliding contact intended for contacting a contact wire of an overhead line system, includes a sensor device for acquiring status data representing the state of wear of the piece of sliding contact. The traction vehicle can be designed as a road or rail vehicle and can be driven electrically or hybrid-electrically. To feed electrical traction energy from a two-pole or one-pole overhead line system, the traction vehicle is equipped with a current collector that has an erectable support linkage, for example in the form of pantograph-like half scissors or scissors, or also in the form of erectable rods. The support linkage can carry sliding shoes or a contact rocker with elongated sliding strips, which carry a carbon-containing sliding contact piece in order to establish electrical contact for energy transmission with the contact wire or wires. The sliding contact piece in particular is subject to material wear as a result of operational wear caused by contact with the contact wire on its upper contact surface, as well as breakouts and spalling that occur when contact is made quickly or hard. This material wear is monitored by a sensor device, for which purpose data representing the state of wear of the sliding contact piece are recorded.
Erfindungsgemäß umfasst das Erfassungssystem mindestens ei- nen, also einen oder mehrere Bezugskörper. Jeder Bezugskörper weist eine Referenzfläche auf und ist derart fest mit dem Stromabnehmer verbunden, dass während der Fahrt des Trieb- fahrzeugs zwischen Schleifkontaktstück und Referenzfläche ei- ne feste Relativlage besteht. Die Referenzfläche ist vorzugs- weise eben ausgebildet und dient als Vergleichsniveau für Ab- standsmessungen der Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung ist derart streckenseitig angeordnet und dazu ausgebildet, mittels eines lenkbaren Abtaststrahls ein Höhenprofil des Schleifkontaktstückes über der Referenzfläche zu erfassen. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise auf einem an einer Fahrstrecke für ein Triebfahrzeug aufgestelltes Messportal angeordnet sein, so dass die Sensoreinrichtung den Abtast- strahl vertikal von oben auf Schleifkontaktstücke von passie- renden Triebfahrzeugen richten kann. Die Sensoreinrichtung ist vorzugsweise zur elektrooptischen Abstandmessung einge- richtet, die durch Laufzeitmessung, Phasenlagemessung, Trian- gulation oder durch ein Lichtschnittverfahren ein Ab- standsprofil zu den Objektflächen in ihrem Messbereichs er- fasst. Durch Abtasten der im Messbereich liegenden Oberflä- chen wird ein Höhenprofil erfasst, in welchem die Referenz- fläche eines Bezugskörpers als deutlich erfassbare Ver- gleichsniveau dient. Mit der Sensoreinrichtung ist eine Aus- wertungseinheit verbunden, mittels der aus dem erfassten Hö- henprofil die Zustandsdaten des Schleifkontaktstückes ermit- telbar sind. Als Zustandsdaten können ein Höhenverlauf der Kontaktfläche als verbliebene Verschließreserve des Schleif- kontaktstückes, die Lage möglicher Brüche im oder Ausbrüche aus dem Schleifkontaktstück oder die Lage des Schleifkontakt- stückes als Ganzes auf dem Stromabnehmer gewonnen werden. Hierzu kann die Auswertungseinheit eine Speichereinheit mit Referenzprofilen und Referenzlagen von unverschlissenen und ordnungsgemäß angeordneten Schleifkontaktstücken als Refe- renzdaten hinterlegt sein. Eine Vergleichseinheit der Auswer- tungseinheit kann durch Vergleich der erfassten Höhenprofile mit den Referenzdaten die Zustandsdaten des Schleifkontakt- stückes ermitteln. According to the invention, the detection system comprises at least one, ie one or more, reference bodies. Each reference body has a reference surface and is firmly connected to the current collector in such a way that there is a fixed relative position between the sliding contact piece and the reference surface while the traction vehicle is moving. The reference surface is preferably flat and serves as a comparison level for distance measurements of the sensor device. The sensor device is arranged on the track side and designed to detect a height profile of the sliding contact piece over the reference surface by means of a steerable scanning beam. The sensor device can be arranged, for example, on a measuring portal set up on a route for a traction vehicle, so that the sensor device can direct the scanning beam vertically from above onto sliding contact pieces of passing traction vehicles. The sensor device is preferably set up for electro-optical distance measurement, which detects a distance profile to the object surfaces in its measuring range by propagation time measurement, phase position measurement, triangulation or by a light section method. By scanning the surfaces in the measuring range, a height profile is recorded, in which the reference surface of a reference body serves as a clearly detectable comparison level. An evaluation unit is connected to the sensor device, by means of which the status data of the sliding contact piece can be determined from the recorded height profile. A height profile of the contact surface as the remaining wear reserve of the sliding contact piece, the position of possible fractures in or out of the sliding contact piece or the position of the sliding contact piece as a whole on the pantograph can be obtained as status data. For this purpose, the evaluation unit can use a memory unit with reference profiles and reference positions of unworn and properly arranged sliding contact pieces as a reference. reference data must be stored. A comparison unit of the evaluation unit can determine the status data of the sliding contact piece by comparing the recorded height profiles with the reference data.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems ist der Bezugskörper an einem im Bereich eines das Schleifkontaktstück fixierenden Trägerprofils be- festigt. Die Referenzfläche wird hier durch eine plane Ober- fläche des Bezugskörpers gebildet, der seitlich über das Trä- gerprofil hinausragt. Die Referenzfläche liegt damit auf Höhe der Unterkante des Trägerprofils. In dieser Ausführung ist eine Referenzfläche gebildet, auf die Bauformen an Trägerpro- filen mit Schleifkontaktstücken aufsetzbar sind, welche eine standardisierte Trägerprofilhöhe aufweisen. Damit ergibt sich aus dem Höhenprofil über Referenzfläche die verbleibende Ver- schleißreserve an Schleifkontaktstückmaterial durch Subtrak- tion der Trägerprofilhöhe. Werden andere Trägerprofilhöhen verwendet, ist die in der Auswertungseinheit zu hinterlegen. In a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the reference body is fastened to a carrier profile which fixes the sliding contact piece in place. The reference surface is formed here by a flat surface of the reference body, which protrudes laterally beyond the carrier profile. The reference surface is therefore at the height of the lower edge of the carrier profile. In this embodiment, a reference surface is formed onto which designs of carrier profiles with sliding contact pieces can be placed, which have a standardized carrier profile height. This results in the remaining wear reserve of sliding contact piece material from the height profile over the reference surface by subtracting the carrier profile height. If other carrier profile heights are used, they must be stored in the evaluation unit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems ist die Referenzfläche am Übergang von Trägerprofil zu Schleifkontaktstück angeordnet. In dieser Ausführung kann der Bezugskörper zwei Schenkel aufweisen, die das Trägerprofil U-förmig umgreifen, so dass die durch die Oberseiten der Schenkel gebildete Referenzfläche auf Höhe der Unterseite des Schleifkontaktstückes liegen. Dies setzt zwar voraus, dass bei einem Wechsel stets auf mit dem Bezugskörper maßlich kompatible Trägerprofile mit Schleifkontaktstücken zu verwenden sind, aber das Höhenprofil und damit die Ver- schleißreserve an Schleifkontaktstückmaterial ergibt sich messtechnisch unmittelbar aus der Differenz der Messabstände zwischen der Kontaktfläche des Schleifkontaktstückes und der Referenzfläche. In a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the reference surface is arranged at the transition from the carrier profile to the sliding contact piece. In this embodiment, the reference body can have two legs which enclose the carrier profile in a U-shape, so that the reference surface formed by the upper sides of the legs is level with the underside of the sliding contact piece. Although this presupposes that, when changing, carrier profiles with sliding contact pieces that are dimensionally compatible with the reference body are to be used, the height profile and thus the wear reserve of the sliding contact piece material results directly from the measurement technology from the difference in the measuring distances between the contact surface of the sliding contact piece and the reference surface.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems ist der Bezugskörper an einer das Trä- gerprofil abstützenden Tragstruktur des Stromabnehmers befes- tigt. Durch diese Befestigung des Bezugskörpers wird die Mas- se der beispielsweise als Schleifleiste ausgebildeten Kombi- nation aus Schleifkontaktstück und Trägerprofil nicht unnötig erhöht. Auch muss dadurch das Design bzw. die äußere Form des Trägerprofils nicht für eine Befestigung von Bezugskörpern vorgegeben werden. So kann beispielsweise ein kleiner und leichter Bezugskörper direkt an den beiden Aufnahmepunkten der Kontaktwippe für das Trägerprofil befestigt sein, um die für die Abtastmessung erforderliche Referenzfläche bereitzu- stellen. In a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the reference body is fastened to a carrying structure of the current collector that supports the carrier profile. takes. This fastening of the reference body does not unnecessarily increase the mass of the combination of sliding contact piece and support profile, which is designed as a sliding strip, for example. As a result, the design or the outer shape of the carrier profile does not have to be specified for attachment of reference bodies. For example, a small and light reference body can be attached directly to the two mounting points of the contact rocker for the carrier profile in order to provide the reference surface required for the scanning measurement.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems ist der Abtaststrahl der Sensoreinrich- tung als Laserstrahl ausgebildet. Die Sensoreinrichtung kann als 3D-Laserschnittsensor mit einem hochfrequent abtastenden Linienlaser ausgebildet sein. Das damit durchführbare Laser- schnittverfahren ist an sich bekannt, gut verfügbar und weist die für die Höhenprofilerfassung erforderliche Messgenauig- keit auf. In a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the scanning beam of the sensor device is designed as a laser beam. The sensor device can be designed as a 3D laser cut sensor with a high-frequency scanning line laser. The laser cutting process that can be carried out in this way is known per se, readily available and has the measurement accuracy required for recording the height profile.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems weist der Bezugskörper ein durch die Sensoreinrichtung erfassbares Identifikationsmerkmal auf. Durch eine eindeutige Identifizierung aller Bezugskörper durch die Sensoreinrichtung können als Zustandsdaten die ge- nauen Lagen von Schäden an einem Schleifkontaktstück oder auch von anderen Komponenten des Stromabnehmers, beispiels- weise einer die Schleifkontaktstücke tragende Kontaktwippe, in seitlicher bzw. lateraler Richtung noch genauer zugeordnet werden. Zudem ist es bei einer Fehlmessung eines der Bezugs- körper nicht unklar, zu welcher Position innerhalb des Strom- abnehmers die weiteren erkannten Bezugskörper gehören, da die Bezugskörper aufgrund ihres Identifikationsmerkmals voneinan- der unterschieden werden können. Das Identifikationsmerkmal kann beispielsweise durch ein in die Referenzfläche eingra- viertes Muster gebildet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems ist das Identifikationsmerkmal durch ei- ne Außenkontur des Bezugskörpers gebildet. Beispielsweise können an den Seitenflächen der Bezugskörper vertikal einge- fräste Nuten in Breite und/oder Abstand derart variieren, dass ein dadurch entstandenes und von ober durch die Sen- soreinrichtung erfassbares Muster der Außenkontur den jewei- ligen Bezugskörper eindeutig identifiziert. Eine solche Au- ßenkontur ist einfach herstellbar. In a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the reference body has an identification feature that can be detected by the sensor device. With a clear identification of all reference bodies by the sensor device, the exact locations of damage to a sliding contact piece or other components of the pantograph, for example a contact rocker carrying the sliding contact pieces, can be assigned even more precisely in the lateral direction as status data. In addition, if one of the reference bodies is incorrectly measured, it is not unclear to which position within the pantograph the further recognized reference bodies belong, since the reference bodies can be distinguished from one another on the basis of their identification feature. The identification feature can be formed, for example, by a pattern engraved into the reference surface. In a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the identification feature is formed by an outer contour of the reference body. For example, grooves milled vertically into the side faces of the reference bodies can vary in width and/or spacing in such a way that a pattern of the outer contour that results and can be detected from above by the sensor device clearly identifies the respective reference body. Such an outer contour is easy to produce.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems ist die Auswertungseinheit dazu ausge- bildet, die seitliche Lage des Höhenprofils anhand der seit- lichen Lage eines oder mehrerer Bezugskörper zu ermitteln. Als zusätzliche Zustandsdaten werden hierdurch der örtliche Verlauf der Verschleißreserve, also der tatsächlichen noch verfügbaren Materialhöhe des Schleifkontaktstückes, ermit- telt. Des Weiteren kann die Lage insbesondere von lokalen Ausbrüchen oder Abplatzungen von Schleifkontaktstückmaterial - beispielsweise aus dessen Vorder- oder Hinterkante - durch Lagevergleich mit den Bezugskörpern als Zustandsdaten ermit- telt werden. In a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the evaluation unit is designed to determine the lateral position of the height profile based on the lateral position of one or more reference bodies. The local progression of the wear reserve, ie the actually still available material height of the sliding contact piece, is determined as additional status data. Furthermore, the position, in particular of local breakouts or spalling of sliding contact piece material—for example from its front or rear edge—can be determined as state data by comparing the position with the reference bodies.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems ist die Auswertungseinheit dazu ausge- bildet, die seitliche Lage des Schleifkontaktstückes anhand der seitlichen Lage eines oder mehrerer Bezugskörper zu er- mitteln. Die erfasste Ist-Seitenlage des Schleifkontaktstü- ckes im Vergleich zu einer in der Auswertungseinheit hinter- legten Soll-Seitenlage bilden wichtige Zustandsdaten, die Auskunft über eine mögliche Fehlstellung des Schleifkontakt- stückes geben können. Dieses Prinzip kann auch auf andere Bauteile und Komponenten im Erfassungsbereich der Sensorein- richtung angewandt werden, so dass Fehlstellungen oder ein vollständiges Fehlen dieser Bauteile oder Komponenten detek- tiert werden können. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems ist die Auswertungseinheit dazu ausge- bildet, die seitliche Lage des Fahrdrahtes relativ zum Schleifkontaktstück zu ermitteln. Das erfasste Höhenprofil weist dort, wo der Fahrdraht auf dem Schleifkontaktstück auf- liegt, eine deutliche Erhöhung gegenüber der Kontaktfläche des Schleifkontaktstückes in der Breite und Höhe des Fahr- drahtes auf. Aus den bekannten Einbauorten der Bezugskörper und aus deren bekannten Lagen relativ zur Fahrzeuglängsmitte einerseits und andererseits aus der seitlichen Lage des Fahr- drahtes relativ zum Schleifkontaktstück kann als zusätzliche Information die augenblickliche Relativlage des Triebfahr- zeugs zu dem oder den Fahrdrähten der Oberleitungsanlage ge- wonnen werden. Insbesondere bei nicht spurgebundenen Trieb- fahrzeugen, wie Straßenfahrzeugen, kann die Relativlageinfor- mation zu Lenkeingriffen genutzt werden, um den Kontakt zu den Fahrdrähten nicht zu verlieren. In a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the evaluation unit is designed to determine the lateral position of the sliding contact piece using the lateral position of one or more reference bodies. The recorded actual lateral position of the sliding contact piece compared to a target lateral position stored in the evaluation unit form important status data that can provide information about a possible incorrect position of the sliding contact piece. This principle can also be applied to other parts and components in the detection range of the sensor device, so that incorrect positions or a complete absence of these parts or components can be detected. In a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the evaluation unit is designed to determine the lateral position of the contact wire relative to the sliding contact piece. Where the contact wire rests on the sliding contact piece, the recorded height profile shows a clear increase in width and height of the contact wire compared to the contact surface of the sliding contact piece. From the known installation locations of the reference bodies and from their known positions relative to the longitudinal center of the vehicle on the one hand and on the other hand from the lateral position of the contact wire relative to the sliding contact piece, the current position of the traction vehicle relative to the contact wire(s) of the overhead contact line system can be obtained as additional information . The relative position information can be used for steering interventions, particularly in the case of traction vehicles that are not track-bound, such as road vehicles, in order not to lose contact with the contact wires.
Die Erfindung betrifft ferner einen Stromabnehmer für ein elektrisches Triebfahrzeug nach Anspruch 11, der mindestens ein zur elektrischen Kontaktierung eines Fahrdrahtes einer Oberleitungsanlage vorgesehenes Schleifkontaktstück und ein System zur Erfassung eines Verschleißzustandes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist. The invention also relates to a current collector for an electric traction vehicle according to claim 11, which has at least one sliding contact piece provided for electrically contacting a contact wire of an overhead line system and a system for detecting a state of wear according to one of claims 1 to 10.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Triebfahrzeug mit einem Stromabnehmer nach Anspruch 12. The invention also relates to a traction vehicle with a pantograph according to claim 12.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen an- hand der Zeichnungen, in deren Further advantages and properties of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings, in which:
FIG 1 eine Seitenansicht eines Triebfahrzeugs mit einem eine Oberleitungsanlage kontaktierenden Stromabneh- mer, 1 shows a side view of a traction vehicle with a pantograph contacting an overhead line system,
FIG 2 eine perspektivische Ansicht des Stromabnehmers aus2 shows a perspective view of the current collector
FIG 1, FIG 3 eine Frontansicht einer Schleifleiste des Stromab- nehmers aus FIG 2, 1, 3 shows a front view of a contact strip of the current collector from FIG. 2,
FIG 4 eine Draufsicht der Schleifleiste aus FIG 3, 4 shows a plan view of the contact strip from FIG. 3,
FIG 5 ein Querschnitt durch die Schleifleiste aus FIG 2,5 shows a cross section through the contact strip from FIG. 2,
FIG 6 eine Frontansicht einer unter einer Sensoreinrich- tung befindlichen Schleifleiste, 6 shows a front view of a contact strip located under a sensor device,
FIG 7 ein Querschnitt durch die Schleifleiste aus FIG 2 mit einem Bezugskörper einer ersten Ausführung,7 shows a cross section through the contact strip from FIG. 2 with a reference body of a first embodiment,
FIG 8 ein Querschnitt durch die Schleifleiste aus FIG 2 mit einem Bezugskörper einer zweiten Ausführung, FIG 9 eine perspektivische Darstellung einer für einen Bezugskörper an einer Schleifleiste vorgesehenen Befestigungsstelle, 8 shows a cross section through the contact strip from FIG. 2 with a reference body of a second embodiment, FIG. 9 shows a perspective view of a fastening point provided for a reference body on a contact strip,
FIG 10 eine Draufsicht auf eine Kontaktwippe des Stromab- nehmers mit zwei Schleifleisten und vier Bezugskör- pern, und 10 shows a plan view of a contact rocker of the current collector with two contact strips and four reference bodies, and
FIG 11 eine perspektivische Darstellung eines Bezugskör- pers schematisch veranschaulicht sind. 11 shows a perspective representation of a reference body.
Gemäß FIG 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 aufge- hängt sind. Aufgrund der gegen Erde isolierenden gummibereif- ten Fahrzeugräder 6 des Triebfahrzeugs 1 ist die Oberlei- tungsanlage zweipolig ausgebildet, weist also zwei nebenei- nander verlaufende, als Hin- und Rückleiter ausgebildete Fahrdrähte 3 auf. Das Triebfahrzeug 1 umfasst einen elektri- schen oder hybridelektrischen Traktionsantrieb 7, zu dessen Versorgung mit Traktionsenergie ein Stromabnehmer 8 vorgese- hen ist, der beispielsweise über seinen Hauptrahmen 9 am Fahrzeuggestell 10 abgestützt ist. Unter zusätzlichem Verweis auf FIG 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, wäh- rend der Oberarm 12 fahrdrahtseitig je Kontaktpol eine Kon- taktwippe 14 mit zwei in Fahrzeuglängsrichtung X hintereinan- der 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 ausge- bildeten Hubeinrichtung 17 ist das Traggestänge aufstellbar, wodurch sich die Schleifleisten 15 aus einer unteren Ruhepo- sition in eine obere Kontaktposition gemäß FIG 1 entlang ei- ner Fahrzeughochrichtung Z anheben lassen. Um die durch die Schleifleisten 15 definierte Kontaktebene dabei parallel an- zuheben, 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 Herstel- lung eines elektrischen Kontakts an den zugeordneten Fahr- draht 3 angedrückt. According to FIG. 1, an electric traction vehicle 1 embodied, for example, as a tractor unit 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 from suspension cables 5 via hangers 4. Due to the rubber-tired vehicle wheels 6 of the traction vehicle 1 insulating against earth, the catenary system is of two-pole design, ie it 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 the supply of which with traction energy a current collector 8 is provided, which is supported on the vehicle frame 10 via its main frame 9, for example. With additional reference to FIG. 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 can be raised from a lower rest position into an upper contact position according to FIG. In order to raise the contact plane defined by the contact strips 15 in parallel, the current collector 8 includes 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 FIG 3 bis FIG 5 ein läng- liches Schleifkontaktstück 19 aus einem elektrisch leitfähi- gen, meist kohlehaltigen Material, welches auf einem Träger- profil 20 fixiert ist. Das Trägerprofil 20 kann als Alumini- umhohlprofil ausgebildet sein. Das Schleifkontaktstück 19 kann gemäß FIG 5 über seine gesamte Länge einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, der im unverschlissenen Neuzustand in einem mittleren Arbeitsbereich höher ausgebildet ist und zu beiden seitlichen Enden hin flach abfällt. Das Schleifkon- taktstück 19 weist eine Oberseite 21 auf, welche im Fahrzeug- betrieb dem Fahrdraht 3 zugewandt ist und welche die Kontakt- fläche zum Fahrdraht 3 bildet. Eine Vorderseite 22 des Schleifkontaktstückes 19 zeigt in Fahrzeuglängsrichtung X des Triebfahrzeugs 1 in Fahrtrichtung, eine dieser gegenüberlie- gende Rückseite 23 des Schleifkontaktstückes 19 entgegen die Fahrtrichtung. Oberseite 21 und Vorderseite 22 stoßen an ei- ner Vorderkante 24 des Schleifkontaktstückes 19 aneinander, Oberseite 21 und Rückseite 23 an einer Hinterkante 25 des Schleifkontaktstückes 19. Vorderkante 24 und Hinterkante 25 sind gemäß FIG 5 leicht abgerundet. According to FIG. 3 to FIG. 5, each contact strip 15 comprises an elongate sliding contact piece 19 made of an electrically conductive, mostly carbonaceous material, which is fixed on a carrier profile 20 . The carrier profile 20 can be designed as an aluminum hollow profile. According to FIG. 5, the sliding contact piece 19 can have a rectangular cross-section over its entire length, which is higher in a central working area when it is new and not worn and slopes flatly towards both lateral ends. The sliding contact piece 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 sliding contact piece 19 shows in the vehicle longitudinal direction X of the traction vehicle 1 in the direction of travel, and a rear side 23 of the sliding contact piece 19 opposite this driving direction. Top 21 and front 22 abut on a front edge 24 of the sliding contact piece 19, top 21 and back 23 on a rear edge 25 of the sliding contact piece 19. Front edge 24 and rear edge 25 are slightly rounded as shown in FIG.
Der im Fährbetrieb des Triebfahrzeugs 1 auftretende Material- verschleiß des Schleifkontaktstückes 19 aber auch eine Fehl- stellung des Schleifkontaktstückes 19 werden durch ein erfin- dungsgemäßes System 30 gemäß FIG 6 bis FIG 11 erfasst. Das Erfassungssystem 30 weist mindestens einen Bezugskörper auf, der in der Ausführung gemäß FIG 7 das Bezugszeichen 33 und in der Ausführung gemäß FIG 8 das Bezugszeichen 34 trägt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß FIG 10 sind vier Be- zugskörper 34a, 34b, 34c und 34d vorgesehen. Jeder Bezugskör- per 33, 34, 34a bis 34d weist eine Referenzfläche 35 auf und ist fest mit dem Stromabnehmer 8 verbunden, so dass während der Fahrt des Triebfahrzeugs 1 zwischen Schleifkontaktstück 19 und Referenzfläche 35 eine feste Relativlage besteht. Die Referenzfläche ist eben ausgebildet und dient als Vergleichs- niveau für Abstandsmessungen der Sensoreinrichtung 31. The material wear of the sliding contact piece 19 that occurs when the traction vehicle 1 is running, but also a misalignment of the sliding contact piece 19, are detected by a system 30 according to the invention as shown in FIG. 6 to FIG. The detection system 30 has at least one reference body, which bears the reference number 33 in the embodiment according to FIG. 7 and the reference number 34 in the embodiment according to FIG. In the exemplary embodiment shown in FIG. 10, four reference bodies 34a, 34b, 34c and 34d are provided. Each reference body 33, 34, 34a to 34d has a reference surface 35 and is firmly connected to the pantograph 8, so that there is a fixed relative position between the sliding contact piece 19 and the reference surface 35 while the traction vehicle 1 is moving. The reference surface is flat and serves as a comparison level for distance measurements of the sensor device 31.
Gemäß FIG 9 und FIG 10 sind die Bezugskörper 34a bis 34d an einer das Trägerprofil 20 abstützenden Tragstruktur des Stromabnehmers 8 befestigt. Als Tragstruktur dient hier die Kontaktwippe 14 des Stromabnehmers 8. Besonders gut eignen sich für eine Befestigung der Bezugskörper 34a bis 34d die vier am Wippenkasten 26 angebrachten Profilaufnahmen 27, auf welchen die Trägerprofile 20 der Schleifleisten 15 fixiert werden. Die Befestigungsstellen sind in FIG 9 wegen der bes- seren Sichtbarkeit ohne Bezugskörper 34a bis 34d dargestellt. Die Bezugskörper 34a bis 34d werden auf den Profilaufnahmen 27 befestigt, so dass eine auf je zwei Bezugskörpern 34a und 34b beziehungsweise 34c und 34d montierte Schleifleiste 15 gewechselt werden, ohne dass die Bezugskörper 34a bis 34d de- montiert werden müssen. Eine Sensoreinrichtung 31 des Erfassungssystems 30 ist bei- spielsweise an einem streckenseitigen Messportal angeordnet, welches vor Beginn eines elektrifizierten Streckenabschnitts mit Fahrdrähten 3 aber auch an geeigneten Messstellen auf dem Streckenabschnitt aufgestellt sein kann. Ein Messportal kann die gesamte Fahrbahn brückenartig Überspannen oder durch ei- nen seitlichen Mast mit Ausleger gebildet sein. Die Sen- soreinrichtung 31 ist vorzugsweise als Laserscanner mit einem lenkbaren durch einen Laserstrahl gebildeten Abtaststrahl 32 ausgeführt. Es eignen sich aber auch andere elektrooptische Sensoreinrichtungen mit lenkbarem Abtaststrahl. Der Laser- scanner ist ein 3D-Laserschnittsensor mit einem hochfrequent abtastenden Linienlaser, mittels dessen ein Höhenprofil des Schleifkontaktstückes 19 über der Referenzfläche 35 erfasst werden kann. Dazu ist die Sensoreinrichtung 31 gemäß FIG 1 oberhalb der Fahrbahn 2 angeordnet, um ihren Abtaststrahl 32 vertikal von oben auf Schleifkontaktstücke 19 von passieren- den Triebfahrzeugen 1 richten zu können. An einem Messportal sind gegebenenfalls mehrere Sensoreinrichtungen 31 angeord- net, um alle Schleifkontaktstücke 19 eines Triebfahrzeugs 1 zu erfassen. According to FIG. 9 and FIG. 10, the reference bodies 34a to 34d are fastened to a support structure of the current collector 8 that supports the carrier profile 20 . The contact rocker 14 of the current collector 8 serves as the supporting structure. The four profile mounts 27 attached to the rocker box 26, on which the carrier profiles 20 of the contact strips 15 are fixed, are particularly suitable for fastening the reference bodies 34a to 34d. The attachment points are shown in FIG. 9 without reference bodies 34a to 34d for better visibility. The reference bodies 34a to 34d are attached to the profile mounts 27 so that a contact strip 15 mounted on two reference bodies 34a and 34b or 34c and 34d can be changed without the reference bodies 34a to 34d having to be dismantled. A sensor device 31 of the detection system 30 is arranged, for example, on a trackside measurement portal, which can be set up before the start of an electrified track section with contact wires 3 but also at suitable measuring points on the track section. A measuring portal can span the entire roadway like a bridge or be formed by a lateral mast with a cantilever. The sensor device 31 is preferably designed as a laser scanner with a steerable scanning beam 32 formed by a laser beam. However, other electro-optical sensor devices with a steerable scanning beam are also suitable. The laser scanner is a 3D laser cut sensor with a high-frequency scanning line laser, by means of which a height profile of the sliding contact piece 19 above the reference surface 35 can be recorded. For this purpose, the sensor device 31 according to FIG. 1 is arranged above the roadway 2 in order to be able to direct its scanning beam 32 vertically from above onto sliding contact pieces 19 of traction vehicles 1 passing. If necessary, several sensor devices 31 are arranged on a measuring portal in order to detect all sliding contact pieces 19 of a traction vehicle 1 .
Der Messbereich der Sensoreinrichtung 31 liegt gemäß FIG 6 in einer Messbereichsentfernung D von etwa 500 mm oberhalb des abzutastenden Schleifkontaktstückes 19. Der seitliche Schwenkbereich des Abtaststrahls 31 auf Höhe des Schleifkon- taktstückes 19 und damit die Messbereichsbreite B beträgt et- wa 1200 mm. Der Laserstrahl 31 ist für eine Messbereichshöhe von etwa 100 mm ausgelegt, innerhalb dessen die etwa 30 mm betragende Verschleißreserve V eines Schleifkontaktstückes 19 liegt. Der Laserstrahl 31 tastet die Oberseite 21 des Schleifkontaktstückes 19 und der Referenzfläche 35 des Be- zugskörpers 33 gemäß FIG 7 beziehungsweise 34 gemäß FIG 8 nacheinander Schnittebenen, die in Fahrzeuglängsrichtung X hintereinander liegen, ab. Von einigen der Schnittebenen ist jeweils ein Reflexionspunkt R des Abtaststrahls 32 durch eine kleine Kreisfläche angedeutet. Jede Schnittebene führt so zu einer Höhenlinie und die Summe aller Höhenlinien zu einem Hö- henprofil. According to FIG. 6, the measuring range of the sensor device 31 is at a measuring range distance D of about 500 mm above the sliding contact piece 19 to be scanned. The laser beam 31 is designed for a measuring range height of about 100 mm, within which the wear reserve V of a sliding contact piece 19, which is about 30 mm, lies. The laser beam 31 scans the upper side 21 of the sliding contact piece 19 and the reference surface 35 of the reference body 33 according to FIG. 7 or 34 according to FIG. A reflection point R of the scanning beam 32 is indicated by a small circular area from some of the sectional planes. Each cutting plane leads to a contour line and the sum of all contour lines to form a height profile.
Gemäß FIG 7 ist der Bezugskörper 33 als Platte ausgeführt, die seitlich über das Trägerprofil 20 hinausragt. Die Refe- renzfläche 35 wird durch die plane Oberfläche der Platte ge- bildet. Die Referenzfläche 35 liegt damit auf Höhe der Unter- kante des Trägerprofils 20. Damit ergibt sich aus dem Höhen- profil h über Referenzfläche 35 die verbleibende Verschleiß- reserve V an Schleifkontaktstückmaterial durch Subtraktion der Trägerprofilhöhe p. Gemäß FIG 8 ist die Referenzfläche 35 des u-förmig ausgebildeten Bezugskörpers 34 am Übergang von Trägerprofil 20 zu Schleifkontaktstück 19 angeordnet. Das Hö- henprofil h und damit die Verschleißreserve V an Schleifkon- taktstückmaterial ergibt sich messtechnisch hierbei unmittel- bar aus der Differenz der Messabstände zwischen der Oberseite 21 des Schleifkontaktstückes 19 und der Referenzfläche 35. According to FIG. 7, the reference body 33 is designed as a plate which protrudes laterally beyond the carrier profile 20. FIG. The reference surface 35 is formed by the planar surface of the plate. The reference surface 35 is thus at the level of the lower edge of the carrier profile 20. The remaining wear reserve V of sliding contact piece material is thus obtained from the height profile h above the reference surface 35 by subtracting the carrier profile height p. According to FIG. 8, the reference surface 35 of the U-shaped reference body 34 is arranged at the transition from the carrier profile 20 to the sliding contact piece 19 . The height profile h and thus the wear reserve V of the sliding contact piece material results from the measurement technology directly from the difference in the measuring distances between the upper side 21 of the sliding contact piece 19 and the reference surface 35.
Gemäß FIG 10 weisen die Bezugskörper 34a bis 34d je ein durch die Sensoreinrichtung 31 erfassbares Identifikationsmerkmal auf, welches durch je eine individuelle Außenkontur 36 des Bezugskörpers 34a bis 34d gebildet ist. Beispielsweise können die Bezugskörper 34a bis 34d gemäß FIG 10 vertikal eingefräs- te Nuten aufweisen, die in Breite und/oder Abstand derart va- riieren, dass ein dadurch entstandenes und von ober durch die Sensoreinrichtung 31 erfassbares Muster der Außenkontur 36 den jeweiligen Bezugskörper 34a bis 34d eindeutig identifi- ziert. Eine ebenso einfach herstellbares Identifikationsmerk- mal kann gemäß FIG 11 durch quergefräste Nuten in den Schen- keln eines u-förmigen Bezugskörpers 34 (siehe FIG 8) gebildet sein, welches durch Variation in Breite und Abstand der Nuten entsteht. Die Sensoreinrichtung 31 erkennt den jeweiligen Be- zugskörper 34 anhand des individuellen Verlaufs der Höhenli- nien im Bereich der Referenzflächen 35. Durch die Unter- scheidbarkeit der Bezugskörper 34a bis 34d aus Sicht der Sen- soreinrichtung 31 können als Zustandsdaten die genauen Lagen von Schäden an einem Schleifkontaktstück 19 oder auch von an- deren Komponenten des Stromabnehmers 8, beispielsweise einer die Schleifkontaktstücke 19 tragende Kontaktwippe 14, in seitlicher bzw. lateraler Richtung noch genauer zugeordnet werden. According to FIG. 10, the reference bodies 34a to 34d each have an identification feature that can be detected by the sensor device 31 and is formed by an individual outer contour 36 of the reference body 34a to 34d. For example, the reference bodies 34a to 34d according to FIG. 10 can have vertically milled grooves that vary in width and/or spacing in such a way that a pattern of the outer contour 36 that is created and that can be detected from above by the sensor device 31 can mark the respective reference body 34a to 34d clearly identified. According to FIG. 11, an identification feature that is just as easy to produce can be formed by cross-milled grooves in the legs of a U-shaped reference body 34 (see FIG. 8), which is produced by varying the width and spacing of the grooves. The sensor device 31 recognizes the respective reference body 34 based on the individual course of the contour lines in the area of the reference surfaces 35. Because the reference bodies 34a to 34d can be distinguished from the perspective of the sensor device 31, the exact locations of damage can be recognized as status data a sliding contact piece 19 or other components of the pantograph 8, for example the contact rocker 14 carrying the sliding contact pieces 19 can be assigned even more precisely in the lateral or lateral direction.
Mit der Sensoreinrichtung 31 ist erfindungsgemäß eine Auswer- tungseinheit 37 verbunden, mittels der aus dem erfassten Hö- henprofil h die Zustandsdaten des Schleifkontaktstückes 19 ermittelbar sind. Als Zustandsdaten können ein Höhenverlauf der Kontaktfläche 21 und daraus die verbliebene Verschließre- serve des Schleifkontaktstückes 19, die Lage möglicher Brüche im oder Ausbrüche aus dem Schleifkontaktstück 19 oder die La- ge des Schleifkontaktstückes 19 als Ganzes auf dem Stromab- nehmer 8 gewonnen werden. Hierzu kann die Auswertungseinheit 37 eine nicht dargestellte Speichereinheit mit Referenzprofi- len und Referenzlagen von unverschlissenen und ordnungsgemäß angeordneten Schleifkontaktstücken 19 als Referenzdaten auf- weisen. Eine ebenfalls nicht dargestellte Vergleichseinheit der Auswertungseinheit 37 kann durch Vergleich der erfassten Höhenprofile h mit den Referenzdaten die Zustandsdaten des Schleifkontaktstücks 19 ermitteln. According to the invention, an evaluation unit 37 is connected to the sensor device 31, by means of which the status data of the sliding contact piece 19 can be determined from the recorded height profile h. A height profile of the contact surface 21 and from this the remaining closing reserve of the sliding contact piece 19, the position of possible breaks in or out of the sliding contact piece 19 or the position of the sliding contact piece 19 as a whole on the current collector 8 can be obtained as status data. For this purpose, the evaluation unit 37 can have a memory unit (not shown) with reference profiles and reference positions of unworn and properly arranged sliding contact pieces 19 as reference data. A comparison unit, also not shown, of the evaluation unit 37 can determine the status data of the sliding contact piece 19 by comparing the detected height profiles h with the reference data.
Die Auswertungseinheit 37 ist insbesondere dazu ausgebildet, die seitliche Lage des Höhenprofils h anhand der seitlichen Lage eines oder mehrerer Bezugskörper 33, 34, 34a bis 34d zu ermitteln. Als zusätzliche Zustandsdaten werden hierdurch der örtliche Verlauf der Verschleißreserve V, also der tatsächli- chen noch verfügbaren Materialhöhe des Schleifkontaktstückes 19, ermittelt. Des Weiteren kann die Lage insbesondere von lokalen Ausbrüchen oder Abplatzungen von Schleifkontaktstück- material - beispielsweise aus dessen Vorderkante 24 oder Hin- terkante 25 - durch Lagevergleich mit den Bezugskörpern 33, 34, 34a bis 34d als Zustandsdaten ermittelt werden. The evaluation unit 37 is designed in particular to determine the lateral position of the height profile h using the lateral position of one or more reference bodies 33, 34, 34a to 34d. The local progression of the wear reserve V, ie the material height of the sliding contact piece 19 that is actually still available, is thereby determined as additional status data. Furthermore, the position of local breakouts or spalling of sliding contact piece material—for example from its front edge 24 or rear edge 25—can be determined as status data by comparing the position with the reference bodies 33, 34, 34a to 34d.
Die Auswertungseinheit ist insbesondere auch dazu ausgebil- det, die seitliche Lage des Schleifkontaktstückes 19 anhand der seitlichen Lage eines oder mehrerer Bezugskörper 33, 34, 34a bis 34d zu ermitteln. Die erfasste Ist-Seitenlage des Schleifkontaktstückes 19 im Vergleich zu einer in der Auswer- tungseinheit 37 hinterlegten Soll-Seitenlage bilden wichtige Zustandsdaten, die Auskunft über eine mögliche Fehlstellung des Schleifkontaktstückes 19 geben können. Dieses Prinzip kann auch auf andere Bauteile und Komponenten im Erfassungs- bereich der Sensoreinrichtung 31 angewandt werden, so dass Fehlstellungen oder ein vollständiges Fehlen dieser Bauteile oder Komponenten detektiert werden können. The evaluation unit is also designed in particular to determine the lateral position of the sliding contact piece 19 using the lateral position of one or more reference bodies 33, 34, 34a to 34d. The detected actual lateral position of the sliding contact piece 19 compared to a Processing unit 37 stored target lateral position form important status data that can provide information about a possible misalignment of the sliding contact piece 19. This principle can also be applied to other parts and components in the detection area of the sensor device 31, so that incorrect positions or a complete absence of these parts or components can be detected.
Die Auswertungseinheit 31 ist insbesondere noch dazu ausge- bildet, die seitliche Lage des Fahrdrahtes 3 relativ zum Schleifkontaktstück 19 zu ermitteln. Das erfasste Höhenprofil h weist dort, wo der Fahrdraht 3 auf dem Schleifkontaktstück 19 aufliegt, eine deutliche Erhöhung gegenüber der Kontakt- fläche 21 des Schleifkontaktstückes 19 in der Breite und Höhe des Fahrdrahtes 3 auf. Aus den bekannten Einbauorten der Be- zugskörper 33, 34, 34a bis 34d und aus deren bekannten Lagen relativ zur Fahrzeuglängsmitte einerseits und andererseits aus der seitlichen Lage des Fahrdrahtes 3 relativ zum Schleifkontaktstück 19 kann als zusätzliche Information die augenblickliche Relativlage des Triebfahrzeugs 1 zu dem oder den Fahrdrähten 3 der Oberleitungsanlage gewonnen werden. The evaluation unit 31 is also designed in particular to determine the lateral position of the contact wire 3 relative to the sliding contact piece 19 . Where the contact wire 3 rests on the sliding contact piece 19 , the recorded height profile h shows a clear increase in width and height of the contact wire 3 compared to the contact surface 21 of the sliding contact piece 19 . From the known installation locations of the reference bodies 33, 34, 34a to 34d and from their known positions relative to the longitudinal center of the vehicle on the one hand and on the other hand from the lateral position of the contact wire 3 relative to the sliding contact piece 19, the instantaneous position of the traction vehicle 1 relative to the or be won the contact wires 3 of the overhead line system.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. System (30) zur Erfassung eines Verschleißzustandes eines auf einem elektrischen Triebfahrzeug (1) angeordneten Strom- abnehmers (8), welcher mindestens ein zur Kontaktierung eines Fahrdrahtes (3) einer Oberleitungsanlage vorgesehenes Schleifkontaktstück (19) aufweist, umfassend eine Sensorein- richtung zur Erfassung von den Verschleißzustand des Schleif- kontaktstückes (19) repräsentierenden Zustandsdaten, gekennzeichnet durch 1. System (30) for detecting a state of wear of a pantograph (8) arranged on an electric traction vehicle (1), which has at least one sliding contact piece (19) provided for contacting a contact wire (3) of an overhead line system, comprising a sensor device for detecting status data representing the wear status of the sliding contact piece (19), characterized by
- mindestens einen eine Referenzfläche (35) aufweisenden Be- zugskörper (33, 34, 34a bis 34d), welcher derart fest mit dem Stromabnehmer (8) verbunden ist, dass während der Fahrt des Triebfahrzeugs (1) zwischen Schleifkontaktstück (19) und Re- ferenzfläche (35) eine feste Relativlage besteht, - At least one reference body (33, 34, 34a to 34d) having a reference surface (35), which is firmly connected to the pantograph (8) in such a way that while the traction vehicle (1) is moving between the sliding contact piece (19) and Re - there is a fixed relative position on the reference surface (35),
- wobei die Sensoreinrichtung (31) derart streckenseitig an- geordnet und dazu ausgebildet ist, mittels eines lenkbaren Abtaststrahls (32) ein Höhenprofil (h) des Schleifkontaktstü- ckes (19) über der Referenzfläche (35) zu erfassen, und - the sensor device (31) being arranged on the track side and designed to detect a height profile (h) of the sliding contact piece (19) above the reference surface (35) by means of a steerable scanning beam (32), and
- wobei mit der Sensoreinrichtung (31) eine Auswertungsein- heit (37) verbunden ist, mittels der aus dem erfassten Höhen- profil (h) die Zustandsdaten des Schleifkontaktstückes (19) ermittelbar sind. - An evaluation unit (37) being connected to the sensor device (31), by means of which the status data of the sliding contact piece (19) can be determined from the recorded height profile (h).
2. System (30) nach Anspruch 1, 2. System (30) according to claim 1,
- wobei der Bezugskörper (33, 34, 34a bis 34d) an einem im Bereich eines das Schleifkontaktstück (19) fixierenden Trä- gerprofils (20) befestigt ist. - The reference body (33, 34, 34a to 34d) being attached to a carrier profile (20) which fixes the sliding contact piece (19) in place.
3. System (30) nach Anspruch 2, 3. System (30) according to claim 2,
- wobei die Referenzfläche (35) am Übergang von Trägerprofil (20) zu Schleifkontaktstück (19) angeordnet ist. - The reference surface (35) being arranged at the transition from the carrier profile (20) to the sliding contact piece (19).
4. System (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 4. System (30) according to any one of the preceding claims,
- wobei der Abtaststrahl (32) der Sensoreinrichtung (31) als Laserstrahl ausgebildet ist. - Wherein the scanning beam (32) of the sensor device (31) is designed as a laser beam.
5. System (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 5. System (30) according to any one of the preceding claims,
- wobei der Bezugskörper (33, 34, 34a bis 34d) an einer das Trägerprofil (20) abstützenden Tragstruktur (14) des Stromab- nehmers (8) befestigt ist. - The reference body (33, 34, 34a to 34d) being fastened to a carrier structure (14) of the current collector (8) supporting the carrier profile (20).
6. System (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 6. System (30) according to any one of the preceding claims,
- wobei der Bezugskörper (33, 34, 34a bis 34d) ein durch die Sensoreinrichtung (31) erfassbares Identifikationsmerkmal aufweist. - wherein the reference body (33, 34, 34a to 34d) has an identification feature that can be detected by the sensor device (31).
7. System (30) nach Anspruch 6, 7. System (30) according to claim 6,
- wobei das Identifikationsmerkmal durch eine Außenkontur (36) des Bezugskörpers (34a bis 34d) gebildet ist. - The identification feature being formed by an outer contour (36) of the reference body (34a to 34d).
8. System (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 8. System (30) according to any one of the preceding claims,
- wobei die Auswertungseinheit (37) dazu ausgebildet ist, die seitliche Lage des Höhenprofils (h) anhand der seitlichen La- ge eines oder mehrerer Bezugskörper (34a bis 34d) zu ermit- teln. - The evaluation unit (37) being designed to determine the lateral position of the height profile (h) using the lateral position of one or more reference bodies (34a to 34d).
9. System (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 9. System (30) according to any one of the preceding claims,
- wobei die Auswertungseinheit (37) dazu ausgebildet ist, die seitliche Lage des Schleifkontaktstückes (19) anhand der seitlichen Lage eines oder mehrerer Bezugskörper (34a bis 34d) zu ermitteln. - The evaluation unit (37) being designed to determine the lateral position of the sliding contact piece (19) based on the lateral position of one or more reference bodies (34a to 34d).
10. System (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 10. System (30) according to any one of the preceding claims,
- wobei die Auswertungseinheit (37) dazu ausgebildet ist, die seitliche Lage des Fahrdrahtes (3) relativ zum Schleifkon- taktstück (19) zu ermitteln. - The evaluation unit (37) being designed to determine the lateral position of the contact wire (3) relative to the sliding contact piece (19).
11. Stromabnehmer (8) für ein elektrisches Triebfahrzeug (1), aufweisend 11. Current collector (8) for an electric traction vehicle (1), having
- mindestens ein zur Kontaktierung eines Fahrdrahtes (3) ei- ner Oberleitungsanlage vorgesehenes Schleifkontaktstück (19) und - at least one sliding contact piece (19) provided for contacting a contact wire (3) of an overhead line system and
- ein System (30) zur Erfassung eines Verschleißzustandes nach einem der vorangehenden Ansprüche. - A system (30) for detecting a state of wear according to any one of the preceding claims.
12. Triebfahrzeug (1) mit einem Stromabnehmer (8) nach dem vorangehenden Anspruch. 12. Traction vehicle (1) with a pantograph (8) according to the preceding claim.
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