WO2023025714A1 - Messeinrichtung für stromabnehmer und verfahren zum betrieb der messeinrichtung sowie eine kalibrierungsvorrichtung - Google Patents

Messeinrichtung für stromabnehmer und verfahren zum betrieb der messeinrichtung sowie eine kalibrierungsvorrichtung Download PDF

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WO2023025714A1
WO2023025714A1 PCT/EP2022/073304 EP2022073304W WO2023025714A1 WO 2023025714 A1 WO2023025714 A1 WO 2023025714A1 EP 2022073304 W EP2022073304 W EP 2022073304W WO 2023025714 A1 WO2023025714 A1 WO 2023025714A1
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current collector
sensor
measuring device
determined
permanent magnet
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PCT/EP2022/073304
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Saman TORABZAD
Florian NOLTE
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Paul Vahle Gmbh & Co. Kg
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    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
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Definitions

  • the present invention relates to a measuring device for measuring a position of at least one articulated current collector on a current collector trolley of a current collector unit relative to the current collector trolley, with at least one sensor unit having at least one sensor arranged on the current collector trolley.
  • the invention also relates to a method for operating a measuring device according to the invention and a calibration device.
  • Current collector units for conductor rails are used, among other things, in factory buildings, in warehouses or in logistics centers, in particular to ensure a permanent electrical power supply for loads along the track in conveyor systems such as electric monorails or electric support railways.
  • Such current collector units usually have one or more current collectors, which are arranged in an articulated manner on a current collector trolley, the current collectors usually having at least one current collector arm and one current collector contact.
  • the current collector contacts must always be in contact with the conductor rail when the current collector units are being moved.
  • the conductor rail must be in the best possible condition and run as evenly as possible so that there are no sudden breaks in contact. suddenly
  • a current collector unit is known from DE 202 05 710 U1, in which a movement sensor is provided on a current collector, which detects the deflections of the current collector, which occur due to irregularities in its conductor line path.
  • the movement sensor is a biaxial acceleration sensor that detects the acceleration exerted on the pantograph or its movement and thus its deflection in two spatial dimensions.
  • Another current collector unit with an acceleration sensor is known from DE102017008382A1, with the acceleration sensor detecting changes in distance that occur between a vehicle that is supplied with electricity and the conductor rails, which are caused by unevenness in the conductor rail. If the distance exceeds a specified tolerance value, a warning is issued by an evaluation unit that evaluates the sensor signal and is arranged on the vehicle.
  • the measuring devices previously available on the market have the common disadvantage that the condition of a conductor rail can only be monitored relatively imprecisely. Due to the limitation to one or two spatial axes, complex three-dimensional movements in the
  • Suitable position parameters can be, for example, the stroke and the deflection of the current collector, with the stroke occurring essentially in the vertical direction, while the deflection describes the position of the current collector in the horizontal plane. Since the deflection and the stroke together span a three-dimensional space, one- or two-axis sensors are not sufficient to describe the actual position of the pantograph. This applies all the more when considering the already mentioned tilting and rotation processes. The one- or two-axis acceleration sensors used up to now can therefore only roughly determine the actual position of the pantograph.
  • the object of the present invention is therefore at least to provide a measuring device with which the position of the current collectors relative to the current collector trolley and thus the state of each corresponding conductor rail can be continuously monitored with great accuracy over the entire length of a system.
  • the object of the invention is also to be seen as providing a method for operating a measuring device according to the invention and a calibration device.
  • At least one of the objects is inventively achieved by a measuring device with the features of claim 1 in that a permanent magnet is arranged on at least one current collector and that the at least one sensor is a Hall sensor, the measuring device consisting of at least one sensor signal (x, y, z) of the at least one Hall sensor determines the position of each current collector fitted with permanent magnets.
  • At least one of the objects is inventively achieved by a method for operating a measuring device according to the invention with the features of claim 17 or by a calibration device with the features of claim 25.
  • the at least one sensor of the sensor unit is arranged in a stationary manner on the current collector trolley in relation to the articulated current collector. This makes it possible for the position of the current collector relative to the current collector trolley to be determined in that the sensor detects the magnetic field of the permanent magnet arranged on the current collector and measures the local change in the magnetic field induced by a change in position of the current collector.
  • At least one permanent magnet is arranged on at least one, in particular all, current collector(s). With the same number of sensors, each sensor can then, for example, determine the position of a pantograph. It can of course also be advantageous if more than one permanent magnet is arranged on a current collector, for example in order to generate a particularly advantageous magnetic field, or in order to determine the position of a current collector using two different sensors.
  • At least one sensor is a 3D Hall sensor. It is then possible for the measuring device to determine the position of each current collector equipped with permanent magnets in all three spatial directions.
  • the Infineon TLV493D-A1B6, for example, has proven to be particularly suitable, as it can also detect complex rotations, tilting and translations in space.
  • the 3D Hall sensor continuously emits three sensor signals that allow conclusions to be drawn about the spatial change in the detected magnetic field. Neodymium magnets are particularly suitable as permanent magnets.
  • the at least one sensor is arranged on at least one printed circuit board. In the case of multiple sensors
  • the sensor unit can have a housing which is arranged on the current collector trolley.
  • the at least one sensor is then arranged in the housing, which is positioned in such a way that the at least one sensor can detect the magnetic field of the at least one permanent magnet.
  • each permanent magnet has a different remanence than an adjacent permanent magnet, a different magnetic field strength, a different magnetization and/or a different position on the current collector. Since the current collectors of conventional current collector units are usually arranged close together, the magnetic fields of adjacent permanent magnets can influence or overlap one another, so that it can be problematic for a sensor to specifically detect the corresponding permanent magnet. By using different values, a sensor can be specifically tailored to the detection of exactly one corresponding permanent magnet.
  • the permanent magnets of adjacent current collectors are predetermined in one spatial direction by the distances between the current collectors, it can be advantageous if the permanent magnets of adjacent current collectors are each arranged at different distances from the respective bearing of the current collectors. This can result, for example, in a staggered zigzag arrangement of the permanent magnets, so that the magnetic fields of adjacent permanent magnets influence one another as little as possible.
  • the attachment point is to be understood as meaning the point or joint at which the current collector is attached or suspended in an articulated manner on the current collector trolley.
  • adjacent sensors are each at a different distance from the bearing axis of the current collector.
  • the permanent magnets and the corresponding sensors are opposite one another when the current collector is in a zero position.
  • At least one magnet holder which holds at least one permanent magnet, can be arranged on at least one current collector.
  • the magnet holder can, for example, be made partially or entirely of metal or a special shielding plastic, which can advantageously reduce the interaction between adjacent permanent magnets, in particular by aligning or targeted bundling and shaping of the magnetic fields of the individual permanent magnets.
  • at least one permanent magnet can be attached to a current collector or can be visibly or invisibly integrated therein.
  • the external shape of the permanent magnets can also influence the shape of their external magnetic field, which also makes it possible to reduce the interaction of the individual magnetic fields of the permanent magnets.
  • an RFID transponder can be arranged on the current collector or a magnet holder. After assembly or during maintenance, it can then be determined whether the assignment of sensor and permanent magnet has been carried out correctly.
  • the measuring device instructs a readout and/or a communication device to output the at least one sensor signal or to transmit the at least one sensor signal
  • the reading device can be, for example, a USB port, an SD card slot or any other suitable interface.
  • a radio transmitter, a Bluetooth® transmitter or any other suitable wireless or wired transmission option to a data processing device can be considered as a communication device.
  • the data processing device can use the at least one sensor signal to determine the position of the at least one pantograph.
  • the measuring device according to the invention can advantageously be designed in such a way that it can be attached to existing current collector units, so that existing systems can be equipped or retrofitted with a measuring device according to the invention.
  • existing systems can be equipped or retrofitted with a measuring device according to the invention.
  • the current collectors are brought into different positions simultaneously or individually or adjusted by means of an adjustment device in order to calibrate the measuring device.
  • the sensor signals measured by the sensors are determined for each position and assigned to the respective position.
  • the actual actual position of at least one, advantageously all, pantographs is calculated using the data from the knowledge database determined and evaluated during calibration in normal operation or test mode of the pantograph unit based on the sensor signals or values determined by the sensor unit.
  • different positions of the at least one current collector are thus generated by varying different position parameters such as stroke and lateral deflection transversely to the direction of travel. This is done systematically, with at least one position parameter being kept constant and at least one other position parameter being kept constant
  • a data processing device links the multiple sensor signals of the at least one sensor with one another and thus determines a new value, so that the at least one new value can be assigned to a combination of position parameters and thus to exactly one position of at least one pantograph.
  • each sensor outputs three sensor signals x, y, z.
  • the sensor signals x, y, z can then be assigned to a corresponding combination of position parameters, i.e. those present in the respective position P, such as a stroke and deflection value H, A.
  • a higher sensor signal value does not necessarily mean a higher stroke or a larger deflection.
  • the sensor signal or the sensor signals are influenced by a simultaneous tilting or rotation of the pantograph in such a way that no direct linear or monotonic relationship between the measured sensor signal and the effective lift is recognizable .
  • the sensor signal or the sensor signals are influenced by a simultaneous tilting or rotation of the pantograph in such a way that no direct linear or monotonic relationship between the measured sensor signal and the effective lift is recognizable .
  • the sensor signal or the sensor signals are influenced by a simultaneous tilting or rotation of the pantograph in such a way that no direct linear or monotonic relationship between the measured sensor signal and the effective lift is recognizable .
  • a method must be found that makes it possible to establish a monotonous connection between the sensor signals and the pantograph movements.
  • other links can be useful or necessary, which must always be re-determined in each individual case.
  • the data processing device determines at least one, in particular continuous, mathematical function which at least approximately calculates the corresponding position parameters of the different position parameters of the different positions by inserting the new values into the function.
  • the determined function can be any suitable mathematical function, such as a rational or a polynomial function, which calculates the values of the deflection parameters using the previously calculated new values or approximates them with sufficient accuracy.
  • rational functions (groups) f H , f A can be determined, which, by inserting the new values D A , D H into the corresponding function, calculate the stroke H or the lateral deflection A transverse to the direction of travel for a fixed A or a fixed H (ie along a row or a column in the above (13x5) matrix) supplies at least a good approximation, with the functions f H supplying the deflection A for a fixed H in each case by inserting the values D A and the functions f A provide the stroke for a fixed A by substituting the values D H .
  • a smallest distance Q between at least one sensor signal measured in normal operation or in test operation and the values of the at least one sensor signal determined during calibration can be determined in normal operation or in test operation and assigned to the corresponding position, so that for the new values determined in normal operation or in test operation can be calculated or approximated using the corresponding functions, the position parameters of the actual actual position of at least one or all pantographs.
  • the calibration takes place partially automatically or fully automatically. At least one of the calibration steps described above can take place automatically. All calibration steps can advantageously take place automatically. For example, at least one pantograph can be automatically brought into the various positions P intended for calibration and/or the sensor signals x, y, z measured at these positions can be automatically stored and/or the mathematical functions f H , f A can be determined automatically and/or or the new values D H , D A are determined automatically.
  • Data processing device determine and store the new values D H , D A and the mathematical functions f H , f A fully automatically, so that the pantograph unit is then fully calibrated and can be put into operation. In this way, the calibration can be carried out very easily and reliably. Appropriate program routines must of course be defined beforehand in the data processing.
  • the fully automatic calibration is particularly useful when, as described above, the current collectors are also brought into different positions relative to one another by means of the calibration device and the numerous measured values determined in the process are processed.
  • the calibration is carried out by traversing a well-defined section of a conductor line busbar. This has the practical advantage that the calibration can be checked and, if necessary, corrected again and again during the test operation without dismantling.
  • the different positions of the current collectors are adjusted by means of a calibration device provided specifically for this purpose.
  • a suitable calibration device for carrying out a method according to the invention has at least one well-defined path section
  • a conductor rail at least one current collector, at least one traversing device for adjusting the current collector, in particular the stroke and the lateral deflection transverse to the direction of travel, at least one electronic control unit for controlling the at least one traversing device and for transmitting at least one sensor signal to at least one data processing device, which is based on of the at least one sensor signal and the known position parameters determines the new values and the at least one mathematical function.
  • the method according to the invention and the calibration device according to the invention it is fundamentally possible to adjust and calibrate either all current collectors simultaneously or one, in particular each, current collector individually relative to the others.
  • the other pantographs or just the adjacent pantograph(s) can be brought into previously defined positions for each position of the pantograph to be calibrated, so that the different mutual influences of the magnetic fields of the permanent magnets in different positions of the pantographs in relation to each other the calibration is included.
  • the pantograph to be calibrated is calibrated using the position parameters, as described above, with at least one further position parameter being linked to the position of the pantograph to be calibrated, which corresponds to the position of the or the other pantograph(s), in particular the neighboring pantograph(s).
  • this at least one further position parameter is then taken into account in the measurement.
  • a suitable calibration device therefore has a suitable traversing device or multiple traversing devices that make it possible to adjust the current collectors independently of one another. An even more accurate measurement is conceivable with a current collector unit calibrated in this way. This applies above all if the current collector contacts are not evenly worn or if only one phase of the conductor rail is dirty or very dirty.
  • FIG. 1a shows a current collector unit with four current collectors and a current collector trolley (not shown) and a measuring device according to the invention, a magnet holder with a permanent magnet being arranged on each current collector;
  • 1b shows the same current collector unit with a visible sensor unit with four 3D Hall sensors
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a printed circuit board of a sensor module with four 3D Hall sensors
  • 3a shows a current collector with an integrated permanent magnet
  • 3b shows a current collector with an RFID sensor arranged on the current collector
  • 3c shows a current collector arm with a permanent magnet which is held by a magnet holder
  • 5a shows a process diagram for a calibration of the measuring device according to the invention
  • VA0276WO- / GE / 08/22/2022 5b shows a process diagram for determining an actual position during normal or test operation of a measuring device according to the invention
  • Figure la shows a current collector unit 1 with four current collectors 2a, 2b, 2c, 2d which are articulated on a current collector trolley, not shown.
  • a magnet holder MH is arranged on each current collector 2a, 2b, 2c, 2d and holds a permanent magnet Ma, Mb, Mc, Md in each case.
  • a sensor unit SU with a housing C is arranged opposite the permanent magnets Ma, Mb, Mc, Md, the housing C being fastened to a base plate 5 of the current collector trolley.
  • Figure lb shows the same current collector unit 1 from a different perspective.
  • the sensor unit SU has four sensors Sa, Sb, Sc, Sd in the form of 3D Hall sensors which are arranged opposite the permanent magnets Ma, Mb, Mc, Md, with adjacent sensors Sa, Sb, Sc, Sd just like adjacent permanent magnets Ma, Mb, Mc, Md are each arranged at a different distance Di, D 2 from a bearing or a bearing axis X of the corresponding pantograph 2a, 2b, 2c, 2d.
  • FIG. 2 shows a printed circuit board 6 of the sensor unit SU with the four sensors Sa, Sb, Sc, Sd arranged on it.
  • the arrangement of the sensors Sa, Sb, Sc, Sd corresponds to a mirrored arrangement of the opposing permanent magnets Ma, Mb, Mc, Md, not shown, so that the sensors Sa, Sb, Sc, Sd are in a zero position of the current collectors 2a, 2b, 2c, 2d are on the one hand as close as possible to the corresponding permanent magnets Ma, Mb, Mc, Md and the permanent magnets Ma, Mb, Mc, Md are at the same time arranged as far apart as possible, so that an interaction of the magnetic fields of the individual permanent magnets Ma, Mb, Mc, Md is as low as possible.
  • the circuit board 6 is arranged in the housing C, which is fixed to the base plate 5 of the current collector trolley.
  • the sensors Sa, Sb, Sc, Sd are 3D Hall sensors of the Infineon TLV493D-A1B6 type.
  • the x, y, and z axes are drawn according to the manufacturer's data sheet and the corresponding north and south poles are marked.
  • the x and y axes detect the magnetic field within the image plane, with the z axis detecting the magnetic field or its change along the surface normal of the image plane.
  • the south pole of the z-axis is closer to an observer, the north pole is correspondingly further away from the observer.
  • the sensors Sa, Sb, Sc, Sd are at a distance W from one another, which essentially corresponds to the distance between the current collectors and thus the distance between the phases of the conductor rail. In the embodiment shown, the distance W is 14mm.
  • the sensors Sa, Sb, Sc, Sd are spaced as far apart from one another as possible, depending on the size of the board, and are therefore arranged essentially at the upper or lower edge of the printed circuit board 6 .
  • Figure 3a shows a current collector 2 with a permanent magnet M incorporated therein.
  • Figure 3b shows the same current collector 2 with the permanent magnet M incorporated therein and an RFID transponder RF arranged next to it for identification of the permanent magnet M.
  • Figure 3c shows an individual view of the current collector 2d with the Magnet holder MH and the permanent magnet Md held by it.
  • FIG. 4 shows a calibration device 7 according to the invention with a current collector system 8 with four current collectors 2a′, 2b′, 2c′, 2d′, which are arranged on a traversing device 9 .
  • the traversing device 9 simulates different positions using a well-defined section 11 of a conductor rail by varying two position parameters H, A, which correspond to stroke and deflection in the exemplary embodiment shown.
  • An electronic control unit 12 is used on the one hand to control the displacement device 9 and on the other hand to transmit the measured sensor signals x, y, z to a data processing device DV.
  • the data processing DV determines according to the above description of the
  • At least the stroke and possibly also the deflection for each current collector can be adjusted or set individually with a corresponding calibration device, in which case the calibration and the later determination of the deflection and in particular the stroke can be carried out on the basis of the even more precise or , higher resolution predetermined functions can be done with greater accuracy.
  • Figure 5a shows a process diagram for the calibration of a measuring device according to the invention, as described above, using an example with position parameters stroke H and deflection A.
  • the maximum values for stroke and deflection ( ⁇ 15 mm) are selected according to the example above and are for illustration purposes only.
  • the sensor signals x, y, z are determined and stored in a corresponding matrix in a data processing device.
  • a knowledge database is generated based on the positions shown during the calibration, with the entries x, y, z each being able to be assigned to exactly one position P.
  • the entries are all marked with x, y, z, of course the values of the individual matrix elements can and should differ from one another.
  • the data processing device calculates the new values D H , D A , for example using the above linking rules. This creates another matrix in the knowledge base, with each matrix element having a new value D H and a
  • the data processing device determines a function f H , f A for each row and each column of the matrix.
  • the functions must satisfy the property f A (D H ) ⁇ H or f H (D A ) «A such that for a fixed positional parameter H, A exactly one function determines all values of the other positional parameter H, A if the in new value D H , D A present in the matrix element is inserted into the function f H , f A .
  • FIG. 5b shows a process diagram for determining the actual position in normal or test operation of a measuring device according to the invention.
  • the pantograph or pantographs are adjusted by moving along a conductor rail.
  • the actual actual position P R is initially unknown.
  • the sensors deliver a set of sensor signals x R; , y R , z R .
  • the data processing device uses vector calculation to search in the matrix from the knowledge database with the sensor signals x, y, z determined during calibration for the matrix element with the smallest distance Q to the sensor signals x R measured in normal or test mode; , y R , z R .
  • the data processing uses these sensor signals to calculate x R; , y R , z R the new values D HR , D AR . Since exactly two functions f H , f A are assigned to the determined matrix element with the smallest distance in the knowledge database, the data processing device can use these functions f H , f A by inserting the new values D HR , D AR to obtain the actual position parameters HR , A Calculate or approximate R in normal or test operation.
  • FIG. 6 shows two different configurations of the current collectors 2a', 2b', 2c', 2d'.
  • At least one additional position parameter is taken into account and recorded during the calibration, which parameter contains information about the position of at least one other, in particular neighboring, pantograph.
  • the corresponding current collectors can then be calibrated individually for different positions of at least one other current collector, with a corresponding calibration device having a suitable traversing device or traversing devices and correspondingly adapted software at its disposal.

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Abstract

Messeinrichtung zur Messung einer Stellung (P) zumindest eines gelenkig an einem Stromabnehmerwagen einer Stromabnehmereinheit (1) angeordneten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') relativ zu dem Stromabnehmerwagen, mit zumindest einer zumindest einen Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) aufweisenden an dem Stromabnehmerwagen angeordneten Sensoreinheit (SU), dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ein Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) angeordnet ist, und dass der zumindest eine Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ein Hall-Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ist, wobei die Messeinrichtung aus mindestens einem Sensorsignal (x, y, z) des mindestens einen Hall-Sensors (Sa, Sb, Sc, Sd) die Stellung (P) jedes mit Permanentmagneten(M, Ma, Mb, Mc, Md) bestückten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ermittelt.

Description

Paul Vahle GmbH & Co. KG
Westicker Straße 52
59174 Kamen
Messeinrichtung für Stromabnehmer und Verfahren zum Betrieb der
Messeinrichtung sowie eine Kalibrierungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Messung einer Stellung zumindest eines gelenkig an einem Stromabnehmerwagen einer Stromabnehmereinheit angeordneten Stromabnehmers relativ zu dem Stromabnehmerwagen, mit zumindest einer zumindest einen Sensor aufweisenden an dem Stromabnehmerwagen angeordneten Sensoreinheit. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung sowie eine Kalibrierungsvorrichtung.
Stromabnehmereinheiten für Schleifleitungsstromschienen werden unter anderem in Werkshallen, in Lagerhallen oder auch in Logistikzentren eingesetzt, insbesondere um bei fördertechnischen Anlagen wie beispielsweise Elektrohängebahnen oder Elektrotragbahnen eine permanente elektrische Stromversorgung von Verbrauchern entlang der Bahn sicherzustellen. Derartige Stromabnehmereinheiten weisen üblicherweise einen oder mehrere Stromabnehmer auf, die gelenkig an einem Stromabnehmerwagen angeordnet sind, wobei die Stromabnehmer üblicherweise zumindest einen Stromabnehmerarm und einen Stromabnehmerkontakt aufweisen. Damit die elektrische Stromversorgung des Verbrauchers durchgehend besteht, müssen die Stromabnehmerkontakte während einem Verfahren der Stromabnehmereinheiten stets in Kontakt mit der Schleifleitungsstromschiene sein. Dafür muss die Schleifleitungsstromschiene in einem möglichst guten Zustand sein und einen möglichst gleichmäßigen Verlauf haben, damit es nicht zu plötzlichen Kontaktabbrüchen kommt. Plötzli-
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 ehe Kontaktabbrüche können zu einem Betriebsausfall und mitunter zu enormen Kosten führen.
Durch eine intensive Benutzung kommt es sowohl bei Schleifkontakten als auch bei den Schleifleitungsstromschienen zu Abnutzungen und Verschleiß, die den durchgehenden Kontakt zwischen Stromabnehmerkontakt und Schleifleitungsstromschiene negativ beeinflussen können. Ebenso können auch Unfälle, Montagefehler oder unsachgemäße Benutzung zu Fehlern führen, beispielsweise durch Verformung oder Zerstörung eines Schleifleitungsstromschienenabschnitts oder eines Stromabnehmerkontaktes.
Um derartige Fehlerquellen möglichst frühzeitig erkennen und beseitigen zu können, ist man bestrebt, die entsprechenden Anlagen über möglichst die gesamte Länge und möglichst kontinuierlich zu Überwachen. Dazu gibt es unterschiedliche Ansätze.
Aus DE 202 05 710 Ul ist eine Stromabnehmereinheit bekannt, bei der an einem Stromabnehmer ein Bewegungssensor vorgesehen ist der die Auslenkungen des Stromabnehmers, die aufgrund von Unregelmäßigkeiten in seinem Schleifleitungsweg auftreten, erfasst werden. Bei dem Bewegungssensor handelt es sich um einen zweiaxialen Beschleunigungssensor, der die auf den Stromabnehmer ausgeübte Beschleunigung bzw. seine Bewegung und somit seine Auslenkung in zwei räumlichen Dimensionen detektiert.
Aus DE102017008382A1 ist eine weitere Stromabnehmereinheit mit einem Beschleunigungssensor bekannt, wobei der Beschleunigungssensor auftretende Abstandsänderungen zwischen einem mit Strom versorgten Fahrzeug und den Schleifleitungsstromschienen detektiert, die durch Unebenheiten in der Schleifleitungsstromschiene erzeugt werden. Überschreitet der Abstand einen festgelegten Toleranzwerts wird eine Warnung von einer Auswerteeinheit ausgegeben, die das Sensorsignal auswertet und am Fahrzeug angeordnet ist.
Die bisher am Markt erhältlichen Messeinrichtungen haben den gemeinsamen Nachteil, dass der Zustand einer Schleifleitungsstromschiene nur verhältnismäßig ungenau überwacht werden kann. Durch die Beschränkung auf ein oder zwei räumliche Achsen können komplexe dreidimensionale Bewegungen im
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 Raum, wie sie unter anderem durch Rotation und Verkippung der Stromabnehmerkontakte auftreten, nur unzureichend genau detektiert werden.
Die tatsächliche Stellung der Stromabnehmer relativ zum Stromabnehmerwagen kann anhand verschiedener Stellungsparameter beschrieben werden. Geeignete Stellungsparameter können beispielsweise der Hub und die Auslenkung des Stromabnehmers sein, wobei der Hub im Wesentlichen in vertikaler Richtung erfolgt, während die Auslenkung die Stellung des Stromabnehmers in der horizontalen Ebene beschreibt. Da die Auslenkung und der Hub gemeinsam einen dreidimensionalen Raum aufspannen, reichen ein- oder zweiachsige Sensoren nicht aus, um die tatsächliche Stellung der Stromabnehmer zu beschreiben. Dies gilt umso mehr unter Berücksichtigung der bereits erwähnten Kipp- und Rotationsvorgänge. Die bisher verwendeten ein- oder zweiachsigen Beschleunigungssensoren können die tatsächliche Stellung der Stromabnehmer daher nur vergleichsweise grob bestimmen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit mindestens darin, eine Messeinrichtung bereitzustellen, mit der die Stellung der Stromabnehmer relativ zu dem Stromabnehmerwagen und somit der Zustand jeder korrespondierenden Schleifleitungsstromschiene kontinuierlich über die gesamte Länge einer Anlage mit großer Genauigkeit überwacht werden kann. Die Aufgabe der Erfindung ist auch darin zu sehen, ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung sowie eine Kalibrierungsvorrichtung bereitzustellen.
Zumindest eine der Aufgaben wird erfinderisch durch eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass an mindestens einem Stromabnehmer ein Permanentmagnet angeordnet ist, und dass der zumindest eine Sensor ein Hall-Sensor ist, wobei die Messeinrichtung aus mindestens einem Sensorsignal (x, y, z) des mindestens einen Hall-Sensors die Stellung jedes mit Permanentmagneten bestückten Stromabnehmers ermittelt.
Zumindest eine der Aufgaben wird erfinderisch durch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 bzw. durch eine Kalibrierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst.
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 Mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist eine Diagnose des Schleifleitungszustands einer entsprechenden Anlage, ein Überprüfen der Montagequalität von neu gebauten oder reparierten Anlagen und eine kontinuierliche Überwachung des Anlagenverschleißes mit hoher Genauigkeit möglich.
Der zumindest eine Sensor der Sensoreinheit ist im Bezug zu dem gelenkig angeordneten Stromabnehmer ortsfest an dem Stromabnehmerwagen angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass die Stellung des Stromabnehmers relativ zu dem Stromabnehmerwagen dadurch ermittelt wird, dass der Sensor das Magnetfeld des an dem Stromabnehmer angeordneten Permanentmagneten delektieren und die durch eine Stellungsänderung des Stromabnehmers induzierte lokale Änderung des Magnetfelds misst.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist an mindestens einem, insbesondere allen, Stromabnehmer(n) jeweils zumindest ein Permanentmagnet angeordnet. Bei einer gleichen Anzahl von Sensoren kann dann beispielsweise jeder Sensor jeweils die Stellung eines Stromabnehmers ermitteln. Selbstverständlich kann es auch vorteilhaft sein, wenn an einem Stromabnehmer mehr als ein Permanentmagnet angeordnet ist, beispielsweise um ein spezielles vorteilhaftes Magnetfeld zu erzeugen, oder um die Stellung eines Stromabnehmers durch zwei unterschiedliche Sensoren zu ermitteln.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist zumindest ein Sensor ein 3D-Hall-Sensor. Dann ist es möglich, dass die Messeinrichtung die Stellung jedes mit Permanentmagneten bestückten Stromabnehmers in allen drei Raumrichtungen ermittelt. Als besonders geeignet hat sich beispielsweise der Infineon TLV493D-A1B6 erwiesen, der auch komplexe Rotationen, Verkippungen und Translationen im Raum delektieren kann. Dabei gibt der 3D-Hall-Sensor kontinuierlich drei Sensorsignale aus, die Rückschlüsse auf die räumliche Änderung des delektieren Magnetfelds zulassen. Als Permanentmagneten eignen sich besonders gut Neodym-Magnete.
In einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Sensor auf zumindest einer Leiterplatte angeordnet. Im Falle von mehreren Sensoren können
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 alle Sensoren auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein, so dass die Sensoreinheit im Wesentlichen aus einem kompakten Sensormodul bestehen kann. Die Sensoreinheit kann ein Gehäuse aufweisen, das an dem Stromabnehmerwagen angeordnet ist. Der zumindest eine Sensor ist dann in dem Gehäuse angeordnet, welches so positioniert ist, dass der mindestens eine Sensor das Magnetfeld des mindestens einen Permanentmagneten delektieren kann.
Bauartbedingt kann es vorteilhaft sein, wenn jeder Permanentmagnet eine zu einem benachbarten Permanentmagneten unterschiedliche Remanenz, eine unterschiedliche Magnetfeldstärke, eine unterschiedliche Magnetisierung und/oder eine unterschiedliche Position am Stromabnehmer aufweist. Da die Stromabnehmer herkömmlicher Stromabnehmereinheiten in der Regel eng nebeneinander angeordnet sind, können sich die Magnetfelder benachbarter Permanentmagnete gegenseitig beeinflussen bzw. überlagern, so dass es für einen Sensor problematisch sein kann, gezielt den korrespondierenden Permanentmagneten zu delektieren. Durch die Verwendung unterschiedlicher Werte kann ein Sensor gezielt auf die Detektion genau eines korrespondierenden Permanentmagneten abgestimmt sein.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann es alternativ oder zusätzlich vorteilhaft sein, die Permanentmagnete trotz eines begrenzten Platzangebots möglichst weit voneinander entfernt anzuordnen. Da die Abstände von Permanentmagneten benachbarter Stromabnehmer in einer Raumrichtung durch die Abstände der Stromabnehmer vorgegeben sind, kann es vorteilhaft sein, wenn die Permanentmagnete benachbarter Stromabnehmer jeweils in unterschiedlichen Abständen zum jeweiligen Lager der Stromabnehmer an diesen angeordnet sind. Daraus kann beispielsweise eine versetzte Zickzack- Anordnung der Permanentmagnete resultieren, so dass sich die Magnetfelder benachbarter Permanentmagnete möglichst wenig gegenseitig beeinflussen. Unter dem Befestigungspunkt ist die Stelle bzw. das Gelenk zu verstehen, an der bzw. an dem der Stromabnehmer gelenkig an dem Stromabnehmerwagen befestigt bzw. aufgehängt ist.
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der Messeinrichtung weisen benachbarte Sensoren jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu der Lagerachse der Stromabnehmer auf.
Bei einer weiteren möglichen und bevorzugten Ausführungsform liegen sich die Permanentmagnete und die korrespondierenden Sensoren in einer Nullstellung der Stromabnehmer gegenüber.
Selbstverständlich ist es ebenso im Sinne der Erfindung, wenn die vorbeschriebenen Ausbildungen der Erfindung miteinander in einer Kombinationsausbildung zusammengenommen bzw. deren jeweiligen Vorteile miteinander kombiniert werden.
An zumindest einem Stromabnehmer kann zumindest ein Magnethalter angeordnet sein, der zumindest einen Permanentmagneten hält. Der Magnethalter kann z.B. teilweise oder ganz aus Metall oder einem speziellen abschirmenden Kunststoff gefertigt sein, was die Wechselwirkung zwischen benachbarten Permanentmagneten, insbesondere durch Ausrichten bzw. gezieltem Bündeln und Formen der Magnetfelder der einzelnen Permanentmagnete, vorteilhaft verringern kann. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Permanentmagnet an einem Stromabnehmer befestigt oder darin sichtbar oder unsichtbar integriert sein. Auch kann die äußere Form der Permanentmagnete die Form deren äußeren Magnetfeldes beeinflussen, womit ebenfalls eine Verringerung der Wechselwirkung der einzelnen Magnetfelder der Permanentmagnete erzielbar ist.
Um den Stromabnehmer bzw. den daran angeordneten Permanentmagneten oder auch den Sensor zu identifizieren und so eine korrekte Zuordnung von Permanentmagnet und Sensor zu gewährleisten, kann an dem Stromabnehmer oder einem Magnethalter ein RFID-Transponder angeordnet sein. Nach der Montage oder während der Wartung kann dann festgestellt werden, ob die Zuordnung von Sensor und Permanentmagnet korrekt ausgeführt wurde.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine Auslese- und/oder eine Kommunikationsvorrichtung zur Ausgabe des mindestens einen Sensorsignals oder zur Übermittlung des mindestens einen Sensorsignals an
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 eine Datenverarbeitungseinrichtung auf. Bei der Auslesevorrichtung kann es sich beispielsweise um einen USB-Port, einen SD-Kartenslot oder jeder andere geeignete Schnittstelle handeln. Als Kommunikationsvorrichtung kommt beispielsweise ein Funksender, ein Bluetooth®-Sender oder jede andere geeignete kabellose oder kabelgebundene Übertragungsmöglichkeit zu einer Datenverarbeitungseinrichtung in Betracht. In diesem Fall kann die Datenverarbeitungseinrichtung anhand des mindestens einen Sensorsignals die Stellung des zumindest einen Stromabnehmers ermitteln.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung kann vorteilhaft so ausgestaltet sein, dass sie an bestehende Stromabnehmereinheiten angebracht werden kann, so dass bestehende Anlagen mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung ausgerüstet bzw. nachgerüstet werden können. Selbstverständlich ist es auch denkbar, eine Stromabnehmereinheit bereits ab Werk mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung auszustatten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung werden zur Kalibrierung der Messeinrichtung die Stromabnehmer gleichzeitig oder einzeln in verschiedene Stellungen gebracht bzw. mittels einer Verstellvorrichtung verstellt. Für jede Stellung werden die von den Sensoren gemessenen Sensorsignale ermittelt und der jeweiligen Stellung zugeordnet. Mittels einer Datenverarbeitung werden diese Daten und/oder daraus berechnete, insbesondere korrelierte, Werte bzw. Kurven und/oder Kurvenscharen in einer Wissensdatenbank gespeichert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird anhand der bei der Kalibrierung ermittelten und ausgewerteten Daten der Wissensdatenbank im Normalbetrieb oder Prüfungsbetrieb der Stromabnehmereinheit aufgrund der dabei mittels der Sensoreinheit ermittelten Sensorsignale bzw. -werte, die tatsächliche IST- Stellung zumindest eines, vorteilhaft aller, Stromabnehmer berechnet.
Bei der Kalibrierung werden somit unterschiedliche Stellungen des mindestens einen Stromabnehmers erzeugt, indem verschiedene Stellungsparameter wie beispielsweise Hub und seitliche Auslenkung quer zur Fahrtrichtung variiert. Dies erfolgt systematisch, wobei zumindest ein Stellungsparameter konstant gehalten wird und zumindest ein anderer Stellungsparameter systematisch
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 variiert wird, wobei bei jeder derartig erzeugten Stellung das mindestens eine Sensorsignal ermittelt und der jeweiligen Stellung zugeordnet wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann es abhängig vom Sensor sein, dass zumindest ein Sensor mehr als ein Sensorsignal generiert. In diesem Fall verknüpft eine Datenverarbeitungseinrichtung die mehreren Sensorsignale des zumindest einen Sensors miteinander und ermittelt so einen neuen Wert, so dass der zumindest eine neue Wert einer Kombination von Stellungsparametern und damit genau einer Stellung mindestens eines Stromabnehmers zuordenbar ist.
Im Fall von 3D-Hall-Sensoren gibt zum Beispiel jeder Sensor drei Sensorsignale x, y, z aus. Die Sensorsignale x, y, z können dann einer korrespondierenden, d.h. in der jeweiligen Stellung P vorliegenden, Kombination von Stellungsparametern wie beispielsweise einem Hub- und Auslenkungswert H, A zugeordnet werden. Bei mehreren Sensorsignalen kann es jedoch dazu kommen, dass je nach Konfiguration bzw. Anordnung der Sensoren, ihrer räumlichen Ausrichtung und/oder der Art der gemessenen Stellung ein höherer Sensorsignalwert nicht zwangsläufig einen höheren Hub oder eine größere Auslenkung bedeutet. Es kann beispielsweise sein, dass zwar ein positiver Hub vorliegt, wobei jedoch das Sensorsignal bzw. die Sensorsignale durch ein gleichzeitiges Verkippen oder Rotieren des Stromabnehmers derart beeinflusst werden, dass kein unmittelbarer linearer bzw. monotoner Zusammenhang zwischen dem gemessenen Sensorsignal und dem effektiven Hub erkennbar ist. Darüber hinaus ist es bei mehreren, insbesondere drei räumlichen, Sensorsignalen ohnehin nicht ohne weitere Berechnungen, insbesondere Vektorrechnungen, möglich, einen eindeutigen Abstand zu anderen Sensorsignalen zu definieren. Deshalb muss ein Verfahren gefunden werden, das es ermöglicht, einen monotonen Zusammenhang zwischen den Sensorsignalen und den Stromabnehmerbewegungen herzustellen.
Rein beispielhaft kann so systematisch ein Satz von Sensorsignalen x, y, z bei verschiedenen Stellungen P=(H, A) ermittelt werden, wenn für jeden (seitwärts) Auslenkungswert A={-15 mm, -7.5 mm, 0, 7.5 mm, 15 mm} ein Satz von Hubwerten H = {-15 mm, -12.5 mm, -10 mm, ..., 10 mm, 12.5 mm, 15
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 mm} erzeugt und die entsprechenden Sensorsignale x, y, z erfasst und in einer Wissensdatenbank gespeichert werden. Selbstverständlich können beliebig viele andere Kombinationen von Hub- und Auslenkungswerten, andere Rasterungen oder auch gänzlich andere Stellungsparameter je nach Arbeitsbereich des Stromabnehmers ebenso sinnvoll oder vorteilhaft sein.
In obigem Beispiel ergibt sich so eine (13x5)-Matrix (13 Hubwerte, 5 Auslenkungswerte) mit 65 Kombinationen von Hub- und Auslenkungswerten, die jeweils genau einer Stellung P=(H,A) eines oder aller Stromabnehmer entsprechen. Als Einträge der Matrix werden die jeweils diesen Stellungen P zuordenbare Sensorsignale x, y, z in der Wissensdatenbank gespeichert.
In obigem Beispiel können bei jeder der 65 Stellungen P=(H, A) beispielsweise zwei neue Werte DH und DA ermittelt werden, die die zu jeder Stellung P gehörenden Sensorsignale auf unterschiedliche Weise miteinander verknüpfen. In der Praxis haben sich für das obige Beispiel die Verknüpfungen DA= (x2+y2-i-z2) und DH=y/z als geeignet erwiesen, da sie für ein festes A bzw. ein festes H (d.h. entlang einer Reihe bzw. einer Spalte in der obigen (13x5)-Matrix) jeweils monoton steigende Werte liefern. Selbstverständlich können bei anderen Sensoren oder Stellungsparametern andere Verknüpfungen sinnvoll oder erforderlich sein, die im Einzelfall stets neu zu ermitteln sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ermittelt die Datenverarbeitungseinrichtung zumindest eine, insbesondere stetige, mathematische Funktion, die durch Einsetzen der neuen Werte in die Funktion die korrespondierenden Stellungsparameter der unterschiedlichen Stellungsparameter der unterschiedlichen Stellungen zumindest näherungsweise berechnet.
Bei der ermittelten Funktion kann es sich grundsätzlich um jede geeignete mathematische Funktion wie beispielsweise eine rationale oder eine Polynomfunktion handeln, die die Werte der Auslenkungsparameter anhand der zuvor berechneten neuen Werte berechnet bzw. mit hinreichender Genauigkeit approximiert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird für jeden bei der Simulation konstanten Wert eines Stellungsparameters H, A (also
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 für jede Spalte und jede Zeile der Matrix des obigen Beispiels) genau eine mathematische Funktion ermittelt, derart, dass für einen gegebenen Stellungsparameter (also für jede Spalte und jede Zeile der Matrix des obigen Beispiels) anhand des neuen Wertes der korrespondierende andere Stellungsparameter ermittelbar ist.
In obigem Beispiel können so beispielsweise rationale Funktionen(scharen) fH, fA ermittelt werden, die durch Einsetzen der neuen Werte DA, DH in die entsprechende Funktion den Hub H bzw. die seitliche Auslenkung A quer zur Fahrtrichtung für jeweils ein festes A bzw. ein festes H (d.h. entlang einer Reihe bzw. einer Spalte in der obigen (13x5)-Matrix) zumindest in guter Näherung liefert, wobei die Funktionen fH durch Einsetzen der Werte DA die Auslenkung A jeweils für ein festes H liefern und die Funktionen fA durch Einsetzen der Werte DH den Hub jeweils für ein festes A liefern. Auf diese Weise werden die Werte für A jeder Spalte durch eine Funktion fH und die Werte H jeder Zeile durch eine Funktion fA berechnet bzw. angenähert. Im vorliegenden Beispiel ergeben sich somit insgesamt 18 Funktionen (5 fA und 13 fH), die raster- bzw. gitterartig den gesamten Stellungsraum P=(H, A) abdecken.
Durch die gitterartige Abdeckung des gesamten Stellungsraums kann im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb ein kleinster Abstand Q zwischen mindestens einem im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb gemessenen Sensorsignal und den bei der Kalibrierung ermittelten Werten des mindestens einen Sensorsignals bestimmt werden und der korrespondierenden Stellung zugeordnet werden, so dass für die im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb ermittelten neuen Werte anhand der korrespondierenden Funktionen die Stellungparameter der tatsächlichen IST-Stellung zumindest eines oder aller Stromabnehmer berechnet bzw. angenähert werden können.
In obigem Beispiel bedeutet dies, dass für die im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb gemessenen Sensorsignale xR, yR, zR mittels Vektorrechnung die nächstliegenden bei der Kalibrierung ermittelten und in der Wissensdatenbank gespeicherten Sensorsignale x, y, z bestimmt werden, wobei die nächstliegenden Sensorsignale x, y, z einer bestimmten Stellung P zugeordnet sind. Dieser Stellung sind zwei sich kreuzende Funktionen fH, fA zugeordnet, in die die im
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 Normalbetrieb gemessenen neuen Werte DHR, DAR eingesetzt werden und so die korrespondierenden Stellungsparameter HR, AR der tatsächlichen Stellung PR im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb bestimmt werden können. Auf diese Weise ist die Stellung PR der Stromabnehmer kontinuierlich und über den gesamten Anlagenverlauf bestimmbar.
Diese oben genannten 65 Kombinationen ergeben sich, wenn alle Stromabnehmer mittels der Kalibriervorrichtung zusammen schrittweise angehoben und ausgelenkt werden. Sofern die Kalibriervorrichtung die Stromabnehmer nicht zusammen, sondern einzeln auslenkt und für jeden Stromabnehmer eine Anzahl von AZ seitlichen Auslenkungen A und eine Anzahl von HZ Hüben H vorsieht, so ergäben sich bei einer Anzahl von SZ Stromabnehmern (AZ x HZj^SZ verschiedene Kombinationen bzw. Stellungen P=(SZ, H, A), und somit eine dreidimensionale Matrix, aus der dann die weiteren Werte und Funktionen ermittelt und berechnet werden. Dabei ist die Anzahl der verschiedenen Hubstellungen und Auslenkungen entsprechend zu wählen, damit der Kalibrierungsvorgang nicht zu lange dauert. Zudem sind bestimmte Stellungen der Stromabnehmer zueinander für die Herleitung der Funktionen nicht relevant, da z.B. die Magnetfelder von weiter voneinander entfernten Stromabnehmer keinen Einfluss aufeinander haben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Kalibrierung teilweise automatisch oder voll automatisch. Dabei kann zumindest einer der oben beschriebenen Kalibrierungsschritte automatisch erfolgen. Vorteilhaft können alle Kalibrierungsschritte automatisch erfolgen. Es kann beispielsweise zumindest ein Stromabnehmer automatisch in die verschiedenen zur Kalibrierung vorgesehenen Stellungen P gebracht werden und/oder die an diesen Stellungen gemessenen Sensorsignale x, y, z automatisch gespeichert werden und/oder die mathematischen Funktionen fH, fA automatisch ermittelt werden und/oder die neuen Werte DH, DA automatisch ermittelt werden.
In obigem Beispiel können so vorzugsweise alle Stromabnehmer automatisch in sämtliche der zuvor festgelegten 13x5=65 Stellungen gebracht werden, wobei an jeder Stellung die Sensorsignale x, y, z automatisch gemessen und in der Datenverarbeitungseinrichtung gespeichert werden. Anschließend kann die
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 Datenverarbeitungseinrichtung die neuen Werte DH, DA und die mathematischen Funktionen fH, fA voll automatisch ermitteln und speichern, so dass anschließend die Stromabnehmereinheit vollständig kalibriert ist und in Betrieb genommen werden kann. Auf diese Weise kann die Kalibrierung sehr einfach und zuverlässig durchgeführt werden. Selbstverständlich müssen entsprechende Programmroutinen zuvor in der Datenverarbeitung festgelegt sein.
Die vollautomatische Kalibrierung bietet sich insbesondere dann an, wenn wie oben beschrieben, auch die Stromabnehmer zueinander mittels der Kalibrierungsvorrichtung zueinander in verschiedene Stellungen gebracht und die dabei ermittelten zahlreichen Messwerte verarbeitet werden.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn nur ein oder einige Schritte der Kalibrierung automatisch erfolgt bzw. erfolgen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn Stromabnehmereinheiten unterschiedlicher Bauart mit einer gleichen Kalibrierungsvorrichtung kalibriert werden soll. Dann kann es sein, dass die für eine Stromabnehmereinheit passende Matrix von Stellungen für eine andere Stromabnehmereinheit ungeeignet ist. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die entsprechende Matrix von einem Benutzer vorher ausgewählt werden muss/kann. Die anschließende Messung der Sensorsignale x, y, z und/oder die Ermittlung der mathematischen Funktionen fH, fA und der neuen Werte DH, DA kann dann in Abhängigkeit der gewählten Matrix automatisch erfolgen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Kalibrierung durch ein Abfahren eines wohldefinierten Streckenabschnitts einer Schleifleitungsstromschiene. Das hat den praktischen Vorteil, dass die Kalibrierung während des Prüfbetriebs ohne eine Demontage immer wieder überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden kann.
Bei einer weiten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Einstellung der unterschiedlichen Stellungen der Stromabnehmer durch eigens dafür vorgesehene Kalibrierungsvorrichtung.
Eine geeignete Kalibrierungsvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens weist zumindest einen wohldefinieren Streckenabschnitt
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 einer Schleifleitungsstromschiene, zumindest einen Stromabnehmer, zumindest eine Verfahrvorrichtung zur Verstellung der Stromabnehmer, insbesondere des Hubs und der seitlichen Auslenkung quer zur Fahrtrichtung, zumindest eine elektronischen Steuerungseinheit zur Steuerung der zumindest einen Verfahrvorrichtung und zur Übermittlung des zumindest einen Sensorsignals an zumindest eine Datenverarbeitungseinrichtung, die anhand des zumindest einen Sensorsignals und der bekannten Stellungsparameter die neuen Werte und die zumindest eine mathematische Funktion ermittelt, auf.
Selbstverständlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Kalibrierungsvorrichtung grundsätzlich möglich, entweder alle Stromabnehmer gleichzeitig oder einen, insbesondere jeden, Stromabnehmer einzeln relativ zu den anderen zu verstellen und zu kalibrieren. Bei der Kalibrierung einzelner Stromabnehmer können die übrigen Stromabnehmer oder auch nur der oder die benachbarten Stromabnehmer für jede Stellung des zu kalibrierenden Stromabnehmers in vorher zu definierende Stellungen gebracht werden, so dass die bei unterschiedlicher Stellung der Stromabnehmer zueinander vorliegende unterschiedliche wechselseitige Beeinflussung der Magnetfelder der Permanentmagneten in die Kalibrierung mit einfließt. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, jeweils genau zwei benachbarte Stromabnehmer einzeln zu kalibrieren, indem der zu kalibrierende Stromabnehmer, wie oben beschrieben, anhand der Stellungsparameter kalibriert wird, wobei zumindest ein weiterer Stellungsparameter mit der Stellung des zu kalibrierenden Stromabnehmers verknüpft wird, der der Stellung des oder der übrigen, insbesondere des benachbarten, Stromabnehmer(s) entspricht. Im Normal- oder Prüfbetrieb wird dieser zumindest eine weitere Stellungsparameter dann bei der Messung berücksichtigt. Hierbei kann es ausreichend sein, wenn lediglich zueinander unterschiedliche Hübe oder seitliche Auslenkungen der einzelnen Stromabnehmer relativ zueinander noch zusätzlich berücksichtigt werden. In der Regel ist es aber sinnvoll, sowohl die unterschiedlichen Hübe als auch die unterschiedlichen Auslenkungen zumindest benachbarter Stromabnehmer zu berücksichtigen, so dass auch nachher die unterschiedlichen Hübe und/oder Auslenkungen sicher erfassbar sind.
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 Eine geeignete Kalibrierungsvorrichtung verfügt mithin über eine geeignete Verfahrvorrichtung bzw. über mehrere Verfahrvorrichtungen, die es ermöglicht bzw. die es ermöglichen, die Stromabnehmer unabhängig voneinander zu verstellen. Mit einer derartig kalibrierten Stromabnehmereinheit ist eine noch genauere Messung denkbar. Dies gilt vor allem dann, wenn die Stromabnehmerkontakte nicht gleichmäßig abgenutzt sind oder wenn nur eine Phase der Schleifleitungsleitungsstromschiene verdreckt oder besonders stark verdreckt ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, in denen einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Diagnoseanordnung sowie einer Kalibrierungsvorrichtung dargestellt sind, erläutert.
Es zeigen:
Fig. la eine Stromabnehmereinheit mit vier Stromabnehmern und einem nicht dargestellten Stromabnehmerwagen und einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, wobei an jedem Stromabnehmer ein Magnethalter mit einem Permanentmagneten angeordnet ist;
Fig. lb die gleiche Stromabnehmereinheit mit einer sichtbaren Sensoreinheit mit vier 3D-Hall-Sensoren;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte eines Sensormoduls mit vier 3D-Hall-Sensoren;
Fig. 3a einen Stromabnehmer mit integriertem Permanentmagneten;
Fig. 3b einen Stromabnehmer mit einem an dem Stromabnehmer angeordneten RFID-Sensor;
Fig. 3c einen Stromabnehmerarm mit einem Permanentmagneten der von einem Magnethalter gehalten ist;
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Kalibrierungsvorrichtung;
Fig. 5a ein Verfahrensschema für eine Kalibrierung der erfindungsgemäßen Messeinrichtung;
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 Fig. 5b ein Verfahrensschema für die Bestimmung einer IST-Stellung während des Normal- oder Prüfbetriebs einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung;
Fig. 6 zwei unterschiedliche Konfigurationen von Stromabnehmerschleifkontakten.
Figur la zeigt eine Stromabnehmereinheit 1 mit vier Stromabnehmern 2a, 2b, 2c, 2d die gelenkig an einem nicht dargestellten Stromabnehmerwagen angeordnet sind. An jedem Stromabnehmer 2a, 2b, 2c, 2d ist ein Magnethalter MH angeordnet, der jeweils einen Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md hält. Den Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md gegenüberliegend ist eine Sensoreinheit SU mit einem Gehäuse C angeordnet, wobei das Gehäuse C an einer Grundplatte 5 des Stromabnehmerwagen befestigt ist.
Figur lb zeigt die gleiche Stromabnehmereinheit 1 aus einer anderen Perspektive. Die Sensoreinheit SU weist vier den Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md gegenüberliegend angeordnete Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd in Form von 3D-Hall- Sensoren auf, wobei benachbarte Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd ebenso wie benachbarte Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md jeweils in einem unterschiedlichen Abstand Di, D2 zu einem Lager bzw. einer Lagerachse X des entsprechenden Stromabnehmers 2a, 2b, 2c, 2d angeordnet sind.
Figur 2 zeigt eine Leiterkarte 6 der Sensoreinheit SU mit den vier darauf angeordneten Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd. Die Anordnung der Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd entspricht einer gespiegelten Anordnung der gegenüberliegenden nicht dargestellten Permanentmagnete Ma, Mb, Mc, Md, so dass die Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd in einer Nullstellung der Stromabnehmer 2a, 2b, 2c, 2d zum einen möglichst nah bei den korrespondierenden Permanentmagneten Ma, Mb, Mc, Md sind und die Permanentmagnete Ma, Mb, Mc, Md gleichzeitig möglichst weit voneinander entfernt angeordnet sind, so dass eine Wechselwirkung der Magnetfelder der einzelnen Permanentmagnete Ma, Mb, Mc, Md möglichst gering ist. Die Leiterkarte 6 ist in dem Gehäuse C angeordnet, das an der Grundplatte 5 des Stromabnehmerwagens befestigt ist.
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd 3D-Hall-Sensoren vom Typ Infineon TLV493D-A1B6. Die x-, y-, und z- Achsen sind gemäß dem Datenblatt des Herstellers eingezeichnet und die entsprechenden Nord- und Südpole markiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel delektiert die x- und die y-Achse das Magnetfeld innerhalb der Bildebene, wobei die z-Achse das Magnetfeld bzw. dessen Änderung entlang der Flächennormalen der Bildebene delektiert. Der Südpol der z-Achse ist dabei näher an einem Betrachter, der Nordpol liegt entsprecht weiter vom Betrachter entfernt.
In y-Richtung weisen die Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd einen Abstand W zueinander auf, der im Wesentlichen dem Abstand der Stromabnehmer und damit dem Abstand der Phasen der Schleifleitungsstromschiene entspricht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand W 14mm. In x-Richtung sind die Sensoren Sa, Sb, Sc, Sd entsprechend der Kartengröße möglichst weit voneinander beabstandet und somit im Wesentlichen am oberen bzw. unteren Rand der Leiterkarte 6 angeordnet.
Figur 3a zeigt einen Stromabnehmer 2 mit einem darin eingearbeiteten Permanentmagneten M. Figur 3b zeigt den gleichen Stromabnehmer 2 mit dem darin eingearbeiteten Permanentmagneten M und einem daneben angeordneten RFID-Transponder RF zur Identifikation des Permanentmagneten M. Figur 3c zeigt eine Einzelansicht des Stromabnehmers 2d mit dem Magnethalter MH und den davon gehaltenen Permanentmagneten Md.
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Kalibrierungsvorrichtung 7 mit einem Stromabnehmersystem 8 mit vier Stromabnehmern 2a', 2b', 2c', 2d', die an einer Verfahrvorrichtung 9 angeordnet sind. Die Verfahrvorrichtung 9 simuliert verschiedene Stellungen anhand eines wohldefinierten Streckenabschnitts 11 einer Schleifleitungsstromschiene durch eine Variation von zwei Stellungsparametern H, A, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Hub und Auslenkung entsprechen. Eine elektronische Steuerungseinheit 12 dient zum einen der Steuerung der Verfahrvorrichtung 9 und zum anderen der Übermittlung der gemessenen Sensorsignale x, y, z an eine Datenverarbeitungseinrichtung DV. Die Datenverarbeitung DV ermittelt dann gemäß der obigen Beschreibung des
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 erfindungsgemäßen Verfahrens die notwendigen Werte DH, DA und Funktionen fH, fA für die Kalibrierung und den späteren Normalbetrieb.
Es ist selbstverständlich ebenso möglich, dass vorzugsweise zumindest der Hub und ggfs. auch die Auslenkung für jeden Stromabnehmer einzeln mit einer entsprechenden Kalibrierungseinrichtung verstellbar bzw. einstellbar ist, wobei dann die Kalibrierung und die spätere Bestimmung der Auslenkung und insbesondere des Hubes aufgrund der noch genaueren bzw. höher auflösenden zuvor bestimmten Funktionen mit größerer Genauigkeit erfolgen kann.
Figur 5a zeigt ein Verfahrensschema für die bereits oben beschriebene Kalibrierung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, anhand eines Beispiels mit Stellungsparametern Hub H und Auslenkung A. Bei der Kalibrierung werden systematisch verschiedene Stellungen P= (H, A) erzeugt, indem jeweils ein Stellungsparameter H, A konstant gehalten wird und der jeweils andere Stellungsparameter H, A schrittweise verstellt wird. Dadurch ergibt sich eine Matrix mit einer Vielzahl von Stellungen P bzw. Stellungsparameterkombinationen H, A, wobei jede Zeile einer konstanten Auslenkung und jede Spalte einem konstanten Hub entsprechen. Die maximalen Werte für Hub und Auslenkung (±15 mm) sind entsprechend dem obigen Beispiel gewählt und dienen lediglich der Veranschaulichung.
Bei jeder in der Matrix enthaltenen Stellung werden die Sensorsignale x, y, z ermittelt und in einer entsprechenden Matrix in einer Datenverarbeitungseinrichtung gespeichert. Auf diese Weise wird anhand der bei der Kalibrierung erzeigten Stellungen eine Wissensdatenbank erzeugt, wobei die Einträge x, y, z jeweils genau einer Stellung P zuordenbar sind. Der Übersichtlichkeit halber sind die Einträge alle mit x, y, z gekennzeichnet, selbstverständlich können und sollen sich die Werte der einzelnen Matrixelemente voneinander unterscheiden.
Ausgehend von dieser Matrix mit Sensorsignalen x, y, z berechnet die Datenverarbeitungseinrichtung die neuen Werte DH, DA, beispielsweise anhand der obigen Verknüpfungsvorschriften. Dadurch entsteht eine weitere Matrix in der Wissensdatenbank, wobei jedes Matrixelement einen neuen Wert DH und einen
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 neuen Wert DA enthält. Jede Kombination von neuen Werten DH, DA ist mithin genau einer Stellung P zuordenbar.
In einem nächsten Schritt ermittelt die Datenverarbeitungseinrichtung für jede Zeile und jede Spalte der Matrix jeweils eine Funktion fH, fA. Die Funktionen müssen die Eigenschaft fA(DH)~H bzw. fH(DA)«A erfüllen, so dass für einen festen Stellungsparameter H, A genau eine Funktion alle Werte des anderen Stellungsparameters H, A bestimmt, wenn der in dem Matrixelement vorhandene neue Wert DH, DA in die Funktion fH, fA eingesetzt wird. Bei den Funktionen bzw. den Funktionenscharen kann es sich beispielsweise aber nicht ausschließlich um rationale Funktionen oder Polynomfunktionen handeln, abhängig von der gewünschten Genauigkeit und dem zulässigen Rechenaufwand. Daraus ergibt sich schließlich ein Satz von mehreren Funktionen oder Funktionenscharen, die den Stellungsraum P= (H, A) gitterartig abdecken und so näherungsweise Beschreiben.
Figur 5b zeigt ein Verfahrensschema für die Bestimmung der IST-Lage im Normal- oder Prüfbetrieb einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung. Während dem Normal- oder Prüfbetrieb werden der oder die Stromabnehmer durch Verfahren entlang einer Schleifleitungsstromschiene verstellt. Die tatsächliche IST-Stellung PR ist zunächst unbekannt. Die Sensoren liefern bei jeder Stellung P= (H, A) einen Satz von Sensorsignalen xR;, yR, zR.
Die Datenverarbeitungseinrichtung sucht dann mittels Vektorrechnung in der Matrix aus der Wissensdatenbank mit den bei der Kalibrierung ermittelten Sensorsignalen x, y, z nach dem Matrixelement mit dem kleinsten Abstand Q zu den im Normal- oder Prüfbetrieb gemessenen Sensorsignalen xR;, yR, zR. Die Datenverarbeitung berechnet anhand dieser Sensorsignale xR;, yR, zR die neuen Werte DHR, DAR. Da dem ermittelten Matrixelement mit dem geringsten Abstand in der Wissensdatenbank genau zwei Funktionen fH, fA zugeordnet sind, kann die Datenverarbeitungseinrichtung anhand dieser Funktionen fH, fA durch Einsetzen der neuen Werte DHR, DAR die tatsächlichen Stellungsparameter HR, AR im Normal- bzw. Prüfbetrieb berechnen oder annähern. Somit kann mittels der erfindungsgemäßen Messeinrichtung die IST-Stellung PR= (HR, AR) während des Normal- oder Prüfbetriebs kontinuierlich ermittelt werden.
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 Figur 6 zeigt zwei verschiedene Konfigurationen der Stromabnehmer 2a', 2b', 2c', 2d'. Bei beiden Konfigurationen befindet sich der Schleifkontakt des Stromabnehmers 2a' in einer jeweils gleichen Stellung (H = l mm). Durch eine jeweils unterschiedliche Stellung des Schleifkontakts des Stromabnehmers 2b' kann die Wechselwirkung zwischen den entsprechenden Permanentmagneten jedoch unterschiedlich sein, derart, dass sich die Sensorsignale des mit dem Stromabnehmer 2a' korrespondierenden Sensors trotz gleicher Stellung (H = l mm) in nicht zu vernachlässigender Weise voneinander unterscheiden. Deshalb kann es je nach Ausführungsform vorteilhaft sein, wenn zumindest ein zusätzlicher Stellungsparameter bei der Kalibrierung berücksichtigt und erfasst wird, der Informationen über die Stellung zumindest eines anderen, insbesondere benachbarten, Stromabnehmers enthält. Die entsprechenden Stromabnehmer sind dann einzeln jeweils für unterschiedliche Stellungen zumindest eines anderen Stromabnehmers kalibrierbar, wobei eine entsprechende Kalib- rierungsvorrichtung über eine geeignete Verfahrvorrichtung bzw. Verfahrvorrichtungen und entsprechend angepasste Software verfügt.
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Claims

Patentansprüche
1. Messeinrichtung zur Messung einer Stellung (P) zumindest eines gelenkig an einem Stromabnehmerwagen einer Stromabnehmereinheit (1) angeordneten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') relativ zu dem Stromabnehmerwagen, mit zumindest einer zumindest einen Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) aufweisenden an dem Stromabnehmerwagen angeordneten Sensoreinheit (SU), dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ein Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) angeordnet ist, und dass der zumindest eine Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ein Hall-Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ist, wobei die Messeinrichtung aus mindestens einem Sensorsignal (x, y, z) des mindestens einen Hall-Sensors (Sa, Sb, Sc, Sd) die Stellung (P) jedes mit Permanentmagneten(M, Ma, Mb, Mc, Md) bestückten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ermittelt.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem, insbesondere allen, Stromabnehmer(n) (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') jeweils zumindest ein Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) angeordnet ist.
3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) ein 3D-Hall-Sensor ist, und dass die Messeinrichtung die Stellung (P) jedes mit Permanentmagneten (M, Ma, Mb, Mc, Md) bestückten Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') in allen drei Raumrichtungen ermittelt.
4. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) ein Neodym-Magnet ist.
5. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (Sa, Sb, Sc, Sd) auf zumindest einer Leiterplatte (6) angeordnet ist.
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6. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (SU) ein Gehäuse (C) aufweist, das an dem Stromabnehmerwagen angeordnet ist.
7. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Permanentmagnet (M, Ma, Mb, Mc, Md) eine zu einem benachbarten Permanentmagneten (M, Ma, Mb, Mc, Md) unterschiedliche Remanenz, unterschiedliche Magnetfeldstärke und/oder unterschiedliche Magnetisierung aufweist.
8. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (M, Ma, Mb, Mc, Md) benachbarter Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') jeweils in unterschiedlichen Abständen (Dl, D2) zum jeweiligen Lager (X) der Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') an diesen angeordnet sind.
9. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Sensoren (Sa, Sb, Sc, Sd) jeweils einen unterschiedlichen Abstand zu der Lagerachse (X) der Stromabnehmer (Sa, Sb, Sc, Sd) aufweisen.
10. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (M, Ma, Mb, Mc, Md) und die korrespondierenden Sensoren (Sa, Sb, Sc, Sd) sich gegenüberliegend angeordnet sind.
11. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Stromabnehmer (2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') zumindest ein Magnethalter (MH), angeordnet ist, der zumindest einen Permanentmagneten (Ma, Mb, Mc, Md) hält.
12. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Permanentmagnet (M) an einem Stromabnehmer (2) befestigt oder darin integriert ist.
13. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn-
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 zeichnet durch zumindest einen RFID-Transponder (RF) zur Identifikation des Permanentmagneten (M) und/oder des korrespondierenden Sensors, wobei der RFID-Transponder (RF) entweder an dem Stromabnehmer (2) oder einem Magnethalter angeordnet ist.
14. Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auslese- und/oder eine Kommunikationsvorrichtung, zur Ausgabe des mindestens einen Sensorsignals (x, y, z) oder zur Übermittlung des mindestens einen Sensorsignals (x, y, z) an eine Datenverarbeitungseinrichtung.
15. Messeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung anhand des mindestens einen Sensorsignals (x, y, z) die Stellung (P) des zumindest einen Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') ermittelt.
16. Stromabnehmereinheit mit einer Messeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
17. Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der Messeinrichtung die Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') gleichzeitig oder einzeln in verschiedene Stellungen (P) gebracht bzw. mittels einer Verstellvorrichtung verstellt werden, d.h. unterschiedliche Hub (H) und/oder Auslenkungen (A) für die Stromabnehmer zusammen oder getrennt mittels der Verstellvorrichtung eingestellt werden, und dass für jede Stellung (P) die Sensorsignale (x, y, z) ermittelt und der jeweiligen Stellung (P) zugeordnet werden, und dass mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung (DV) diese Daten und/oder daraus berechnete, insbesondere korrelierte, Werte bzw. Kurven und/oder Kurvenscharen in einer Wissensdatenbank gespeichert werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der bei der Kalibrierung ermittelten und ausgewerteten Daten der Wissensdatenbank im Normalbetrieb oder Prüfungsbetrieb der Stromabnehmereinheit aufgrund der dabei mittels der Sensoreinheit (SU) ermittelten Sen-
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 sorsignale bzw. -werte (xR, yR, zR), die tatsächliche IST-Stellung (PR) zumindest eines oder aller Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor mehr als ein Sensorsignal (x, y, z) generiert und eine Datenverarbeitungseinrichtung (DV) die mehreren Sensorsignale (x, y, z) des zumindest einen Sensors (2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d')miteinander verknüpft, und einen neuen Wert (DH, DA) ermittelt, so dass der zumindest eine neue Wert (DH, DA) einer Kombination von Stellungsparametern (H, A) und damit genau einer Stellung (P) mindestens eines Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') zuordenbar ist. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (DV) zumindest eine, insbesondere stetige, mathematische Funktion (fH, fA) ermittelt, die durch Einsetzen der neuen Werte (DH, DA) in die Funktion (fH, fA) die korrespondierenden Stellungsparameter (H, A) der unterschiedlichen Stellungen (P) zumindest näherungsweise berechnet. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden bei der Kalibrierung konstanten Wert eines Stellungsparameters (H, A) genau eine mathematische Funktion (fH, fA) ermittelt wird, derart, dass für einen gegebenen Stellungsparameter (H, A) anhand des neuen Wertes (DH, DA) der korrespondierende andere Stellungsparameter (H, A) ermittelbar ist. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb ein kleinster Abstand (Q) zwischen mindestens einem im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb gemessenen Sensorsignal (xR, yR, zR) und den bei der Kalibrierung ermittelten Werten des mindestens einen Sensorsignals (x, y, z) bestimmt wird und der korrespondierenden Stellung (P) zugeordnet wird, so dass für die im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb ermittelten neuen Werte (DHR, DAR) anhand der korrespondierenden Funktionen (fH, fA) die Stellungsparameter (H, A) der
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 tatsächlichen IST-Stellung (PR) zumindest eines oder aller Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d') berechnet bzw. angenähert werden können. Verfahren nach einem der Ansprüche 17- 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein, insbesondere jeder, Stromabnehmer (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d) einzeln verstellt und kalibriert wird. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung (P) des zumindest einen zu kalibrierenden Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d) mit der Stellung zumindest eines anderen Stromabnehmers (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2a', 2b', 2c', 2d), verknüpft wird bzw. im Normalbetrieb oder im Prüfbetrieb verknüpft ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 17-24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung teilweise oder voll automatisch erfolgt, indem zumindest ein, insbesondere alle, Stromabnehmer automatisch in die verschiedenen Stellungen (P) gebracht wird bzw. werden und/oder die Sensorsignale (x, y, z) automatisch gemessen und gespeichert werden und/oder die mathematischen Funktionen (fH, fA) automatisch ermittelt werden und/oder die neuen Werte (DH, DA) automatisch ermittelt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 17-25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung durch ein Abfahren eines wohldefinierten Streckenabschnittes (11) einer Schleifleitungsstromschiene erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 17-26, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulation der unterschiedlichen Stellungen (P) durch eine Kalibrierungsvorrichtung (7) erfolgt. Kalibrierungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch zumindest einen wohldefinieren Streckenabschnitt (11) einer Schleifleitungsstromschiene, zumindest einen Stromabnehmer (2a', 2b', 2c', 2d'), zumindest eine Verfahrvorrichtung (9) zur Verstellung der Stromabnehmer (2a', 2b', 2c', 2d'), insbesondere des Hubs und der seitlichen Auslenkung quer zur Fahrtrichtung,
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022 zumindest eine elektronischen Steuerungseinheit (12) zur Steuerung der zumindest einen Verfahrvorrichtung (9) und zur Übermittlung des zumindest einen Sensorsignals (x, y, z) an zumindest eine Datenverarbeitungseinrichtung (DV), die anhand des zumindest einen Sensorsignals (x, y, z) und der bekannten Stellungsparameter (H, A) die neuen Werte (DH, DA) und die zumindest eine mathematische Funktion (fH, fA) ermittelt. Kalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrvorrichtung (9) dazu geeignet ist zumindest einen, insbesondere alle, Stromabnehmer einzeln zu verstellen, oder dass mehrere Verfahrvorrichtungen vorgesehen sind.
- VA0276WO- / GE / 22.08.2022
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