WO2023117923A1 - Energy harvesting mit induktionsspule - Google Patents

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WO2023117923A1
WO2023117923A1 PCT/EP2022/086680 EP2022086680W WO2023117923A1 WO 2023117923 A1 WO2023117923 A1 WO 2023117923A1 EP 2022086680 W EP2022086680 W EP 2022086680W WO 2023117923 A1 WO2023117923 A1 WO 2023117923A1
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WO
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voltage
conductor loop
energy
conductor
current
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/086680
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Pachler
Tom NUSCH
Dominik Pascal ARNOLD
Original Assignee
Schunk Transit Systems Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schunk Transit Systems Gmbh filed Critical Schunk Transit Systems Gmbh
Priority to CN202280085614.7A priority Critical patent/CN118435493A/zh
Publication of WO2023117923A1 publication Critical patent/WO2023117923A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/001—Energy harvesting or scavenging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices

Definitions

  • the invention relates to an energy supply device for supplying energy to a consumer, preferably a detection unit for monitoring rail vehicles, in particular for monitoring an operating unit, the rail vehicle having at least one current conductor, and the energy supply device being configured to generate a supply voltage for the consumer from a voltage present on a current conductor , wherein transmission electronics and at least one conductor loop with n windings that can be electrically connected to the consumer via the transmission electronics are included, and the transmission electronics are arranged between conductor loop and consumer, and the conductor loop is arranged around a current conductor in such a way that the conductor loop generates an output voltage, wherein the transmission electronics are designed in such a way that the transmission electronics generate the supply voltage of the load from the output voltage of the conductor loop. Furthermore, the present invention relates to a monitoring system with an energy supply device and a method for supplying energy to a consumer for monitoring rail Vehicles, in particular for monitoring operating units of rail vehicles.
  • a sensor that is attached directly to the rail vehicle or an operating unit is used, for example, to monitor a state of the operating unit or to determine a measured value and/or data.
  • a line to which compressed air can be applied can be arranged within a contact strip or a contact strip of a roof pantograph, with the compressed air escaping from the line if the contact strip breaks or is completely worn out, and the contact strip is lowered by a contact wire.
  • a contact pressure of the contact strip on the contact wire, a wind speed or other environmental and operating parameters can also be measured by means of a correspondingly installed sensor and used to control an actuation of the pantograph or another operating unit of the rail vehicle.
  • a wired power supply that draws power directly from a power grid is usually associated with high material costs and a lot of cabling, or is ruled out due to the requirements for the power supply.
  • a self-sufficient or wireless or network-independent power supply is often preferred to a wired power supply due to the requirements.
  • Known detection units with sensor systems that have a wireless power supply, ie are not directly connected to a power grid are usually only supplied with electrical energy via batteries or accumulators.
  • the induction principle can be used to generate an electrical voltage via a conductor loop laid around a current-carrying element, the current conductor, for example arranged on a pantograph, with a number of turns n and for the energy supply of a surveillance system.
  • the device according to the invention can also be used, for example, to measure the ripple or the drop in voltage under load.
  • DC voltage also has an AC voltage component, which at high voltage levels veaus also enables the use of DC voltage by induction.
  • a device for supplying energy to a load arranged on a rail vehicle, preferably a detection unit for monitoring rail vehicles, in particular for monitoring operating units, the rail vehicle having at least one current conductor, is configured to generate a supply voltage for the load from a voltage present on a current-carrying current conductor .
  • a sufficient current flow through the current conductor has proven to be essential since a magnetic field is generated by the current flow.
  • the current that results from the voltage applied to the current conductor generates the electromagnetic field, which in turn can be used by the conductor loop to generate the supply voltage for the consumer.
  • the energy supply device comprises transmission electronics and at least one conductor loop which can be electrically connected to the consumer via the transmission electronics, with the transmission electronics being connected between the conductor loop and consumer.
  • the conductor loop with a number of turns n which is preferably designed as an induction coil, is placed around the current conductor and connected to the rail vehicle, in particular a current collector of the rail vehicle, by means of at least one fastening device.
  • the conductor loop can have a toroidal core and windings wound around the toroidal core, it being possible for the toroidal core to be pushed over the current conductor.
  • a plurality of conductor loops, in particular a plurality of different conductor loops encompassing a current conductor can be connected in series or in parallel.
  • the conductor loop is preferably like this Designed to prevent system overload by toroidal saturation.
  • the number of turns, the size and the material of the conductor loop can preferably be selected in such a way that the maximum output power is achieved.
  • the conductor loop is preferably designed as an induction coil and has a toroidal core and windings placed around the toroidal core.
  • the conductor loop can have between 300 and 750 windings.
  • a conductor loop with 650 windings has proven particularly advantageous.
  • the ring core can be designed geometrically as a toroid, circular blank, pipe section or circular body with a hole in the middle.
  • the toroidal core can be wrapped with a wire-like conductor.
  • the toroidal core preferably has an inner diameter of between 15 mm and 30 mm and an outer diameter of between 25 mm and 40 mm with a height of between 6 mm and 18 mm.
  • the toroidal core has an inner diameter of between 24 mm and 25 mm and an outer diameter of between 29 mm and 30 mm with a height of between 16 mm and 17 mm. More preferably, the ring core has a magnetic permeability number between 30,000 and 60,000.
  • the ring core is particularly preferably made of a material with a magnetic permeability number between 45,000 and 48,000. It is conceivable that the toroidal core is designed in several parts, preferably in two parts, in order to enable simple attachment to a current conductor that is already fixed to the rail vehicle. Due to the multi-part design, the toroidal core or the conductor loop can be placed around the conductor in a simple manner without the conductor having to be dismantled.
  • the conductor loop can have a preferred ohmic resistance between 1.5 ohms and 6 ohms.
  • the conductor loop particularly preferably has an ohmic resistance of between 4.2 ohms and 4.7 ohms, most preferably 4.5 ohms.
  • the supply voltage for the consumer is generated from the voltage that can be generated via the conductor loop by means of the transmission electronics. As a result, a possibility for local voltage generation and supply of the consumer, ie in the immediate vicinity of the consumer, can be provided.
  • the current collector can be designed in the manner of a pantograph.
  • the consumer can be designed as a detection unit and the detection unit can have a sensor device that is stationarily arranged on the respective operating unit or the rail vehicle.
  • the sensor device can then, for example, comprise a sensor with which, for example, a function of the relevant operating unit and an operating time can be determined. If the detection unit also includes a transmission device, this can transmit data sets to a higher-level unit, such as the designations of the operating unit or the values determined with the sensor.
  • operating units can be current collectors, grounding contacts, lubricating devices, collector strips, grinding devices, contact brushes, grounding brushes or the like.
  • a pantograph can be designed as a roof pantograph, a roof charging pantograph, an inverted roof charging pantograph, an underbody pantograph or a third-rail pantograph.
  • a current conductor relates to a conductor that supplies the rail vehicle with current.
  • the current conductor is preferably a main current conductor, which supplies the rail vehicle from a higher-level power supply system.
  • the main current conductor preferably connects the motor of the rail vehicle to a current transfer point which, for example, se is formed between a pantograph and an overhead line supplied with high voltage.
  • a pantograph can thus include part of the main current conductor and/or at least one current conductor of a rail vehicle. More preferably, the main current conductor supplies components of the rail vehicle, such as the drive motor of the rail vehicle, with high voltage.
  • An overhead line that is commonly used in Germany is at a high-voltage potential of 15 kV compared to the ground potential.
  • the device according to the invention can be operated in other known traction current networks.
  • This supply of the rail vehicle takes place from the transfer point by means of the main conductor and a distribution connected to this, which can include a large number of current conductors.
  • the energy supply device and/or the consumer can be operated in isolation on the current conductor, in particular the main current conductor, without having an electrical connection to the car body of the rail vehicle.
  • a plurality of loads can also be supplied with energy using the energy supply device according to the invention.
  • the energy supply device according to the invention several acquisition units that acquire data at different points of a rail vehicle can also be supplied with energy using the energy supply device according to the invention and can therefore be operated without a battery or accumulator.
  • the transmission electronics are designed in such a way that the transmission electronics use the output voltage of the conductor loop to voltage of the consumer generated. It is thus possible through the transmission electronics according to the invention to adjust the output voltage of the conductor loop in such a way that the load can be supplied with voltage without damaging the load itself or impairing the operation of the load. Because the output voltage of the conductor loop can be subject to voltage fluctuations, for example, and/or have voltage peaks, which should not be passed on to the consumer in the course of supplying the consumer.
  • a battery is a store for electrical energy, which is stored entirely in electrochemical form in a battery.
  • an accumulator is a rechargeable battery.
  • the transmission electronics can also have a component for current or voltage transformation, by means of which the output voltage of the conductor loop is converted, so that the output voltage of the conductor loop and the supply voltage of the load differ.
  • a component for current or voltage transformation can be used as a component for current or voltage limitation or as a component for current or voltage reduction or as a component be designed to increase current or voltage.
  • a component for voltage transformation can be, for example, an AC voltage converter or a DC voltage converter.
  • a DC voltage converter is understood to mean an electrical circuit that converts a DC voltage supplied at the input into a DC voltage with a higher, lower or inverted voltage level.
  • an AC voltage converter is an electrotechnical component that converts an AC input voltage that is present at the input of the AC voltage converter into an AC output voltage that can be tapped off at the output of the AC voltage converter.
  • the output voltage of the AC voltage converter can be smaller, greater than or equal to the input voltage of the AC voltage converter.
  • the voltage increase is preferably carried out using a boost converter, the magnitude of the output voltage of which is always greater than the magnitude of its input voltage.
  • the output voltage of the conductor loop is preferably reduced using a buck converter, the output voltage of which is always less than the input voltage.
  • an input voltage of the component for voltage transformation between 0.35 and 16 V can be converted into an output voltage of 3.8 V by means of the component for voltage transformation.
  • the component for voltage transformation preferably provides a DC voltage. More preferably, the component for voltage transformation provides a low voltage of 3.8 V. Most preferably, the voltage transformation component provides a DC voltage of 3.8 V.
  • the voltage transformation can take place independently of a rectification before or after a rectification.
  • the transmission electronics can have a component for rectification. Through the rectification component, one of the AC voltage picked up from the conductor loop is rectified and subsequently a DC voltage is supplied to the consumer as the supply voltage.
  • Known rectifiers can be used as the component for rectification. Semiconductor rectifiers are preferably used.
  • the transmission electronics can have a component for current or voltage limitation.
  • a component for current or voltage limitation allows protection against overvoltage or currents that are too high in a simple manner. This ensures that subsequent components of the transmission electronics or the consumer are not damaged or their function impaired by overvoltages or excessive currents.
  • Electrotechnical components such as suppressor diodes or varistors, which offer discrete overvoltage protection, can be used as components for voltage limitation.
  • an active limiter is preferably used as a component for current or voltage limitation. Such an active limiter continuously measures the voltage or the current on the supply line of the active limiter and isolates the downstream elements in the event of overvoltages or excessive current flow.
  • An active voltage limiter is particularly preferably used. If the conductor loop supplies AC voltage, the AC voltage must be rectified before it is fed to the consumer, which is preferably done using an active limiter in combination with a rectifier.
  • the transmission electronics of the energy supply device can be designed in such a way that the transmission electronics have charging electronics which have at least one component for storing energy, preferably at least one capacitor.
  • the energy storage can bridge the times when the voltage tap on the conductor loop is too low or not available, and thus the conductor loop does not provide a sufficient output voltage to generate a supply voltage for the consumer. It can thus be ensured that the consumer can be operated reliably even during an insufficient supply through the conductor loop, for example during downtimes in the railway depot or during short braking phases during operation.
  • a capacitor, which is supplied via the charging electronics is preferably used as the component for energy storage.
  • a so-called supercapacitor, which is supplied via the charging electronics, is even more preferably used as the component for energy storage.
  • a component for voltage transformation and/or a component for rectification and/or a component for current or voltage limitation are also supplied with energy from the energy store. Furthermore, it is conceivable that when the energy store is completely discharged, the system is powered by an additional emergency battery that can be replaced if necessary. However, since this emergency battery is only used in exceptional cases, its maintenance and replacement intervals are comparatively long.
  • the energy supply device can have monitoring electronics for monitoring the component for voltage transformation, in particular a voltage converter.
  • the voltage transformation component can be initially triggered via a pulse, which is preferably generated by the energy storage component.
  • the monitoring electronics for monitoring the component for voltage transformation monitors in particular the initial ignition of the component for voltage transformation, preferably a voltage converter, and prevents unnecessary ignition processes, for example when the output voltage of the conductor loop is unstable.
  • the monitoring electronics contributes to the safe operation of the consumer on the one hand and prevents unnecessary discharging of the consumer on the other hand Component for storing energy by preventing unnecessary ignition processes.
  • the supply voltage of the load in particular of a detection unit, which can be provided by the transmission electronics connected downstream of the conductor loop, is preferably 3.3 V. If charging electronics are provided, their input voltage is preferably 3.8 V and the input voltage of the component for voltage transformation is preferably 0.35 V to 16 V. Since the supply voltage must be adapted to the needs of the consumer, it is also conceivable that, with a comparatively low voltage that can be generated on the conductor loop, which is lower than the supply voltage required to supply the consumer, an increase in the voltage generated at the conductor loop is necessary.
  • the energy supply device can have at least one conductor loop, which is arranged around a current conductor arranged on a current collector.
  • the conductor loop preferably encloses the current conductor arranged on a current collector concentrically. More preferably, the current conductor is designed as a cable element and the conductor loop is arranged around the cable element. Because the energy supply device, in particular the conductor loop, can be arranged directly on a current collector via a fastening device, no intervention in the internal on-board network of the rail vehicle is advantageously necessary, which enables universal use on different rail vehicles independently of the rail vehicle operator.
  • the pantograph can be electrically isolated from the car body of a rail vehicle.
  • a power source on the pantograph outside of the car body is necessary, which is due to the arrangement of the invention proper energy supply device can be provided on the pantograph.
  • the energy supply device can be accessed in a simple manner without access to the interior of the rail vehicle or the car body or intervention in the internal electrical system of the rail vehicle being necessary.
  • no intervention in the rail system, in the hardware or software of the rail vehicle and/or the current path is necessary, which means that the energy supply can be implemented particularly reliably and easily and the requirements required for the approval of rail vehicles can be met. It is even conceivable that an approval is not necessary due to the structure and the positioning of the energy supply device on the pantograph.
  • the energy supply device is to supply energy to a detection unit for monitoring a current collector
  • the conductor loop of the energy supply device can advantageously be arranged on the base frame, the upper scissors and/or the lower scissors of the current collector.
  • the conductor loop is preferably arranged around a section of the conductor designed as a flexible cable element, with the cable element bridging a bearing of a joint between the base frame and lower scissors or a bearing of a joint between lower scissors and upper scissors. It is also conceivable for the conductor loop to be laid around a section of a current conductor that is fixed to the base frame of the current collector, with the section of the current conductor being fixed to the base frame by means of a fastening device.
  • a conductor loop can be laid around an adapter element that is fixed to the current collector by a fastening element of the fastening device.
  • the adapter element is preferably live. More preferably, the section of a current conductor fixed to the current collector is designed as a cable element, in particular as a flexible cable element.
  • a current collector in particular on the base frame of the current collector.
  • Four conductor loops are preferably arranged on the current collector. More preferably, the current collector has four current conductors, with a conductor loop being arranged on each current conductor. Most preferably, a conductor loop is arranged on each section of a current conductor that bridges a joint between the base frame and the lower scissors.
  • the energy supply device can include an energy generation unit.
  • the energy generation unit is designed as a fuel cell, as a photoelectric generator, as a piezoelectric generator, as a kinetic generator and/or as a thermoelectric generator.
  • energy from various energy sources through wind power, photovoltaics, dynamic pressure, kinetic energy, for example due to a movement of an operating unit or a component of an operating unit, temperature gradients or pressure changes can be used in order to provide the consumer with energy using the energy generating unit.
  • the energy supply device can be used in addition to the conductor loop have a power generation unit.
  • the energy supply device it is also conceivable for the energy supply device to be formed solely from an energy generation unit and transmission electronics, without a conductor loop being included in the energy supply device, so that fully autonomous operation is possible without being dependent on an external power supply system.
  • the monitoring system according to the invention has at least one energy supply device according to the invention and a consumer configured as a detection unit for monitoring rail vehicles, in particular for monitoring operating units, with data being able to be recorded by means of the detection unit for various attributes of the respective operating units.
  • Operating units of rail vehicles to be monitored by the detection unit can be, for example, pantographs, grounding contacts, lubricating devices, collector strips or strips, grinding devices, contact brushes, grounding brushes, shaft grounding system or the like.
  • an attribute is understood to mean an object-specific property of an operating unit.
  • the attributes can be selected from the attribute types type, identification, year of manufacture, vehicle, use, term, material, wear and tear, error, damage, location, image, sound, detection time or the like, the operating unit.
  • data is understood to mean attribute values such as, for example, an actual measured value for detecting the wear and tear of an operating unit.
  • the data can be, for example, a designation, a serial number, a year, a date, a vehicle type designation, a measured value, a description of an error, a description of damage, a position, an image file, an audio file, a time, a period of time or the like.
  • the operating unit is a pantograph or a pantograph
  • the following attributes may preferably be used: type of contact strip, material of contact strip, exit height and wear level, running time of the vehicle in kilometers, running time of the pantograph in kilometers, indication of wear in millimeters for a first contact strip, indication of wear in millimeters for a second contact strip.
  • the operating unit is a third rail pantograph
  • the following attributes may preferably be used: type of fuse, type of contact strip, material of contact strip, initial height and wear level, running time of the vehicle in kilometers, running time of the pantograph in kilometers, wear indication in millimeters for the sanding piece.
  • the operating unit is a grounding brush
  • the following attributes can preferably be used: slip ring material, brush material, brush cross-section, initial height and wear level, running time of the vehicle in kilometers, running time of the grounding contact in kilometers, indication of wear in millimeters for several carbon brushes.
  • the operating unit is a shaft grounding system
  • the following attributes can preferably be used: mating material, fiber material, fiber cross section, output cross section and wear level, vehicle service life in kilometers, service life of the grounding system in kilometers, wear information in millimeters for a first fiber and a second fiber.
  • the operating unit is wheel flange lubrication
  • the following attributes can preferably be used: lubricating pin material, initial length and wear length, running time of the vehicle in kilometers, running time of the lubricating pin in kilometers, wear information in millimeters.
  • Rail vehicles with several operating units of the same and/or different type can also be monitored with the monitoring system according to the invention.
  • the monitoring Calculation system also has a plurality of acquisition units for acquiring data from the operating units.
  • the plurality of detection units can each be connected to its own power supply device, or a single power supply device supplies electrical power to a plurality of detection units.
  • the data recorded by the recording units in each case for different attributes of an operating unit can be assigned to these attributes.
  • the data can be represented by values, characters or files.
  • the attributes, together with the respective associated data, form data records which can be transmitted from the respective detection units to a monitoring unit.
  • the monitoring unit can be part of the monitoring system or belong to another system in a superordinate or ancillary manner. It is conceivable for the monitoring system to have a number of detection units, the data records of which are transmitted to at least one individual monitoring unit and combined in it, it also being possible for there to be a number of monitoring units, for example for different applications.
  • the data records can be stored in a database of the monitoring unit and processed continuously or as required with an evaluation device of the monitoring unit.
  • the monitoring unit or the evaluation device can be in the form of a computer with a software application installed on it.
  • the evaluation device can be used to carry out a pattern analysis of the data sets and this can be output using an output device, for example a screen.
  • the pattern analysis makes it possible to determine an interrelationship between data sets, if this is the case.
  • causal relationships can regularly be derived from the interrelationships, which can be used to optimize the operation of the monitored rail vehicles. sample In this way, an occurrence of a fault on a specific type of operating unit can correlate with a specific type of rail vehicle. This makes it possible to determine the cause of the error or the functional relationship between the rail vehicle and the error and to eliminate it in a targeted manner.
  • the monitoring system can include a detection unit that has a sensor device that is stationarily arranged on the respective operating unit or the rail vehicle.
  • the sensor device can then, for example, comprise a sensor with which a function of the relevant operating unit and an operating time can be determined. For example, data relating to the wear of a component of an operating unit can be recorded with the sensor device.
  • the wear of a current collector more preferably a contact strip of a current collector, is preferably detected with the sensor device.
  • the detection unit of the monitoring system can have a transmission device arranged in a stationary manner on the respective operating unit or the rail vehicle.
  • This transmission device can then transmit data records, in particular data recorded by a sensor device, preferably to a monitoring unit.
  • the transmission device can transmit a data record consisting of the type designation of the operating unit and a value determined using the sensor, as well as an operating time.
  • the transmission device assigns the data recorded for the sensor to the corresponding attributes.
  • data records are already stored in the transmission device that are transmitted, such as a serial number or a year of construction of the operating unit or the rail vehicle.
  • the data can be transmitted via a data connection.
  • the data connection can be formed by a line connection.
  • the data connection can also be a radio connection or another suitable type of data connection.
  • the Data connection can be established continuously, at regular intervals or based on events. Overall, it is thus possible to use the transmission device to transmit data sets from the operating units, regardless of the type of data connection, for example for evaluation. It is conceivable that the data connection is established via an external network.
  • the data connection can be implemented individually or in combination via a mobile radio network, WLAN, a satellite connection, the Internet or any other radio standard.
  • the destination of the data transmitted by the transmission device for example a monitoring unit or evaluation device, can then also be spatially separated from the operating units, the rail vehicles and/or the transmission device. In particular, this makes it possible to centrally evaluate data sets from a rail vehicle.
  • the detection unit of the monitoring system can have a time sensor and a position sensor, so that a detection time and a spatial position of the respective operating unit can be determined.
  • the time of acquisition and the spatial position can also be stored as a data record in a database.
  • the spatial position can determine a position of the rail vehicle or the relevant operating unit, for example via satellite navigation. Among other things, it can be determined at which point on a route a specific data set was recorded. In this way, the relevant location can be assigned to an event or to the data set recorded at this point in time. If a pattern analysis is carried out, then, for example, correlations can result between the location at the time of detection and any errors in the operating units that are determined.
  • the monitoring system according to the invention can have an energy measuring device.
  • This energy measuring device is preferably designed as a current measuring device and/or voltage measuring device. More preferably, the conductor loop is used to measure the voltage drop across the conductor, which is proportional to the current via the resistance of the conductor, which in turn allows conclusions to be drawn about the energy via the mains voltage, in particular via the mains voltage of the overhead line.
  • the energy measuring device can be used, for example, to measure the traction current present on the main conductor and/or the voltage tapped from the conductor loop and/or the amount of electrical energy supplied to the network by feedback from the rail vehicle and/or the electrical energy transmitted from the conductor loop to the transmission electronics and/or the electrical energy transmitted from the conductor loop to the detection unit can be detected.
  • the traction current present on the main current conductor and/or the voltage tapped from the conductor loop and/or the amount of electrical energy supplied to the network by feedback from the rail vehicle and/or the electrical energy transmitted from the conductor loop to the transmission electronics and/or the Electrical energy transmitted from the conductor loop to the detection unit, taking into account the current distribution or the measurement of the total current consumption of the rail vehicle.
  • such an energy measuring device can be used to detect arcing, ie to detect electric arcs, for example between overhead line and contact strip of a pantograph, due to voltage changes, in particular due to a strong voltage drop.
  • a driving profile of the rail vehicle can be recorded and modeled by evaluating the energy yield.
  • the traction current, ie the current flowing through the main current conductor is preferably measured by recording the negative half-wave or positive half-wave in AC networks and/or by a high-impedance voltage measurement circuit.
  • the monitoring system can include at least one operating unit.
  • the monitoring system can also include several operating units whose data can be stored as data records in a database.
  • the operating units can be connected to a higher-level evaluation device via the detection unit and/or a transmission device with a data connection.
  • the monitoring system can have a current collector, a grounding contact, a lubricating device, contact strips, grinding devices, contact brushes or grounding brushes as the operating unit.
  • the monitoring system comprises a current-carrying operating unit, such as a pantograph, a grinder or contact brushes.
  • the monitoring system particularly preferably comprises a current collector as the operating unit, on which the conductor loop of the energy supply device is arranged.
  • the monitoring system can also include a plurality of detection units for monitoring a plurality of pantographs.
  • a first voltage is applied to a conductor of the rail vehicle, in particular to a current collector, and a second voltage is applied to the conductor by means of at least one conductor loop as the output voltage of the Conductor loop tapped, the output voltage of the conductor loop being used to supply energy to the consumer.
  • the current conductor is preferably a main current conductor for supplying the rail vehicle with energy.
  • the detection unit is preferably designed to monitor operating units of a rail vehicle.
  • the consumer is preferably designed as a detection unit and the detection unit, which can be supplied with energy using the inventive method for energy supply, monitors current collectors, grounding contacts, lubricating devices, collector strips, grinding devices, contact brushes, grounding brushes or the like.
  • the output voltage of the conductor loop can be used directly as the supply voltage of the consumer or can be supplied to transmission electronics, by means of which the output voltage of the conductor loop is converted, stabilized and/or the electrical energy transmitted by the conductor loop is stored becomes.
  • the supply voltage required by the consumer is advantageously generated by voltage transformation of the output voltage of the conductor loop. This can be done in the transmission electronics. Components for voltage transformation, such as a voltage converter or a voltage transformer, are preferably used for the voltage transformation.
  • the step of voltage transformation makes it possible to reliably provide the required supply voltage of the consumer.
  • the term “transforming the output voltage of the conductor loop” relates to limiting or reducing or increasing the Output voltage of the conductor loop.
  • the voltage limitation or voltage reduction can ensure that the consumer is not damaged by voltage spikes or the like. However, it is also conceivable that the output voltage is increased.
  • the output voltage of the conductor loop is preferably increased using a boost converter, the magnitude of the output voltage of which is always greater than the magnitude of its input voltage.
  • the output voltage of the conductor loop is preferably reduced using a buck converter, the magnitude of the output voltage of which is always smaller than the magnitude of its input voltage.
  • the voltage transformation can take place independently of a rectification before or after the rectification.
  • the output voltage of the at least one conductor loop can be rectified. Rectification makes it possible to supply the load with direct current, regardless of whether the conductor loop generates direct or alternating current.
  • the output voltage of the conductor loop is preferably rectified and then subjected to a voltage transformation. More preferably, the output voltage of the conductor loop is limited and rectified and then subjected to a voltage transformation.
  • the supply voltage of the consumer can be provided at least temporarily by at least one component for energy storage.
  • a voltage tapped off at the conductor loop is preferably rectified and/or limited, and then the electrical energy is supplied to a component for energy storage, with the component for energy storage providing the required supply voltage for supplying the load.
  • the driving current can be determined and/or electric arcs can be detected and/or a driving profile can be recorded.
  • the traction current as well as the current and/or voltage curves on the conductor can be determined via the properties of the conductor loop.
  • the quality of the rail vehicle's power supply can be determined, since this correlates with the traction power consumption and, in particular, fluctuations in the traction current allow conclusions to be drawn about the quality of the power supply.
  • the current distribution can be taken into account or the total current, for example. can be measured by attaching several conductor loops.
  • arc detection is possible in a simple manner by determining the voltage on the conductor loop. Because when an arc occurs, which occurs, for example, between the contact strip of a pantograph and the overhead line, characteristic voltage changes and/or a reduction in the current flow through the conductor loop can be determined. The undesired occurrence of arcs can thus be detected and corresponding measures for the maintenance of the supply network and/or the rail vehicle, in particular the pantograph, can be initiated.
  • a driving profile of the rail vehicle can be derived from the energy yield of the conductor loop.
  • acceleration and braking processes of the rail vehicle can be linked to time and/or position data within a travel profile in order to improve, for example, route expansion, route maintenance or route simulations.
  • the data required for the driving profile in particular data relating to braking processes and/or acceleration processes, can be left can be derived from the energy yield of the conductor loop in a simple manner, since with an increased energy yield of the conductor loop an acceleration process in which the main current conductor transfers an increased amount of energy can be assumed, and with a braking procedure the energy yield is lower because the main current conductor only has one transfers a small amount of energy.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a monitoring system according to the invention with an energy supply device arranged on a current collector;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an energy supply device according to the invention
  • FIG. 3 shows an arrangement of a fastening device on a pantograph
  • FIG. 4 Detail A from FIG. 2 of the arrangement of a fastening device on a pantograph
  • FIG. 5 shows an arrangement of a conductor loop by means of a fastening device on a pantograph
  • FIG. 6 shows an adapter element in a isometric view from the front
  • FIG. 7 shows the adapter element according to FIG. 5 in an isometric view from the rear
  • FIG. 8 shows the adapter element according to FIG. 5 in a side view
  • 9 shows a conductor loop; and 10 shows a conductor loop arranged in a housing.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a monitoring system 15 with an energy supply device 1 together with a current collector 7 designed as a pantograph, which forms part of the main current conductor of a rail vehicle 24 (not shown in FIG. 1).
  • the transmission electronics 5 is used to transmit the electrical energy from the conductor loop 6 to the consumer 2 designed as a detection unit 23.
  • the overhead line with which the pantograph 7 via the contact strip of the pantograph 7 to supply the rail vehicle 24 with electrical energy from the supply network connected.
  • the conductor loop 6 generates an AC voltage.
  • This AC voltage is rectified with the component for rectification 10, with the help of an active limiter 1 1, the voltage is also limited.
  • a voltage of 3.8 V is generated from the output voltage of the component for rectification 10, which can be between 0.35 V and 16 V.
  • the capacitors 13 used as a component for energy storage are supplied via charging electronics 12, so that even when the rail vehicle 24 is at a standstill or during braking phases during operation, when the voltage drop across the conductor loop 6 is too low, the detection unit 23 is supplied with the necessary supply voltage from FIG. 3 V can be supplied.
  • 1 thus shows an embodiment in which the current flows from the conductor loop 6 through a component for rectification 10 and a component for voltage limitation 11, then through a component for voltage transformation 9 and the charging electronics 12 to the detection unit 23.
  • the detection unit 23 can be safely and reliably supplied with the DC voltage required for the operation of the detection unit 23 by an AC voltage tapped off at the current collector 7 .
  • the active limiter 11, the rectifier 10 and the voltage converter 9 can also be supplied via the component for storing energy in the charging electronics 12.
  • the initial ignition of the voltage converter 9 is generated via a pulse whose energy requirement can also be covered by the energy storage component.
  • monitoring electronics 14 are provided, which monitor the ignition of the voltage converter 9 and prevent unnecessary ignition processes, for example when the output voltage of the conductor loop 6 is unstable.
  • the detection unit 23 has a stationary sensor device 16 arranged on the rail vehicle for monitoring an operating unit 3 , here a pantograph 7 , the detection unit 23 recording data for various attributes of the pantograph 7 .
  • the data can be transmitted to an evaluation device, not shown here, using the transmission device 17 . For example, the condition of the contact strip of the current collector 7 can be determined, and the contact strips can be serviced or replaced in good time.
  • FIG. 2 shows an energy supply device 1 together with a current collector 7 designed as a pantograph, which forms part of the main current conductor of a rail vehicle 24 .
  • the transmission electronics 5 is used to transmit the electrical energy from the conductor loop 6 to several consumers 2. Not shown here is the overhead line with which the pantograph 7 is connected via the contact strip of the pantograph 7 to supply the rail vehicle 24 with electrical energy from the supply network .
  • the conductor loop 6 generates an AC voltage. This AC voltage can be rectified with a component for rectification 10, not shown here, with the help of an active limiter 11, also not shown here, also being able to limit the voltage.
  • the consumers 2 can be provided with the supply voltage necessary for their operation.
  • the consumers 2 can be supplied with the necessary supply voltage even when the rail vehicle 24 is stationary or during braking phases during operation when the voltage drop across the conductor loop 6 is too low.
  • FIGS. 3 and 4 With FIG. 4 showing detail A from FIG.
  • the pantograph 7 is on the roof of the rail vehicle
  • the contact strips 28 can be raised in the direction of an overhead line (not shown here) and brought into contact with it or in Towards the roof of the rail vehicle 24 are lowered.
  • the fastening device 8 is arranged near the joint 25 on the base frame 20 and has a fastening element 27 for holding the conductor loop 6, in particular for holding it by means of the adapter element 29 shown in FIGS.
  • the conductor loop 6 shows a possibility of arranging the conductor loop 6 on a current collector 7 designed as a pantograph.
  • the conductor loop 6 is placed around a section of the conductor 4 from which is designed as a current-carrying cable element 19 .
  • the preferably flexible cable element 19 is used to bridge the bearing of the joint 25.
  • the fastening device 8 according to the illustrated embodiment is expanded by a conductor loop 6, which is designed as an induction coil element.
  • the conductor loop 6 is fixed around an adapter element 29, which is in the form of a spacer bolt.
  • the 5 to 8 has a hollow-cylindrical section 30 through which a fastening element 27 of the fastening device 8 extends, with the adapter element 29 being able to be fixed, in particular screwed, to the base frame 20 by means of the fastening element 27.
  • the adapter element 29 is live.
  • the external dimensions and height of the adapter element 29 are designed to complement the conductor loop 6 and thus correspond to the internal dimensions of the conductor loop 6.
  • the conductor loop 6 can also encompass any other current-carrying component of the current collector 7.
  • FIG. 9 shows a conductor loop 6 according to the invention consisting of a toroidal core and windings 34 of enamelled copper wire arranged around it. It can be seen that the height H of the toroidal core or the conductor loop 6 is defined in such a way that the height H is measured along the axis of symmetry of the toroidal core or the conductor loop 6 .
  • FIG. 10 shows the conductor loop 6 cast in a housing 33, which can be connected via the connecting line 32 to the transmission electronics 5, not shown here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung (1) zur Energieversorgung eines an einem Schienenfahrzeug (24) angeordneten Verbrauchers (2), bevorzugt einer Erfassungseinheit (23) zur Überwachung von Schienenfahrzeugen (24), insbesondere zur Überwachung einer Betriebseinheit (3), wobei das Schienenfahrzeug (24) zumindest einen Stromleiter (4) aufweist und die Energieversorgungsvorrichtung (1) zur Erzeugung einer Versorgungsspannung des Verbrauchers (2) aus einer an dem Stromleiter (4) anliegenden Spannung konfiguriert ist, wobei eine Übertragungselektronik (5) und mindestens eine mit dem Verbraucher (2) über die Übertragungselektronik (5) elektrisch leitend verbindbare Leiterschleife (6) mit n Wicklungen umfasst ist, und die Übertragungselektronik (5) zwischen Leiterschleife (6) und Verbraucher (2) angeordnet ist, und die Leiterschleife (6) derart um den Stromleiter (4) angeordnet ist, dass die Leiterschleife (6) eine Ausgangsspannung erzeugt, wobei die Übertragungselektronik (5) derart ausgebildet ist, dass die Übertragungselektronik (5) aus der Ausgangsspannung der Leiterschleife (6) die Versorgungsspannung des Verbrauchers (2) erzeugt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Überwachungssystem (15) aufweisend eine Energieversorgungsvorrichtung (1) sowie ein Verfahren zur Energieversorgung eines Verbrauchers (2) zur Überwachung eines Schienenfahrzeugs (24).

Description

Energy Harvesting mit Induktionsspule
Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung zur Energieversorgung eines Verbrauchers, bevorzugt einer Erfassungseinheit zur Überwachung von Schienenfahrzeugen, insbesondere zur Überwachung einer Betriebseinheit, wobei das Schienenfahrzeug zumindest einen Stromleiter aufweist, und die Energieversorgungsvorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung des Verbrauchers aus einer an einem Stromleiter anliegenden Spannung konfiguriert ist, wobei eine Übertragungselektronik und mindestens eine mit dem Verbraucher über die Übertragungselektronik elektrisch leitend verbindbare Leiterschleife mit n Wicklungen umfasst ist, und die Übertragungselektronik zwischen Leiterschleife und Verbraucher angeordnet ist, und die Leiterschleife derart um einen Stromleiter angeordnet ist, dass die Leiterschleife eine Ausgangsspannung erzeugt, wobei die Übertragungselektronik derart ausgebildet ist, dass die Übertragungselektronik aus der Ausgangsspannung der Leiterschleife die Versorgungsspannung des Verbrauchers erzeugt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Überwachungssystem mit einer Energieversorgungsvorrichtung und ein Verfahren zur Energieversorgung eines Verbrauchers zur Überwachung von Schienen- Fahrzeugen, insbesondere zur Überwachung von Betrieb seinheiten der Schienenfahrzeuge.
Prinzipiell sind Vorrichtungen und Verfahren zur Energieversorgung von Verbrauchern an Schienenfahrzeugen und zur Überwachung von Schienenfahrzeugen bzw. deren Betriebseinheiten bekannt. Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren wird beispielsweise mittels eines Sensors, der unmittelbar am Schienenfahrzeug bzw. einer Betrieb seinheit angebracht ist, ein Zustand der Betrieb seinheit überwacht bzw. ein Messwert und/oder Daten ermittelt. So kann beispielsweise innerhalb eines Schleifstücks bzw. einer Schleifleiste eines Dachstromabnehmers eine mit Druckluft beaufschlagte Leitung angeordnet sein, wobei bei einem Bruch oder vollständigen Verschleiß des Schleifstücks die Druckluft aus der Leitung entweicht und ein Absenken des Schleifstücks von einem Fahrdraht bewirkt wird. Alternativ können auch mittels eines entsprechend verbauten Sensors eine Andruckkraft des Schleifstücks an dem Fahrdraht, eine Windgeschwindigkeit oder andere Umgebungs- und Betrieb sparameter gemessen und zur Regelung einer Betätigung des Dachstromabnehmers oder einer anderen Betrieb seinheit des Schienenfahrzeugs genutzt werden.
Zur Überwachung der Betrieb seinheiten können zahlreiche Sensoren zum Einsatz kommen, deren Stromversorgung entweder kabelgebunden oder kabellos erfolgen kann. Eine kabelgebundene Stromversorgung, die den Strom direkt aus einem Stromnetz bezieht, ist meist mit hohen Materialkosten und einem hohen Verkabelungsaufwand verbunden oder scheidet aufgrund der Anforderungen an die Stromversorgung aus. Beispielsweise bei mobilen Anwendungen, wie dem Einsatz einer Erfassungseinheit mit Sensoren in oder an Verkehrsmitteln, wie Zügen, Automobilen oder Flugzeugen, wird oftmals eine autarke oder kabellose oder netzunabhängige Stromversorgung der kabelgebundenen Stromversorgung aufgrund der Anforderungen vorgezogen. Bekannte Erfassungseinheiten mit Sensorsystemen, die eine kabellose Stromversorgung aufweisen, also nicht direkt an ein Stromnetz angeschlossen sind, werden üblicherweise einzig über Batterien oder Akkumulatoren mit elektrischer Energie versorgt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Batterie ersetzt oder der Akkumulator regelmäßig aufgeladen werden muss, und somit ein erhöhter Wartungsaufwand an der Erfassungseinheit erforderlich ist. Daneben können äußere Einflüsse die Lebensdauer der Batterien oder Akkumulatoren stark beeinträchtigen. Beispielsweise können Temperaturschwankungen zu einer schnelleren Entladung führen oder j e nach Jahreszeit und/oder klimatischen Bedingungen, insbesondere bei Kälte, kürzere Wartungsintervalle notwendig werden. Dies ist, insbesondere wenn der Verbraucher, die Erfassungseinheit sowie die Energieversorgungseinheit nur schwer zugänglich sind, mit erhöhtem Aufwand verbunden und daher unerwünscht.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieversorgungsvorrichtung und ein Verfahren zur lokalen Spannungserzeugung und Energieversorgung eines an einem Schienenfahrzeug angeordneten Verbrauchers vorzuschlagen, die keine Batterie, keinen Akkumulator und keine aufwendige Kabelverbindung zur Energieversorgung erfordert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Energieversorgungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bei in AC (Wechselstrom)-Bahnstromnetzen betriebenen Stromabnehmern kann das Induktionsprinzip genutzt werden, um über eine, um ein, bei spielsweise an einem Stromabnehmer angeordnetes, stromführendes Element, den Stromleiter, gelegte Leiterschleife mit Windungszahl n eine elektrische Spannung zu erzeugen und für die Energieversorgung eines Überwachungssystems nutzbar zu machen.
Auch in DC (Gleichstrom)-Stromnetzen kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise die Welligkeit oder die Absenkung der Spannung unter Last gemessen werden. Gleichspannung weist grundsätzlich auch einen Wechselspannungsanteil auf, der bei hohen Spannungsni- veaus auch ggf. eine Nutzung der Gleichspannung per Induktion ermöglicht.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieversorgung eines an einem Schienenfahrzeug angeordneten Verbrauchers, bevorzugt einer Erfassungseinheit zur Überwachung von Schienenfahrzeugen, insbesondere zur Überwachung von Betriebseinheiten, wobei das Schienenfahrzeug zumindest einen Stromleiter aufweist, ist zur Erzeugung einer Versorgungsspannung des Verbrauchers aus einer an einem stromführenden Stromleiter anliegenden Spannung konfiguriert. Insbesondere hat sich ein ausreichender Stromfluss durch den Stromleiter als wesentlich erwiesen, da durch den Stromfluss ein magnetisches Feld erzeugt wird. Mit anderen Worten erzeugt der Strom, der aus der am Stromleiter anliegenden Spannung resultiert, das elektromagnetische Feld, welches wiederum durch die Leiterschleife zur Generierung der Versorgungsspannung des Verbrauchers genutzt werden kann.
Die Energieversorgungsvorrichtung umfasst zur Energieversorgung des Verbrauchers eine Übertragungselektronik und mindestens eine mit dem Verbraucher über die Übertragungselektronik elektrisch leitend verbindbare Leiterschleife, wobei die Übertragungselektronik zwischen Leiterschleife und Verbraucher geschaltet ist. Die Leiterschleife mit Windungszahl n, die bevorzugt als Induktions-Spule ausgebildet ist, ist um den Stromleiter gelegt und mittels zumindest einer Befestigungseinrichtung mit dem Schienenfahrzeug, insbesondere einem Stromabnehmer des Schienenfahrzeugs, verbunden. Die Leiterschleife kann einen Ringkern und um den Ringkern gewickelte Wicklungen aufweisen, wobei der Ringkern über den Stromleiter geschoben werden kann. Mehrere Leiterschleifen, insbesondere mehrere unterschiedliche einen Stromleiter umgreifende Leiterschleifen, können in Reihe oder parallel geschaltet werden. Zudem besteht auch die Möglichkeit, dass über einen einzelnen Stromleiter mehrere Leiterschleifen geschoben werden und diese parallel oder seriell geschaltet werden. Die Leiterschleife wird bevorzugt so ausgelegt, dass eine Überlastung des Systems anhand der Sättigung des Ringkerns verhindert wird. Die Anzahl der Windungen, die Größe und das Material der Leiterschleife können bevorzugt so gewählt werden, dass die maximale Ausgangsleistung erreicht wird.
Bevorzugt ist die Leiterschleife als Induktionsspule ausgebildet und wiest eine Ringkern und um den Ringkern gelegte Wicklungen auf. Die Leiterschleife kann zwischen 300 und 750 Wicklungen aufweisen. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Leiterschleife mit 650 Wicklungen erwiesen. Der Ringkern kann geometrisch als Toroid, Ronde, Rohrabschnitt oder kreisrunder Körper mit einem Loch in der Mitte ausgebildet sein. Zur Herstellung der Leiterschleife, insbesondere der Wicklungen der Leiterschleife, kann der Ringkern mit einem drahtförmigen Leiter umwickelt werden. Der Ringkern hat bevorzugt einen inneren Durchmesser zwischen 15 mm und 30 mm und einen äußeren Durchmesser zwischen 25 mm und 40 mm bei einer Höhe zwischen 6 mm und 18 mm. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der der Ringkern einen inneren Durchmesser zwischen 24 mm und 25 mm und einen äußeren Durchmesser zwischen 29 mm und 30 mm bei einer Höhe zwischen 16 mm und 17 mm aufweist. Weiter bevorzugt weist der Ringkern eine magnetische Permeabilitätszahl zwischen 30000 und 60000 auf. Besonders bevorzugt ist der Ringkern aus einem Material mit einer magnetischen Permeabilitätszahl zwischen 45000 und 48000 auf. Es ist denkbar, dass der Ringkern mehrteilig, bevorzugt zweiteilig, ausgebildet ist, um eine einfache Anbringung an einem bereits am Schienenfahrzeug festgelegten Stromleiter zu ermöglichen. Durch die mehrteilige Ausbildung kann der Ringkern bzw. die Leiterschleife in einfacher Weise um den Stromleiter herum gelegt werden, ohne dass eine Demontage des Stromleiters notwendig ist. Die Leiterschleife kann einen bevorzugten ohmschen Widerstand zwischen 1 ,5 Ohm und 6 Ohm aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Leiterschleife einen ohmschen Widerstand zwischen 4,2 Ohm und 4,7 Ohm, am mei sten bevorzugt 4,5 Ohm, auf. Aus der über die Leiterschleife erzeugbaren Spannung wird mittels der Übertragungselektronik die Versorgungsspannung des Verbrauchers erzeugt. Dadurch kann eine Möglichkeit zur lokalen Spannungserzeugung und Versorgung des Verbrauchers, d.h. in unmittelbarer Nähe zum Verbraucher, bereitgestellt werden.
Der Stromabnehmer kann in der Art eines Pantographen ausgebildet sein.
Im Rahmen der Erfindung kann der Verbraucher als Erfassungseinheit ausgebildet sein und die Erfassungseinheit eine an der j eweiligen Betrieb seinheit oder dem Schienenfahrzeug ortsfest angeordnete Sensorvorrichtung aufweisen. Die Sensorvorrichtung kann dann beispielsweise einen Sensor umfassen, mit dem beispielsweise eine Funktion der betreffenden Betriebseinheit und eine Betrieb sdauer ermittelbar sind. Umfasst die Erfassungseinheit weiter eine Übermittlungsvorrichtung, kann diese Datensätze an eine übergeordnete Einheit übermitteln, wie beispiel sweise die Bezeichnungen der Betrieb seinheit oder die mit dem Sensor ermittelten Werte.
Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei Betriebseinheiten um Stromabnehmer, Erdungskontakte, Schmiervorrichtungen, Schleifstücke, Schleifvorrichtungen, Kontaktbürsten, Erdungsbürsten oder dergleichen handeln.
Im Rahmen der Erfindung kann ein Stromabnehmer als Dachstromabnehmer, Dachladestromabnehmer, invertierter Dachladestromabnehmer, Unterboden-Stromabnehmer oder Dritte-Schiene-Stromabnehmer ausgebildet sein.
Ein Stromleiter betrifft im Rahmen der Erfindung einen Leiter, der das Schienenfahrzeug mit Strom versorgt. Bevorzugt ist der Stromleiter ein Hauptstromleiter, der das Schienenfahrzeug aus einem übergeordneten Stromnetz versorgt. Bevorzugt verbindet der Hauptstromleiter den Motor des Schienenfahrzeugs mit einem Stromübergabepunkt, der beispielswei- se zwischen einem Stromabnehmer und einer mit Hochspannung versorgten Oberleitung ausgebildet ist. Ein Stromabnehmer kann somit einen Teil des Hauptstromleiters und/oder zumindest einen Stromleiter eines Schienenfahrzeugs umfassen. Weiter bevorzugt versorgt der Hauptstromleiter Komponenten des Schienenfahrzeugs, wie den Antriebsmotor des Schienenfahrzeugs, mit Hochspannung. Eine in Deutschland üblicherweise verwendete Oberleitung befindet sich gegenüber dem Erdpotenzial auf einem Hochspannungspotenzial von 15 kV. Es ist aber auch ein Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung in anderen bekannten Bahnstromnetzen denkbar. Aus einer derartigen Oberleitung beziehen Schienenfahrzeuge mit einer elektrischen Leistung im Bereich mehrerer MW in Abhängigkeit der Art der Stromversorgung, ob Gleichstrom oder Wechselstrom, und der anliegenden Spannung elektrische Ströme bis zu mehreren 1000 A. Diese Versorgung des Schienenfahrzeugs erfolgt ab dem Übergabepunkt mittels des Hauptstromleiters und einer an diesem angebundenen Verteilung, die eine Vielzahl von Stromleitern umfassen kann. Um Beschädigungen durch die hohe Potentialdifferenz vorzubeugen, insbesondere bei Anordnung auf dem Dach eines Schienenfahrzeugs, kann die Energieversorgungsvorrichtung und/oder der Verbraucher isoliert auf dem Stromleiter, insbesondere dem Hauptstromleiter, betrieben werden ohne eine elektrische Verbindung zum Wagenkasten des Schienenfahrzeugs aufzuweisen.
Mit der erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung kann auch eine Mehrzahl von Verbrauchern mit Energie versorgt werden. Somit können mit der erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung auch mehrere Erfassungseinheiten, die Daten an unterschiedlichen Stellen eines Schienenfahrzeugs erfassen, mit der erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung mit Energie versorgt werden und somit ohne Batterie oder Akkumulator betrieben werden.
Die Übertragungselektronik ist derart ausgebildet, dass die Übertragungselektronik aus der Ausgangsspannung der Leiterschleife die Ver- sorgungsspannung des Verbrauchers erzeugt. Somit ist es durch die erfindungsgemäße Übertragungselektronik möglich, die Ausgangsspannung der Leiterschleife derart anzupassen, dass der Verbraucher mit Spannung versorgt werden kann, ohne den Verbraucher selb st zu beschädigen oder den Betrieb des Verbrauchers zu beeinträchtigen. Denn die Ausgangsspannung der Leiterschleife kann bei spielsweise Spannungsschwankungen unterliegen und/oder Spannungsspitzen aufweisen, welche im Zuge der Versorgung des Verbrauchers nicht an den Verbraucher weitergeleitet werden sollen.
Mit der erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung ist es somit möglich, einen Verbraucher, insbesondere eine Erfassungseinheit, auf einfache Art und Weise sicher mit elektrischer Energie zu versorgen, ohne dass wartungsanfällige Batterien oder Akkumulatoren eingesetzt werden müssen. Im Rahmen der Erfindung ist eine Batterie ein Speicher für elektrische Energie, die in einer Batterie vollständig in elektrochemischer Form gespeichert wird. Ein Akkumulator ist im Rahmen der Erfindung eine wieder aufladbare Batterie.
Durch die Anbringung einer einfachen Leiterschleife, die um einen Stromleiter gelegt ist, werden zudem ein komplexer Aufbau sowie eine aufwendige Verkabelung vermieden.
Es ist denkbar, dass die Ausgangsspannung der Leiterschleife mittels der Übertragungselektronik unverändert als Versorgungsspannung zur Versorgung des Verbrauchers genutzt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Übertragungselektronik j edoch auch eine Komponente zur Strom- oder Spannungstransformation aufweisen, mittels derer die Ausgangsspannung der Leiterschleife gewandelt wird, so dass sich die Ausgangsspannung der Leiterschleife und die Versorgungsspannung des Verbrauchers unterscheiden. Im Rahmen der Erfindung kann eine Komponente zur Strom- oder Spannungstransformation al s eine Komponente zur Strom- oder Spannungsbegrenzung oder als eine Komponente zur Strom- oder Spannungsreduktion oder als eine Kompo- nente zur Strom- oder Spannungserhöhung ausgebildet sein. Eine Komponente zur Spannungstransformation kann beispielsweise ein Wechselspannungswandler oder ein Gleichspannungswandler sein. Unter Gleichspannungswandler wird eine elektrische Schaltung verstanden, die eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umwandelt. Unter einem Wechselspannungswandler i st im Rahmen der Erfindung ein elektrotechnisches Bauteil zu verstehen, das eine Eingangswechselspannung, die am Eingang des Wechselspannungswandlers anliegt, in eine Ausgangswechselspannung, die am Ausgang des Wechselspannungswandlers abgegriffen werden kann, umwandelt. Dabei kann die Ausgangsspannung des Wechselspannungswandlers kleiner, größer oder gleich der Eingangsspannung des Wechselspannungswandlers sein. Die Spannungserhöhung erfolgt bevorzugt unter Verwendung eines Boost-Converters, dessen Betrag der Ausgangsspannung stets größer als der Betrag dessen Eingangsspannung ist. Die Reduzierung der Ausgangsspannung der Leiterschleife erfolgt bevorzugt unter Verwendung eines Buck- Converters, dessen Betrag der Ausgangsspannung stets kleiner als der Betrag dessen Eingangsspannung ist. Beispiel sweise kann mittels der Komponente zur Spannungstransformation eine Eingangsspannung der Komponente zur Spannungstransformation zwischen 0,35 und 16 V in eine Ausgangsspannung von 3 , 8 V gewandelt werden. Somit kann vorteilhafterweise eine zuverlässige Bereitstellung der Versorgungsspannung des Verbrauchers erfolgen. Bevorzugt stellt die Komponente zur Spannungstransformation eine Gleichspannung bereit. Weiter bevorzugt stellt die Komponente zur Spannungstransformation eine Niederspannung von 3 , 8 V bereit. Am meisten bevorzugt stellt die Komponente zur Spannungstransformation eine Gleichspannung von 3 , 8 V bereit. Die Spannungstransformation kann unabhängig von einer Gleichrichtung vor oder nach einer Gleichrichtung erfolgen.
Die Übertragungselektronik kann eine Komponente zur Gleichrichtung aufweisen. Durch die Komponente zur Gleichrichtung kann eine von der Leiterschleife abgegriffene Wechselspannung gleichgerichtet und in der Folge eine Gleichspannung dem Verbraucher als Versorgungsspannung zugeführt werden. Als Komponente zur Gleichrichtung können bekannte Gleichrichter verwendet werden. Bevorzugt werden Halbleitergleichrichter verwendet.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Komponente zur Gleichrichtung kann die Übertragungselektronik eine Komponente zur Strom- oder Spannungsbegrenzung aufweisen. Eine derartige Komponente zur Strom- oder Spannungsbegrenzung lässt auf einfache Art und Weise einen Schutz vor Überspannung oder zu hohen Strömen zu. Somit kann sichergestellt werden, dass nachfolgende Bauteile der Übertragungselektronik oder des Verbrauchers durch Überspannungen oder zu hohe Ströme nicht geschädigt oder in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Als Komponenten zur Spannungsbegrenzung können elektrotechnische Bauteile, wie Suppressor-Dioden oder Varistoren eingesetzt werden, welche einen diskreten Überspannungsschutz bieten. Bevorzugt wird j edoch ein aktiver Begrenzer als Komponente zur Strom- oder Spannungsbegrenzung eingesetzt. Ein derartiger aktiver Begrenzer misst kontinuierlich die Spannung oder den Strom auf der Versorgungsleitung des aktiven Begrenzers und isoliert bei Überspannungen bzw. bei zu hohem Stromfluss die nachgelagerten Elemente. Besonders bevorzugt wird ein aktiver Spannungsbegrenzer eingesetzt. Falls die Leiterschleife Wechselspannung liefert, muss die Wechselspannung vor Zuführung zum Verbraucher gleichgerichtet werden, was bevorzugt mit Hilfe eines aktiven Begrenzers in Kombination mit einem Gleichrichter erfolgt.
Die Übertragungselektronik der Energieversorgungsvorrichtung kann so ausgebildet sein, dass die Übertragungselektronik eine Ladeelektronik aufweist, welche zumindest eine Komponente zur Energiespeicherung, bevorzugt zumindest einen Kondensator, aufweist. Durch die Energiespeicherung können die Zeiten überbrückt werden, in denen der Spannungsabgriff an der Leiterschleife zu gering oder nicht vorhanden ist, und somit die Leiterschleife keine ausreichende Ausgangsspannung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung des Verbrauchers bereitstellt. Somit kann sichergestellt werden, dass der Verbraucher auch während einer unzureichenden Versorgung durch die Leiterschleife, beispielsweise bei Stillstandszeiten im Bahndepot oder während kurzer Bremsphasen im Betrieb, zuverlässig betrieben werden kann. Bevorzugt wird als Komponente zur Energiespeicherung ein Kondensator eingesetzt, der über die Ladeelektronik versorgt wird. Noch mehr bevorzugt wird als Komponente zur Energiespeicherung ein sogenannter Superkondensator (Supercapacitor) eingesetzt, der über die Ladeelektronik versorgt wird. Dabei ist es denkbar, dass auch eine Komponente zur Spannungstransformation und/oder eine Komponente zur Gleichrichtung und/oder eine Komponente zur Strom- oder Spannungsbegrenzung aus dem Energiespeicher mit Energie versorgt werden. Des Weiteren ist es denkbar, dass bei vollständiger Entladung der Energiespeicher das System über eine zusätzliche Notbatterie versorgt wird, die bei Bedarf ausgetauscht werden kann. Da diese Notbatterie j edoch lediglich in Ausnahmefällen genutzt wird, sind deren Wartungs- und Austauschintervalle vergleichsweise lang.
Die Energieversorgungsvorrichtung kann eine Überwachungselektronik zur Überwachung der Komponente zur Spannungstransformation, insbesondere eines Spannungswandlers, aufweisen. Die Komponente zur Spannungstransformation kann über einen Puls initial gezündet werden, welcher bevorzugt von der Komponente zur Energiespeicherung erzeugt wird. Die Überwachungselektronik zur Überwachung der Komponente zur Spannungstransformation überwacht insbesondere die initiale Zündung der Komponente zur Spannungstransformation, bevorzugt eines Spannungswandlers, und verhindert unnötige Zündvorgänge, beispielsweise bei einer instabilen Ausgangsspannung der Leiterschleife. Somit trägt die Überwachungselektronik einerseits zum sicheren Betrieb des Verbrauchers bei und verhindert andererseits ein unnötiges Entladen der Komponente zur Energiespeicherung durch die Verhinderung unnötiger Zündvorgänge.
Die Versorgungsspannung des Verbrauchers, insbesondere einer Erfassungseinheit, welche durch die der Leiterschleife nachgeschaltete Übertragungselektronik bereitgestellt werden kann, beträgt bevorzugt 3 ,3 V. Falls eine Ladeelektronik vorgesehen ist, beträgt deren Eingangsspannung bevorzugt 3 , 8 V und die Eingangsspannung der Komponente zur Spannungstransformation beträgt bevorzugt 0,35 V bis 16 V. Da die Versorgungsspannung an den Bedarf des Verbrauchers anzupassen ist, ist es zudem denkbar, dass bei vergleichswei se geringer an der Leiterschleife erzeugbarer Spannung, welche geringer ist als die zur Versorgung des Verbrauchers notwendige Versorgungsspannung, eine Erhöhung der an der Leiterschleife erzeugten Spannung notwendig ist.
Die Energieversorgungsvorrichtung kann mindestens eine Leiterschleife aufweisen, die um einen an einem Stromabnehmer angeordneten Stromleiter angeordnet ist. Bevorzugt umschließt die Leiterschleife den an einem Stromabnehmer angeordneten Stromleiter konzentrisch. Weiter bevorzugt ist der Stromleiter als Kabelelement ausgebildet und die Leiterschleife ist um das Kabelelement angeordnet. Dadurch, dass die Energieversorgungsvorrichtung, insbesondere die Leiterschleife, über eine Befestigungseinrichtung direkt an einem Stromabnehmer, angeordnet sein kann, ist vorteilhafterweise kein Eingriff in das interne Bordnetz des Schienenfahrzeugs notwendig, wodurch unabhängig vom Schienenfahrzeugbetreiber ein universeller Einsatz an unterschiedlichen Schienenfahrzeugen ermöglicht wird.
Der Stromabnehmer kann elektrisch isoliert zum Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs sein. In diesem Fall ist zum Betrieb von elektrischen Systemen wie Erfassungseinheiten zur Überwachung des Schienenfahrzeugs auf dem Stromabnehmer eine Stromquelle am Stromabnehmer außerhalb des Wagenkastens nötig, die durch die Anordnung der erfin- dungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung am Stromabnehmer bereitgestellt werden kann.
Ist die Energieversorgungseinrichtung am Stromabnehmer angeordnet, kann in einfacher Art und Weise auf die Energieversorgungsvorrichtung zugegriffen werden, ohne dass ein Zugang in das Innere des Schienenfahrzeugs bzw. den Wagenkasten oder ein Eingriff in das interne Bordnetz des Schienenfahrzeugs erforderlich ist. Somit ist vorteilhafterweise kein Eingriff in das Bahnsystem, in die Hard-oder Software des Schienenfahrzeugs und/oder den Strompfad notwendig, wodurch die Energieversorgung besonders sicher und einfach umsetzbar ist und zur Zulassung von Schienenfahrzeugen erforderliche Anforderungen erfüllt werden können. Es ist sogar denkbar, dass eine Zulassung aufgrund des Aufbaus und der Positionierung der Energieversorgungsvorrichtung am Stromabnehmer nicht notwendig ist.
Insbesondere, wenn die Energieversorgungseinrichtung eine Erfassungseinheit zur Überwachung eines Stromabnehmers mit Energie versorgen soll, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Energieversorgungseinrichtung am Stromabnehmer, und somit an der zu überwachenden Betrieb seinheit und in der Nähe der Erfassungseinheit, angeordnet ist, um die Übertragungswege zu minimieren.
Um eine besonders einfache und sichere Festlegung der mindestens einen Leiterschleife an einem Stromabnehmer zu ermöglichen, kann die Leiterschleife der Energieversorgungsvorrichtung vorteilhafterweise am Grundrahmen, der Oberschere und/oder der Unterschere des Stromabnehmers angeordnet sein. Bevorzugt ist die Leiterschleife um einen als flexibles Kabelelement ausgebildeten Abschnitt des Stromleiters angeordnet, wobei das Kabelelement ein Lager eines Gelenks zwischen Grundrahmen und Unterschere oder ein Lager eines Gelenks zwischen Unterschere und Oberschere überbrückt. Es ist auch denkbar, dass die Leiterschleife um einen am Grundrahmen des Stromabnehmers festgelegten Abschnitt eines Stromleiters gelegt ist, wobei der Abschnitt des Stromleiters mittels einer Befestigungseinrichtung am Grundrahmen festgelegt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Leiterschleife um ein Adapterelement, das durch ein Befestigungselement der Befestigungseinrichtung am Stromabnehmer fixiert ist, gelegt sein. Bevorzugt ist das Adapterelement stromführend. Weiter bevorzugt ist der am Stromabnehmer festgelegte Ab schnitt eines Stromleiters als Kabelelement, insbesondere als flexibles Kabelelement, ausgebildet.
Weiter ist es denkbar, dass mehrere Leiterschleifen an einem Stromabnehmer, insbesondere am Grundrahmen des Stromabnehmers, angeordnet sind. Bevorzugt sind vier Leiterschleifen am Stromabnehmer angeordnet. Weiter bevorzugt weist der Stromabnehmer vier Stromleiter auf, wobei an j e einem Stromleiter eine Leiterschleife angeordnet ist. Am meisten bevorzugt ist je eine Leiterschleife an j e einem ein Gelenk zwischen Grundrahmen und Unterschere überbrückenden Abschnitt eines Stromleiters angeordnet.
Zur Überbrückung einer unzureichenden Versorgung des Stromleiters mit elektrischer Energie und somit einer unzureichenden Versorgung des Verbrauchers kann von der Energieversorgungsvorrichtung eine Energieerzeugungseinheit umfasst sein. Dabei ist es denkbar, dass die Energieerzeugungseinheit als Brennstoffzelle, al s photoelektrischer Generator, al s piezoelektrischer Generator, als kinetischer Generator und/oder als thermoelektrischer Generator ausgebildet ist. Beispielsweise kann Energie aus verschiedenen Energiequellen durch Windkraft, Photovolta- ik, Staudruck, kinetischer Energie, beispielsweise aufgrund einer Bewegung einer Betrieb seinheit oder einer Komponente einer Betriebseinheit, Temperaturgradienten oder Druckänderungen genutzt werden, um mittels der Energieerzeugungseinheit dem Verbraucher Energie bereitzustellen. Die Energieversorgungsvorrichtung kann zusätzlich zur Leiterschleife eine Energieerzeugungseinheit aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Energieversorgungsvorrichtung lediglich aus Energieerzeugungseinheit und Übertragungselektronik gebildet ist, ohne dass eine Leiterschleife von der Energieversorgungsvorrichtung umfasst ist, so dass ein voll ständig autarker Betrieb ohne die Abhängigkeit von einem externen Stromnetz möglich ist.
Das erfindungsgemäße Überwachungssystem weist zumindest eine erfindungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung und einen als Erfassungseinheit ausgebildeten Verbraucher zur Überwachung von Schienenfahrzeugen, insbesondere zur Überwachung von Betrieb seinheiten, auf, wobei mittels der Erfassungseinheit für verschiedene Attribute der j eweiligen Betriebseinheiten j eweils Daten erfassbar sind. Von der Erfassungseinheit zu überwachende Betrieb seinheiten von Schienenfahrzeugen können beispielsweise Stromabnehmer, Erdungskontakte, Schmiervorrichtungen, Schleifstücke oder -leisten, Schleifvorrichtungen, Kontaktbürsten, Erdungsbürsten, Wellenerdungssystem oder dergleichen sein. Unter einem Attribut wird im Rahmen der Erfindung eine obj ektspezifische Eigenschaft einer Betriebseinheit verstanden. Die Attribute können aus den Attributtypen Art, Identifikation, Bauj ahr, Fahrzeug, Nutzung, Laufzeit, Material, Verschleiß, Fehler, Schäden, Ort, Bild, Ton, Erfassungszeit oder dergleichen, der Betrieb seinheit ausgewählt werden. Unter Daten werden im Rahmen der Erfindung Attributwerte verstanden, wie beispielsweise ein tatsächlicher Messwert zur Erfassung des Verschleißes einer Betrieb seinheit. Die Daten können beispielsweise eine Bezeichnung, eine Seriennummer, eine Jahreszahl, ein Datum, eine Fahrzeugtypbezeichnung, ein Messwert, eine Fehlerbeschreibung, eine Schadensbeschreibung, eine Positionsangabe, eine Bilddatei, eine Tondatei, eine Uhrzeit, ein Zeitraum oder dergleichen sein.
Wenn die Betrieb seinheit ein Dachstromabnehmer bzw. ein Pantograph ist, können bevorzugt folgende Attribute verwendet werden: Typ des Schleifstücks, Werkstoff des Schleifstücks, Ausgangshöhe und Ver- schleißhöhe, Laufzeit des Fahrzeugs in Kilometer, Laufzeit des Stromabnehmers in Kilometer, Verschleißangabe in Millimeter für ein erstes Schleifstück, Verschleißangabe in Millimeter für ein zweites Schleifstück.
Wenn die Betriebseinheit ein Dritte-Schiene-Stromabnehmer ist, können bevorzugt folgende Attribute verwendet werden: Typ der Sicherung, Typ des Schleifstücks, Werkstoff des Schleifstücks, Ausgangshöhe und Verschleißhöhe, Laufzeit des Fahrzeugs in Kilometer, Laufzeit des Stromabnehmers in Kilometer, Verschleißangabe in Millimeter für das Schleifstück.
Wenn die Betrieb seinheit eine Erdungsbürste ist, können bevorzugt folgende Attribute verwendet werden : Schleifringwerkstoff, Bürstenwerkstoff, Bürstenquerschnitt, Ausgangshöhe und Verschleißhöhe, Laufzeit des Fahrzeugs in Kilometer, Laufzeit des Erdungskontakts in Kilometer, Verschleißangabe in Millimeter für mehrere Kohlebürsten.
Wenn die Betrieb seinheit ein Wellenerdungssystem ist können bevorzugt folgende Attribute verwendet werden: Gegenlaufmaterial, Faserwerkstoff, Faserquerschnitt, Ausgangsquerschnitt und Verschleißhöhe, Laufzeit des Fahrzeugs in Kilometer, Laufzeit des Erdungssystems in Kilometer, Verschleißangabe in Millimeter für eine erste Faser und eine zweite Faser.
Wenn die Betrieb seinheit eine Spurkranzschmierung ist, können bevorzugt folgende Attribute verwendet werden: Schmierstiftwerkstoff, Ausgangslänge und Verschleißlänge, Laufzeit des Fahrzeugs in Kilometer, Laufzeit des Schmierstifts in Kilometer, Verschleißangabe in Millimeter.
Mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem können auch Schienenfahrzeuge mit mehreren Betriebseinheiten gleicher und/oder unterschiedlicher Art überwacht werden. Es ist denkbar, dass das Überwa- chungssystem auch eine Mehrzahl von Erfassungseinheiten zur Erfassung von Daten der Betrieb seinheiten aufweist. Dabei kann die Mehrzahl von Erfassungseinheiten j eweils mit einer eigenen Energieversorgungsvorrichtung verbunden sein oder eine einzelne Energieversorgungsvorrichtung versorgt eine Mehrzahl an Erfassungseinheiten mit elektrischer Energie.
Vorteilhafterweise können die von den Erfassungseinheiten j eweils für verschiedene Attribute einer Betriebseinheit erfassten Daten diesen Attributen zugeordnet werden. Die Daten können durch Werte, Zeichen oder Dateien repräsentiert sein. Die Attribute bilden zusammen mit den j eweils zugeordneten Daten Datensätze, die von den j eweiligen Erfassungseinheiten an eine Überwachungseinheit übermittelt werden können. Die Überwachungseinheit kann Bestandteil des Überwachungssystems sein oder übergeordnet bzw. nebengeordnet einem weiteren System angehören. Es ist denkbar, dass das Überwachungssystem mehrere Erfassungseinheiten aufweist, deren Datensätze zumindest einer einzelnen Überwachungseinheit übermittelt und in dieser zusammengeführt werden, wobei auch mehrere Überwachungseinheiten, beispiel sweise für unterschiedliche Anwendungen, vorhanden sein können. Die Datensätze können in einer Datenbank der Überwachungseinheit gespeichert und kontinuierlich oder nach Bedarf mit einer Auswertevorrichtung der Überwachungseinheit verarbeitet werden. Die Überwachungseinheit bzw. die Auswertevorrichtung kann durch einen Computer mit einer darauf ausgebrachten Softwareanwendung ausgebildet sein. Um die Datensätze miteinander in Beziehung zu setzen kann mittels der Auswertevorrichtung eine Musteranalyse der Datensätze durchgeführt werden und mit einer Ausgabevorrichtung beispielsweis eines Bildschirms, ausgegeben werden. Durch die Musteranalyse ist es möglich, eine Wechselbeziehung von Datensätzen zu ermitteln, sofern diese vorliegt. Aus den Wechselbeziehungen wiederum lassen sich regelmäßig Kausalzusammenhänge ableiten, welche dazu genutzt werden können, eine Optimierung des Betrieb s der überwachten Schienenfahrzeuge vorzunehmen. Beispiels- weise kann ein Auftreten eines Fehlers an einer bestimmten Art einer Betrieb seinheit mit einem bestimmten Typ eines Schienenfahrzeugs korrelieren. Dadurch wird es möglich eine Ursache für den Fehler bzw. die Wirkbeziehung zwischen Schienenfahrzeug und Fehler zu ermitteln und gezielt abzustellen.
Das Überwachungssystem kann eine Erfassungseinheit umfassen, die eine an der j eweiligen Betrieb seinheit oder dem Schienenfahrzeug ortsfest angeordnete Sensorvorrichtung aufweist. Die Sensorvorrichtung kann dann beispielsweise einen Sensor umfassen, mit dem eine Funktion der betreffenden Betrieb seinheit und eine Betrieb sdauer ermittelbar sind. Beispielsweise können mit der Sensorvorrichtung Daten bezüglich des Verschleißes eines Bauteils einer Betrieb seinheit erfasst werden. Bevorzugt wird mit der Sensorvorrichtung der Verschleiß eines Stromabnehmers, weiter bevorzugt einer Schleifleiste eines Stromabnehmers, erfasst.
Die Erfassungseinheit des Überwachungssystems kann eine an der j eweiligen Betriebseinheit oder dem Schienenfahrzeug ortsfest angeordnete Übermittelungsvorrichtung aufweisen. Diese Übermittlungsvorrichtung kann dann Datensätze, insbesondere von einer Sensorvorrichtung erfasste Daten, bevorzugt an eine Überwachungseinheit, übermitteln. Beispielsweise kann die Übermittlungsvorrichtung einen Datensatz aus Typbezeichnung der Betrieb seinheit und einen mit dem Sensor ermittelten Wert sowie eine Betrieb sdauer übermitteln. Die Übermittlungsvorrichtung wei st dann hierzu die für den Sensor erfassten Daten den entsprechenden Attributen zu. Auch kann es vorgesehen sein, dass in der Übermittlungsvorrichtung bereits Datensätze gespeichert sind, die übermittelt werden, wie beispielsweise eine Seriennummer oder ein Bauj ahr der Betrieb seinheit oder des Schienenfahrzeugs. Die Daten können über eine Datenverbindung übermittelt werden. Die Datenverbindung kann prinzipiell durch eine Leitungsverbindung ausgebildet sein. Weiter kann es sich bei der Datenverbindung um eine Funkverbindung oder um eine andere geeignete Art der Datenverbindung handeln. Die Datenverbindung kann kontinuierlich, in regelmäßigen Abständen oder ereignisbasiert hergestellt werden. Insgesamt wird es so möglich, mit der Übermittlungsvorrichtung Datensätze der Betrieb seinheiten, unabhängig von der Art der Datenverbindung, beispielsweise zur Auswertung, zu übermitteln. Es ist denkbar, dass die Datenverbindung über ein externes Netzwerk ausgebildet ist. Die Datenverbindung kann dabei über ein Mobilfunknetz, WLAN, eine Satellitenverbindung, das Internet oder einen anderen beliebigen Funkstandard für sich alleine oder in Kombination ausgebildet werden. Das Ziel der von der Übermittlungsvorrichtung übermittelten Daten, bei spielsweise eine Überwachungseinheit oder Auswertevorrichtung kann dann auch von den Betrieb seinheiten, den Schienenfahrzeugen und/oder der Übermittlungsvorrichtung räumlich beabstandet sein. Insbesondere wird es dadurch möglich, Datensätze von einem Schienenfahrzeug zentral auszuwerten.
Die Erfassungseinheit des erfindungsgemäßen Überwachungssystems kann einen Zeitsensor und einen Positionssensor aufweisen, so dass ein Erfassungszeitpunkt und eine Ortsposition der jeweiligen Betrieb seinheit bestimmt werden können. Der Erfassungszeitpunkt und die Ortsposition können ebenfalls als j eweils ein Datensatz in einer Datenbank gespeichert werden. Die Ortsposition kann beispielsweise über Sattelitennavigation eine Position des Schienenfahrzeugs bzw. der betreffenden Betrieb seinheit bestimmen. So kann unter anderem festgestellt werden, an welchem Punkt einer Fahrstrecke ein bestimmter Datensatz erfasst wurde. Hierdurch lässt sich einem Ereignis bzw. dem zu diesem Zeitpunkt erfassten Datensatz die betreffende Ortsposition zuordnen. Falls eine Musteranalyse durchgeführt wird, können sich dann beispielsweise Korrelationen zwischen der Ortsposition, die im Erfassungszeitpunkt und gegebenenfalls ermittelten Fehlern der Betrieb seinheiten ergeben. Beispielsweise kann dann einer Jahreszeit oder einer Fahrtstrecke ein vergleichsweiser erhöhter Verschleiß oder ein bestimmter Fehler an der Betrieb seinheit zugeordnet werden. Das erfindungsgemäße Überwachungssystem, insbesondere die Erfassungseinheit, kann eine Energiemessvorrichtung aufweisen. Diese Energiemessvorrichtung ist bevorzugt als Strommessvorrichtung und/oder Spannungsmessvorrichtung ausgebildet. Weiter bevorzugt wird mittels der Leiterschleife die am Stromleiter abfallende Spannung gemessen, die über den Widerstand des Stromleiters proportional zum Strom ist, welcher wiederum über die Netzspannung, insbesondere über die Netzspannung der Oberleitung, einen Rückschluss auf die Energie zulässt. Mittels der Energiemessvorrichtung kann beispielsweise der am Hauptstromleiter anliegende Fahrstrom und/oder die von der Leiterschleife abgegriffene Spannung und/oder die Menge der durch Rückspeisung vom Schienenfahrzeug dem Netz zugeführte elektrische Energie und/oder die von der Leiterschleife an die Übertragungselektronik übermittelte elektrische Energie und/oder die von der Leiterschleife an die Erfassungseinheit übermittelte elektrische Energie erfasst werden. Bevorzugt erfolgt die Erfassung des am Hauptstromleiter anliegenden Fahrstroms und/oder die von der Leiterschleife abgegriffene Spannung und/oder die Menge der durch Rückspeisung vom Schienenfahrzeug dem Netz zugeführte elektrische Energie und/oder die von der Leiterschleife an die Übertragungselektronik übermittelte elektrische Energie und/oder die von der Leiterschleife an die Erfassungseinheit übermittelte elektrische Energie unter Berücksichtigung der Stromverteilung oder der Messung der Gesamtstromaufnahme des Schienenfahrzeugs. Daneben kann eine derartige Energiemessvorrichtung zur Detektion von Arcing, das heißt zur Erfassung elektrischer Lichtbögen, beispielsweise zwischen Oberleitung und Schleifstück eines Stromabnehmers, aufgrund von Spannungsänderungen, insbesondere aufgrund eines starken Spannungsabfalls, genutzt werden. Zudem kann durch die Auswertung der Energieausbeute ein Fahrprofil des Schienenfahrzeugs aufgenommen und modelliert werden. Die Messung des Fahrstroms, das heißt des durch den Hauptstromleiter fließenden Stroms, erfolgt bevorzugt durch Aufnahme der negativen Halbwelle oder positiven Halbwelle in Wechselstromnetzen und/oder durch eine hochimpedante Spannungsmessschaltung.
Das Überwachungssystem kann zumindest eine Betrieb seinheit umfassen. Das Überwachungssystem kann auch mehrere Betrieb seinheiten umfassen, deren Daten als Datensätze in einer Datenbank gespeichert werden können. Die Betrieb seinheiten können über die Erfassungseinheit und/oder eine Übermittlungsvorrichtung mit Datenverbindung mit einer übergeordneten Auswertevorrichtung verbunden werden. Beispielsweise kann das Überwachungssystem als Betriebseinheit einen Stromabnehmer, einen Erdungskontakt, eine Schmiervorrichtung, Schleifstücke, Schleifvorrichtungen, Kontaktbürsten oder Erdungsbürsten aufweisen. Bevorzugt umfasst das Überwachungssystem eine stromführende Betriebseinheit, wie einen Stromabnehmer, eine Schleifvorrichtung oder Kontaktbürsten. Besonders bevorzugt umfasst das Überwachungssystem als Betrieb seinheit einen Stromabnehmer, an welchem die Leiterschleife der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet ist. Das Überwachungssystem kann auch eine Mehrzahl von Erfassungseinheiten zur Überwachung mehrerer Stromabnehmer umfassen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Energieversorgung eines an einem Schienenfahrzeug angeordneten Verbrauchers, insbesondere einer Erfassungseinheit zur Überwachung von Schienenfahrzeugen, wird eine erste Spannung an einem Stromleiter des Schienenfahrzeugs, insbesondere an einen Stromabnehmer, angelegt und mittels mindestens einer Leiterschleife eine zweite Spannung am Stromleiter als Ausgangsspannung der Leiterschleife abgegriffen, wobei die Ausgangsspannung der Leiterschleife zur Energieversorgung des Verbrauchers verwendet wird. Bevorzugt ist der Stromleiter ein Hauptstromleiter zur Versorgung des Schienenfahrzeugs mit Energie. Bevorzugt ist die Erfassungseinheit zur Überwachung von Betrieb seinheiten eines Schienenfahrzeugs ausgebildet. Grundsätzlich soll zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen im Hinblick auf die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die obige Offenbarung der erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Überwa- chungssystems Bezug genommen werden. Dies bedeutet, dass grundsätzlich verfahrensmäßig offenbarte und beschriebene Merkmale als vorrichtungsmäßig beschrieben und beanspruchbar gelten sollen, und umgekehrt.
Bevorzugt ist der Verbraucher als Erfassungseinheit ausgebildet und es werden mit der Erfassungseinheit, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Energieversorgung mit Energie versorgt werden kann, Stromabnehmer, Erdungskontakte, Schmiervorrichtungen, Schleifstücke, Schleifvorrichtungen, Kontaktbürsten, Erdungsbürsten oder dergleichen überwacht.
Um die Ausgangsspannung der Leiterschleife zur Energieversorgung des Verbrauchers zu verwenden, kann die Ausgangsspannung der Leiterschleife direkt als Versorgungsspannung des Verbrauchers genutzt werden oder einer Übertragungselektronik zugeführt werden, mittels der die Ausgangsspannung der Leiterschleife umgewandelt, stabilisiert und/oder die von der Leiterschleife übertragene elektrische Energie gespeichert wird.
Vorteilhafterweise wird die vom Verbraucher benötigte Versorgungsspannung durch Spannungstransformation der Ausgangsspannung der Leiterschleife erzeugt. Dies kann in der Übertragungselektronik erfolgen. Zur Spannungstransformation werden bevorzugt Komponenten zur Spannungstransformation, wie beispielsweise ein Spannungswandler oder ein Spannungstransformator, eingesetzt. Durch den Schritt der Spannungstransformation ist es möglich, die benötigte Versorgungsspannung des Verbrauchers zuverlässig bereitzustellen. Im Rahmen der Erfindung betrifft der Begriff „Transformieren der Ausgangsspannung der Leiterschleife“ ein Begrenzen oder ein Reduzieren oder ein Erhöhen der Ausgangsspannung der Leiterschleife. Durch die Spannungsbegrenzung oder Spannungsreduzierung kann sichergestellt werden, dass der Verbraucher nicht durch Spannungsspitzen oder Ähnliches beschädigt wird. Es ist j edoch auch denkbar, dass die Ausgangsspannung erhöht wird. Die Erhöhung der Ausgangsspannung der Leiterschleife erfolgt bevorzugt unter Verwendung eines Boost-Converters, dessen Betrag der Ausgangsspannung stets größer als der Betrag dessen Eingangsspannung ist. Die Reduzierung der Ausgangsspannung der Leiterschleife erfolgt bevorzugt unter Verwendung eines Buck-Converters, dessen Betrag der Ausgangsspannung stets kleiner als der Betrag dessen Eingangsspannung ist. Die Spannungstransformation kann unabhängig von einer Gleichrichtung vor oder nach der Gleichrichtung erfolgen.
Die Ausgangsspannung der mindestens einen Leiterschleife kann gleichgerichtet werden. Durch die Gleichrichtung ist es möglich, den Verbraucher mit Gleichspannung zu versorgen, unabhängig davon, ob die Leiterschleife Gleich- oder Wechselspannung erzeugt. Bevorzugt wird die Ausgangsspannung der Leiterschleife gleichgerichtet und anschließend einer Spannungstransformation unterzogen. Weiter bevorzugt wird die Ausgangsspannung der Leiterschleife begrenzt und gleichgerichtet sowie anschließend einer Spannungstransformation unterzogen.
Die Versorgungsspannung des Verbrauchers kann von zumindest einer Komponente zur Energiespeicherung zumindest zeitweise bereitgestellt werden. Dies bietet den Vorteil, dass unabhängig von Fehlern oder Ausfällen der Versorgung des Stromleiters der Verbraucher, insbesondere eine Erfassungseinheit, aus dem Energiespeicher versorgt werden kann. Bevorzugt wird eine an der Leiterschleife abgegriffene Spannung gleichgerichtet und/oder begrenzt, anschließend die elektrische Energie einer Komponente zur Energiespeicherung zugeführt, wobei die Komponente zur Energiespeicherung die erforderliche Versorgungsspannung zur Versorgung des Verbrauchers bereitstellt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Fahrstrom ermittelt und/oder Lichtbögen detektiert und/oder ein Fahrprofil aufgenommen werden. Über die Eigenschaften der Leiterschleife können der Fahrstrom sowie die Strom- und/oder Spannungsverläufe am Stromleiter ermittelt werden. Des Weiteren kann die Qualität der Stromversorgung des Schienenfahrzeugs ermittelt werden, da diese mit der Fahrstromaufnahme korreliert und insbesondere Schwankungen des Fahrstroms einen Rückschluss auf die Qualität der Stromversorgung zulassen. Zur Ermittlung der Fahrstromaufnahme und somit auch zur Ermittlung der Qualität der Stromversorgung kann die Stromverteilung berücksichtigt werden oder der Gesamtstrom z.B . durch die Anbringung mehrerer Leiterschleifen gemessen werden.
Eine Lichtbogendetektion ist aufgrund der Charakteristika eines Lichtbogens in einfacher Art und Weise mittels einer Spannungsbestimmung an der Leiterschleife möglich. Denn bei Auftreten eines Lichtbogens, welcher beispielsweise zwischen Schleifstück eines Stromabnehmers und Oberleitung auftritt, sind charakteristische Spannungsänderungen und/oder eine Verringerung des Stromflusses durch die Leiterschleife festzustellen. Somit kann das unerwünschte Auftreten von Lichtbögen detektiert werden und entsprechende Maßnahmen zur Wartung des Versorgungsnetzes und/oder des Schienenfahrzeugs, insbesondere des Stromabnehmers, eingeleitet werden.
Da die Energieaufnahme über den Hauptstromleiter vom Versorgungsnetz mit der Energieausbeute der Leiterschleife korreliert, kann über die Energieausbeute der Leiterschleife ein Fahrprofil des Schienenfahrzeugs abgeleitet werden. Insbesondere können Beschleunigungs- und Bremsvorgänge des Schienenfahrzeugs innerhalb eines Fahrprofil s mit Zeit- und/oder Positionsdaten verknüpft werden, um beispielsweise den Streckenausbau, die Streckenwartung oder Streckensimulationen zu verbessern. Die für das Fahrprofil notwendigen Daten, insbesondere Daten bezüglich Bremsvorgängen und/oder Beschleunigungsvorgängen, lassen sich aus der Energieausbeute der Leiterschleife in einfacher Art und Weise ableiten, da bei erhöhter Energieausbeute der Leiterschleife von einem Beschleunigungsvorgang, bei dem der Hauptstromleiter eine erhöhte Energiemenge überträgt, auszugehen i st, und bei einem Bremsvorgang die Energieausbeute geringer ist, da der Hauptstromleiter nur eine geringe Menge an Energie überträgt.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Über- wachungssystems mit einer an einem Stromabnehmer angeordneten Energieversorgungsvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energie versorgungs Vorrichtung;
Fig. 3 eine Anordnung einer Befestigungseinrichtung an einem Pantographen; und
Fig. 4 Detail A aus Fig. 2 der Anordnung einer Befestigungseinrichtung an einem Pantographen;
Fig. 5 eine Anordnung einer Leiterschleife mittels einer Befestigungseinrichtung an einem Pantographen;
Fig. 6 ein Adapterelement in i sometrischer Ansicht von vorne;
Fig. 7 das Adapterelement gemäß Fig. 5 in isometrischer Ansicht von hinten;
Fig. 8 das Adapterelement gemäß Fig. 5 in seitlicher Ansicht;
Fig. 9 eine Leiterschleife; und Fig. 10 eine in einem Gehäuse angeordnete Leiterschleife.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Überwachungssys- tems 15 mit einer Energieversorgungsvorrichtung 1 zusammen mit einem als Pantograph ausgebildeten Stromabnehmer 7, der einen Teil des Hauptstromleiters eines in Fig. 1 nicht dargestellten Schienenfahrzeugs 24 ausbildet. Die Übertragungselektronik 5 dient der Übertragung der elektrischen Energie von der Leiterschleife 6 zum als Erfassungseinheit 23 ausgebildeten Verbraucher 2. Hier nicht dargestellt ist die Oberleitung, mit der der Stromabnehmer 7 über die Schleifleiste des Stromabnehmers 7 zur Versorgung des Schienenfahrzeugs 24 mit elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz in Verbindung steht. Weiterhin nicht dargestellt in Fig. 1 ist das Schienenfahrzeug 24, auf dessen Dach der Stromabnehmer 7 angeordnet ist und welches auf den Schienen 18, welche zugleich die Erdung des Systems ausbilden, bewegbar ist. Der Fig. 1 ist weiter zu entnehmen, dass am Stromabnehmer 7 eine Potenzi- aldifferenz von maximal 100 V herrscht. Dem gegenüber herrscht zwischen Stromübergabepunkt, also dem Punkt an dem die Schleifleiste des Stromabnehmers 7 und die nicht dargestellte Oberleitung sich berühren, und dem Erdpotenzial eine Potenzialdifferenz von 15 kV. Gemäß der dargestellten Ausführungsform erzeugt die Leiterschleife 6 eine Wechselspannung. Diese Wechselspannung wird mit der Komponente zur Gleichrichtung 10 gleichgerichtet, wobei mit Hilfe eines aktiven Begrenzers 1 1 die Spannung zudem begrenzt wird. Mit Hilfe der Komponente zur Spannungstransformation 9, hier eines Spannungswandlers, wird aus der Ausgangsspannung der Komponente zur Gleichrichtung 10, welche zwischen 0,35 V und 16 V liegen kann, eine Spannung von 3 , 8 V erzeugt. Über eine Ladeelektronik 12 werden die als Komponente zur Energiespeicherung eingesetzten Kondensatoren 13 versorgt, so dass auch bei Stillstandszeiten des Schienenfahrzeugs 24 oder während Bremsphasen im Betrieb, wenn der Spannungsabfall an der Leiterschleife 6 zu gering wird, die Erfassungseinheit 23 mit der notwendigen Versorgungsspannung von 3 ,3 V versorgt werden kann. Die Fig. 1 zeigt somit eine Ausführungsform bei der der Stromfluss ausgehend von der Leiterschleife 6 durch eine Komponente zur Gleichrichtung 10 und eine Komponente zur Spannungsbegrenzung 1 1 , anschließend durch eine Komponente zur Spannungstransformation 9 und die Ladeelektronik 12 hin zur Erfassungseinheit 23 erfolgt.
Durch den dargestellten Aufbau der Energieversorgungsvorrichtung 1 kann die Erfassungseinheit 23 sicher und zuverlässig durch eine am Stromabnehmer 7 abgegriffene Wechselspannung mit der zum Betrieb der Erfassungseinheit 23 erforderlichen Gleichspannung versorgt werden. Dabei können neben der Erfassungseinheit 23 auch der aktive Begrenzer 1 1 , der Gleichrichter 10 und der Spannungswandler 9 über die Komponente zur Energiespeicherung der Ladeelektronik 12 versorgt werden.
Die initiale Zündung des Spannungswandlers 9 wird über einen Puls erzeugt, dessen Energiebedarf ebenfalls aus der Komponente zur Energiespeicherung gedeckt werden kann. Um ein unnötiges Entladen der Komponente zur Energiespeicherung zu vermeiden ist eine Überwa- chungselektronik 14 vorgesehen, welche die Zündung des Spannungswandlers 9 überwacht und unnötige Zündvorgänge, beispielsweise bei instabiler Ausgangsspannung der Leiterschleife 6, verhindert. Die Erfassungseinheit 23 weist eine ortsfest am Schienenfahrzeug angeordnete Sensorvorrichtung 16 zur Überwachung einer Betrieb seinheit 3 , hier eines Stromabnehmers 7 auf, wobei mittel s der Erfassungseinheit 23 für verschiedene Attribute des Stromabnehmers 7 Daten erfasst werden. Die Daten können mit der Übermittlungsvorrichtung 17 an eine hier nicht dargestellte Auswertevorrichtung übermittelt werden. So kann beispielsweise der Zustand der Schleifleiste des Stromabnehmers 7 ermittelt werden, und rechtzeitig eine Wartung bzw. ein Austausch der Schleifleisten vorgenommen werden.
Die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Energieversorgungsvorrichtung 1 gleicht im Wesentlichen der in Fig. l dargestellten Energiever- sorgungsvorrichtung 1. Die Fig. 2 zeigt eine Energieversorgungsvorrichtung 1 zusammen mit einem als Pantograph ausgebildeten Stromabnehmer 7, der einen Teil des Hauptstromleiters eines Schienenfahrzeugs 24 ausbildet. Die Übertragungselektronik 5 dient der Übertragung der elektrischen Energie von der Leiterschleife 6 zu mehreren Verbrauchern 2. Hier nicht dargestellt ist die Oberleitung, mit der der Stromabnehmer 7 über die Schleifleiste des Stromabnehmers 7 zur Versorgung des Schienenfahrzeugs 24 mit elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz in Verbindung steht. Gemäß der dargestellten Ausführungsform erzeugt die Leiterschleife 6 eine Wechselspannung. Diese Wechselspannung kann mit einer hier nicht dargestellten Komponente zur Gleichrichtung 10 gleichgerichtet werden, wobei mit Hilfe eines hier ebenfalls nicht dargestellten aktiven Begrenzers 1 1 die Spannung zudem begrenzt werden kann. Mit Hilfe der Komponenten zur Spannungstransformation 9, hier zumindest eines Buck-Converters und zumindest eines Boost-Converters, kann den Verbrauchern 2 die zu deren Betrieb notwendige Versorgungsspannung bereitgestellt werden. Mittels der Kondensatoren 13 und/oder der Batterie 3 1 können auch bei Stillstandszeiten des Schienenfahrzeugs 24 oder während Bremsphasen im Betrieb, wenn der Spannungsabfall an der Leiterschleife 6 zu gering wird, die Verbraucher 2 mit der notwendigen Versorgungsspannung versorgt werden kann.
Aus einer Zusammenschau der Fig. 3 und 4, wobei Fig. 4 Detail A aus Fig. 3 zeigt, geht eine Möglichkeit der Anordnung der Befestigungseinrichtung 8 an einem als Pantograph ausgebildeten Stromabnehmer 7 hervor. Der Stromabnehmer 7 ist auf dem Dach des Schienenfahrzeugs
24 angeordnet und weist einen Grundrahmen 20, eine Unterschere 21 und eine Oberschere 22, die mittels der Gelenke 25,26 gelenkig verbunden sind, auf. Aufgrund der gelenkigen Verbindung der Oberschere 22 mit der Unterschere 21 mittels des Gelenks 26 und der gelenkigen Verbindung der Unterschere 21 mit dem Grundrahmen 20 mittels des Gelenks
25 können die Schleifleisten 28 in Richtung einer hier nicht dargestellten Oberleitung angehoben und an dieser zur Anlage gebracht werden oder in Richtung des Dachs des Schienenfahrzeugs 24 abgesenkt werden. Die Befestigungseinrichtung 8 ist nahe des Gelenks 25 am Grundrahmen 20 angeordnet und weist ein Befestigungselement 27 zur Halterung der Leiterschleife 6, insbesondere zur Halterung mittels des in den Figuren 4 bis 7 gezeigten Adapterelements 29, auf.
Aus Fig. 5 geht eine Möglichkeit der Anordnung der Leiterschleife 6 an einem als Pantograph ausgebildeten Stromabnehmer 7 hervor. Die Leiterschleife 6 ist um einen Ab schnitt des Stromleiters 4 gelegt, der als stromführendes Kabelelement 19 ausgebildet ist. Das, bevorzugt flexible, Kabelelement 19 dient der Überbrückung des Lagers des Gelenks 25. Konkret ist die Befestigungseinrichtung 8 gemäß der dargestellten Ausführungsform um eine Leiterschleife 6, die als Induktions- Spulenelement ausgebildet ist, erweitert. Die Leiterschleife 6 ist um ein Adapterelement 29, das vorliegend als Abstandsbolzen ausgebildet ist, festgelegt. Das in den Figuren 5 bis 8 gezeigte Adapterelement 28 weist einen hohlzylindrischen Ab schnitt 30 auf, der von einem Befestigungselement 27 der Befestigungseinrichtung 8 durchgriffen wird, wobei das Adapterelement 29 mittels des Befestigungselements 27 am Grundrahmen 20 fixiert, insbesondere angeschraubt, werden kann. Das Adapterelement 29 ist stromführend. Die Außenmaße sowie Höhe des Adapterelements 29 sind komplementär zur Leiterschleife 6 ausgebildet und entsprechen somit den Innenmaßen der Leiterschleife 6. Alternativ kann die Leiterschleife 6 auch eine beliebige andere stromführende Komponente des Stromabnehmers 7 umgreifen.
Figur 9 zeigt eine erfindungsgemäße Leiterschleife 6 bestehend aus Ringkern und darum angeordneten Wicklungen 34 aus Kupferlackdraht. Es ist zu erkennen, dass die Höhe H des Ringkerns bzw. der Leiterschleife 6 derart definiert ist, dass die Höhe H entlang der Symmetrieachse des Ringkerns bzw. der Leiterschleife 6 gemessen wird. Figur 10 zeigt die in einem Gehäuse 33 eingegossene Leiterschleife 6, die über die Anschlussleitung 32 mit der hier nicht dargestellten Übertragungselektronik 5 verbindbar ist.

Claims

Patentansprüche Energieversorgungsvorrichtung ( 1 ) zur Energieversorgung eines an einem Schienenfahrzeug (24) angeordneten Verbrauchers (2), bevorzugt einer Erfassungseinheit (23) zur Überwachung von Schienenfahrzeugen (24), insbesondere zur Überwachung einer Betrieb seinheit (3), wobei das Schienenfahrzeug (24) zumindest einen Stromleiter (4) aufweist und die Energieversorgungsvorrichtung ( 1 ) zur Erzeugung einer Versorgungsspannung des Verbrauchers (2) aus einer an dem Stromleiter (4) anliegenden Spannung konfiguriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungselektronik (5) und mindestens eine mit dem Verbraucher (2) über die Übertragungselektronik (5) elektrisch leitend verbindbare Leiterschleife (6) mit n Wicklungen umfasst ist, und die Übertragungselektronik (5) zwischen Leiterschleife (6) und Verbraucher (2) angeordnet ist, und die Leiterschleife (6) derart um den Stromleiter (4) angeordnet ist, dass die Leiterschleife (6) eine Ausgangsspannung erzeugt, wobei die Übertragungselektronik (5) derart ausgebildet ist, dass die Übertragungselektronik (5) aus der Ausgangsspannung der Leiterschleife (6) die Versorgungsspannung des Verbrauchers (2) erzeugt. Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungselektronik (5) eine Komponente zur Spannungstransformation (9) aufweist. Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungselektronik (5) eine Komponente zur Gleichrichtung ( 10) aufwei st.
4. Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungselektronik (5) eine Ladeelektronik ( 12) umfassend zumindest eine Komponente zur Energiespeicherung, bevorzugt zumindest einen Kondensator ( 13 ), aufwei st.
5. Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungselektronik ( 14) zur Überwachung der Komponente zur Spannungstransformation (9) umfasst ist.
6. Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterschleife (6) um einen an einem Stromabnehmer (7) angeordneten Stromleiter (4), insbesondere um ein Kabelelement (19), angeordnet ist.
7. Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterschleife am Grundrahmen (20), der Oberschere (22) und/oder der Unterschere (21 ) des Stromabnehmers (7) angeordnet ist.
. Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energieerzeugungseinheit, insbesondere eine Brennstoffzelle, ein photoelektrischer Generator, ein piezoelektrischer Generator, ein kinetischer Generator und/oder ein thermoelektrischer Generator, umfasst ist. . Überwachungssystem ( 15) aufweisend eine Energieversorgungsvorrichtung ( 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einen als Erfassungseinheit (23) ausgebildeten Verbraucher (2) zur Überwachung von Schienenfahrzeugen (24), insbesondere zur Überwachung von Betrieb seinheiten (3), wie Stromabnehmern (7), Erdungskontakten, Schmiervorrichtungen, Schleifstücken, Schleifvorrichtungen, Kontaktbürsten, Erdungsbürsten oder dergleichen, wobei mittels der Erfassungseinheit (23) für verschiedene Attribute der jeweiligen Betriebseinheiten (3) j eweils Daten erfassbar sind. 0. Überwachungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (23) eine an der jeweiligen Betriebseinheit (3 ) oder dem Schienenfahrzeug (24) ortsfest angeordnete Sensorvorrichtung ( 16) aufweist. 1 .Überwachungssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (23) eine an der jeweiligen Betriebseinheit (3) oder dem Schienenfahrzeug (24) ortsfest angeordnete Übermittlungsvorrichtung ( 17) aufweist. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (23) einen Zeitsensor und einen Positionssensors aufweist, so dass ein Erfassungszeitpunkt und eine Ortsposition der j eweiligen Betriebseinheit (3) bestimmbar sind. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem ( 15), insbesondere die Erfassungseinheit (23), eine Energiemessvorrichtung aufweist. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem ( 15) zumindest eine Betriebseinheit (3) umfasst. Verfahren zur Energieversorgung eines an einem Schienenfahrzeug (24) angeordneten Verbrauchers (2), insbesondere einer Erfassungseinheit (23) zur Überwachung eines Schienenfahrzeugs (24), wobei eine erste Spannung an einem Stromleiter (4) des Schienenfahrzeugs (24), insbesondere an einem Stromabnehmer (7), angelegt wird und mittels mindestens einer Leiterschleife (6) eine zweite Spannung am Stromleiter (4) als Ausgangsspannung der Leiterschleife (6) abgegriffen wird, und die Ausgangsspannung der Leiterschleife (6) zur Energieversorgung des Verbrauchers (2) verwendet wird. Verfahren zur Energieversorgung nach Anspruch 15, wobei die vom Verbraucher (2) benötigte Versorgungsspannung durch Spannungstransformation der Ausgangsspannung der Leiterschleife (6) erzeugt wird.
17. Verfahren zur Energieversorgung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die Ausgangsspannung der mindestens einen Leiterschleife (6) gleichgerichtet wird. 18. Verfahren zur Energieversorgung nach einem der Ansprüche 15 bis
17, wobei die Versorgungsspannung des Verbrauchers (2) von zumindest einer Komponente zur Energiespeicherung, bevorzugt einem Kondensator ( 13), bereitgestellt wird. 19. Verfahren zur Energieversorgung nach einem der Ansprüche 15 bis
18, wobei der Fahrstrom ermittelt und/oder Lichtbögen detektiert und/oder ein Fahrprofil aufgenommen wird.
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