WO2024056636A1 - Current collector having sensor device, and method for operation - Google Patents

Current collector having sensor device, and method for operation Download PDF

Info

Publication number
WO2024056636A1
WO2024056636A1 PCT/EP2023/074972 EP2023074972W WO2024056636A1 WO 2024056636 A1 WO2024056636 A1 WO 2024056636A1 EP 2023074972 W EP2023074972 W EP 2023074972W WO 2024056636 A1 WO2024056636 A1 WO 2024056636A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
contact
measured values
sensor
contact strip
rail vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/074972
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dominik Pascal ARNOLD
Erich Berghammer
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
Publication of WO2024056636A1 publication Critical patent/WO2024056636A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/18Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
    • B60L5/20Details of contact bow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60MPOWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28Manufacturing or repairing trolley lines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/60Navigation input
    • B60L2240/62Vehicle position
    • B60L2240/622Vehicle position by satellite navigation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/60Navigation input
    • B60L2240/66Ambient conditions
    • B60L2240/662Temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/60Navigation input
    • B60L2240/66Ambient conditions
    • B60L2240/665Light intensity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/70Interactions with external data bases, e.g. traffic centres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00Electric propulsion with power supply external to the vehicle

Definitions

  • the invention relates to a pantograph and a method for operating a pantograph that can be arranged on a roof of a rail vehicle for transmitting energy from a contact wire of an overhead line to the rail vehicle, the pantograph comprising a positioning device with a contact strip arranged thereon, the contact strip being positioned relative to the contact strip by means of the positioning device
  • Contact wire is movable and can be pressed against the contact wire in a sliding contact position to form a sliding contact with a pressure force, the pressure force being able to be formed on the contact strip by means of a drive device and a spring device of the positioning device.
  • Carbon contact strips are regularly used to power rail-bound and non-rail-bound vehicles via a contact wire. Such contact strips are always subject to wear due to abrasion of the carbon material. When using such contact strips, for example on train locomotives, it is necessary to remove them before they reach a point the final wear limit in order to avoid dangerous operating conditions, defects or breakdowns.
  • An emergency switch-off function is regularly integrated into contact strips, which causes the contact strip to be lowered when a final degree of wear is reached, or beforehand if the contact strip is damaged, for example a break, with another power supply being triggered after such an emergency switch-off and thus another However, operation of the vehicle is no longer possible using this contact strip. To avoid such situations, contact strips are regularly inspected with regard to their degree of wear.
  • the positioning device can regularly have a rocker arm, a
  • the spring device can be formed by an air bellows, tension and/or compression springs. Within the scope of the invention, it is also conceivable that an air bellows forms the drive and spring device.
  • the spring device also compensates for movements of the rail vehicle and a changing course of the contact wire. Depending on a relative distance from a track of the rail vehicle to the contact wire and a speed of the rail vehicle, strongly changing forces can act on the contact strip, as a result of which the contact strip is heavily stressed.
  • the contact strip itself or the positioning device can also be caused to oscillate.
  • the present invention is therefore based on the object of proposing a method for operating a current collector, a current collector and a monitoring system with a current collector, which enables improved operation, in particular energy-autonomous monitoring, of the current collector.
  • a method for operating a pantograph that can be arranged on a roof of a rail vehicle for transmitting energy from a contact wire of an overhead line to the rail vehicle can be carried out with a pantograph, the pantograph comprising a positioning device with a contact strip arranged thereon, the contact strip being relative to the positioning device the contact wire can be moved and can be pressed against the contact wire in a sliding contact position to form a sliding contact with a pressure force, the pressure force being able to be formed on the contact strip by means of a drive device and / or a spring device of the positioning device, the current collector being an energy supply unit arranged on the positioning device and a measuring unit with a measuring device, wherein at least two sensors of a sensor device of the measuring device are arranged on the positioning device and
  • the measured values can be processed by means of a processing device of the measuring device, it being conceivable that the processing device can relate the measured values to one another and determine a characteristic value describing the operating status of the pantograph and/or the overhead line.
  • the contact strip comprises a contact element, usually made of carbon, which rests on a contact wire and can thereby establish an electrical connection with it.
  • This contact element is held by a contact strip carrier, which in turn is attached to a joint device, which can be designed as a so-called pantograph or as a rocker.
  • This pantograph or the rocker together with a base frame, forms a positioning Device for the contact strip and thus a so-called current collector together with the contact strip.
  • This is then mounted on a roof of a vehicle, preferably via the base frame, in order to contact the contact wire located above the vehicle.
  • the positioning device can preferably have a base frame, a joint device and a rocker device.
  • the base frame can be arranged on the rail vehicle.
  • the rocker device can carry the contact strip.
  • the joint device can be arranged between the base frame and the rocker device and can be articulated to the base frame and/or the rocker device.
  • the joint device can preferably have an upper arm and a forearm, which are connected to one another in an articulated manner.
  • the upper arm and forearm can also be designed as upper scissors and lower scissors.
  • the upper arm can be articulated to the rocker device and/or the forearm can be articulated to the base frame.
  • the articulated connection point between the upper arm and forearm of the joint device can also be referred to as the knee of the joint device or the positioning device.
  • the contact strip can be pressed against the contact wire and the required pressure force can be applied to form a secure sliding contact.
  • the pressure force can be applied by air bellows, tension and/or compression springs.
  • the pressing force is applied motorically using an electric motor and/or an actuator.
  • at least one sensor for example a current sensor and/or a voltage sensor, is arranged on the electric motor and/or actuator and interacts with it to measure current and/or voltage. Since the electric motor and/or the actuator are regularly arranged at the potential of the rail vehicle, data can be transmitted to an evaluation tunit, a processing device and/or a base unit can be done wirelessly, preferably via Bluetooth.
  • the positioning device can be operated and/or controlled electrically or pneumatically and can be monitored accordingly using voltage and current measurement (electrical) and/or using at least one pressure sensor (pneumatic/hydraulic).
  • the current collector comprises a measuring unit with a measuring device, which in turn has a sensor device with at least two sensors.
  • the sensors can be arranged on the positioning device and/or contact strip, but can also in principle be arranged at any point on the current collector.
  • different measured values of the positioning device and/or the contact strip can be recorded in the sliding contact position. These measured values are physical measured variables that have a direct interaction with the positioning device, the contact strip or the overhead line and can change during operation of the pantograph.
  • the processing device By means of the processing device, the measured values or the measured variables measured with the sensors can be processed and a characteristic value can be determined which is suitable for describing an operating state of the pantograph and/or the overhead line.
  • the base unit can include a processing device.
  • the processing device can advantageously relate the respective measured values of the sensors to one another. This makes it possible to obtain further information in the form of the characteristic value about an operating state of the pantograph and/or the overhead line.
  • the processing device can carry out a calculation with at least two measured values from at least two sensors.
  • the measured values can vary depending on the Type of sensors can be measured values of the same or different types. For example, a vertical movement of the positioning device can be measured with a first sensor and a vertical movement of the contact strip can be measured with a second sensor.
  • the processing device then relates both measured values, for example by taking into account a connection between the two measured values by the processing device when calculating the characteristic value, for example an unevenness in a route relative to a flat contact wire or vice versa. If a vertical movement of the contact strip and the positioning device is then identical, the movement is induced by the course of the contact wire and not by the route.
  • the characteristic value can be a parameterized value, a parameter, a key figure or a data record.
  • the characteristic value can also be contained within a data record.
  • it is intended to process the measured values digitally using the processing device in order to obtain a characteristic value that can be further processed digitally.
  • the processing device is therefore formed by at least one digital electronic circuit which can process analog and/or digital signals from the sensor.
  • the processing device can also be, for example, a programmable logic controller (PLC), an integrated circuit (IC) or a computer.
  • the processing device can determine the characteristic value that is suitable for describing the operating state of the pantograph and/or the overhead line, it becomes possible to determine, monitor and/or influence the operating state of the pantograph and/or the overhead line on the operating status of the pantograph.
  • An operating state is understood to be a structural, variable property of the pantograph or overhead line that exists during operation. Since the operating status of the pantograph is also very much dependent on the condition or operating status of the route, it can The characteristic value also describes the operating status of the route.
  • targeted maintenance of the pantograph, the overhead line and the track can be carried out without having to adhere to regular maintenance intervals or carry out test runs with a rail vehicle. Overall, this makes it possible to operate a pantograph or overhead line more cost-effectively, and thus a rail vehicle more economically overall.
  • the energy supply unit obtains the energy required at least to supply the sensors of the sensor device directly at the current collector, so that the measuring unit can be operated in an energy-autonomous manner over a longer period of time, for example several years, and no intervention in the electronics of the rail vehicle is necessary.
  • the energy supply unit preferably obtains the energy required to supply energy to the complete measuring unit, at least consisting of a measuring device and a processing device. It is conceivable that the processing device additionally comprises a data concentrator device and an evaluation unit and a control device are also integrated into the measuring unit.
  • the energy supply unit preferably also generates the energy required for the operation of the evaluation unit, control device and/or data concentrator device.
  • the energy supply unit preferably has at least one energy supply device.
  • a large number of characteristic values or a group of characteristic values can be determined from the measured values of at least two sensors. For example, by evaluating a group of characteristic values, a model of the route traveled by the rail vehicle can be determined, and/or a fingerprint dependent on the recorded measured values can be assigned to the route section. Determining the fingerprint of the route traveled is based on the fact that the overhead line has an individual profile at each point, which can be recorded using sensors. In order to be able to reliably assign the individual profile to a geographical position at any point, a position sensor, such as a GPS sensor, can be provided, the data of which can be linked to the profile of the overhead line.
  • a position sensor such as a GPS sensor
  • typical components of the overhead line infrastructure can influence and/or create a characteristic fingerprint of the overhead line or the rail network.
  • a characteristic fingerprint of an overhead line section or a route section can be generated when driving on this route section or overhead line section.
  • a defect in the overhead line can be assigned to a location of the defect after the fingerprint of the overhead line has been recorded.
  • the characteristic value that can be determined using the method according to the invention describes a degree of wear of the contact strip, such as regular wear during operation and / or unwanted or unplanned wear, such as breakouts on the contact element. Furthermore, contact pressure, lifting Times and/or lowering times of the pantograph can be determined. It is also conceivable that the state of individual components of the current collector, in particular the positioning device, can be described by a characteristic value. According to one embodiment, the characteristic value can describe the operating state of a rocker arm, a rocker, an articulated guide, a pantograph and/or a spring device.
  • the characteristic value describing the operating state of the pantograph and/or the overhead line is determined from measured values of the current and/or voltage that drops across the pantograph. These measured values can be supplied to the processing device, related to one another by the processing device and thus a characteristic value describing an operating state of the pantograph and/or the overhead line can be determined.
  • the measuring unit can be operated independently of the rail vehicle, with the measuring unit preferably using wireless data transmission to transmit measured values and / or characteristic values.
  • the measuring unit and energy supply unit can therefore also be subsequently arranged or retrofitted on a current collector in an advantageous manner and can be operated independently of information and electrical supply from the rail vehicle.
  • the elementary functions of a pantograph are therefore not influenced by the measuring unit and the energy supply unit and intervention in other components of the rail vehicle is not necessary.
  • the energy supply unit obtains at least the energy required to operate the sensors of the sensor device, preferably the energy required to operate the entire measuring unit.
  • the Measuring unit on average approx. 0.5 to 5 watts, preferably on average only approx. 1 watt, electrical power. This low power consumption is negligible compared to the power transferred by the current collector.
  • the electrical energy required at least to supply energy to the sensors of the sensor device can be obtained by means of a first energy supply device from an alternating current applied to the current collector and/or can be obtained by means of a second energy supply device based on a direct current applied to the current collector.
  • the current collector preferably has a first and a second energy supply device. Then, independently of the type of power supply to the rail vehicle, for example this can be via an alternating current network or via a direct current network, the energy self-sufficient operation of the measuring unit can be guaranteed.
  • the first energy supply device When operating the current collector in an alternating current network, the first energy supply device can be used, which is also referred to as an alternating current energy supply device in the context of the invention, and when operating the Current collector in a direct current network, the second energy supply device, which is also referred to as a direct current energy supply device in the context of the invention, can be used to obtain at least the electrical energy required to supply the sensors of the sensor device.
  • the energy supply unit can comprise two energy supply devices based on different principles and arranged on the current collector.
  • a direct current energy supply device (DC energy harvester) and an alternating current energy supply device (AC energy harvester) are preferably arranged on the current collector.
  • the current collector is operated in an alternating current network, that is to say that alternating voltage is present at the current collector, the alternating current is used within the energy supply device to induce an alternating current in a toroidal core coil, which is converted into a for the by means of the energy supply unit and/or in a base unit of the measuring unit Measuring unit usable DC voltage is converted.
  • the pantograph can have at least one current band, preferably four current bands, in a known manner.
  • a bolt is arranged on the base frame, over which a toroidal core coil is pushed and the , for example by means of a cable lug, can be connected to the power strip.
  • the alternating current thus flows through the bolt and also induces an alternating current in the toroidal core coil, which can be converted into a direct voltage that can be used by the measuring unit.
  • the bolt is preferably designed in such a way that the current flows through the current bands from the overhead line to the rail vehicle are not affected.
  • an alternating current power supply device is connected to each of the current bands of a current collector.
  • a current collector can have four current bands and four AC power supply devices, each of the AC power supply devices being assigned to a current band of the current collector.
  • the generation of energy when operating a pantograph in DC networks using the DC energy supply device is based on a voltage drop due to the resistance of the current bands of the pantograph.
  • the current collector in particular the current bands of the current collector, have a resistance of only a few milliohms (mQ).
  • mQ milliohms
  • a voltage drops across this resistor depending on the current strength due to the resistance of the current collector. This voltage can be, for example, a few hundred millivolts (mV).
  • the voltage dropped on the current collector or the current bands due to the resistance of the current collector or the current bands can be tapped and used to supply energy to the measuring unit.
  • the direct current energy supply device comprises an electrical line which is laid along the current collector, in particular along the joint device of the current collector from the rocker device to the base frame of the current collector.
  • This first electrical line can be referred to as a bypass line and can end, for example, in a base unit arranged on the base frame.
  • the base unit can be contacted again with a section of a current strip located on the base frame of the current collector via a further, second electrical line.
  • the power supply unit can have a voltage converter, such as a boost converter and/or a buck converter.
  • the energy supply unit can have an energy storage device that enables a time-delayed energy release depending on the needs of the measuring unit.
  • the device according to the invention enables self-sufficient and high-quality monitoring of the interaction between the pantograph and the overhead line or contact wire of the overhead line as well as their states, which can be output as a characteristic value, with low hardware costs.
  • an angular position of the positioning device can be an acceleration, a speed, a rotation, a frequency, a temperature, an illuminance, a force, a current, a voltage, an electrical resistance, a distance, a mass, an air pressure, a sound , wear and/or a location position can be recorded and processed continuously or discontinuously. Acceleration can be easily measured with a gyro sensor. With the angular position of the positioning device, a deflection of a rocker device or a pantograph can be measured relative to the rail vehicle at a pivot point of the rocker device or the pantograph.
  • a rotary potentiometer at the pivot point or another suitable sensor for example a gyro sensor for measuring an angle of inclination or rotation
  • a temperature can be measured with a temperature sensor on the positioning device, or on a rocker device or a pantograph, or the contact strip, so that, for example, it can be determined whether there is a risk of the contact wire icing up.
  • the measurement of a Illuminance can be achieved using an optical sensor or a camera, which then forms the sensor. This makes it possible, for example, to detect irregularities on a surface of the contact wire or arcs.
  • a force can be determined using a strain gauge, a force sensor, a pressure sensor or the like.
  • a pressure force can then be measured as a function of an air pressure of a cylinder of the positioning device.
  • a current strength or a voltage can be measured with an ammeter or with a voltmeter as a sensor.
  • a resistance can be determined from current and voltage and can be a measure of contact quality and provide information about the state of wear of the contact piece. For example, the quality of an energy transmission between the contact piece and the contact wire can then be determined.
  • the mass can also be determined using a force sensor.
  • Air pressure can be measured using an air bellows or a pressure cylinder to apply the pressure force.
  • a location position of the pantograph can be easily determined using a satellite navigation system, for example GPS.
  • a sound can be measured through a microphone so that noises can be evaluated as measured values.
  • Wear can be measured using a sensor with which the height or thickness of a contact strip can be measured. The measured values can be determined and processed continuously or continuously. It is also possible to record and process the measured values discontinuously, for example at fixed times or on certain
  • At least one acceleration sensor is used as a sensor, which can be arranged on the contact strip and/or the positioning device.
  • the sensor can be a rotational or translational acceleration sensor or vibration sensor, which can be used to measure a movement or acceleration of the positioning device and/or the contact strip.
  • a movement of the Contact strip can be detected on the contact wire, and conclusions can then be drawn from the movement about the shape of the contact wire and / or the contact strip.
  • a shoulder in the course of the contact wire which can cause the contact strip to lift off the contact wire, can be easily determined. Special measurement drives or on-site inspections of the overhead line to identify such defects are then no longer necessary.
  • a change in the contact strip as a result of wear or abrasion causes a geometric change in the contact strip. This can result in a difference between a new and a worn sanding strip. Since the contact strip is regularly contacted with the contact wire while the rail vehicle is traveling and is coated by it, the processing device can derive a change in the contact strip from a movement of the contact strip together with a further measured value, for example a movement of the positioning device. It can also be provided that movement profiles of new and worn contact strips are stored in the processing device, whereby the processing device can carry out a comparison and determine a state of wear or consumption of the contact strip. This wear can then also be output in the form of the characteristic value. In addition, a break or deformation of the contact strip as well as damage to the overhead line can be easily identified.
  • At least one sensor can be used, which can be arranged within the contact strip, on the contact strip, on a fastening bearing of the contact strip or on a rocker device of the positioning device that holds the contact strip. Consequently, the sensor can be arranged, for example, in a recess in the contact strip or in a contact element of the contact strip. Furthermore, the sensor can also be attached directly to the contact strip or a contact strip holder of the contact strip. Additionally or alternatively, the sensor can be designed as a vibration sensor and attached to the attachment. be arranged in the contact strip bearing.
  • the contact strip can, for example, have two fastening bearings, by means of which the contact strip is attached to the positioning device.
  • a further contact strip can be arranged on the rocker device, which also has a sensor, so that this contact strip can also be monitored by means of the measuring unit.
  • the sensor device can comprise more than two sensors, which are arranged at the aforementioned points, in order to be able to determine the characteristic value even more precisely.
  • recesses made in the contact strip, in particular in the contact element of the contact strip, such as bores can be detected using an abrasion sensor system.
  • the abrasion sensor system can have an acceleration sensor. Parallel to the direction of travel, at least three recesses can be made at a horizontal distance in the contact element of the contact strip, preferably passing through the contact element of the contact strip, at the level of a wear limit. These recesses are exposed when the wear limit is reached and, due to contact with the overhead line, cause characteristic vibrations, taking the train speed into account. These vibrations can be detected, for example, with at least one acceleration sensor.
  • the recesses preferably have a diameter of 2 to 5 mm. More preferably, the recesses have a diameter of 3 mm.
  • the positioning device can have a rocker device holding the contact strip and a base frame arranged on the rail vehicle and a joint device arranged between the base frame and the rocker device.
  • at least one sensor arranged on the rocker device and at least one energy supply device arranged on the joint device and/or the base frame can be used.
  • Measured values can be recorded near the contact element and the contact wire of the overhead line, for example using an acceleration or vibration sensor.
  • a first electrical line of a direct current energy supply device is arranged on the joint device and an alternating current energy supply device is arranged on the base frame of the positioning device.
  • the electricity obtained by a first and/or second energy supply device for example an AC energy supply device and a DC energy supply device, can be directed to a base unit, preferably attached to the base frame, and converted and/or further distributed there.
  • the positioning device can have a rocker device holding the contact strip and a base frame arranged on the rail vehicle and a joint device arranged between the base frame and the rocker device.
  • the measured values of at least two sensors can then be transmitted to a data concentrator device arranged on the joint device and/or the rocker device for data concentration.
  • the transmission is preferably wired.
  • the tree structure can be formed using simple and symmetrical cabling and has significantly increased flexibility compared to linear cabling.
  • the amount of data can also be concentrated or reduced by using data concentrator devices, so that only selected and/or already further processed data need to be transmitted. This reduces the effort involved in data transfer essential.
  • a data concentrator device can be provided on a rocker device and/or a contact strip or a contact element.
  • two data concentrator devices can be provided for each rocker device.
  • a data concentrator device can be provided on the joint device, in particular in the area of the knee of the joint device, i.e. in the area of the joint between the upper arm and forearm.
  • a first data concentration can therefore take place directly on the rocker device and a further data concentration can take place on the joint device.
  • the data concentrator device has an acceleration sensor, a gyroscope and/or a rotation sensor.
  • a knee data concentrator device provided on the knee of the joint device can determine the height of the rocker device relative to the rail vehicle via at least one gyroscope and an acceleration sensor as well as via the analytics of the measurement of the angle at the knee.
  • the data concentrator device arranged on the knee can record information about a lateral deflection of the joint device and thus of the current collector.
  • the data concentrator device on the knee of the joint device can also be used to activate a measuring unit.
  • the data concentrator device can be used to determine whether the contact strip is in contact with the contact wire due to the distance between the rocker device and the rail vehicle and/or whether the train is moving.
  • the measuring unit can be activated when the train moves and/or the contact strip is in contact with the contact wire of the overhead line. Alternatively or additionally, activation can also take place by means of a pressure sensor arranged on a spring device of the positioning device or a voltage sensor on an electric motor-operated drive device of the positioning device.
  • the voltage and/or the current applied to an electrical line of the current collector can Strength in an electrical line of the current collector can be measured by means of at least one sensor of a base unit of the measuring unit arranged on the base frame.
  • the electrical line is preferably formed from a metal profile, a busbar and/or a current strip through which and/or through which the current required by the rail vehicle flows from the contact strip to the rail vehicle.
  • vibrations and/or tilts of the train can, for example, be detected and/or calculated.
  • the recording of measured values on the base unit arranged on the base frame can advantageously make the assignment of error patterns and/or the determination of characteristic values more precise.
  • the measurement values determined by the base unit arranged on the base frame connected to the rail vehicle can allow a conclusion to be drawn as to the extent to which errors or anomalies can be attributed to the rail vehicle itself, the condition of the tracks on which the rail vehicle is traveling, or actually to the pantograph and/or the contact wire.
  • the pressure of a pressure line of the positioning device can be measured using a pressure sensor arranged on the base frame.
  • the pressure of a pressure line of the positioning device is preferably measured by means of at least one pressure sensor, which is connected to the base unit of the measuring unit arranged on the base frame.
  • a pressure line of the positioning device is preferably monitored by means of the pressure sensor in air current collectors, which are typically used in long-distance transport (heavy rail and high-speed). The static contact pressure and/or dynamic fluctuations can be determined from the pressure measurements measured on a pressure line in the positioning device.
  • the pressure sensor or the measured values recorded by the pressure sensor can also be used to put the measuring unit into standby mode and/or to reactivate the measuring unit in the event of movements and/or pressure changes that indicate a travel movement of the rail vehicle. For example, an increase in pressure in the pressure line of the position kidney device a conclusion about the lifting of the rocker device by means of the positioning device and thus about a ferry operation of the rail vehicle.
  • the processing device can carry out an analysis of the measured values while the contact strip is guided along the contact wire. Consequently, the processing device can carry out this analysis while the rail vehicle is traveling.
  • measured values are analyzed during a stop of the rail vehicle, for example at a train station or a stop.
  • characteristic values for an operating state of the overhead line can preferably only be obtained when the contact strip is guided along the contact wire.
  • the processing device can record and store the measured values from sensors and/or the characteristic values at regular intervals, when there is a change or continuously. Accordingly, it can be provided that the measured values and/or the characteristic values are only recorded and stored when the values change in order to keep the amount of data low. Alternatively, it is possible to provide continuous, i.e. ongoing, recording and storage. By storing the measured values and/or characteristic values, it is possible to carry out processing even after recording. For example, measurement values can then be recorded while the rail vehicle is traveling, and the determination of the characteristic value(s) can only be carried out during maintenance of the rail vehicle in a depot. For example, the condition of an overhead line along a route of the rail vehicle can be determined after a journey.
  • the measuring device can have a control device by means of which an actuator for actuating the positioning device can be controlled, the actuation of the positioning device being carried out by means of a control device of the control device according to a measured value and/or can be regulated using a characteristic value.
  • the drive device can include the actuator, which can be connected to a rocker device or rocker device of the positioning device, such that a linear movement of the actuator can cause a movement of the contact strip between the sliding contact layer and a storage layer.
  • the actuator can be designed, for example, by a linear drive, or a pneumatically or hydraulically actuated cylinder or bellows. It can also be provided that the pressure force is changed via the actuator or that the actuator forms the pressure force.
  • the actuator then forms the spring device or is combined with it.
  • the control device can now receive signals or measured values and / or characteristic values from the measuring device and use these by means of the control device to regulate the drive device. If, for example, a break in the contact strip is detected by the processing device, the contact strip can be pivoted into a storage position on the rail vehicle using the actuator. In addition, it is possible to regulate the pressure force via the actuator. In principle, such a control device can also be present as a component of the rail vehicle independently of the measuring device.
  • the pressure force can be regulated by the control device depending on the measured values and/or characteristic values.
  • the pressure force can be designed to be essentially constant, regardless of an angular position and a movement of the positioning device. This means that lifting of the contact strip from the contact wire as a result of unevenness or other influences can be largely prevented.
  • the processing device can, for example, output a characteristic value to the control device after the contact strip is accelerated away from the contact wire, whereby the control device can then use the control device or the actuator to cause a counterforce on, for example, a rocker device, which prevents lifting. Nevertheless, it is also possible to regulate the pressure force so that there is no excessive wear on the contact strip as a result of an increased pressure force. The pressure force can then also be comparatively reduced if an improved electrical contact can be formed with the contact wire.
  • the measuring device can transmit the measured values and/or characteristic values to an evaluation unit, wherein the measured values and/or characteristic values can be stored in a database of the evaluation unit and/or further processed by means of an evaluation device of the evaluation unit.
  • the evaluation unit can therefore include the database and the evaluation device.
  • the evaluation unit can therefore be used to collect and further process the measured values and/or characteristic values and can be designed by a computer.
  • the evaluation unit can be a computing device that is located at a distance from the measuring unit and/or the rail vehicle and which, for example, enables a cloud service.
  • the measurement values and/or characteristic values can be transmitted automatically and/or at the request of the evaluation unit.
  • the evaluation device can be used to display or output a result of an evaluation by an operator.
  • the evaluation unit can have a range of functions that goes beyond the range of functions of the processing device. By combining the measured values and/or characteristic values of several measuring units, the evaluation unit can increase the quality of the statements about the condition of the monitored components of the pantograph and particularly clearly assign causes of damage to the overhead line or pantograph and their effects, for example certain characteristic values, since j
  • several characteristic values and/or several measured values for example from several measuring units and/or measuring devices in the sense of a swarm intelligence, can be brought together and processed.
  • “Virtual sensors” can also be generated by combining different sensor types. The swarm effect is within the scope of Invention should be understood as a combination of the data from different sensors and/or different sensor devices and/or different measuring devices and/or different measuring units and/or different monitoring systems.
  • Such an evaluation unit can also be present as a component of the rail vehicle independently of the pantograph.
  • the measuring device can have a transmission device by means of which the measured values and/or characteristic values of the measuring device can be transmitted to the evaluation unit and/or the control device via a data connection, the evaluation unit and/or the control device being arranged at a spatial distance from the measuring unit or in the measuring unit can be integrated. If the control device or the evaluation unit is integrated in the measuring unit, the data connection can simply be formed by a line connection. It is then also possible to install parts of the measuring device, such as the processing device and the control device as well as the evaluation unit, elsewhere on the rail vehicle. When transmitting the measured values and/or characteristic values, data can be exchanged, for example based on a transmission protocol. The data connection can be established continuously, at regular intervals or event-based. Overall, this makes it possible to collect and evaluate data collected by the measuring device. A variety of evaluation options then open up an analysis of certain states and events, which can be used to optimize the operation of the pantograph and the overhead line or the rail vehicle.
  • the data connection can be formed via an external data network.
  • the data connection can be via a mobile network, WLAN, a satellite connection, the Internet or another Any radio standard can be designed alone or in combination.
  • the evaluation unit and/or the control device is arranged at a spatial distance from the measuring unit, it can also be arranged stationary outside the rail vehicle, far away from the rail vehicle, for example in a building. In particular, this makes it possible to monitor and/or control a function of the pantograph on the rail vehicle without this task having to be carried out by a person on the rail vehicle itself.
  • the evaluation unit can process measured values and/or characteristic values from measuring units of several pantographs.
  • the evaluation unit can thus process measured values and/or characteristic values from several pantographs arranged on a single rail vehicle.
  • the accuracy of a measurement or monitoring can be further increased.
  • the evaluation unit can be used to process characteristics of pantographs that are arranged on different rail vehicles. This can also significantly improve the accuracy of measurements and monitoring of the rail vehicles or the respective overhead line.
  • a current and constantly changing picture of the status of a route network and the rail vehicles running on it can be obtained.
  • the resulting optimization of an operating state can significantly reduce operating costs. Regular and frequent inspection of the infrastructure and rail vehicles is no longer completely necessary and vehicle safety during operation is significantly increased. There is also no need to carry out special measurement runs.
  • a data connection to the evaluation unit and/or the measuring unit can be established, with the measured values and/or characteristic values being transmitted to the user unit and output.
  • the measured values and/or characteristic values as well as the results of the evaluations of the measured values and/or characteristic values can be made available to an end user via the user unit.
  • the user unit can be a computer that is independent of the evaluation unit and/or the measuring unit.
  • This computer can be a stationary computer, a mobile radio device or the like, with which a further data connection can be established for data exchange with the evaluation unit and/or the measuring unit.
  • the data exchange can take place, for example, via an external data network, such as the Internet.
  • Data prepared with the evaluation unit or measured values and/or characteristic values further processed with the evaluation device could thus be made available to a wider group of users.
  • the measured values and/or characteristic values or the results of the evaluations of the measured values and/or characteristic values can be made available individually to an end user via the user unit.
  • the evaluation unit can be designed, for example, by a server with software that transmits the information contained in the database of the evaluation unit to the user unit. This transmission can consist of providing a website with selected information, for example the current state of wear of the contact piece. Such a website or web interface can be provided to make data visually accessible to the end user.
  • the website or web interface can be tailored to the end user and their use cases.
  • the evaluation unit, the measuring unit and/or the user unit can transmit data to a wide variety of end user systems, for example. to existing systems of an end user, such as a rail network operator. Alerts and/or warning messages and/or information messages can also be sent and/or output via an evaluation unit and/or user unit.
  • the processing device or the evaluation unit can evaluate a time course of the measured values and/or characteristic values and determine a state of wear of the pantograph and/or the overhead line, taking into account a time-dependent component relevant to the wear and/or a measured variable-dependent component. In this way, not only can a statement be made about the current state of wear, but it can also be approximately determined at which point in time, for example, a contact strip or a contact wire is likely to be worn out. This makes it possible to precisely define a maintenance interval for the pantograph and/or the overhead line and to optimize it in terms of time, for example by adapting it to the actual condition of the pantograph and/or the overhead line.
  • the time course can also be used to determine at what point in time certain events occurred. If events occur repeatedly, a system can be derived from this. For example, poorer electrical contact or increased wear can be detected when driving along a certain section of the route.
  • a vibration of the contact strip can be detected, whereby the processing device or the evaluation unit can determine a state of wear of the contact strip and/or the overhead line. If the contact strip wears out, a shape, in particular a height, of the contact strip can be changed, whereby the change in shape can also change the vibration behavior of the contact strip.
  • the processing device can also be used to determine a natural frequency and/or a resonance frequency of the contact strip and/or the positioning device as a vibration. Using the processing device, a degree of wear on the contact strip, the positioning device and/or the overhead line can be determined from the vibration.
  • vibration behavior changes with increasing abrasion of the material of the contact strip or a component of the positioning device or the contact wire
  • this change can be used to draw conclusions about the degree of wear of the contact strip, the positioning device and/or the contact wire. For example, it can be determined not only whether the contact strip is new or completely worn, but also to what extent the contact strip is worn out.
  • the shape of the contact strip is essentially determined by abrasion of the carbon material of the contact element on the contact strip. This can essentially result in a difference in the height of the contact strip or the contact element between a new and a worn contact strip.
  • the contact strip is regularly contacted or coated by the contact wire along a length of the contact strip in a continuous alternation during a rail vehicle journey, wear of the contact strip can occur unevenly, based on a length of the contact strip. This means that abrasion of the grinding strip can be more severe in the middle of the grinding strip than at its edges. Depending on the condition of the overhead line, grooves can also form on the contact strip. A height of the contact strip can therefore change unevenly depending on use, which influences the shape of the contact strip. Furthermore, while a rail vehicle is traveling, the continuous, regular change of the contact wire along the length of the contact strip can be recorded, and a condition of the contact strip can also be determined from this.
  • the processing device can calculate the shape using the finite element method. For example, it can be provided that the processing device uses a calculation model based on the finite element method to calculate a possible shape of the contact strip from the vibration behavior of the contact strip. In particular, the previously described possible abrasion of the contact strip can be taken into account here. This makes it possible to determine the wear condition of the contact strip even more precisely.
  • the processing device or the evaluation unit can generate an arc on the contact strip and/or the contact strip from an operating state Determine the contact wire, a zigzag course of the contact wire, icing on the contact wire and/or defects in the contact wire.
  • the term “imperfections in the contact wire” can include, in addition to damage and/or defects in the contact wire, incorrect laying and/or positioning of the contact wire.
  • the arc can be determined, for example, by measuring a current transmitted to the contact strip.
  • an illuminance or luminance can be measured in the area of the contact wire, so that the presence of an arc can be determined with a high degree of certainty from both measured values if measuring peaks occur at the same time.
  • this zigzag course of the contact wire can then also be determined. For example, using acceleration sensors and/or inductive sensors. This then makes it possible to create a profile of the overhead line along the route.
  • the profile of the overhead line can be stored in the evaluation unit in the form of a map of the overhead line or the course of the contact wire. Any defects detected on the overhead line or on the contact wire can then be precisely assigned to a clearly specifiable point on the overhead line. Icing of the contact wire can also be easily determined by a plurality of sensors or measured values, for example by measuring the outside temperature and measuring the air humidity in the area of the contact wire.
  • the processing device or the evaluation unit can carry out a pattern analysis or statistical evaluation of the measured values and/or characteristic values stored over a period of time and derive a key figure from the pattern analysis or the statistical evaluation.
  • Causal connections can regularly be derived from interrelationships. Correlations found through the pattern analysis can be used in the simplest embodiment of the method to determine causal relationships, the knowledge of which can in turn be used to optimize the operation of rail vehicles. For example, the occurrence of a fault in a section of an overhead line can correlate with a specific type of rail vehicle or pantograph.
  • the processing device or the evaluation unit can relate the measured values of different sensors and/or characteristic values to one another and derive functional dependencies of the measured values and/or characteristic values using artificial intelligence. Provision can also be made to carry out the pattern analysis using artificial intelligence. Artificial intelligence can be used, for example, in the context of machine learning or deep learning or data classification.
  • statistical models can be created using machine learning (ML).
  • the determined characteristic values can be used in machine learning as so-called features or training data, whereby patterns and/or regularities can be recognized in the training data.
  • Functional dependencies between the sensors can also be examined.
  • a transmitted current can be related to a temperature and possibly determined that a contact wire is icy.
  • a pattern analysis of the measured values and/or characteristic values can be used to identify a thinner part of a contact wire compared to an intact or new contact wire and thus draw conclusions about potential sources of error and/or failure.
  • a number of other operating states and events can also be recognized and interpreted as a result of functional dependencies, for example changes along a contact wire and their relative position, a gradient and number, a lifting of the contact strip from the contact wire and, if necessary, the formation of sparks or arcs Wear of the contact strip as a result of mechanical friction on the contact wire or electrical erosion as a result of a contact pressure or the pressure force, in particular an averaged wear over a route, sections of the route with particularly high or particularly low wear, a wear rate depending on driving behavior, such as for example acceleration or standstill current load, damage and/or position deviations from the overhead line or the vehicle wire, a current load, such as short-term overcurrent, short-circuit current, tripping of a protective fuse or a short-circuiter in the event of a fault, a condition of wear components of the current collector, such as bearings, joints, structural elements, a break in the contact strip, for example as a result of an impact on an obstacle, a position, speed, acceleration and
  • the processing device or the evaluation unit relates signals or measured values from sensors and/or characteristic values not belonging to the current collector to signals or measured values from the sensors and/or characteristic values belonging to the current collector. For example, by additionally taking signals or measured values and/or characteristic values from sensors of a grounding contact, flange lubrication, shaft grounding, etc. into account. In principle, it is possible with the processing device to process all signals or measured values that can be determined on the rail vehicle in this way.
  • a local position of the pantograph can be determined, wherein the local position can be assigned to the characteristic values or the measured values of a further sensor of the sensor device, whereby the evaluation unit can determine a state of the overhead line.
  • the position sensor can, for example, determine a position of the pantograph and thus of the vehicle via satellite navigation. Among other things, it can be determined at which point on a route a specific measured value from another sensor of the sensor device was recorded. This allows the relevant location position to be assigned to an event or measured value.
  • the evaluation unit can determine the condition of the overhead line, for example by evaluating vibrations of the pantograph or a rocker device along the overhead line.
  • the rocker device can have a changed vibration behavior if the contact wire is heavily worn. Steps, interruptions and ramps on the contact wire can also be determined and assigned to a position on the route. This can be used to influence the speed of the rail vehicle in the travel sections of the route located in this way.
  • the evaluation unit can create a data model of the overhead line along at least one section of a route of the rail vehicle, wherein the data model can include a plurality of different location positions of the route section, each with assigned measured values and / or characteristic values.
  • the data model can be stored in the evaluation unit and include data or files describing a course of the overhead line.
  • the data model can be a graphical representation or mapping of the course of the overhead line along the route or, in a simpler embodiment, a list that includes, for example, components of the overhead line.
  • the data model can have the large number of different locations of the relevant section or route as data sets, so that the structural properties of the overhead line are reflected by the data model. Measured values and/or characteristic values can each be assigned to the location positions or data sets.
  • the data model can include information about a zigzag course of the contact wire with a length of the straight sections of the contact wire.
  • This zigzag course can be assigned a location position or a route length of the route, based on a reference point. If measured values are now determined using sensors or characteristic values are determined using the processing device, these can be assigned to a local position of the relevant section of the route if the local position is known for the relevant measurement or is determined. In this way, any events or defects in connection with the overhead line can be documented and, using knowledge of the location, can be precisely located on site if necessary, for example for repairs.
  • the data model can be adapted by continuously and repeatedly recording measured values and/or characteristic values as the rail vehicle travels along the route section. It can thus be provided that a route is repeatedly traveled on with one or more of these pantographs on one or different rail vehicles. If measurement values and/or characteristic values are recorded in each case, the data model stored in the evaluation unit can be improved through continuous comparison. For example, events that occur once are recognized as such and can be ignored, whereby recurring events indicate a special property or a problem with the overhead line or the pantograph or the rail vehicle at a certain location. By continuously adapting the data model, usage intensity and the associated wear and tear can also be documented, which enables improved planning of maintenance measures and servicing.
  • the continuous adaptation of the data model can also be used to determine the location position, such that the location position of a pantograph is determined by the data obtained from the pantograph during a trip and their comparison with the data model.
  • a measuring unit can be used that is designed on the pantograph independently of the rail vehicle.
  • the measuring unit can then be arranged or integrated locally and/or functionally independently of the rail vehicle on the pantograph.
  • a connection between the measuring unit and the rail vehicle is therefore not absolutely necessary.
  • the measuring unit must then also not be connected to a low-voltage network on the rail vehicle.
  • the measuring unit and thus the pantograph can be used regardless of the type of rail vehicle and without any special certification from a manufacturer of the rail vehicle. Nevertheless, it can optionally be provided that the measuring unit is connected to the rail vehicle, for example to a control station of the rail vehicle, in order to signal measured values and/or characteristic values to a vehicle driver.
  • a bidirectional data exchange can take place between the measuring unit and the rail vehicle.
  • wear can be signaled in a control station or measured values of the rail vehicle available in the control station, such as speed, can be processed by the measuring unit.
  • the measuring unit can preferably be used independently of the rail vehicle.
  • the characteristic value can be determined during ferry operation of the rail vehicle when the contact strip is in contact with the contact wire, alternatively or additionally, the characteristic value can be determined during stationary operation of the rail vehicle, wherein the contact strip can be positioned in a rest position or between a contact position can be moved on the contact wire and the rest position on the rail vehicle. The characteristic value can then only be determined on the basis of the measured values that can be recorded in the rest position.
  • the contact strip is released from the contact wire or when the contact strip moves from the rest position on the rail vehicle in the direction of the contact wire, the contact strip is stimulated to oscillate, whereby the contact strip can then oscillate essentially unaffected by external influences. This makes it possible, for example, to use the vibration of the contact strip to determine the state of wear.
  • the pantograph can be arranged on a roof of a rail vehicle and is used to transmit energy from a contact wire on an overhead line on the rail vehicle, wherein the current collector comprises a positioning device with a contact strip arranged thereon, the positioning device being designed such that the contact strip can be moved relative to the contact wire by means of the positioning device and can be pressed against the contact wire with a pressure force in a sliding contact position to form a sliding contact is, wherein the positioning device has a drive device and / or a spring device, by means of which the pressure force on the contact strip can be formed.
  • the current collector has an energy supply unit and a measuring unit with a measuring device, wherein at least two sensors of a sensor device of the measuring device are arranged in the positioning device and / or the contact strip, and wherein the energy supply unit generates at least the electrical energy required to supply the sensors of the sensor device with energy, and wherein measured values can be recorded in the sliding contact position by means of the sensors, the measured values being able to be processed by means of a processing device of the measuring device, the measured values being able to be related to one another by means of the processing device and a characteristic value describing an operating state of the pantograph and/or the overhead line being able to be determined is.
  • the positioning device of the current collector can have a rocker device holding the contact strip and a base frame arranged on the rail vehicle and a rocker device arranged between the base frame and the rocker device Have joint device.
  • at least one sensor can be arranged in the rocker device and at least one energy supply device on the joint device and/or on the base frame.
  • a first and a second energy supply device are preferably arranged on the joint device and/or on the base frame, with a first energy supply device generating energy when the current collector is operated in an AC network and a second energy supply device being designed to generate energy when the current collector is operated in a DC network.
  • a data concentrator device can be arranged on the joint device and/or the rocker device of the positioning device. Data and/or measured values can be processed and/or bundled in the data concentrator device in order to reduce the amount of data to be forwarded.
  • a data concentrator device can be connected to at least two sensors and/or measuring devices.
  • a data concentrator device can be connected to a plurality of further data concentrator devices, whereby the amount of data from several upstream data concentrator devices can be further reduced by means of a data concentrator device.
  • a tree-like structure of the connection between the components of a measuring unit or a monitoring system can be created.
  • the data transmission between measuring units, sensors and data concentrator devices is preferably carried out by cable, so that a tree-like cabling structure also results.
  • At least one data concentrator device can be connected to a base unit.
  • four sensors can be arranged on the rocker device, with two sensors preferably being assigned to a contact strip, with two sensors each being assigned to a data concentrator device. In other words, this means that there are two data concentrator devices on the rocker device. devices are arranged, which are each connected to two sensors and reduce their data volumes.
  • a further data concentrator device can be arranged at the knee of the joint device. This data concentrator device arranged at the knee of the joint device is connected to the base unit by cable, with the data or measured values arriving at the base unit being further processed, reduced and/or forwarded in the base unit.
  • the forwarding of data from the base unit is preferably wireless.
  • the base unit of the measuring unit has a pressure sensor, a current sensor and/or a voltage sensor.
  • the base unit can also be used to record data regarding pressure, voltage and current.
  • a pressure sensor, a current sensor and/or a voltage sensor are arranged on the base frame and/or the positioning device and their measured values are transmitted to the base unit for evaluation and/or forwarding.
  • a monitoring system can include a plurality of rail vehicles, each with at least one pantograph, the monitoring system comprising an evaluation unit for processing measured values and/or characteristic values of the measuring units of several pantographs.
  • the monitoring system comprising an evaluation unit for processing measured values and/or characteristic values of the measuring units of several pantographs.
  • each pantograph has an evaluation unit.
  • the rail vehicles can also each have a plurality of pantographs. Overall, this makes it possible to use the monitoring system to collect and evaluate data sets from the pantographs, regardless of the type of data connection.
  • the monitoring system can also be one of the pantographs or the Rail vehicles have a spatially spaced evaluation unit, which can be arranged stationary away from a rail vehicle, for example in a building.
  • the data then stored in the evaluation unit can then, for example, result in correlations between a local position, a detection time and, if necessary, determined errors in the pantograph. For example, a season or a route can then show comparatively increased wear or a specific error on the pantograph or the Catenary can be assigned.
  • the monitoring system may include one or a plurality of user units that are spatially spaced from one another.
  • the data connection or data connections to the respective user units can be formed via an external data network.
  • the user device can be a computer that is independent of the monitoring system. This computer can be a stationary computer, a mobile device or the like, with which the data connection for data exchange with the monitoring system can be established.
  • the data exchange can take place, for example, via an external data network, such as the Internet.
  • the output device can, for example, be designed by a server with a software application that transmits the results calculated by the evaluation unit and the information contained in the database to the respective user unit.
  • This transmission can be carried out by providing a website with selected information, for example a current overview of an inventory of pantographs, overhead lines and rail vehicles.
  • the information can be made available to companies operating rail vehicles in an individually tailored manner. Further advantageous embodiments of a monitoring system result from the feature descriptions of the method.
  • Fig. 1 shows a pantograph on a rail vehicle in a side view
  • Fig. 2a is a front view of an unused contact strip
  • Fig. 2b is a front view of the worn contact strip
  • Fig. 3 is a schematic representation of a sectional course of a contact wire
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a monitoring system with a rail vehicle
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a first embodiment of a measuring unit
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a second embodiment of a measuring unit
  • FIG. 7 shows a schematic representation of another monitoring system
  • FIG. 9 shows the current collector according to FIG. 8 in a side view
  • FIG. 10 shows the current collector according to FIG. 8 in a front view
  • 11 shows the pantograph according to FIG. 8 in a top view
  • 12 shows the current collector according to FIG. 8 in a further perspective view
  • Fig. 13 shows the base frame of the pantograph according to Fig. 8;
  • Fig. 14 shows a section of the joint device of the current collector according to Fig. 8;
  • Fig. 15 shows a section of the rocker device of the pantograph according to Fig. 8 in a perspective view from below;
  • Fig. 16 shows a section of the rocker device of the pantograph according to Fig. 8 in a perspective view from above;
  • FIG. 17 shows a perspective view of a data concentrator device arranged on the joint device of the current collector according to FIG. 8;
  • Fig. 18 is a schematic representation of a direct current power supply device
  • FIG. 19 shows a perspective view of an alternating current power supply device arranged on the base frame of the current collector according to FIG. 8;
  • 20 is a schematic representation of a first embodiment of an abrasion sensor system
  • FIG. 21 shows a cross section through a contact strip with a second embodiment of abrasion sensor system
  • FIG. 22 shows a schematic representation of a tree structure of a measuring unit
  • Fig. 24 is a schematic representation of the applications of an external data network.
  • FIG. 1 shows a pantograph 10 on a roof 11 of a rail vehicle, not shown here, with a positioning device 13 designed as a pantograph 12.
  • a positioning device 13 designed as a pantograph 12.
  • two contact strips 14 are arranged on a rocker device 15 transversely to a contact wire 16.
  • the rocker device 15 is arranged on the joint device 72.
  • the base frame 71 connects the positioning device 13 to the roof 11 of the rail vehicle.
  • the rail vehicle moves at a speed VF relative to the contact wire 16, with the contact strips 14 being pressed against the contact wire 16 with a pressure force FA transversely or orthogonally to the contact wire 16.
  • the contact strip 14 is formed from a contact element made of carbon, not shown here, and a contact strip holder, with the movement of the contact strip 14 on the contact wire 16 described here causing abrasion of the carbon material.
  • FIGS. 2a to 2b shows a contact strip 17 in different views and states of wear.
  • the contact strip 17 is essentially formed from a contact element 18, which consists of carbon or graphite, and a contact strip holder 19.
  • the contact strip holder 19 has a profile 20, which regularly consists of aluminum, on which the contact element 18 is attached. Fastening bearings 21 are formed on the profile 20 and serve to connect the contact strip 17 to a positioning device, not shown here.
  • FIG. 2a shows the contact strip 17 in a new, i.e. unused, state, so that a height HCN of the contact element 18 or HTN of the contact strip 17 in the area of a center 22 of the contact strip 17 is unchanged or has a maximum value.
  • Acceleration sensors of a sensor device of a measuring system which cannot be seen in more detail, are attached to the fastening bearing 21 and the center 22.
  • FIG. 2b shows the contact strip 17 in a worn-out state, so that a height HCW of the contact element 18 or a height HTW of the contact strip 17 in the area of the middle 22 is significantly reduced due to abrasion of a surface 23 of the contact element 18.
  • abrasion of the contact element 18 is strongest here, since a contact wire, not shown here, is designed in a zigzag pattern and while the rail vehicle is moving, the contact strip 17 on the surface 23 alternates between outer ends 24 of the Contact element 18 or the surface 23 is coated.
  • FIG 3 shows a schematic representation of a contact wire 25 relative to a track 26 and contact strips 27 of a pantograph of a rail vehicle, not shown here.
  • the contact wire 25 shown here in sections forms a zigzag course relative to the route 26.
  • An overhead line, not shown here, is designed in such a way that the contact wire is held at fastening points 28 of the overhead line. Between the attachment points 28, the contact wire 26 runs in essentially straight sections 29.
  • the current collector is here equipped with a measuring unit with a measuring device and with at least two sensors of a sensor device of the measuring device.
  • vibrations of the contact strips 27 can be detected and these measured values can be processed and related to one another using a processing device of the measuring device.
  • the processing facility can from this determine or calculate an operating state of the overhead line or a zigzag course of the contact wire 25.
  • the monitoring system 30 comprises a plurality of measuring units 36 on the current collectors 33, each with a processing device 37 and a measuring device 38.
  • the monitoring system further comprises an evaluation unit 39 which receives, stores and processes data sets from the measuring units 36.
  • the evaluation unit 39 can analyze the data sets and output a result of the analysis.
  • the measuring units 36 are connected to the evaluation unit 39 via an external data network 41 via data connections 40, by means of which data sets are transmitted via radio signals. A bidirectional transmission of the data sets can also take place.
  • the processing devices 37 record measured values from the measuring unit 36 or sensors (not shown here) on the pantographs 33, relate them to one another and determine an operating state of the pantographs 33 or the contact wire 35 as a result. This result is transmitted to the evaluation unit 39, as described above.
  • a connection of the measuring units 36 to the external data network 41 via a single data connection is possible and sufficient.
  • the measuring units 36 can also be connected to a control station 42 of the rail vehicle 31, such that the results and/or measured values of the processing device 37 can be displayed to a vehicle driver in the control station 42.
  • 5 is a schematic representation of a first embodiment of a measuring unit 43.
  • the measuring unit 43 is formed from a measuring device 44 and further comprises an evaluation unit 45.
  • the measuring device 44 in turn comprises a sensor device 46 with a plurality of sensors 47, 48 and a Processing device 49.
  • a supply device 50 is provided by means of which the measuring device 44 is supplied with electrical energy.
  • the supply device 50 can be an energy storage device, a generator or an external energy supply, for example via a rail vehicle or a contact wire.
  • the evaluation unit 45 has a database 51 and an evaluation device 52 and receives data or measured values and / or characteristic values from the processing device 49.
  • the processing device 49 receives measured values from the sensors 47, 48 of the sensor device 46 and processes them.
  • the measured values relate to operating parameters or physical measured variables of a pressure device of a current collector, not shown here, in the manner of the current collector shown in the example shaft in FIG.
  • the processing device 49 processes the measured values in such a way that it relates them and a characteristic value describing an operating state of the relevant pantograph and/or an overhead line is determined.
  • the respective determined characteristic values are continuously or successively transmitted from the processing device 49 to the evaluation unit 45 and stored there in the database 51 or further processed or prepared with the evaluation device 52.
  • FIG. 6 shows a further measuring unit 53, in which, in contrast to the measuring unit from FIG. 5, the processing device 49 transmits data to a control device 54.
  • the control device 54 is formed from a control device 55 and a positioning device 56, the control device 55 regulating an actuator of the positioning device 56, not shown here, depending on the transmitted data.
  • a contact force of a contact piece of a current collector, which is the positioning device 56 includes, regulated in such a way that the contact piece is essentially prevented from being lifted off a busbar.
  • FIG. 7 shows a monitoring system 57 with a measuring unit 58.
  • the monitoring system 57 can have a plurality of measuring units 58.
  • the measuring unit 58 has a measuring device 59 which includes a transmission device 60.
  • the transmission device 60 receives data or measured values and/or characteristic values from the processing device 49 and transmits these to the control device 54.
  • An evaluation unit 64 with a database 65 and an evaluation device 66 is connected to the external data network 61 via a further data connection 63 and exchanges data or measured values and/or characteristic values with the transmission device 60 via the external data network 61.
  • a direct data connection 62 bypassing the external data network 61.
  • a user unit 68 is provided, which is connected to the external data network 61 with a further data connection 69.
  • the user unit 69 can thus exchange data with the evaluation unit 64, ie data from the measuring units 58 processed by the evaluation unit 64 can be output or displayed via the user unit 68 and made available for further use.
  • the user unit 68 can also be directly connected to the evaluation unit 64 via a direct data connection 70. Overall, it becomes possible to obtain measured values via sensors 47, 48 attached to current collectors (not shown here) and to use these for direct control or regulation of the respective current collectors by means of the control device 54.
  • this data can be transferred to the evaluation unit 64 for storage and evaluation via the external data network 61, for example the Internet. Function onal connections of the data can be used, evaluated and interpreted. The results of these evaluations can be made available to an end user via the user unit 68.
  • Fig. 8 shows a current collector 10, which is essentially constructed from a base frame 71 of a positioning device 13 and a rocker device 15 holding the contact strips 14.
  • the positioning device 13 includes a joint device 72, which has an upper arm 84 and a lower arm 85, which are connected to one another in an articulated manner.
  • the forearm 85 is connected in an articulated manner to a base frame 71 of the current collector 10, while the upper arm 84 is connected to the rocker device 15.
  • the current collector 10 also has a drive device 73 and a spring device 74 arranged on the base frame.
  • the current tapped from the contact wire by the contact strips 14 is routed via an electrical line 78 designed as a current strip, which runs via the rocker device 15, the upper arm 84, the lower arm 85 and the base support 71 to the rail vehicle to be supplied with energy, not shown here is.
  • the current flowing through the current band 78 or the applied voltage will be used by an energy supply unit 50 to supply energy to the sensors 47 arranged on the current collector 10.
  • the power supply unit 50 may include a first power supply device 75 and a second power supply device 76.
  • the first energy supply device 75 is designed to generate the electrical energy required at least to supply the sensors 47 of the sensor device 46 from an alternating current.
  • the second energy supply device 76 obtains the electrical energy required to supply the sensors 47 of the sensor device 46 using a direct current applied to the current collector 10.
  • the first energy supply device 75 is explained in more detail with reference to FIG. 19, while the second energy supply device 76 is explained in more detail with reference to FIG. 18.
  • the base unit 80 can also be seen, which according to the present exemplary embodiment has at least one connection for a data line 88 coming from the forearm 85 of the positioning device 13, a connection for the energy supply unit 50 and a connection for a data line 88 coming from a pressure sensor 81.
  • the pressure sensor 81 is arranged on a pressure line 79 of the positioning device 13, whereby conclusions about the operation of the positioning device 13 and/or the height of the contact strips 14 connected to the positioning device 13 are possible when pressure changes in the pressure line 79 are detected by the pressure sensor 81.
  • the second energy supply device 76 includes a bypass line 87 connected to the base unit 80.
  • FIGS show in conjunction, in particular also in conjunction with FIG. 8, the structure of a current collector 10 according to the invention.
  • a base unit 80 is arranged.
  • the data line 88 and the bypass line 87 of the second energy supply device 76 run along the joint device 72 over the base frame 71 to the base unit 80.
  • three data concentrator devices 77 which are designed for data concentration, are arranged on the current collector 10 .
  • a data concentrator device 77 is arranged in the area of the joint between the upper arm 84 and forearm 85 of the joint device 72.
  • Two further data concentrator devices 77 are arranged on the rocker device 15.
  • the data from at least two sensors 47 can be concentrated in the data concentrator devices 77, which are arranged on the rocker device 15.
  • the sensors 47 are designed as motion sensors, with two sensors 47 each being arranged on a contact strip.
  • the sensors 47 designed as motion sensors can detect at least accelerations and rotations in three Measure axes.
  • the data concentrator device 77 can also be used to record measured values.
  • the data concentrator device 77 can have a motion sensor that measures accelerations and rotations in three axes.
  • the base unit 80 can also have a motion sensor that measures accelerations and rotations in three axes.
  • the base unit 80 can include the processing device 37, in which the measured values of the measuring unit 36 or the sensors 47 and the data concentrator device 77 are put into operation with one another and an operating state of the pantograph 10 or a contact wire 25, not shown here, is determined.
  • the measuring unit 36 can further include a pressure sensor 81, which is arranged on the base frame 71.
  • the pressure sensor 81 measures the pressure in a pressure line 79 of a drive device 73 or spring device 74 of the current collector 10. The data from the pressure sensor 81 are fed to the base unit 80 via a data line 88.
  • the base unit 80 can forward the measured values or the characteristic values determined by the processing device 37 to an external data network 41 (not shown here) or an evaluation unit 39.
  • the energy supply to the monitoring system in particular the energy supply to the sensors 47 and data concentrator devices 77 included in the measuring unit 36, can take place via the first energy supply device 75 or the second energy supply device 76, depending on the operation of the current collector 10.
  • the first energy supply device 75 is designed as an AC energy supply device and is used when the current collector 10 is operated in an AC network.
  • the first energy supply device 75 is arranged on the base frame 71 and comprises at least one toroidal core coil 93 and a bolt 94. The first energy supply device 75 is described in more detail with reference to Fig. 19.
  • the second energy supply device 76 designed as a direct current energy supply device is used.
  • the second energy supply device 76 includes a bypass line 87 running from the rocker device 15 to the base unit 80.
  • the second energy supply device 76 will be described again with reference to FIG. 18.
  • a data concentrator device 77 is arranged on the forearm 85, in the area of the articulated connection with the upper arm 84 of the joint device 72.
  • the plate-shaped mounting device 90 via which the data concentrator device 77 is connected to the forearm 85, is attached to the forearm 85 by means of clamps 89. 17 shows that a data line 88 coming from the rocker device 15 and guided over the upper arm 84 ends in the data concentrator device 77 and another data line goes off from the data concentrator device 77 in the direction of the base frame 71 (not shown here) and the base unit 80.
  • an electrical line 78 which is designed as a current band, leads from the rocker device 15 to the base frame 71 and from there on to the rail vehicle.
  • This electrical line 78 has a relatively low resistance, preferably in the milliohm range, and during operation, due to this resistance, depending on the current strength of the current flowing through the electrical line 78 Current over this electrical line 78 a voltage of several 100 millivolts drops.
  • the second energy supply device 76 includes a bypass line 87, which is preferably designed as a cable with a cross section of 16 mm 2 .
  • the bypass line 87 is laid along the joint device 72 from the rocker device 15 to the base unit 80.
  • the toroidal core coil 93 and the bolt 94 of the first energy supply device 75 are attached to the base frame 71 by means of a holding device. The attachment takes place at the point on the base frame at which the current is transferred from the forearm 85 of the joint device 72 to the base frame 71 by means of the electrical line 78 designed as a current band.
  • the toroidal core coil 93 is pushed over the bolt 94 and the electrical line 78 is connected to the bolt 94 by means of a cable lug.
  • each of the electrical lines 78 can be used to supply energy by means of a first energy supply device 75 and/or energy supply device 76. A large number of energy supply devices 75 and/or energy supply devices 76 can thus be provided on the current collector 10. Furthermore, as can be seen from FIG. 19, a data cable 88 for transmitting measured values to the base unit 80 can be provided on the first energy supply device 75.
  • the measuring unit can have an abrasion sensor system 86.
  • the abrasion sensor system 86 can be designed according to FIG. 20 or according to FIG. 21. According to the embodiment of the abrasion sensor system 86 shown in FIG. 20, the forces F and FN acting between the contact wire 16 and the contact element 18 are taken into account, which are different depending on the position of the contact wire 16 and the state of wear of the contact element 18. It was recognized within the scope of the invention that, depending on the position of the contact wire 16 and wear of the contact element 18, characteristic vibrations or accelerations are caused on the contact element 18, which can be detected by means of a sensor 47, which is preferably designed as an acceleration sensor. A state of wear of the contact element 18 can be determined via these characteristic vibrations and/or accelerations.
  • the abrasion sensor system 86 can be used to determine the state of the contact element 18 of a contact strip 14.
  • a recess 95 is made in the contact element 18, the upper edge of which defines the wear limit 96.
  • the recess 95 is open and causes characteristic see vibrations and/or accelerations that can be detected using the sensor 47. Based on these characteristic vibrations and/or accelerations, a characteristic value describing the state of wear can be determined and when the wear limit 96 has been reached, it can be indicated.
  • FIG. 22 shows schematically the tree structure of the cabling of the measuring unit 36 on a current collector 10.
  • the sensors 47 are preferably designed as motion sensors that can detect accelerations and vibrations in three axes.
  • Two of the sensors 47 are connected to a data concentrator device 77.
  • the data concentrator devices 77 can also have motion sensors.
  • the two data concentrator devices 77 connected to the sensors 47 are connected to a further data concentrator device 77 via a data line 88 for further data concentration. This transmits the data to the base unit 80 via a further data line 88.
  • the base unit 80 can have a processing device 37 and/or transmit the data to an evaluation unit 39 or an external data network 41 via a wireless connection 97. Furthermore, the base unit is set up to receive and further process data received from a pressure sensor 81 and/or an electrical measuring sensor system 82 via a data line 88.
  • the electrical measuring sensor system 82 can include a voltage sensor and/or a current sensor, with which the voltage of the current collector applied to the electrical line 78 and/or the current intensity of the current flowing through the electrical line 78 can be measured.
  • the base unit 80 is set up to wirelessly receive and further process data from an abrasion sensor 86.
  • 23 shows a schematic structure of a base unit 80.
  • the base unit has a logic board 99, a power supply board 100 and a circuit board 98 of the power supply unit 50.
  • the base unit 80 further comprises a wireless module.
  • FIG. 24 shows an example of data processing in an external data network 41, which according to FIG. 24 is designed as a cloud service application, in particular as an Internet of Things hub 110.
  • the measured values and/or characteristic values recorded on the current collector 10 by means of the monitoring system 30 are transmitted wirelessly to the external data network 41.
  • messages can be split into measured values or measured values and messages can be linked.
  • the data can be further distributed.
  • copies of a measured value and/or characteristic value can be created for each user.
  • the data can be stored in a step S3 before further processing and/or preparation of the data.
  • the data can be prepared according to the user's requirements and/or managed by the user and/or used in different user-specific applications. This means the user has access to the data and can use it in different applications. For example, multiple users (S8) and/or the data of multiple pantographs, multiple rail vehicles or multiple trains can be managed (S 5). For this purpose, the user can be offered various evaluation, sorting and/or classification suggestions or services as part of so-called asset services (S6). According to a data service (S7), different data models can be made available to the user according to their requirements. The user receives secure access to the applications S5 to S8 via the access gateway 1 1 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for operating a current collector (10, 33), wherein: a contact strip (14, 17, 27) can be moved relative to the contact wire and pressed against the contact wire with a contact pressure in a sliding contact position by means of a positioning device (13, 56); the contact pressure can be applied to the contact strip by means of a drive apparatus (73) and/or spring apparatus (74) of the positioning device; the current collector comprises a power-supply unit (50) and a measuring unit (36, 43, 53, 58) having a measuring device (38, 44, 59); at least two sensors (47, 48) of a sensor device (46) are comprised; at least the electric power required to supply power to the sensor device is obtained by means of the power-supply unit (50); measured values are gathered by means of each of the sensors; the measured values are processed by means of a processing device (37, 49); and the processing device correlates the measured values and determines a characteristic value describing an operating state of the current collector and/or of the overhead line. The invention also relates to a current collector and to a monitoring system.

Description

Stromabnehmer mit Sensoreinrichtung und Verfahren zum Betrieb Current collector with sensor device and method of operation
Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer und ein Verfahren zum Betrieb eines auf einem Dach eines Schienenfahrzeugs anordenbaren Stromabnehmers zur Energieübertragung von einem Fahrdraht einer Oberleitung auf das Schienenfahrzeug, wobei der Stromabnehmer eine Positioniervorrichtung mit einer daran angeordneten Schleifleiste umfasst, wobei mittels der Positioniervorrichtung die Schleifleiste relativ zu dem Fahrdraht bewegbar und zur Ausbildung eines Schleifkontaktes mit einer Andruckkraft in einer Schleifkontaktlage gegen den Fahrdraht drückbar ist, wobei mittels einer Antriebseinrichtung und einer Federeinrichtung der Positioniervorrichtung die Andruckkraft auf die Schleifleiste ausbildbar ist. The invention relates to a pantograph and a method for operating a pantograph that can be arranged on a roof of a rail vehicle for transmitting energy from a contact wire of an overhead line to the rail vehicle, the pantograph comprising a positioning device with a contact strip arranged thereon, the contact strip being positioned relative to the contact strip by means of the positioning device Contact wire is movable and can be pressed against the contact wire in a sliding contact position to form a sliding contact with a pressure force, the pressure force being able to be formed on the contact strip by means of a drive device and a spring device of the positioning device.
Zur Stromversorgung von schienengebundenen aber auch nicht schienengebundenen Fahrzeugen über einen Fahrdraht kommen regelmäßig Schleifleisten aus Kohlenstoff zum Einsatz. Derartige Schleifleisten sind immer einem Verschleiß durch Abrieb des Kohlenstoffmaterials unterworfen. Beim Einsatz solcher Schleifleisten, beispielsweise auf Lokomotiven von Zügen, ist es nötig, diese bereits vor dem Erreichen einer endgültigen Verschleißgrenze auszutauschen, um gefährliche Betriebszustände, Defekte oder Pannen zu vermeiden. Zwar ist regelmäßig in Schleifleisten eine Notabschaltfunktion integriert, welche ein Absenken der Schleiflei ste bei Erreichen eines endgültigen Verschleißgrades, oder bereits vorher bei einer Beschädigung der Schleifleiste, beispielsweise einem Bruch, bewirkt, wobei nach der Auslösung einer solchen Notabschaltung eine weitere Stromversorgung und somit ein weiterer Betrieb des Fahrzeugs j edoch mittels dieser Schleifleiste nicht mehr möglich ist. Zur Vermeidung derartiger Situationen werden Schleifleisten turnusmäßig im Hinblick auf ihren Verschleißgrad hin inspiziert. Diese Inspektionen erfolgen regelmäßig durch Personal, wobei dies nur aufwendig durchzuführen ist, da die Schleifleisten auf einem Dach eines Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Lokomotive angebracht sind und aufgrund der am Fahrdraht anliegenden Hochspannung besondere Sicherheitsvorkehrungen eingehalten werden müssen. Derartige Inspektionen werden daher in bestimmen Intervallen in Bahnbetrieb swerken durchgeführt. Zur Vermeidung dieser aufwendigen Kontrollen sind teilweise automatisierte Verschleißüberwachungssysteme bekannt, welche ein Erreichen einer Verschleißgrenze signalisieren können. Bei spielsweise ist aus der WO 2014/173798 A2 eine Schleifleiste mit einer Verschleißanzeigemarkierung bekannt, die mittels einer Infrarotkamera erfassbar ist. Bei einer Passage der an einer Fahrstrecke positionierten Kamera kann die Schleifleiste mittels der Kamera erfasst und durch Bildverarbeitung die Verschleißanzeigemarkierung erkannt werden. Abhängig von einem Erscheinungsbild der Verschließanzeigemarkierung können nun Rückschlüsse auf einen Verschleißgrad der Schleiflei ste gezogen werden. Nachteilig ist hier, dass keine permanente Überwachung eines Verschleißzustandes der Schleifleiste möglich ist, und dass ein technischer Aufwand zur Etablierung einer derartigen Überwachung in einem Schienennetz vergleichswei se groß und damit kostenaufwendig ist. Carbon contact strips are regularly used to power rail-bound and non-rail-bound vehicles via a contact wire. Such contact strips are always subject to wear due to abrasion of the carbon material. When using such contact strips, for example on train locomotives, it is necessary to remove them before they reach a point the final wear limit in order to avoid dangerous operating conditions, defects or breakdowns. An emergency switch-off function is regularly integrated into contact strips, which causes the contact strip to be lowered when a final degree of wear is reached, or beforehand if the contact strip is damaged, for example a break, with another power supply being triggered after such an emergency switch-off and thus another However, operation of the vehicle is no longer possible using this contact strip. To avoid such situations, contact strips are regularly inspected with regard to their degree of wear. These inspections are carried out regularly by personnel, although this is difficult to carry out since the contact strips are attached to the roof of a vehicle, such as a locomotive, and special safety precautions must be observed due to the high voltage present on the contact wire. Such inspections are therefore carried out at certain intervals in railway operations. To avoid these complex checks, partially automated wear monitoring systems are known, which can signal when a wear limit has been reached. For example, a contact strip with a wear indicator marking is known from WO 2014/173798 A2, which can be detected using an infrared camera. When the camera positioned on a route passes, the contact strip can be captured by the camera and the wear indicator marking can be recognized using image processing. Depending on the appearance of the closing indicator marking, conclusions can now be drawn about the degree of wear on the contact strip. The disadvantage here is that permanent monitoring of the wear condition of the contact strip is not possible, and that the technical effort required to establish such monitoring in a rail network is comparatively large and therefore expensive.
Weiter kann die Positioniereinrichtung regelmäßig eine Schwinge, eineFurthermore, the positioning device can regularly have a rocker arm, a
Wippeneinrichtung, Gelenkeinrichtung und/oder einen Pantographen, über die bzw. den die Schleifleiste mittels der Federeinrichtung gegen den Fahrdraht gedrückt und so die erforderliche Andruckkraft zur Ausbildung eines sicheren Schleifkontaktes aufgebracht wird. Die Federeinrichtung kann durch einen Luftbalg, Zug- und/oder Druckfedern ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, dass ein Luftbalg die Antriebs- und die Federeinrichtung bildet. Die Federeinrichtung gleicht auch Bewegungen des Schienenfahrzeugs sowie einen sich verändernden Verlauf des Fahrdrahts aus. Je nach einem Relativabstand von einem Fahrweg des Schienenfahrzeugs zu dem Fahrdraht und einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs können stark wechselnde Kräfte auf die Schleifleiste wirken, wodurch die Schleifleiste stark beansprucht wird. Auch kann die Schleifleiste selbst bzw. die Positioniervorrichtung zum Schwingen angeregt werden. Bei einem Abheben der Schleifleiste von dem Fahrdraht kann ein Lichtbogen entstehen, wodurch ein Verschleiß der Schleifleiste durch einen elektrischen Abbrand erhöht ist. Hieraus ergibt sich insgesamt ein erhöhter Aufwand für eine Wartung des Stromabnehmers und für einen Austausch der Schleifleiste, der von einer Beschaffenheit der Oberleitung abhängig ist. Es ist daher bekannt, im Rahmen von Test- oder Messfahrten mit einem Schienenfahrzeug Streckenab schnitte von Oberleitungen zu prüfen. Dazu muss das speziell dafür vorgesehene Schienenfahrzeug mit einer eigens dafür vorgesehenen Messtechnik, beispielsweise Kameras zur Bildaufnahme des Fahrdrahts, ausgestattet sein. Derartige Prüfungen sind daher kostenintensiv und erlauben lediglich eine Momentaufnahme eines Betrieb szustandes der Oberleitung. Rocker device, joint device and/or a pantograph the contact strip is pressed against the contact wire by means of the spring device and the required pressure force is applied to form a secure sliding contact. The spring device can be formed by an air bellows, tension and/or compression springs. Within the scope of the invention, it is also conceivable that an air bellows forms the drive and spring device. The spring device also compensates for movements of the rail vehicle and a changing course of the contact wire. Depending on a relative distance from a track of the rail vehicle to the contact wire and a speed of the rail vehicle, strongly changing forces can act on the contact strip, as a result of which the contact strip is heavily stressed. The contact strip itself or the positioning device can also be caused to oscillate. When the contact strip is lifted off the contact wire, an arc can occur, which increases wear on the contact strip due to electrical erosion. This results in an overall increased effort for maintenance of the pantograph and for replacing the contact strip, which depends on the condition of the overhead line. It is therefore known to test sections of overhead lines as part of test or measurement runs with a rail vehicle. For this purpose, the rail vehicle specifically intended for this purpose must be equipped with measuring technology specifically designed for this purpose, such as cameras for recording images of the contact wire. Such tests are therefore cost-intensive and only allow a snapshot of the operating status of the overhead line.
Derartige der Überwachung der Infrastruktur, wie beispielsweise der Oberleitung, dienende Messfahrten werden j edoch nur in regelmäßigen Ab ständen und daher temporär begrenzt durchgeführt. Um auch wartungsintensive Bauteile eines Schienenfahrzeugs regelmäßig kontrollieren zu können, gibt es Bestrebungen diese Bauteile durch am Schienenfahrzeug angeordnete Sensoren für zumindest einen Wartungszyklus, der bei einem Pantographen beispielsweise bei acht Jahren liegen kann, dauerhaft zu überwachen. Oftmal s kommen hierbei j edoch bei gattungsgemäßen Verfahren relativ teure Sensoren, wie beispielsweise optische Komponenten und/oder Fasersensoren zum Einsatz. Weiter ist es nach- teilhaft an den bekannten Überwachungssystemen, dass lokal, d.h. direkt am Schienenfahrzeug und/oder im Bereich des zu überwachenden Anbauteils, keine Vorverarbeitung der Daten stattfindet und somit eine hohe Datenmenge zu übertragen und weiterzuverarbeiten ist. However, such measurement trips used to monitor the infrastructure, such as the overhead line, are only carried out at regular intervals and are therefore temporarily limited. In order to be able to regularly check maintenance-intensive components of a rail vehicle, there are efforts to monitor these components using sensors arranged on the rail vehicle for at least one maintenance cycle, which for a pantograph can be eight years, for example. to be monitored permanently. However, relatively expensive sensors, such as optical components and/or fiber sensors, are often used in generic methods. A further disadvantage of the known monitoring systems is that no pre-processing of the data takes place locally, ie directly on the rail vehicle and/or in the area of the attachment to be monitored, and therefore a large amount of data has to be transmitted and further processed.
Auch werden gattungsgemäß lediglich einzelne Sensoren und deren Messwerte isoliert betrachtet und nicht mit weiteren Messwerten, insbesondere den Messwerten unterschiedlicher Sensorarten, zusammengeführt, so dass die Vorteile eines Schwarmeffekts bzw. einer Schwarmintelligenz nur unzureichend oder gar nicht genutzt werden können. In general, only individual sensors and their measured values are considered in isolation and are not combined with other measured values, in particular the measured values of different types of sensors, so that the advantages of a swarm effect or swarm intelligence can only be used insufficiently or not at all.
Weiter nachteilig an bekannten Überwachungssystemen und Überwa- chungsverfahren ist es, dass diese nicht energieautark über die gewünschten Zeiträume, insbesondere über mehrere Jahre hinweg, zu betreiben sind, da die bekannten Überwachungssysteme j e nach Sensorik und Ort der Anordnung am Schienenfahrzeug eine externe Energieversorgung, beispielsweise über das Schienenfahrzeug, benötigen. Hierzu sind in nachteiliger Weise Eingriffe in die Schienenfahrzeugelektronik oder Verbindungen zur Schienenfahrzeugelektronik notwendig. Another disadvantage of known monitoring systems and monitoring methods is that they cannot be operated in an energy self-sufficient manner over the desired periods of time, in particular over several years, since the known monitoring systems require an external energy supply, for example via, depending on the sensors and location of the arrangement on the rail vehicle the rail vehicle. This disadvantageously requires interventions in the rail vehicle electronics or connections to the rail vehicle electronics.
Daher besteht ein großer Bedarf an einem Verfahren zum Betrieb eines Stromabnehmers sowie eines Überwachungssystems mit einem Stromabnehmer, das energieautark betreibbar i st und Sensordaten mehrerer Sensoren zuverlässig erfassen und verarbeiten kann. There is therefore a great need for a method for operating a current collector and a monitoring system with a current collector that can be operated in an energy-autonomous manner and can reliably record and process sensor data from multiple sensors.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Stromabnehmers, einen Stromabnehmer sowie ein Überwachungssystem mit einem Stromabnehmer vorzuschlagen, das bzw. der einen verbesserten Betrieb, insbesondere eine energieautarke Überwachung, des Stromabnehmers ermöglicht. Ein Verfahren zum Betrieb eines auf einem Dach eines Schienenfahrzeugs anordenbaren Stromabnehmers zur Energieübertragung von einem Fahrdraht einer Oberleitung auf das Schienenfahrzeug kann mit einem Stromabnehmer durchgeführt werden, wobei der Stromabnehmer eine Positioniervorrichtung mit einer daran angeordneten Schleifleiste umfasst, wobei mittel s der Positioniervorrichtung die Schleifleiste relativ zu dem Fahrdraht bewegbar und zur Ausbildung eines Schleifkontaktes mit einer Andruckkraft in einer Schleifkontaktlage gegen den Fahrdraht drückbar ist, wobei mittels einer Antrieb seinrichtung und/oder einer Federeinrichtung der Positioniervorrichtung die Andruckkraft auf die Schleifleiste ausbildbar ist, wobei der Stromabnehmer eine an der Positioniervorrichtung angeordnete Energieversorgungseinheit und eine Messeinheit mit einer Messvorrichtung aufweist, wobei zumindest zwei Sensoren einer Sensoreinrichtung der Messvorrichtung an der Positioniervorrichtung und/oder der Schleifleiste angeordnet sind, und wobei mittels der Energieversorgungseinheit zumindest die zur Energieversorgung der Sensoren der Sensoreinrichtung erforderliche elektrische Energie gewonnen wird, und wobei in der Schleifkontaktlage mittels der Sensoren j eweils Messwerte erfasst werden. The present invention is therefore based on the object of proposing a method for operating a current collector, a current collector and a monitoring system with a current collector, which enables improved operation, in particular energy-autonomous monitoring, of the current collector. A method for operating a pantograph that can be arranged on a roof of a rail vehicle for transmitting energy from a contact wire of an overhead line to the rail vehicle can be carried out with a pantograph, the pantograph comprising a positioning device with a contact strip arranged thereon, the contact strip being relative to the positioning device the contact wire can be moved and can be pressed against the contact wire in a sliding contact position to form a sliding contact with a pressure force, the pressure force being able to be formed on the contact strip by means of a drive device and / or a spring device of the positioning device, the current collector being an energy supply unit arranged on the positioning device and a measuring unit with a measuring device, wherein at least two sensors of a sensor device of the measuring device are arranged on the positioning device and / or the contact strip, and wherein at least the electrical energy required to supply energy to the sensors of the sensor device is obtained by means of the energy supply unit, and wherein in the sliding contact position Measured values are recorded using the sensors.
Mittels einer Verarbeitungseinrichtung der Messvorrichtung können die Messwerte verarbeitet werden, wobei es denkbar ist, dass die Verarbeitungseinrichtung die Messwerte zueinander in Beziehung setzen und einen Betrieb sstand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung beschreibenden Kennwert bestimmen kann. The measured values can be processed by means of a processing device of the measuring device, it being conceivable that the processing device can relate the measured values to one another and determine a characteristic value describing the operating status of the pantograph and/or the overhead line.
Die Schleifleiste umfasst ein in der Regel aus Kohlenstoff gebildetes Kontaktelement, welches an einem Fahrdraht anliegen und dadurch eine elektrische Verbindung mit diesem herstellen kann. Dieses Kontaktelement ist durch einen Schleifleistenträger gehaltert, welcher wiederum auf einer Gelenkeinrichtung, die als sogenannter Pantograph oder als Schwinge ausgebildet sein kann, angebracht ist. Dieser Pantograph bzw. die Schwinge bildet zusammen mit einem Grundrahmen eine Positionier- Vorrichtung für die Schleifleiste und damit zusammen mit der Schleifleiste einen sogenannten Stromabnehmer aus. Dieser ist dann seinerseits auf einem Dach eines Fahrzeugs, bevorzugt über den Grundrahmen, angebracht, um den über dem Fahrzeug befindlichen Fahrdraht zu kontaktieren. Im Rahmen der Erfindung kann die Positioniervorrichtung bevorzugt einen Grundrahmen, eine Gelenkeinrichtung und eine Wippeneinrichtung aufweisen. Der Grundrahmen kann am Schienenfahrzeug anordenbar sein. Die Wippeneinrichtung kann die Schleifleiste tragen. Die Gelenkeinrichtung kann zwischen Grundrahmen und Wippeneinrichtung angeordnet und kann an den Grundrahmen und/oder die Wippeneinrichtung angelenkt sein. Die Gelenkeinrichtung kann bevorzugt einen Oberarm und einen Unterarm aufweisen, die gelenkig miteinander verbunden sind. Oberarm und Unterarm können auch al s Oberschere und Unterschere ausgebildet sein. Der Oberarm kann gelenkig mit der Wippeneinrichtung verbunden sein und/oder der Unterarm kann gelenkig mit dem Grundrahmen verbunden sein. Die gelenkige Verbindungsstelle zwischen Oberarm und Unterarm der Gelenkeinrichtung kann auch als Knie der Gelenkeinrichtung oder der Positioniervorrichtung bezeichnet werden. The contact strip comprises a contact element, usually made of carbon, which rests on a contact wire and can thereby establish an electrical connection with it. This contact element is held by a contact strip carrier, which in turn is attached to a joint device, which can be designed as a so-called pantograph or as a rocker. This pantograph or the rocker, together with a base frame, forms a positioning Device for the contact strip and thus a so-called current collector together with the contact strip. This is then mounted on a roof of a vehicle, preferably via the base frame, in order to contact the contact wire located above the vehicle. Within the scope of the invention, the positioning device can preferably have a base frame, a joint device and a rocker device. The base frame can be arranged on the rail vehicle. The rocker device can carry the contact strip. The joint device can be arranged between the base frame and the rocker device and can be articulated to the base frame and/or the rocker device. The joint device can preferably have an upper arm and a forearm, which are connected to one another in an articulated manner. The upper arm and forearm can also be designed as upper scissors and lower scissors. The upper arm can be articulated to the rocker device and/or the forearm can be articulated to the base frame. The articulated connection point between the upper arm and forearm of the joint device can also be referred to as the knee of the joint device or the positioning device.
Mittels der Positioniervorrichtung kann die Schleifleiste gegen den Fahrdraht gedrückt und die erforderliche Andruckkraft zur Ausbildung eines sicheren Schleifkontaktes aufgebracht werden. Die Andruckkraft kann durch einen Luftbalg, Zug- und/oder Druckfedern aufgebracht werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Andruckkraft motorisch mittels eines Elektromotors und/oder eines Aktors aufgebracht wird. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest ein Sensor, beispielsweise ein Stromsensor und/oder ein Spannungssensor, an dem Elektromotor und/oder Aktor angeordnet sind und zur Messung von Strom und/oder Spannung mit diesem Zusammenwirken. Da der Elektromotor und/oder der Aktor regelmäßig auf dem Potential des Schienenfahrzeugs angeordnet sind, kann eine Datenübermittlung an eine Auswer- teinheit, eine Verarbeitungseinrichtung und/oder eine Basiseinheit kabellos, bevorzugt per Bluetooth, erfolgen. Using the positioning device, the contact strip can be pressed against the contact wire and the required pressure force can be applied to form a secure sliding contact. The pressure force can be applied by air bellows, tension and/or compression springs. However, it is also conceivable that the pressing force is applied motorically using an electric motor and/or an actuator. It has proven to be advantageous if at least one sensor, for example a current sensor and/or a voltage sensor, is arranged on the electric motor and/or actuator and interacts with it to measure current and/or voltage. Since the electric motor and/or the actuator are regularly arranged at the potential of the rail vehicle, data can be transmitted to an evaluation tunit, a processing device and/or a base unit can be done wirelessly, preferably via Bluetooth.
Die Positioniervorrichtung kann elektrisch oder pneumatisch betrieben und/oder gesteuert werden und entsprechend anhand von Spannungs- und Strommessung (elektrisch) und/oder anhand zumindest eines Drucksensors (pneumatisch/hydraulisch) überwacht werden. The positioning device can be operated and/or controlled electrically or pneumatically and can be monitored accordingly using voltage and current measurement (electrical) and/or using at least one pressure sensor (pneumatic/hydraulic).
Bei dem Verfahren kann es vorgesehen sein, dass der Stromabnehmer eine Messeinheit mit einer Messvorrichtung umfasst, die ihrerseits eine Sensoreinrichtung mit zumindest zwei Sensoren aufweist. Die Sensoren können an der Positioniervorrichtung und/oder Schleifleiste angeordnet sein, können j edoch auch prinzipiell an einer beliebigen Stelle des Stromabnehmers angeordnet sein. Mittels der Sensoreinrichtung bzw. der Sensoren können in der Schleifkontaktlage jeweils unterschiedliche Messwerte der Positioniervorrichtung und/oder der Schleifleiste erfasst werden. Bei diesen Messwerten handelt es sich um physikalische Messgrößen, die mit der Positioniervorrichtung, der Schleifleiste oder der Oberleitung in einer direkten Wirkbeziehung stehen und während eines Betrieb s des Stromabnehmers veränderlich sind. In the method, it can be provided that the current collector comprises a measuring unit with a measuring device, which in turn has a sensor device with at least two sensors. The sensors can be arranged on the positioning device and/or contact strip, but can also in principle be arranged at any point on the current collector. By means of the sensor device or sensors, different measured values of the positioning device and/or the contact strip can be recorded in the sliding contact position. These measured values are physical measured variables that have a direct interaction with the positioning device, the contact strip or the overhead line and can change during operation of the pantograph.
Mittels der Verarbeitungseinrichtung können die j eweil s mit den Sensoren gemessenen Messwerte bzw. die Messgrößen verarbeitet und ein Kennwert bestimmt werden, der geeignet ist, einen Betriebszustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung zu beschreiben. Die Basiseinheit kann eine Verarbeitungseinrichtung umfassen. By means of the processing device, the measured values or the measured variables measured with the sensors can be processed and a characteristic value can be determined which is suitable for describing an operating state of the pantograph and/or the overhead line. The base unit can include a processing device.
Vorteilhafterweise kann die Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung des Kennwertes die j eweiligen Messwerte der Sensoren zueinander in Beziehung setzen. Hierdurch wird es möglich weiterführende Informationen in Form des Kennwerts über einen Betriebszustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung zu erhalten. Die Verarbeitungseinrichtung kann eine Berechnung mit zumindest zwei Messwerten zumindest zweier Sensoren durchführen. Bei den Messwerten kann es sich j e nach Art der Sensoren um Messwerte gleicher oder unterschiedlicher Art handeln. Beispiel sweise kann mit einem ersten Sensor eine vertikale Bewegung der Positioniervorrichtung und mit einem zweiten Sensor eine vertikale Bewegung der Schleiflei ste gemessen werden. Die Verarbeitungseinrichtung setzt dann beide Messwerte in Beziehung, beispielsweise dadurch, dass ein Zusammenhang beider Messwerte von der Verarbeitungsvorrichtung bei der Berechnung des Kennwerts berücksichtigt wird, bei spielsweise eine Unebenheit in einem Fahrweg relativ zu einem ebenen Fahrdraht oder umgekehrt. Ist dann eine vertikale Bewegung von Schleifleiste und Positioniervorrichtung identisch, i st die Bewegung von dem Verlauf des Fahrdrahts induziert, und nicht von dem Fahrweg. To determine the characteristic value, the processing device can advantageously relate the respective measured values of the sensors to one another. This makes it possible to obtain further information in the form of the characteristic value about an operating state of the pantograph and/or the overhead line. The processing device can carry out a calculation with at least two measured values from at least two sensors. The measured values can vary depending on the Type of sensors can be measured values of the same or different types. For example, a vertical movement of the positioning device can be measured with a first sensor and a vertical movement of the contact strip can be measured with a second sensor. The processing device then relates both measured values, for example by taking into account a connection between the two measured values by the processing device when calculating the characteristic value, for example an unevenness in a route relative to a flat contact wire or vice versa. If a vertical movement of the contact strip and the positioning device is then identical, the movement is induced by the course of the contact wire and not by the route.
Der Kennwert kann ein parametrierter Wert, eine Kenngröße, eine Kennzahl oder ein Datensatz sein. Der Kennwert kann auch innerhalb eines Datensatzes enthalten sein. Insbesondere ist vorgesehen die Messwerte mittels der Verarbeitungseinrichtung digitaltechnisch zu verarbeiten, um so einen digital weiterverarbeitbaren Kennwert zu erhalten. Die Verarbeitungseinrichtung ist daher durch zumindest eine digitale elektronische Schaltung ausgebildet, die analoge und/oder digitale Signale des Sensors verarbeiten kann. Die Verarbeitungseinrichtung kann beispielsweise auch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), ein integrierter Schaltkreis (IC) oder ein Computer sein. The characteristic value can be a parameterized value, a parameter, a key figure or a data record. The characteristic value can also be contained within a data record. In particular, it is intended to process the measured values digitally using the processing device in order to obtain a characteristic value that can be further processed digitally. The processing device is therefore formed by at least one digital electronic circuit which can process analog and/or digital signals from the sensor. The processing device can also be, for example, a programmable logic controller (PLC), an integrated circuit (IC) or a computer.
Dadurch, dass die Verarbeitungseinrichtung den Kennwert bestimmen kann, der geeignet ist, den Betrieb szustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung zu beschreiben, wird es möglich, den Betriebszustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung zu bestimmen, diesen zu überwachen und/oder Einfluss auf den Betrieb szustand des Stromabnehmers zu nehmen. Unter einem Betriebszustand wird eine strukturelle, variable Eigenschaft des Stromabnehmers bzw. der Oberleitung verstanden, die während eines Betrieb s vorliegt. Da der Betriebszustand des Stromabnehmers ganz wesentlich auch von einer Beschaffenheit bzw. einem Betrieb szustand des Fahrwegs abhängig ist, kann der Kennwert auch den Betriebszustand des Fahrwegs beschreiben. Insgesamt kann so gezielt eine Wartung des Stromabnehmers, der Oberleitung und des Fahrwegs durchgeführt werden, ohne das turnusmäßige Wartungsintervalle eingehalten oder Prüffahrten mit einem Schienenfahrzeug durchgeführt werden müssten. Insgesamt wird es so möglich, einen Stromabnehmer bzw. eine Oberleitung kostengünstiger, und damit ein Schienenfahrzeug insgesamt wirtschaftlicher, zu betreiben. Because the processing device can determine the characteristic value that is suitable for describing the operating state of the pantograph and/or the overhead line, it becomes possible to determine, monitor and/or influence the operating state of the pantograph and/or the overhead line on the operating status of the pantograph. An operating state is understood to be a structural, variable property of the pantograph or overhead line that exists during operation. Since the operating status of the pantograph is also very much dependent on the condition or operating status of the route, it can The characteristic value also describes the operating status of the route. Overall, targeted maintenance of the pantograph, the overhead line and the track can be carried out without having to adhere to regular maintenance intervals or carry out test runs with a rail vehicle. Overall, this makes it possible to operate a pantograph or overhead line more cost-effectively, and thus a rail vehicle more economically overall.
Die erfindungsgemäße Energieversorgungseinheit gewinnt die zumindest zur Energieversorgung der Sensoren der Sensoreinrichtung erforderliche Energie selbst direkt am Stromabnehmer, sodass die Messeinheit auch über einen längeren Zeitraum, beispielsweise mehrere Jahre, energieautark mitbetrieben werden kann und kein Eingriff in die Elektronik des Schienenfahrzeugs notwendig ist. Bevorzugt gewinnt die Energieversorgungseinheit die zur Energieversorgung der vollständigen Messeinheit, zumindest bestehend aus Messvorrichtung und Verarbeitungseinrichtung, erforderliche Energie. Es ist denkbar, dass die Verarbeitungseinrichtung zusätzlich eine Datenkonzentratoreinrichtung umfasst und zudem eine Auswerteeinheit und eine Steuervorrichtung in die Messeinheit integriert sind. Insofern Auswerteeinheit, Steuervorrichtung und/oder Datenkonzentratoreinrichtung am Stromabnehmer vorgesehen sind, gewinnt die Energieversorgungseinheit bevorzugt auch die für deren Betrieb der Auswerteeinheit, Steuervorrichtung und/oder Datenkonzentratoreinrichtung erforderliche Energie. Die Energieversorgungseinheit weist bevorzugt zumindest eine Energieversorgungseinrichtung auf. The energy supply unit according to the invention obtains the energy required at least to supply the sensors of the sensor device directly at the current collector, so that the measuring unit can be operated in an energy-autonomous manner over a longer period of time, for example several years, and no intervention in the electronics of the rail vehicle is necessary. The energy supply unit preferably obtains the energy required to supply energy to the complete measuring unit, at least consisting of a measuring device and a processing device. It is conceivable that the processing device additionally comprises a data concentrator device and an evaluation unit and a control device are also integrated into the measuring unit. To the extent that the evaluation unit, control device and/or data concentrator device are provided on the current collector, the energy supply unit preferably also generates the energy required for the operation of the evaluation unit, control device and/or data concentrator device. The energy supply unit preferably has at least one energy supply device.
Wie vorab beschrieben lassen sich aus den Messwerten mindestens zweier Sensoren eine Vielzahl von Kennwerten oder eine Gruppe von Kennwerten bestimmen. Beispielsweise lässt sich durch die Auswertung einer Gruppe von Kennwerten ein Modell der mit dem Schienenfahrzeug befahrenen Strecke ermitteln, und/oder es lässt sich dem Streckenabschnitt ein von den erfassten Messwerten abhängiger Fingerabdruck zuordnen. Die Ermittlung des Fingerabdrucks der befahrenen Strecke basiert darauf, dass die Oberleitung an j eder Stelle ein individuelles Profil aufweist, das mittels Sensorik erfasst werden kann. Um das individuelle Profil an j eder Stelle zuverlässig einer geographischen Position zuordnen zu können, kann ein Positionssensor, wie beispielsweise ein GPS-Sensor, vorgesehen sein, dessen Daten mit dem Profil der Oberleitung verknüpft werden können. Dabei wurde es im Rahmen der Erfindung erkannt, dass typische Komponenten der Oberleitungsinfrastruktur, wie Masten, Hänger, Verankerungen, Trenner und/oder Übergänge, einen charakteristischen Fingerabdruck der Oberleitung oder des Schienennetzes beeinflussen und/oder erzeugen können. Somit kann ein charakteristischer Fingerabdruck eines Oberleitungsabschnitts bzw. eines Streckenab schnitts beim Befahren dieses Streckenabschnitts oder Oberleitungsabschnitts erzeugt werden. Anhand der einzigartigen Charakteristik der Oberleitung lässt sich nach Aufnahme des Fingerabdrucks der Oberleitung ein Defekt der Oberleitung einem Ort des Defekts zuordnen. Insbesondere bei mehrmaligem Befahren des gleichen Oberleitungsabschnitts lässt sich durch Vergleich der gemessenen Fingerabdrücke der Oberleitungsabschnitte mit zuvor gemessenen Fingerabdrücken der Oberleitungsabschnitte und/oder einem Abgleich mit den Messwerten weiterer Sensoren, die beispielsweise Messwerte zum Zustand des Stromabnehmers erfassen, identifizieren, ob die Ursache eines Defekts auf die Oberleitung oder den Pantographen zurückzuführen ist. Auch i st es denkbar, dass im Rahmen der Erfassung des Fingerabdrucks eines Oberleitungsab schnitts und/oder losgelöst von der Erfassung eines Fingerabdrucks eines Oberleitungsabschnitts die Höhe der Oberleitung, sowohl unter Kontakt als auch freihängend, erfasst werden kann und/oder aus den Messwerten abgeleitet werden kann. As described above, a large number of characteristic values or a group of characteristic values can be determined from the measured values of at least two sensors. For example, by evaluating a group of characteristic values, a model of the route traveled by the rail vehicle can be determined, and/or a fingerprint dependent on the recorded measured values can be assigned to the route section. Determining the fingerprint of the route traveled is based on the fact that the overhead line has an individual profile at each point, which can be recorded using sensors. In order to be able to reliably assign the individual profile to a geographical position at any point, a position sensor, such as a GPS sensor, can be provided, the data of which can be linked to the profile of the overhead line. In the context of the invention, it was recognized that typical components of the overhead line infrastructure, such as masts, hangers, anchors, separators and/or transitions, can influence and/or create a characteristic fingerprint of the overhead line or the rail network. This means that a characteristic fingerprint of an overhead line section or a route section can be generated when driving on this route section or overhead line section. Based on the unique characteristics of the overhead line, a defect in the overhead line can be assigned to a location of the defect after the fingerprint of the overhead line has been recorded. In particular, when driving on the same overhead line section several times, it is possible to identify whether the cause of a defect is due to a comparison of the measured fingerprints of the overhead line sections with previously measured fingerprints of the overhead line sections and/or a comparison with the measured values of other sensors which, for example, record measured values of the condition of the pantograph the overhead line or the pantograph. It is also conceivable that as part of the capture of the fingerprint of a catenary section and/or separately from the capture of a fingerprint of a catenary section, the height of the catenary, both in contact and freely hanging, can be recorded and/or derived from the measured values can.
Auch ist es denkbar, dass der mittel s des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmbare Kennwert einen Abnutzungsgrad der Schleifleiste, wie bei spielsweise eine reguläre Abnutzung während des Betriebs und/oder eine ungewollte bzw. ungeplante Abnutzung, wie beispielsweise Ausbrüche am Kontaktelement, beschreibt. Weiter können Anpressdruck, Hebe- Zeiten und/oder Senkzeiten des Stromabnehmers bestimmt werden. Auch ist es denkbar, dass der Zustand einzelner Komponenten des Stromabnehmers, insbesondere der Positioniervorrichtung, durch einen Kennwert beschrieben werden. So kann der Kennwert gemäß einer Ausführungsform den Betriebszustand einer Schwinge, einer Wippe, einer Gelenkführung, eines Pantographen und/oder einer Federeinrichtung beschreiben. It is also conceivable that the characteristic value that can be determined using the method according to the invention describes a degree of wear of the contact strip, such as regular wear during operation and / or unwanted or unplanned wear, such as breakouts on the contact element. Furthermore, contact pressure, lifting Times and/or lowering times of the pantograph can be determined. It is also conceivable that the state of individual components of the current collector, in particular the positioning device, can be described by a characteristic value. According to one embodiment, the characteristic value can describe the operating state of a rocker arm, a rocker, an articulated guide, a pantograph and/or a spring device.
Zusätzlich ist es denkbar, dass der den Betriebszustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung beschreibende Kennwert aus Messwerten zu Stromstärke und/oder Spannung, die über den Stromabnehmer abfällt, ermittelt wird. Diese Messwerte können der Verarbeitungseinrichtung zugeführt, durch die Verarbeitungseinrichtung zueinander in Beziehung gesetzt werden und somit ein einen Betriebszustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung beschreibender Kennwert ermittelt werden. In addition, it is conceivable that the characteristic value describing the operating state of the pantograph and/or the overhead line is determined from measured values of the current and/or voltage that drops across the pantograph. These measured values can be supplied to the processing device, related to one another by the processing device and thus a characteristic value describing an operating state of the pantograph and/or the overhead line can be determined.
Aufgrund der autarken Ausbildung des Stromabnehmers und insbesondere der Messeinheit anhand der am Stromabnehmer angeordneten Energieversorgungseinheit, ist die Messeinheit unabhängig vom Schienenfahrzeug betreibbar, wobei die Messeinheit bevorzugt eine drahtlose Datenübertragung zur Übermittlung von Messwerten und/oder Kennwerten nutzt. Messeinheit und Energieversorgungseinheit können somit auch nachträglich in vorteilhafter Weise auf einem Stromabnehmer angeordnet bzw. nachgerüstet werden und unabhängig von Informationen und elektrischer Versorgung durch das Schienenfahrzeug betrieben werden. Die elementaren Funktionen eines Stromabnehmers werden daher durch die Messeinheit und die Energieversorgungseinheit nicht beeinflusst und auch ein Eingriff in weitere Komponenten des Schienenfahrzeugs ist nicht notwendig. Um diese vorteilhafte Unabhängigkeit vom Schienenfahrzeug zu gewährleisten, gewinnt die Energieversorgungseinheit zumindest die zum Betrieb der Sensoren der Sensoreinrichtung erforderliche Energie, bevorzugt die für den Betrieb der gesamten Messeinheit erforderliche Energie. Durch die Verwendung sparsamer Prozessoren in Verbindung mit intelligenten Verarbeitungsalgorithmen benötigt die Messeinheit im Mittel ca. 0,5 bi s 5 Watt, bevorzugt im Mittel nur ca. 1 Watt, elektrische Leistung. Diese geringe Leistungsaufnahme ist im Vergleich zu der mittels des Stromabnehmers transferierten Leistung vernachlässigbar. Due to the self-sufficient design of the pantograph and in particular the measuring unit based on the energy supply unit arranged on the pantograph, the measuring unit can be operated independently of the rail vehicle, with the measuring unit preferably using wireless data transmission to transmit measured values and / or characteristic values. The measuring unit and energy supply unit can therefore also be subsequently arranged or retrofitted on a current collector in an advantageous manner and can be operated independently of information and electrical supply from the rail vehicle. The elementary functions of a pantograph are therefore not influenced by the measuring unit and the energy supply unit and intervention in other components of the rail vehicle is not necessary. In order to ensure this advantageous independence from the rail vehicle, the energy supply unit obtains at least the energy required to operate the sensors of the sensor device, preferably the energy required to operate the entire measuring unit. By using economical processors in conjunction with intelligent processing algorithms, the Measuring unit on average approx. 0.5 to 5 watts, preferably on average only approx. 1 watt, electrical power. This low power consumption is negligible compared to the power transferred by the current collector.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. In den Rahmen der Erfindung fallen zudem sämtliche Kombinationen aus mindestens zwei in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Es versteht sich, dass die zu dem Verfahren gemachten Ausführungen sich in äquivalenter Weise auf den erfindungsgemäßen Stromabnehmer und das Über- wachungssystem beziehen, ohne für diese separat genannt zu werden. Hierbei versteht es sich insbesondere, dass sprachübliche Umformungen und/oder ein sinngemäßes Ersetzen von j eweiligen Begrifflichkeiten im Rahmen der üblichen sprachlichen Praxis, insbesondere das Verwenden von durch die allgemein anerkannte Sprachliteratur gestützten Synonymen, von dem vorliegenden Offenbarungsgehalt umfasst sind, ohne in ihrer j eweiligen Ausformulierung explizit erwähnt zu werden. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. All combinations of at least two features disclosed in the description, the claims and/or the figures also fall within the scope of the invention. It is understood that the statements made about the method refer in an equivalent manner to the current collector according to the invention and the monitoring system, without being mentioned separately for these. It is understood in particular that customary linguistic transformations and/or a corresponding replacement of respective terms within the framework of normal linguistic practice, in particular the use of synonyms supported by the generally recognized linguistic literature, are included in the present disclosure content, without being included in their respective terms to be explicitly mentioned in the formulation.
Die zumindest zur Energieversorgung der Sensoren der Sensoreinrichtung erforderliche elektrische Energie kann mittels einer ersten Energieversorgungseinrichtung aus einem am Stromabnehmer anliegenden Wechselstrom gewonnen werden und/oder mittels einer zweiten Energieversorgungseinrichtung anhand eines am Stromabnehmer anliegenden Gleichstroms gewonnen werden. Bevorzugt weist der Stromabnehmer eine erste und eine zweite Energieversorgungseinrichtung auf. Dann kann vorteilhafterweise unabhängig von der Art der Stromversorgung des Schienenfahrzeugs, beispielswei se kann diese über ein Wechselstromnetz oder über ein Gleichstromnetz erfolgen, der energieautarke Betrieb der Messeinheit gewährleistet werden. So kann bei Betrieb des Stromabnehmers in einem Wechselstromnetz die erste Energieversorgungseinrichtung eingesetzt werden, die im Rahmen der Erfindung auch als Wechselstrom- Energieversorgungseinrichtung bezeichnet ist, und bei Betrieb des Stromabnehmers in einem Gleichstromnetz die zweite Energieversorgungseinrichtung, die im Rahmen der Erfindung auch als Gleichstrom- Energieversorgungseinrichtung bezeichnet ist, eingesetzt werden, um zumindest die zur Energieversorgung der Sensoren der Sensoreinrichtung erforderliche elektrische Energie zu gewinnen. The electrical energy required at least to supply energy to the sensors of the sensor device can be obtained by means of a first energy supply device from an alternating current applied to the current collector and/or can be obtained by means of a second energy supply device based on a direct current applied to the current collector. The current collector preferably has a first and a second energy supply device. Then, independently of the type of power supply to the rail vehicle, for example this can be via an alternating current network or via a direct current network, the energy self-sufficient operation of the measuring unit can be guaranteed. When operating the current collector in an alternating current network, the first energy supply device can be used, which is also referred to as an alternating current energy supply device in the context of the invention, and when operating the Current collector in a direct current network, the second energy supply device, which is also referred to as a direct current energy supply device in the context of the invention, can be used to obtain at least the electrical energy required to supply the sensors of the sensor device.
Somit kann die Energieversorgungseinheit, um sowohl bei am Stromabnehmer anliegendem Gleichstrom al s auch Wechselstrom eine autarke Energieversorgung der Messeinheit sicherzustellen, zwei auf unterschiedlichen Prinzipien beruhende, am Stromabnehmer angeordnete Energieversorgungseinrichtungen umfassen. Bevorzugt sind eine Gleichstrom- Energieversorgungseinrichtung (DC-Energy-Harvester) und eine Wechselstrom-Energieversorgungseinrichtung (AC-Energy-Harvester) am Stromabnehmer angeordnet. Thus, in order to ensure a self-sufficient energy supply to the measuring unit when both direct current and alternating current are applied to the current collector, the energy supply unit can comprise two energy supply devices based on different principles and arranged on the current collector. A direct current energy supply device (DC energy harvester) and an alternating current energy supply device (AC energy harvester) are preferably arranged on the current collector.
Sofern der Stromabnehmer in einem Wechselstromnetz betrieben wird, d.h. dass am Stromabnehmer Wechselspannung anliegt, wird der Wechsel strom innerhalb der Energieversorgungseinrichtung genutzt, um in eine Ringkernspule einen Wechselstrom zu induzieren, der mittels der Energieversorgungseinheit und/oder in einer Basiseinheit der Messeinheit in eine für die Messeinheit nutzbare Gleichspannung umgewandelt wird. Zur Übertragung des Stroms von der Oberleitung zum Schienenfahrzeug kann der Stromabnehmer in bekannter Art und Weise zumindest ein Stromband, bevorzugt vier Strombänder, aufweisen. Im Rahmen der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn an der Stelle, an der der Strom von der Gelenkeinrichtung des Stromabnehmers an den Grundrahmen mittels zumindest eines Strombands übergeben wird, ein Bolzen am Grundrahmen angeordnet ist, über den eine Ringkernspule geschoben ist und der, beispielsweise mittels eines Kabelschuhs, an das Stromband anschließbar ist. Der Wechselstrom fließt somit durch den Bolzen und induziert in der Ringkernspule ebenfalls einen Wechselstrom, der in eine für die Messeinheit nutzbare Gleichspannung gewandelt werden kann. Der Bolzen i st bevorzugt derart ausgebildet, dass der Stromfluss durch die Strombänder von der Oberleitung zum Schienenfahrzeug nicht beeinträchtigt wird. Es ist denkbar, dass an j edem der Strombänder eines Stromabnehmers eine Wechselstrom-Energieversorgungseinrichtung angeschlossen ist. Beispielsweise kann ein Stromabnehmer vier Strombänder und vier Wechselstrom-Energieversorgungseinrichtungen aufweisen, wobei j ede der Wechselstrom-Energieversorgungseinrichtungen einem Stromband des Stromabnehmers zugeordnet ist. If the current collector is operated in an alternating current network, that is to say that alternating voltage is present at the current collector, the alternating current is used within the energy supply device to induce an alternating current in a toroidal core coil, which is converted into a for the by means of the energy supply unit and/or in a base unit of the measuring unit Measuring unit usable DC voltage is converted. To transmit the current from the overhead line to the rail vehicle, the pantograph can have at least one current band, preferably four current bands, in a known manner. In the context of the invention, it has proven to be advantageous if, at the point at which the current is transferred from the joint device of the current collector to the base frame by means of at least one current belt, a bolt is arranged on the base frame, over which a toroidal core coil is pushed and the , for example by means of a cable lug, can be connected to the power strip. The alternating current thus flows through the bolt and also induces an alternating current in the toroidal core coil, which can be converted into a direct voltage that can be used by the measuring unit. The bolt is preferably designed in such a way that the current flows through the current bands from the overhead line to the rail vehicle are not affected. It is conceivable that an alternating current power supply device is connected to each of the current bands of a current collector. For example, a current collector can have four current bands and four AC power supply devices, each of the AC power supply devices being assigned to a current band of the current collector.
Die Energiegewinnung bei Betrieb eines Stromabnehmers in Gleichstromnetzen mittels der Gleichstrom-Energieversorgungseinrichtung, beruht auf einem Spannungsabfall aufgrund des Wiederstands der Strombänder des Stromabnehmers. Im Rahmen der Erfindung wurde es erkannt, dass der Stromabnehmer, insbesondere die Strombänder des Stromabnehmers einen Widerstand, regelmäßig von lediglich einigen Milliohm (mQ), aufweisen. Beim Betrieb in einem Gleichstromnetz fällt aufgrund des Widerstands des Stromabnehmers j e nach Stromstärke an diesem Widerstand eine Spannung ab . Diese Spannung kann beispielsweise einige hundert Millivolt (mV) betragen. Die am Stromabnehmer bzw. an den Strombändern aufgrund des Widerstands des Stromabnehmers bzw. der Strombänder abfallende Spannung kann abgegriffen werden und zur Energieversorgung der Messeinheit genutzt werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Gleichstrom- Energieversorgungseinrichtung eine elektrische Leitung umfasst, die entlang des Stromabnehmers, insbesondere entlang der Gelenkeinrichtung des Stromabnehmers von der Wippeneinrichtung zum Grundrahmen des Stromabnehmers verlegt ist. Diese erste elektrische Leitung kann als Bypass-Leitung bezeichnet sein und beispielsweise in einer an dem Grundrahmen angeordneten Basiseinheit enden. Über eine weitere, zweite elektrische Leitung kann die Basiseinheit wieder mit einem am Grundrahmen des Stromabnehmers anliegenden Ab schnitts eines Strombandes kontaktiert werden. Somit erfolgt eine Parallelschaltung aus Stromband des Stromabnehmers und der parallel dazu über die Basiseinheit geführten ersten und zweiten elektrischen Leitungen. Dabei wurde es als Wesentlich erkannt, dass die von der Wippeneinrichtung des Stromabnehmers zur Basiseinheit geführte erste elektrische Leitung einen, insbesondere wesentlich, höheren Wiederstand als das Stromband des Stromabnehmers aufweist. The generation of energy when operating a pantograph in DC networks using the DC energy supply device is based on a voltage drop due to the resistance of the current bands of the pantograph. In the context of the invention, it was recognized that the current collector, in particular the current bands of the current collector, have a resistance of only a few milliohms (mQ). When operating in a DC network, a voltage drops across this resistor depending on the current strength due to the resistance of the current collector. This voltage can be, for example, a few hundred millivolts (mV). The voltage dropped on the current collector or the current bands due to the resistance of the current collector or the current bands can be tapped and used to supply energy to the measuring unit. It has proven to be particularly advantageous if the direct current energy supply device comprises an electrical line which is laid along the current collector, in particular along the joint device of the current collector from the rocker device to the base frame of the current collector. This first electrical line can be referred to as a bypass line and can end, for example, in a base unit arranged on the base frame. The base unit can be contacted again with a section of a current strip located on the base frame of the current collector via a further, second electrical line. This results in a parallel connection of the current band of the current collector and the first and second electrical lines routed in parallel via the base unit. It became so recognized as essential that the first electrical line led from the rocker device of the current collector to the base unit has a, in particular significantly, higher resistance than the current band of the current collector.
Die Energieversorgungseinheit kann einen Spannungswandler, wie einen Boost-Converter und/oder einen Buck-Converter, aufweisen. Zudem kann die Energieversorgungseinheit einen Energiespeicher aufweisen, der eine zeitversetzte Energieabgabe j e nach Bedarf der Messeinheit ermöglicht. Im Ergebnis ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung mit geringen Hardware-Kosten eine autarke und qualitativ hochwertige Überwachung der Interaktion zwischen Stromabnehmer und Oberleitung bzw. Fahrdraht der Oberleitung sowie deren Zuständen, die als Kennwert ausgebbar sind. The power supply unit can have a voltage converter, such as a boost converter and/or a buck converter. In addition, the energy supply unit can have an energy storage device that enables a time-delayed energy release depending on the needs of the measuring unit. As a result, the device according to the invention enables self-sufficient and high-quality monitoring of the interaction between the pantograph and the overhead line or contact wire of the overhead line as well as their states, which can be output as a characteristic value, with low hardware costs.
Als ein Messwert kann eine Winkellage der Positioniervorrichtung eine Beschleunigung, eine Geschwindigkeit, eine Rotation, eine Frequenz, eine Temperatur, eine Beleuchtungsstärke, eine Kraft, eine Stromstärke, eine Spannung, ein elektrischer Widerstand, eine Distanz, eine Masse, ein Luftdruck, ein Schall, ein Verschleiß und/oder eine Ortsposition kontinuierlich oder diskontinuierlich erfasst und verarbeitet werden. Eine Beschleunigung kann mit einem Gyrosensor einfach gemessen werden. Mit der Winkellage der Positioniervorrichtung kann eine Auslenkung einer Wippeneinrichtung oder eines Pantographen relativ bezogen auf das Schienenfahrzeug an einem Drehpunkt der Wippeneinrichtung bzw. des Pantographen gemessen werden. Dazu kann beispielsweise ein Drehpotentionmeter an dem Drehpunkt oder ein anderer geeigneter Sensor, beispielsweise ein Gyrosensor zur Messung eines Neigungswinkels oder einer Rotation, verwendet werden. Eine Temperatur kann mit einem Temperatursensor an der Positioniervorrichtung, bzw. an einer Wippeneinrichtung oder einem Pantographen, oder der Schleifleiste gemessen werden, sodass beispielsweise festgestellt werden kann, ob die Gefahr einer Vereisung des Fahrdrahts besteht. Die Messung einer Beleuchtungsstärke kann mit einem optischen Sensor oder auch einer Kamera, die dann den Sensor ausbildet, erfolgen. Dadurch können beispielsweise Unregelmäßigkeiten an einer Oberfläche des Fahrdrahts oder Lichtbögen festgestellt werden. Eine Kraft kann mittels eines Dehnungsmessstreifens, eines Kraftsensors, eines Drucksensors oder dergleichen ermittelt werden. Beispielsweise kann dann eine Andruckkraft in Abhängigkeit eines Luftdrucks eines Zylinders der Positioniervorrichtung gemessen werden. Eine Stromstärke bzw. eine Spannung ist mit einem Amperemeter bzw. mit einem Voltmeter als ein Sensor messbar. Ein Widerstand kann aus Stromstärke und Spannung ermittelt werden und ein Maß für eine Kontaktgüte sein, sowie Auskunft über einen Verschleißzustand des Schleifstücks geben. Beispielsweise kann dann eine Qualität einer Energieübertragung zwischen Schleifstück und Fahrdraht bestimmt werden. Die Masse kann ebenfalls mittels eines Kraftsensors ermittelt werden. Ein Luftdruck kann an einem Luftbalg oder einem Druckzylinder zum Aufbringen der Andruckkraft gemessen werden. Eine Ortsposition des Stromabnehmers kann durch ein Satellitennavigationssystem, beispielsweise GPS, leicht ermittelt werden. Ein Schall kann durch ein Mikrofon gemessen werden, sodass Geräusche als Messwerte ausgewertet werden können. Ein Verschleiß kann mittels eines Sensors gemessen werden, mit dem eine Höhe bzw. Dicke einer Schleifleiste messbar i st. Die Messwerte können kontinuierlich bzw. fortlaufend ermittelt und verarbeitet werden. Auch ist es möglich, die Messwerte diskontinuierlich zu erfassen und zu verarbeiten, beispielsweise zu festgelegten Zeitpunkten oder bei bestimmten Anlässen. As a measured value, an angular position of the positioning device can be an acceleration, a speed, a rotation, a frequency, a temperature, an illuminance, a force, a current, a voltage, an electrical resistance, a distance, a mass, an air pressure, a sound , wear and/or a location position can be recorded and processed continuously or discontinuously. Acceleration can be easily measured with a gyro sensor. With the angular position of the positioning device, a deflection of a rocker device or a pantograph can be measured relative to the rail vehicle at a pivot point of the rocker device or the pantograph. For this purpose, for example, a rotary potentiometer at the pivot point or another suitable sensor, for example a gyro sensor for measuring an angle of inclination or rotation, can be used. A temperature can be measured with a temperature sensor on the positioning device, or on a rocker device or a pantograph, or the contact strip, so that, for example, it can be determined whether there is a risk of the contact wire icing up. The measurement of a Illuminance can be achieved using an optical sensor or a camera, which then forms the sensor. This makes it possible, for example, to detect irregularities on a surface of the contact wire or arcs. A force can be determined using a strain gauge, a force sensor, a pressure sensor or the like. For example, a pressure force can then be measured as a function of an air pressure of a cylinder of the positioning device. A current strength or a voltage can be measured with an ammeter or with a voltmeter as a sensor. A resistance can be determined from current and voltage and can be a measure of contact quality and provide information about the state of wear of the contact piece. For example, the quality of an energy transmission between the contact piece and the contact wire can then be determined. The mass can also be determined using a force sensor. Air pressure can be measured using an air bellows or a pressure cylinder to apply the pressure force. A location position of the pantograph can be easily determined using a satellite navigation system, for example GPS. A sound can be measured through a microphone so that noises can be evaluated as measured values. Wear can be measured using a sensor with which the height or thickness of a contact strip can be measured. The measured values can be determined and processed continuously or continuously. It is also possible to record and process the measured values discontinuously, for example at fixed times or on certain occasions.
Es ist denkbar, dass als ein Sensor zumindest ein Beschleunigungssensor verwendet wird, der an der Schleifleiste und/oder der Positioniervorrichtung angeordnet sein kann. Der Sensor kann ein rotatorischer oder translatorischer Beschleunigungssensor bzw. Schwingungssensor sein, der zur Messung einer Bewegung bzw. Beschleunigung der Positioniervorrichtung und/oder der Schleifleiste verwendet werden kann. Beispielsweise kann mittels des Beschleunigungssensors eine Bewegung der Schleifleiste an dem Fahrdraht detektiert werden, wobei dann aus der Bewegung Rückschlüsse auf eine Gestalt des Fahrdrahts und/oder der Schleifleiste gezogen werden können. So kann beispielsweise ein Absatz im Verlauf des Fahrdrahts, der ein Abheben der Schleifleiste von dem Fahrdraht bewirken kann, leicht ermittelt werden. Spezielle Messfahrten oder Vorort-Inspektionen der Oberleitung zur Ermittlung derartiger Fehlstellen sind dann nicht mehr erforderlich. Weiter bewirkt eine Änderung der Schleifleiste in Folge von Verschleiß bzw. Abrieb eine geometrische Änderung der Schleifleiste. Hieraus kann sich ein Unterschied zwischen einer neuen und einer verschlissenen Schleifleiste ergeben. Da die Schleifleiste während der Fahrt des Schienenfahrzeugs regelmäßig mit dem Fahrdraht kontaktiert ist und von diesem bestrichen wird, kann die Verarbeitungseinrichtung aus einer Bewegung der Schleifleiste zusammen mit einem weiteren Messwert, beispiel sweise einer Bewegung der Positioniervorrichtung, eine Veränderung der Schleifleiste ableiten. Auch kann vorgesehen sein, dass in der Verarbeitungsvorrichtung Bewegungsprofile von neuen und verschlissenen Schleifleisten gespeichert sind, wobei die Verarbeitungsvorrichtung einen Vergleich durchführen und einen Verschleißzustand bzw. einen Verbrauch der Schleifleiste ermitteln kann. Dieser Verschleiß kann dann auch in Form des Kennwerts ausgegeben werden. Darüber hinaus kann ein Bruch oder eine Deformation der Schleifleiste sowie eine Beschädigung der Oberleitung einfach ermittelt werden. It is conceivable that at least one acceleration sensor is used as a sensor, which can be arranged on the contact strip and/or the positioning device. The sensor can be a rotational or translational acceleration sensor or vibration sensor, which can be used to measure a movement or acceleration of the positioning device and/or the contact strip. For example, a movement of the Contact strip can be detected on the contact wire, and conclusions can then be drawn from the movement about the shape of the contact wire and / or the contact strip. For example, a shoulder in the course of the contact wire, which can cause the contact strip to lift off the contact wire, can be easily determined. Special measurement drives or on-site inspections of the overhead line to identify such defects are then no longer necessary. Furthermore, a change in the contact strip as a result of wear or abrasion causes a geometric change in the contact strip. This can result in a difference between a new and a worn sanding strip. Since the contact strip is regularly contacted with the contact wire while the rail vehicle is traveling and is coated by it, the processing device can derive a change in the contact strip from a movement of the contact strip together with a further measured value, for example a movement of the positioning device. It can also be provided that movement profiles of new and worn contact strips are stored in the processing device, whereby the processing device can carry out a comparison and determine a state of wear or consumption of the contact strip. This wear can then also be output in the form of the characteristic value. In addition, a break or deformation of the contact strip as well as damage to the overhead line can be easily identified.
Weiter kann zumindest ein Sensor verwendet werden, der innerhalb der Schleifleiste, an der Schleifleiste, an einem Befestigungslager der Schleifleiste oder an einer die Schleifleiste halternden Wippeneinrichtung der Positioniervorrichtung angeordnet sein kann. Folglich kann der Sensor beispielsweise in einer Ausnehmung der Schleifleiste bzw. eines Kontaktelements der Schleifleiste angeordnet sein. Weiter kann der Sensor auch direkt an der Schleifleiste bzw. einem Schleifleistenhalter der Schleifleiste angebracht sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Sensor als Schwingungssensor ausgebildet sein und an dem Befesti- gungslager der Schleifleiste angeordnet sein. Die Schleifleiste kann beispielsweise zwei Befestigungslager aufweisen, mittels der die Schleifleiste an der Positioniervorrichtung befestigt ist. Darüber hinaus kann an der Wippeneinrichtung eine weitere Schleifleiste angeordnet sein, die ebenfalls einen Sensor aufweist, sodass auch diese Schleifleiste mittels der Messeinheit überwachbar ist. Gleichfalls ist es möglich, dass die Sensorvorrichtung mehr als zwei Sensoren umfasst, die an den vorgenannten Punkten angeordnet sind, um so den Kennwert noch genauer bestimmen zu können. Furthermore, at least one sensor can be used, which can be arranged within the contact strip, on the contact strip, on a fastening bearing of the contact strip or on a rocker device of the positioning device that holds the contact strip. Consequently, the sensor can be arranged, for example, in a recess in the contact strip or in a contact element of the contact strip. Furthermore, the sensor can also be attached directly to the contact strip or a contact strip holder of the contact strip. Additionally or alternatively, the sensor can be designed as a vibration sensor and attached to the attachment. be arranged in the contact strip bearing. The contact strip can, for example, have two fastening bearings, by means of which the contact strip is attached to the positioning device. In addition, a further contact strip can be arranged on the rocker device, which also has a sensor, so that this contact strip can also be monitored by means of the measuring unit. It is also possible for the sensor device to comprise more than two sensors, which are arranged at the aforementioned points, in order to be able to determine the characteristic value even more precisely.
Ergänzend oder alternativ können in die Schleifleiste, insbesondere in das Kontaktelement der Schleiflei ste, eingebrachte Aussparungen, wie bspw. Bohrungen, mittels einer Abriebssensorik detektiert werden. Die Abriebssensorik kann einen Beschleunigungssensor aufweisen. Parallel zur Fahrtrichtung können mindestens drei Aussparungen in horizontalem Abstand in das Kontaktelement der Schleifleiste, bevorzugt das Kontaktelement der Schleifleiste durchgreifend, auf der Höhe einer Verschleißgrenze eingebracht werden. Diese Aussparungen werden beim Erreichen der Verschleißgrenze freigelegt und verursachen durch den Kontakt zur Oberleitung eine unter Berücksichtigung der Zuggeschwindigkeit charakteristische Vibrationen. Diese Vibrationen können beispielsweise mit zumindest einem Beschleunigungssensor detektiert werden. Bevorzugt weisen die Aussparungen einen Durchmesser von 2 bis 5 mm auf. Weiter bevorzugt weisen die Aussparungen einen Durchmesser von 3 mm auf. Additionally or alternatively, recesses made in the contact strip, in particular in the contact element of the contact strip, such as bores, can be detected using an abrasion sensor system. The abrasion sensor system can have an acceleration sensor. Parallel to the direction of travel, at least three recesses can be made at a horizontal distance in the contact element of the contact strip, preferably passing through the contact element of the contact strip, at the level of a wear limit. These recesses are exposed when the wear limit is reached and, due to contact with the overhead line, cause characteristic vibrations, taking the train speed into account. These vibrations can be detected, for example, with at least one acceleration sensor. The recesses preferably have a diameter of 2 to 5 mm. More preferably, the recesses have a diameter of 3 mm.
Die Positioniervorrichtung kann eine die Schleifleiste halternde Wippeneinrichtung und eine am Schienenfahrzeug angeordneten Grundrahmen und eine zwischen Grundrahmen und Wippeneinrichtung angeordnete Gelenkeinrichtung aufweisen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zumindest ein an der Wippeneinrichtung angeordneter Sensor und zumindest eine an der Gelenkeinrichtung und/oder dem Grundrahmen angeordnete Energieversorgungseinrichtung verwendet werden. Durch die Anordnung eines Sensors an der Wippeneinrichtung können Messwerte nahe des Kontaktelements und des Fahrdrahts der Oberleitung, beispielsweise mittels eines Beschleunigungs- oder Schwingungssensors, erfasst werden. Bevorzugt ist eine erste elektrische Leitung einer Gleichstrom-Energieversorgungseinrichtung an der Gelenkeinrichtung angeordnet und eine Wechselstrom- Energieversorgungseinrichtung am Grundrahmen der Positioniervorrichtung angeordnet. Der durch eine erste und/oder zweite Energieversorgungseinrichtung, beispielswei se eine Wechselstrom- Energieversorgungseinrichtung und eine Gleichstrom- Energieversorgungseinrichtung, gewonnene Strom kann an eine, bevorzugt am Grundrahmen befestigte, Basi seinheit geleitet werden und dort umgewandelt und/oder weiterverteilt werden. The positioning device can have a rocker device holding the contact strip and a base frame arranged on the rail vehicle and a joint device arranged between the base frame and the rocker device. As part of the method according to the invention, at least one sensor arranged on the rocker device and at least one energy supply device arranged on the joint device and/or the base frame can be used. By arranging a sensor on the rocker device Measured values can be recorded near the contact element and the contact wire of the overhead line, for example using an acceleration or vibration sensor. Preferably, a first electrical line of a direct current energy supply device is arranged on the joint device and an alternating current energy supply device is arranged on the base frame of the positioning device. The electricity obtained by a first and/or second energy supply device, for example an AC energy supply device and a DC energy supply device, can be directed to a base unit, preferably attached to the base frame, and converted and/or further distributed there.
Wie bereits zuvor beschrieben, kann die Positionierungsvorrichtung eine die Schleifleiste haltende Wippeneinrichtung und einen am Schienenfahrzeug angeordneten Grundrahmen und eine zwischen Grundrahmen und Wippeneinrichtung angeordnete Gelenkeinrichtung aufweisen. Die Messwerte zumindest zweier Sensoren können dann an eine an der Gelenkeinrichtung und/oder der Wippeneinrichtung angeordnete Datenkonzentratoreinrichtung zur Datenkonzentration übermittelt werden. Die Übermittelung erfolgt bevorzugt kabelgebunden. Durch die Verwendung von Datenkonzentratoreinrichtungen können eine Vielzahl an Sensoren einer Messeinheit und/oder mehrere Messeinheiten über eine Baumstruktur der Busverkabelung verknüpft werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde es erkannt, dass eine Verkabelung in Baumstruktur vorteilhaft gegenüber einer linearen Struktur, wie bei spielsweise bei einem bekannten linearen CAN-Bus, ist. Insbesondere ist die Baumstruktur mittel s einer einfachen und symmetrischen Verkabelung ausbildbar und weist eine wesentlich erhöhte Flexibilität gegenüber einer linearen Verkabelung auf. Auch kann durch die Nutzung von Datenkonzentratoreinrichtungen die Datenmenge konzentriert bzw. reduziert werden, sodass nur ausgewählte und/oder bereits weiterverarbeitete Daten übermittelt werden müssen. Dies reduziert den Aufwand des Datentransfers maßgeblich. Um eine erfindungsgemäße Baumstruktur der Verkabelung auszubilden kann an einer Wippeneinrichtung und/oder einer Schleifleiste bzw. einem Kontaktelement eine Datenkonzentratoreinrichtung vorgesehen sein. Bevorzugt können j e Wippeneinrichtung zwei Datenkonzentratoreinrichtungen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann an der Gelenkeinrichtung, insbesondere im Bereich des Knies der Gelenkeinrichtung, also im Bereich des Gelenks zwischen Oberarm und Unterarm, ein Datenkonzentratoreinrichtung vorgesehen sein. Somit kann eine erste Datenkonzentration direkt an der Wippeneinrichtung erfolgen und eine weitere Datenkonzentration an der Gelenkeinrichtung. Es ist denkbar, dass die Datenkonzentratoreinrichtung einen Beschleunigungssensor, ein Gyroskop und/oder einen Rotationssensor aufweist. Beispielsweise kann eine am Knie der Gelenkeinrichtung vorgesehene Kniedatenkonzentratoreinrichtung über zumindest ein Gyroskop und einen Beschleunigungssensor sowie über die Analytik der Messung des Winkels am Knie die Höhe der Wippeneinrichtung gegenüber dem Schienenfahrzeug feststellen. Zusätzlich kann die am Knie angeordnete Datenkonzentratoreinrichtung Informationen über eine seitliche Auslenkung der Gelenkeinrichtung und somit des Stromabnehmers erfassen. Die Datenkonzentratoreinrichtung am Knie der Gelenkeinrichtung kann auch zum Aktivieren einer Messeinheit genutzt werden. So kann mittels des Datenkonzentratoreinrichtung festgestellt werden, ob die Schleifleiste aufgrund der Beabstandung der Wippeneinrichtung vom Schienenfahrzeug am Fahrdraht anliegt und/oder ob der Zug sich bewegt. Bei Bewegung des Zuges und/oder Anlage der Schleifleiste am Fahrdraht der Oberleitung kann die Messeinheit aktiviert werden. Eine Aktivierung kann alternativ oder zusätzlich auch mittels eines an einer Federeinrichtung der Positioniervorrichtung angeordneten Drucksensors oder eines Spannungssensors an einer elektromotorisch betriebenen Antriebseinrichtung der Positioniervorrichtung erfolgen. As already described above, the positioning device can have a rocker device holding the contact strip and a base frame arranged on the rail vehicle and a joint device arranged between the base frame and the rocker device. The measured values of at least two sensors can then be transmitted to a data concentrator device arranged on the joint device and/or the rocker device for data concentration. The transmission is preferably wired. By using data concentrator devices, a large number of sensors of a measuring unit and/or several measuring units can be linked via a tree structure of the bus cabling. In the context of the present invention, it was recognized that cabling in a tree structure is advantageous compared to a linear structure, such as a known linear CAN bus. In particular, the tree structure can be formed using simple and symmetrical cabling and has significantly increased flexibility compared to linear cabling. The amount of data can also be concentrated or reduced by using data concentrator devices, so that only selected and/or already further processed data need to be transmitted. This reduces the effort involved in data transfer essential. In order to form a tree structure of the cabling according to the invention, a data concentrator device can be provided on a rocker device and/or a contact strip or a contact element. Preferably, two data concentrator devices can be provided for each rocker device. Alternatively or additionally, a data concentrator device can be provided on the joint device, in particular in the area of the knee of the joint device, i.e. in the area of the joint between the upper arm and forearm. A first data concentration can therefore take place directly on the rocker device and a further data concentration can take place on the joint device. It is conceivable that the data concentrator device has an acceleration sensor, a gyroscope and/or a rotation sensor. For example, a knee data concentrator device provided on the knee of the joint device can determine the height of the rocker device relative to the rail vehicle via at least one gyroscope and an acceleration sensor as well as via the analytics of the measurement of the angle at the knee. In addition, the data concentrator device arranged on the knee can record information about a lateral deflection of the joint device and thus of the current collector. The data concentrator device on the knee of the joint device can also be used to activate a measuring unit. The data concentrator device can be used to determine whether the contact strip is in contact with the contact wire due to the distance between the rocker device and the rail vehicle and/or whether the train is moving. The measuring unit can be activated when the train moves and/or the contact strip is in contact with the contact wire of the overhead line. Alternatively or additionally, activation can also take place by means of a pressure sensor arranged on a spring device of the positioning device or a voltage sensor on an electric motor-operated drive device of the positioning device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die an einer elektrischen Leitung des Stromabnehmers anliegende Spannung und/oder die Strom- stärke in einer elektrischen Leitung des Stromabnehmers mittels zumindest eines Sensors einer am Grundrahmen angeordneten Basiseinheit der Messeinheit gemessen werden. Bevorzugt ist die elektrische Leitung aus einem Metallprofil, einer Stromschiene und/oder einem Stromband ausgebildet, durch das und/oder die der vom Schienenfahrzeug benötigte Strom von der Schleifleiste zum Schienenfahrzeug fließt. Mittels der an der Basiseinheit angeordneten Sensoren können beispiel sweise Vibrationen und/oder Schräglagen des Zuges erfasst und/oder berechnet werden. Die Aufnahme von Messwerten an der am Grundrahmen angeordneten Basiseinheit kann vorteilhafterwei se die Zuordnung von Fehlerbildern und/oder die Ermittlung von Kennwerten präzisieren. Die von der am mit dem Schienenfahrzeug verbundenen Grundrahmen angeordeneten Basiseinheit ermittelten Messewerte können einen Rückschluss zulassen, inwiefern Fehler oder Anomalien auf das Schienenfahrzeug selbst, den Zustand der vom Schienenfahrzeug befahrenen Gleise oder tatsächlich auf den Stromabnehmer und/oder den Fahrdraht zurückzuführen sind. According to a further embodiment, the voltage and/or the current applied to an electrical line of the current collector can Strength in an electrical line of the current collector can be measured by means of at least one sensor of a base unit of the measuring unit arranged on the base frame. The electrical line is preferably formed from a metal profile, a busbar and/or a current strip through which and/or through which the current required by the rail vehicle flows from the contact strip to the rail vehicle. Using the sensors arranged on the base unit, vibrations and/or tilts of the train can, for example, be detected and/or calculated. The recording of measured values on the base unit arranged on the base frame can advantageously make the assignment of error patterns and/or the determination of characteristic values more precise. The measurement values determined by the base unit arranged on the base frame connected to the rail vehicle can allow a conclusion to be drawn as to the extent to which errors or anomalies can be attributed to the rail vehicle itself, the condition of the tracks on which the rail vehicle is traveling, or actually to the pantograph and/or the contact wire.
Der Druck einer Druckleitung der Positioniervorrichtung kann mittels eines am Grundrahmen angeordneten Drucksensors gemessen werden. Bevorzugt wird der Druck einer Druckleitung der Positioniervorrichtung mittels zumindest eines Drucksensors, der mit der am Grundrahmen angeordneten Basiseinheit der Messeinheit verbunden ist, gemessen. Bevorzugt wird eine Druckleitung der Positioniervorrichtung mittels des Drucksensors bei Luftstromabnehmern, die typischerweise im Fernverkehr (Heavy Rail und Highspeed) eingesetzt werden, überwacht. Aus den an einer Druckleitung in der Positioniervorrichtung gemessenen Druckmesswerten können der statische Anpressdruck und/oder dynamische Schwankungen ermittelt werden. Der Drucksensor bzw. die vom Drucksensor erfassten Messwerte können auch genutzt werden, um die Messeinheit in einen Standby-Betrieb zu versetzen und/oder bei Bewegungen und/oder Druckänderungen, die auf eine Fahrbewegung des Schienenfahrzeugs schließen lassen, die Messeinheit wieder zu aktivieren. Beispielsweise lässt eine Druckerhöhung in der Druckleitung der Positio- niervorrichtung einen Rückschluss auf das Anheben der Wippeneinrichtung mittels der Positioniervorrichtung und somit auf einen Fährbetrieb des Schienenfahrzeugs zu. The pressure of a pressure line of the positioning device can be measured using a pressure sensor arranged on the base frame. The pressure of a pressure line of the positioning device is preferably measured by means of at least one pressure sensor, which is connected to the base unit of the measuring unit arranged on the base frame. A pressure line of the positioning device is preferably monitored by means of the pressure sensor in air current collectors, which are typically used in long-distance transport (heavy rail and high-speed). The static contact pressure and/or dynamic fluctuations can be determined from the pressure measurements measured on a pressure line in the positioning device. The pressure sensor or the measured values recorded by the pressure sensor can also be used to put the measuring unit into standby mode and/or to reactivate the measuring unit in the event of movements and/or pressure changes that indicate a travel movement of the rail vehicle. For example, an increase in pressure in the pressure line of the position kidney device a conclusion about the lifting of the rocker device by means of the positioning device and thus about a ferry operation of the rail vehicle.
Die Verarbeitungseinrichtung kann eine Analyse der Messwerte durchführen, während die Schleifleiste an dem Fahrdraht entlanggeführt wird. Folglich kann die Verarbeitungseinrichtung diese Analyse während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs durchführen. Im Rahmen des Verfahrens kann auch vorgesehen sein, dass während eines Stopps des Schienenfahrzeugs, beispielsweise an einem Bahnhof oder einer Haltestelle, Messwerte analysiert werden. Insbesondere können vorzugsweise nur dann Kennwerte zu einem Betrieb szustand der Oberleitung gewonnen werden, wenn die Schleifleiste an dem Fahrdraht entlanggeführt wird. The processing device can carry out an analysis of the measured values while the contact strip is guided along the contact wire. Consequently, the processing device can carry out this analysis while the rail vehicle is traveling. As part of the method, it can also be provided that measured values are analyzed during a stop of the rail vehicle, for example at a train station or a stop. In particular, characteristic values for an operating state of the overhead line can preferably only be obtained when the contact strip is guided along the contact wire.
Die Verarbeitungseinrichtung kann die Messwerte von Sensoren und/oder die Kennwerte in regelmäßigen Zeitabständen, bei einer Änderung oder kontinuierlich erfassen und speichern. Demnach kann vorgesehen sein, dass die Messwerte und/oder die Kennwerte nur dann erfasst und gespeichert werden, wenn sich die Werte verändern, um eine Menge an Daten gering zu halten. Alternativ ist es möglich eine kontinuierliche d.h. fortlaufende Erfassung und Speicherung vorzusehen. Durch das Speichern der Messwerte und/oder Kennwerte wird es möglich eine Verarbeitung auch noch nach einer Erfassung durchzuführen. Beispielsweise kann dann während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs eine Erfassung von Messwerten erfolgen, wobei erst während einer Wartung des Schienenfahrzeugs in einem Depot die Bestimmung des bzw. der Kennwerte durchgeführt werden kann. Zum Bei spiel kann so ein Zustand einer Oberleitung entlang einer Fahrtstrecke des Schienenfahrzeugs nach einer Fahrt bestimmt werden. The processing device can record and store the measured values from sensors and/or the characteristic values at regular intervals, when there is a change or continuously. Accordingly, it can be provided that the measured values and/or the characteristic values are only recorded and stored when the values change in order to keep the amount of data low. Alternatively, it is possible to provide continuous, i.e. ongoing, recording and storage. By storing the measured values and/or characteristic values, it is possible to carry out processing even after recording. For example, measurement values can then be recorded while the rail vehicle is traveling, and the determination of the characteristic value(s) can only be carried out during maintenance of the rail vehicle in a depot. For example, the condition of an overhead line along a route of the rail vehicle can be determined after a journey.
Die Messvorrichtung kann eine Steuervorrichtung aufweisen, mittels der ein Aktor zur Betätigung der Positioniervorrichtung gesteuert werden kann, wobei die Betätigung der Positioniervorrichtung mittels einer Regeleinrichtung der Steuervorrichtung nach einem Messwert und/oder einem Kennwert geregelt werden kann. Die Antriebseinrichtung kann den Aktor umfassen, der an einer Wippeneinrichtung bzw. Wippeneinrichtung der Positioniervorrichtung angeschlossen sein kann, derart, dass durch eine lineare Bewegung des Aktors eine Bewegung der Schleifleiste zwischen der Schleifkontaktlage und einer Verwahrlage bewirkt werden kann. Der Aktor kann beispielsweise durch einen linearen Antrieb, oder einen pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Zylinder oder Balg ausgebildet sein. Auch kann vorgesehen sein, dass über den Aktor die Andruckkraft verändert wird oder der Aktor die Andruckkraft ausbildet. Der Aktor bildet dann die Federeinrichtung aus bzw. ist mit dieser kombiniert. Die Steuervorrichtung kann nun von der Messvorrichtung Signale bzw. Messwerte und/oder Kennwerte übermittelt bekommen, und diese mittels der Regeleinrichtung zur Regelung der Antrieb seinrichtung nutzen. Wird beispielsweise von der Verarbeitungseinrichtung ein Bruch der Schleifleiste detektiert, kann mittels des Aktors die Schleifleiste in eine Verwahrlage am Schienenfahrzeug verschwenkt werden. Darüber hinaus ist es möglich die Andruckkraft über den Aktor zu regeln. Prinzipiell kann eine derartige Steuervorrichtung auch unabhängig von der Messvorrichtung als eine Baugruppe des Schienenfahrzeugs vorhanden sein. The measuring device can have a control device by means of which an actuator for actuating the positioning device can be controlled, the actuation of the positioning device being carried out by means of a control device of the control device according to a measured value and/or can be regulated using a characteristic value. The drive device can include the actuator, which can be connected to a rocker device or rocker device of the positioning device, such that a linear movement of the actuator can cause a movement of the contact strip between the sliding contact layer and a storage layer. The actuator can be designed, for example, by a linear drive, or a pneumatically or hydraulically actuated cylinder or bellows. It can also be provided that the pressure force is changed via the actuator or that the actuator forms the pressure force. The actuator then forms the spring device or is combined with it. The control device can now receive signals or measured values and / or characteristic values from the measuring device and use these by means of the control device to regulate the drive device. If, for example, a break in the contact strip is detected by the processing device, the contact strip can be pivoted into a storage position on the rail vehicle using the actuator. In addition, it is possible to regulate the pressure force via the actuator. In principle, such a control device can also be present as a component of the rail vehicle independently of the measuring device.
Die Andruckkraft kann durch die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Messwerte und/oder Kennwerte geregelt werden. Beispielsweise kann die Andruckkraft im Wesentlichen gleichbleibend ausgebildet werden, unabhängig von einer Winkellage und einer Bewegung der Positioniereinrichtung. Somit kann dann auch ein Abheben der Schleifleiste von dem Fahrdraht in Folge von Unebenheiten oder anderen Einflüssen weitestgehend verhindert werden. Die Verarbeitungseinrichtung kann bei spielsweise einen Kennwert an die Steuervorrichtung ausgeben, nachdem die Schleifleiste von dem Fahrdraht wegbeschleunigt wird, wobei die Steuervorrichtung dann über die Regeleinrichtung bzw. den Aktor auf beispielsweise eine Wippeneinrichtung eine Gegenkraft bewirken kann, die ein Abheben verhindert. Gleichwohl wird es auch möglich, die Andruckkraft so zu regeln, dass kein übermäßiger Verschleiß der Schleifleiste in Folge einer erhöhten Andruckkraft erfolgt. Die Andruckkraft kann dann auch vergleichsweise vermindert werden, wenn ein verbesserter elektrischer Kontakt mit dem Fahrdraht ausgebildet werden kann. The pressure force can be regulated by the control device depending on the measured values and/or characteristic values. For example, the pressure force can be designed to be essentially constant, regardless of an angular position and a movement of the positioning device. This means that lifting of the contact strip from the contact wire as a result of unevenness or other influences can be largely prevented. The processing device can, for example, output a characteristic value to the control device after the contact strip is accelerated away from the contact wire, whereby the control device can then use the control device or the actuator to cause a counterforce on, for example, a rocker device, which prevents lifting. Nevertheless, it is also possible to regulate the pressure force so that there is no excessive wear on the contact strip as a result of an increased pressure force. The pressure force can then also be comparatively reduced if an improved electrical contact can be formed with the contact wire.
Die Messvorrichtung kann die Messwerte und/oder Kennwerte an eine Auswerteeinheit übermitteln, wobei die Messwerte und/oder Kennwerte in einer Datenbank der Auswerteeinheit gespeichert und/oder mittels einer Auswertevorrichtung der Auswerteeinheit weiterverarbeitet werden können. Die Auswerteeinheit kann folglich die Datenbank und die Auswertevorrichtung umfassen. Die Auswerteeinheit kann daher zur Sammlung und Weiterverarbeitung der Messwerte und/oder Kennwerte dienen und durch einen Computer ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit kann eine von der Messeinheit und/oder dem Schienenfahrzeug beab stan- dete Rechenvorrichtung sein, die bei spielsweise einen Cloud Service ermöglicht. Die Übermittlung der Messwerte und/oder Kennwerte kann automatisch und/oder auf Anforderung der Auswerteeinheit erfolgen. Beispielsweise kann mit der Auswertevorrichtung ein Ergebnis einer Auswertung einer Bedienperson angezeigt oder ausgegeben werden. Die Auswerteeinheit kann einen Funktionsumfang aufweisen, der über den Funktionsumfang der Verarbeitungseinrichtung hinausgeht. Die Auswerteeinheit kann durch das Kombinieren der Messwerte und/oder Kennwerte mehrerer Messeinheiten die Qualität der Aussagen über den Zustand der überwachten Komponenten des Stromabnehmers erhöhen sowie Ursachen für Schäden an Oberleitung oder Stromabnehmer und deren Auswirkungen, beispielsweise bestimmte Kennwerte, besonders klar zuordnen, da zu j eder Komponente des Stromabnehmers mehrere Kennwerte und/oder mehrere Messwerte, beispielsweise von mehreren Messeinheiten und/oder Messvorrichtungen im Sinne einer Schwarmintelligenz, zusammengeführt und verarbeitet werden können. Durch die Kombination unterschiedlicher Sensortypen können auch „virtuelle Sensoren“ generiert werden. Der Schwarmeffekt ist im Rahmen der Erfindung als eine Kombination der Daten verschiedener Sensoren und/oder verschiedener Sensoreinrichtungen und/oder verschiedener Messvorrichtungen und/oder verschiedener Messeinheiten und/oder verschiedener Überwachungssysteme zu verstehen. The measuring device can transmit the measured values and/or characteristic values to an evaluation unit, wherein the measured values and/or characteristic values can be stored in a database of the evaluation unit and/or further processed by means of an evaluation device of the evaluation unit. The evaluation unit can therefore include the database and the evaluation device. The evaluation unit can therefore be used to collect and further process the measured values and/or characteristic values and can be designed by a computer. The evaluation unit can be a computing device that is located at a distance from the measuring unit and/or the rail vehicle and which, for example, enables a cloud service. The measurement values and/or characteristic values can be transmitted automatically and/or at the request of the evaluation unit. For example, the evaluation device can be used to display or output a result of an evaluation by an operator. The evaluation unit can have a range of functions that goes beyond the range of functions of the processing device. By combining the measured values and/or characteristic values of several measuring units, the evaluation unit can increase the quality of the statements about the condition of the monitored components of the pantograph and particularly clearly assign causes of damage to the overhead line or pantograph and their effects, for example certain characteristic values, since j For each component of the current collector, several characteristic values and/or several measured values, for example from several measuring units and/or measuring devices in the sense of a swarm intelligence, can be brought together and processed. “Virtual sensors” can also be generated by combining different sensor types. The swarm effect is within the scope of Invention should be understood as a combination of the data from different sensors and/or different sensor devices and/or different measuring devices and/or different measuring units and/or different monitoring systems.
Prinzipiell ist es j edoch auch möglich die Verarbeitungseinrichtung in der Auswerteeinheit zu integrieren und umgekehrt. Auch kann eine derartige Auswerteeinheit unabhängig von dem Stromabnehmer als eine Baugruppe des Schienenfahrzeugs vorhanden sein. In principle, however, it is also possible to integrate the processing device in the evaluation unit and vice versa. Such an evaluation unit can also be present as a component of the rail vehicle independently of the pantograph.
Die Messvorrichtung kann eine Übermittlungseinrichtung aufweisen, mittels der über eine Datenverbindung die Messwerte und/oder Kennwerte der Messvorrichtung zu der Auswerteeinheit und/oder der Steuervorrichtung übermittelt werden können, wobei die Auswerteeinheit und/oder die Steuervorrichtung von der Messeinheit örtlich beabstandet angeordnet oder in der Messeinheit integriert sein kann. Wenn die Steuervorrichtung bzw. die Auswerteeinheit in der Messeinheit integriert ist kann die Datenverbindung einfach durch eine Leitungsverbindung ausgebildet sein. Dann ist es auch möglich Teile der Messvorrichtung, wie die Verarbeitungseinrichtung und die Steuervorrichtung sowie auch die Auswerteeinheit an anderer Stelle am Schienenfahrzeug zu verbauen. Bei der Übermittlung der Messwerte und/oder Kennwerte kann ein Datenaustausch, beispielsweise auf Basis eines Übermittlungsprotokolls, erfolgen. Die Datenverbindung kann kontinuierlich, in regelmäßigen Abständen oder ereigni sbasiert hergestellt werden. Insgesamt wird es so möglich von der Messvorrichtung gesammelte Daten zu sammeln und auszuwerten. Vielfältige Möglichkeiten zur Auswertung eröffnen dann eine Analyse bestimmter Zustände und Ereignisse, womit ein Betrieb des Stromabnehmers und der Oberleitung bzw. des Schienenfahrzeugs optimiert werden kann. The measuring device can have a transmission device by means of which the measured values and/or characteristic values of the measuring device can be transmitted to the evaluation unit and/or the control device via a data connection, the evaluation unit and/or the control device being arranged at a spatial distance from the measuring unit or in the measuring unit can be integrated. If the control device or the evaluation unit is integrated in the measuring unit, the data connection can simply be formed by a line connection. It is then also possible to install parts of the measuring device, such as the processing device and the control device as well as the evaluation unit, elsewhere on the rail vehicle. When transmitting the measured values and/or characteristic values, data can be exchanged, for example based on a transmission protocol. The data connection can be established continuously, at regular intervals or event-based. Overall, this makes it possible to collect and evaluate data collected by the measuring device. A variety of evaluation options then open up an analysis of certain states and events, which can be used to optimize the operation of the pantograph and the overhead line or the rail vehicle.
Die Datenverbindung kann über ein externes Datennetzwerk ausgebildet werden. 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. Wenn die Auswerteeinheit und/oder die Steuervorrichtung von der Messeinheit örtlich beabstandet angeordnet ist, kann diese auch außerhalb des Schienenfahrzeugs, fernab von dem Schienenfahrzeug stationär, beispielsweise in einem Gebäude, angeordnet sein. Insbesondere wird es dadurch möglich eine Funktion des Stromabnehmers an dem Schienenfahrzeug zu überwachen und/oder zu steuern, ohne dass an dem Schienenfahrzeug selbst diese Aufgabe durch eine Person durchgeführt werden müsste. The data connection can be formed via an external data network. The data connection can be via a mobile network, WLAN, a satellite connection, the Internet or another Any radio standard can be designed alone or in combination. If the evaluation unit and/or the control device is arranged at a spatial distance from the measuring unit, it can also be arranged stationary outside the rail vehicle, far away from the rail vehicle, for example in a building. In particular, this makes it possible to monitor and/or control a function of the pantograph on the rail vehicle without this task having to be carried out by a person on the rail vehicle itself.
Die Auswerteeinheit kann Messwerte und/oder Kennwerte von Messeinheiten mehrerer Stromabnehmer verarbeiten. So kann die Auswerteeinheit Messwerte und/oder Kennwerte mehrerer an einem einzelnen Schienenfahrzeug angeordneter Stromabnehmer verarbeiten. Durch einen Vergleich der Messwerte und/oder Kennwerte der Stromabnehmer kann eine Genauigkeit einer Messung bzw. einer Überwachung weiter erhöht werden. Darüber hinaus können mit der Auswerteeinheit Kennwerte von Stromabnehmern verarbeitet werden, die an unterschiedlichen Schienenfahrzeugen angeordnet sind. Auch hierdurch kann eine Genauigkeit von Messungen und Überwachungen der Schienenfahrzeuge bzw. der jeweiligen Oberleitung wesentlich verbessert werden. Unter anderem kann so ein aktuelles und sich ständig veränderndes Zustandsbild über ein Streckennetz und die darauf verkehrenden Schienenfahrzeuge gewonnen werden. Eine daraus resultierende Optimierung eines Betriebszustandes kann die Betrieb skosten wesentlich verringern. Auch ist eine regelmäßige und häufige Überprüfung der Infrastruktur und der Schienenfahrzeuge nicht mehr vollumfänglich erforderlich und eine Fahrzeugsicherheit während eines Betriebes wird wesentlich erhöht. Auch kann auf eine Durchführung spezieller Messfahrten verzichtet werden. The evaluation unit can process measured values and/or characteristic values from measuring units of several pantographs. The evaluation unit can thus process measured values and/or characteristic values from several pantographs arranged on a single rail vehicle. By comparing the measured values and/or characteristic values of the current collectors, the accuracy of a measurement or monitoring can be further increased. In addition, the evaluation unit can be used to process characteristics of pantographs that are arranged on different rail vehicles. This can also significantly improve the accuracy of measurements and monitoring of the rail vehicles or the respective overhead line. Among other things, a current and constantly changing picture of the status of a route network and the rail vehicles running on it can be obtained. The resulting optimization of an operating state can significantly reduce operating costs. Regular and frequent inspection of the infrastructure and rail vehicles is no longer completely necessary and vehicle safety during operation is significantly increased. There is also no need to carry out special measurement runs.
Mittels einer Nutzereinheit kann eine Datenverbindung zu der Auswerteeinheit und/oder der Messeinheit ausgebildet werden, wobei die Messwerte und/oder Kennwerte an die Nutzereinheit übermittelt und ausgege- ben werden können. Die Messwerte und/oder Kennwerte sowie die Ergebnisse der Auswertungen der Messwerte und/oder Kennwerte können über die Nutzereinheit einem Endanwender zur Verfügung gestellt werden. Die Nutzereinheit kann ein Computer sein, der unabhängig von der Auswerteeinheit und/oder der Messeinheit ist. Dieser Computer kann ein stationärer Computer, ein Mobilfunkgerät oder dergleichen sein, mit dem sich eine weitere Datenverbindung zum Datenaustausch mit der Auswerteeinheit und/oder der Messeinheit herstellen lässt. Der Datenaustausch kann bei spielsweise über ein externes Datennetzwerk, wie das Internet, erfolgen. So könnten mit der Auswerteeinheit aufbereitete Daten bzw. mit der Auswertevorrichtung weiterverarbeitete Messwerte und/oder Kennwerte einem weiteren Nutzerkreis zur Verfügung gestellt werden. Die Messwerte und/oder Kennwerte oder die Ergebnisse der Auswertungen der Messwerte und/oder Kennwerte können über die Nutzereinheit einem Endanwender individuell zur Verfügung gestellt werden. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise durch einen Server mit einer Software ausgebildet sein, die die in der Datenbank der Auswerteeinheit enthaltenen Informationen der Nutzereinheit übermittelt. Diese Übermittlung kann durch die Bereitstellung einer Internetseite mit ausgewählten Informationen, beispielsweise einem aktuellen Verschleißzustand des Schleifstücks, bestehen. Eine derartige Internetseite oder ein Webinterface kann vorgesehen sein, um dem Endanwender Daten visuell zugänglich zu machen. Die Internetseite oder das Webinterface kann auf den Endanwender und dessen Anwendungsfälle zugeschnitten sein. Die Auswerteeinheit, die Messeinheit und/oder die Nutzereinheit kann Daten an verschiedenste Systeme des Endanwenders übermitteln, z.B . an Bestandssysteme eines Endanwenders, wie eines Schienennetzbetreibers. Über eine Auswerteeinheit und/oder Nutzereinheit können auch Alerts und/oder Warnmeldungen und/oder Hinweismeldungen versendet und/oder ausgegeben werden. By means of a user unit, a data connection to the evaluation unit and/or the measuring unit can be established, with the measured values and/or characteristic values being transmitted to the user unit and output. can be used. The measured values and/or characteristic values as well as the results of the evaluations of the measured values and/or characteristic values can be made available to an end user via the user unit. The user unit can be a computer that is independent of the evaluation unit and/or the measuring unit. This computer can be a stationary computer, a mobile radio device or the like, with which a further data connection can be established for data exchange with the evaluation unit and/or the measuring unit. The data exchange can take place, for example, via an external data network, such as the Internet. Data prepared with the evaluation unit or measured values and/or characteristic values further processed with the evaluation device could thus be made available to a wider group of users. The measured values and/or characteristic values or the results of the evaluations of the measured values and/or characteristic values can be made available individually to an end user via the user unit. The evaluation unit can be designed, for example, by a server with software that transmits the information contained in the database of the evaluation unit to the user unit. This transmission can consist of providing a website with selected information, for example the current state of wear of the contact piece. Such a website or web interface can be provided to make data visually accessible to the end user. The website or web interface can be tailored to the end user and their use cases. The evaluation unit, the measuring unit and/or the user unit can transmit data to a wide variety of end user systems, for example. to existing systems of an end user, such as a rail network operator. Alerts and/or warning messages and/or information messages can also be sent and/or output via an evaluation unit and/or user unit.
Die Verarbeitungseinrichtung oder die Auswerteeinheit kann einen zeitlichen Verlauf der Messwerte und/oder Kennwerte auswerten und einen Verschleißzustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung unter Berücksichtigung einer für den Verschleiß relevanten zeitabhängigen Komponente und/oder einer messgrößenabhängigen Komponente bestimmen. So kann nicht nur eine Aussage über einen aktuellen Verschleißzustand getroffen werden, sondern es kann auch näherungsweise bestimmt werden, zu welchem Zeitpunkt beispielsweise eine Schleifleiste oder ein Fahrdraht voraussichtlich verschlissen sein wird. Dadurch wird es möglich, ein Wartungsintervall für den Stromabnehmer und/oder die Oberleitung genau festzulegen und zeitlich zu optimieren, beispielsweise durch eine Anpassung an den tatsächlichen Zustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung. Darüber hinaus kann über den zeitlichen Verlauf auch festgestellt werden, zu welchem Zeitpunkt bestimmte Ereignisse eingetreten sind. Treten Ereignisse widerholt auf, kann hieraus eine Systematik abgeleitet werden. Beispielsweise kann bei einem Befahren eines bestimmten Streckenabschnitts ein schlechterer elektrischer Kontakt oder ein erhöhter Verschleiß festgestellt werden. The processing device or the evaluation unit can evaluate a time course of the measured values and/or characteristic values and determine a state of wear of the pantograph and/or the overhead line, taking into account a time-dependent component relevant to the wear and/or a measured variable-dependent component. In this way, not only can a statement be made about the current state of wear, but it can also be approximately determined at which point in time, for example, a contact strip or a contact wire is likely to be worn out. This makes it possible to precisely define a maintenance interval for the pantograph and/or the overhead line and to optimize it in terms of time, for example by adapting it to the actual condition of the pantograph and/or the overhead line. In addition, the time course can also be used to determine at what point in time certain events occurred. If events occur repeatedly, a system can be derived from this. For example, poorer electrical contact or increased wear can be detected when driving along a certain section of the route.
Mittels der Sensoreinrichtung kann eine Schwingung der Schleifleiste erfasst werden, wobei die Verarbeitungseinrichtung oder die Auswerteeinheit einen Verschleißzustand der Schleifleiste und/oder der Oberleitung bestimmen kann. Bei einem Verschleiß der Schleifleiste kann eine Gestalt, insbesondere eine Höhne der Schleifleiste verändert werden, wobei die Veränderung der Gestalt auch ein Schwingungsverhalten der Schleifleiste verändern kann. Beispielsweise kann mit der Verarbeitungseinrichtung auch eine Eigenfrequenz und/oder eine Resonanzfrequenz der Schleifleiste und/oder der Positioniervorrichtung als eine Schwingung bestimmt werden. Mittel s der Verarbeitungseinrichtung kann aus der Schwingung ein Verschleißgrad der Schleifleiste, der Positioniervorrichtung und/oder der Oberleitung bestimmt werden. Wird ein Schwingungsverhalten mit einem zunehmenden Abrieb von Material der Schleiflei ste bzw. eines Bauteils der Positioniervorrichtung oder des Fahrdrahts verändert, kann aus dieser Veränderung ein Rückschluss auf einen Verschleißgrad der Schleifleiste, der Positioniervorrichtung und/oder des Fahrdrahts gezogen werden. So kann beispiel sweise nicht nur festgestellt werden, ob die Schleifleiste neu oder vollständig verschlissen ist, sondern auch inwieweit die Schleifleiste verbraucht ist. Die Gestalt der Schleiflei ste wird im Wesentlichen durch einen an der Schleifleiste erfolgten Abrieb des Kohlenstoffmaterials des Kontaktelements bestimmt. Hieraus kann sich im Wesentlichen ein Unterschied der Höhe der Schleiflei ste bzw. des Kontaktelements zwischen einer neuen und einer verschlissenen Schleifleiste ergeben. Da die Schleifleiste während einer Fahrt eines Schienenfahrzeugs regelmäßig von dem Fahrdraht entlang einer Länge der Schleifleiste in einem fortwährenden Wechsel kontaktiert wird bzw. bestrichen wird, kann ein Verschleiß der Schleifleiste, bezogen auf eine Länge der Schleifleiste, ungleichmäßig erfolgen. Das bedeutet, dass ein Abrieb der Schleifleiste in einer Mitte der Schleifleiste stärker sein kann, als an deren Rändern. Auch können sich in Abhängigkeit eines Zustands der Oberleitung Rillen an der Schleifleiste ausbilden. Eine Höhe der Schleifleiste kann sich daher entsprechend einer Nutzung ungleichmäßig verändern, was die Gestalt der Schleifleiste beeinflusst. Weiter kann während einer Fahrt eines Schienenfahrzeugs der fortwährende regelmäßige Wechsel von dem Fahrdraht entlang der Länge der Schleifleiste erfasst werden, wobei auch hieraus ein Zustand der Schleifleiste bestimmt werden kann. By means of the sensor device, a vibration of the contact strip can be detected, whereby the processing device or the evaluation unit can determine a state of wear of the contact strip and/or the overhead line. If the contact strip wears out, a shape, in particular a height, of the contact strip can be changed, whereby the change in shape can also change the vibration behavior of the contact strip. For example, the processing device can also be used to determine a natural frequency and/or a resonance frequency of the contact strip and/or the positioning device as a vibration. Using the processing device, a degree of wear on the contact strip, the positioning device and/or the overhead line can be determined from the vibration. If vibration behavior changes with increasing abrasion of the material of the contact strip or a component of the positioning device or the contact wire, this change can be used to draw conclusions about the degree of wear of the contact strip, the positioning device and/or the contact wire. For example, it can be determined not only whether the contact strip is new or completely worn, but also to what extent the contact strip is worn out. The shape of the contact strip is essentially determined by abrasion of the carbon material of the contact element on the contact strip. This can essentially result in a difference in the height of the contact strip or the contact element between a new and a worn contact strip. Since the contact strip is regularly contacted or coated by the contact wire along a length of the contact strip in a continuous alternation during a rail vehicle journey, wear of the contact strip can occur unevenly, based on a length of the contact strip. This means that abrasion of the grinding strip can be more severe in the middle of the grinding strip than at its edges. Depending on the condition of the overhead line, grooves can also form on the contact strip. A height of the contact strip can therefore change unevenly depending on use, which influences the shape of the contact strip. Furthermore, while a rail vehicle is traveling, the continuous, regular change of the contact wire along the length of the contact strip can be recorded, and a condition of the contact strip can also be determined from this.
Die Verarbeitungsvorrichtung kann die Gestalt mittels der Finite- Elemente-Methode berechnen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungsvorrichtung mit einem auf der Finite-Elemente- Methode basierenden Rechenmodel aus dem Schwingungsverhalten der Schleifleiste eine mögliche Gestalt der Schleifleiste berechnet. Hier kann insbesondere der zuvor beschriebene mögliche Abrieb der Schleifleiste berücksichtigt werden. So ist es möglich noch genauer einen Verschleißzustand der Schleifleiste zu bestimmen. The processing device can calculate the shape using the finite element method. For example, it can be provided that the processing device uses a calculation model based on the finite element method to calculate a possible shape of the contact strip from the vibration behavior of the contact strip. In particular, the previously described possible abrasion of the contact strip can be taken into account here. This makes it possible to determine the wear condition of the contact strip even more precisely.
Die Verarbeitungseinrichtung oder die Auswerteeinheit kann aus einem Betriebszustand einen Lichtbogen an der Schleifleiste und/oder dem Fahrdraht, einen Zickzack- Verlauf des Fahrdrahts, eine Vereisung des Fahrdrahts und/oder Fehlstellen des Fahrdrahts bestimmen. Im Rahmen der Erfindung kann der Begriff „Fehlstellen des Fahrdrahtes“ neben Schäden und/oder Defekten des Fahrdrahts auch eine fehlerhafte Verlegung und/oder Positionierung des Fahrdrahts umfassen. Die Bestimmung des Lichtbogens kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein an der Schleifleiste übertragener Strom gemessen wird. Weiter kann eine Beleuchtungsstärke oder Leuchtdichte im Bereich des Fahrdrahts gemessen werden, sodass aus beiden Messwerten bei einem gleichzeitigen Auftreten von Messspitzen mit hoher Sicherheit das Vorliegen eines Lichtbogens bestimmt werden kann. Da der Fahrdraht regelmäßig entlang eines Fahrtwegs in einem Zickzack-Verlauf angeordnet ist, kann dann auch dieser Zickzack-Verlauf des Fahrdrahts bestimmt werden. Beispielsweise mittels Beschleunigungssensoren und/oder induktiven Sensoren. So wird es dann auch möglich, ein Profil der Oberleitung entlang des Fahrtwegs zu erstellen. Das Profil der Oberleitung kann in Art einer Karte der Oberleitung bzw. des Verlaufs des Fahrdrahts in der Auswerteeinheit gespeichert werden. Eventuelle an der Oberleitung bzw. an dem Fahrdraht detektierte Fehlstellen können dann einem eindeutig spezifizierbaren Punkt der Oberleitung genau zugewiesen werden. Eine Vereisung des Fahrdrahts kann ebenfalls leicht durch eine Mehrzahl von Sensoren bzw. Messwerten ermittelt werden, beispielsweise durch eine Temperaturmessung der Außentemperatur und einer Messung der Luftfeuchte im Bereich des Fahrdrahts. So können sich auch entlang des Fahrtwegs Bereiche bzw. Streckenab schnitte der Oberleitung ergeben, an denen eine Vereisung mehr oder weniger wahrscheinlich ist, beispielsweise im Bereich von Gewässern. Diese Daten können ebenfall s in der Auswerteeinheit gespeichert werden. Darüber hinaus können Fehlstellen des Fahrdrahts bzw. der Oberleitung mit Sensoren detektiert werden, beispielsweise mittels eines Beschleunigungssensors ein auf die Schleiflei ste bewirkter Stoß in Folge einer Fehl stelle des Fahrdrahts und eine sich verändernde Andruckkraft mit einem Drucksensor zum gleichen Zeitpunkt. Insgesamt wird es so möglich, durch eine Kombination mehrerer Messwerte von Sensoren gleicher oder unterschiedlicher Art Rückschlüsse auf einen Betriebszustand der Oberleitung zu ziehen, und diesen Betrieb szustand in Form von Kennwerten und/oder anderen Daten, die geeignet sind den Betrieb szustand zu beschreiben, zu dokumentieren. Hierzu ist insbesondere keine eigens dafür vorgesehene Messfahrt erforderlich, da die Erfassung der Messwerte während eines Regelbetrieb s einfach und wiederholt durchgeführt werden kann. The processing device or the evaluation unit can generate an arc on the contact strip and/or the contact strip from an operating state Determine the contact wire, a zigzag course of the contact wire, icing on the contact wire and/or defects in the contact wire. Within the scope of the invention, the term “imperfections in the contact wire” can include, in addition to damage and/or defects in the contact wire, incorrect laying and/or positioning of the contact wire. The arc can be determined, for example, by measuring a current transmitted to the contact strip. Furthermore, an illuminance or luminance can be measured in the area of the contact wire, so that the presence of an arc can be determined with a high degree of certainty from both measured values if measuring peaks occur at the same time. Since the contact wire is regularly arranged along a route in a zigzag course, this zigzag course of the contact wire can then also be determined. For example, using acceleration sensors and/or inductive sensors. This then makes it possible to create a profile of the overhead line along the route. The profile of the overhead line can be stored in the evaluation unit in the form of a map of the overhead line or the course of the contact wire. Any defects detected on the overhead line or on the contact wire can then be precisely assigned to a clearly specifiable point on the overhead line. Icing of the contact wire can also be easily determined by a plurality of sensors or measured values, for example by measuring the outside temperature and measuring the air humidity in the area of the contact wire. There may also be areas or sections of the overhead line along the route where icing is more or less likely, for example in the area of bodies of water. This data can also be stored in the evaluation unit. In addition, defects in the contact wire or the overhead line can be detected with sensors, for example by means of an acceleration sensor a shock caused to the contact strip as a result of a defect in the contact wire and a changing pressure force with a pressure sensor at the same time Time. Overall, it becomes possible to draw conclusions about the operating state of the overhead line by combining several measured values from sensors of the same or different types, and to describe this operating state in the form of characteristic values and/or other data that are suitable for describing the operating state document. In particular, no dedicated measurement run is required for this purpose, since the acquisition of the measured values can be carried out easily and repeatedly during regular operation.
Die Verarbeitungseinrichtung oder die Auswerteeinheit können eine Musteranalyse oder statistische Auswertung der über einen Zeitraum gespeicherten Messwerte und/oder Kennwerte durchführen und aus der Musteranalyse oder der statistischen Auswertung eine Kennzahl ableiten. So wird es möglich, durch die Musteranalyse eine Wechselbeziehung zwischen Messwerten, Kennwerten bzw. Datensätzen zu ermitteln, sofern diese vorliegt. Aus Wechselbeziehungen lassen sich regelmäßig Kausalzusammenhänge ableiten. Durch die Musteranalyse aufgefundene Korrelationen können in der einfachsten Ausführungsform des Verfahrens zur Ermittlung von Kausalzusammenhängen genutzt werden, deren Kenntnis wiederum für eine Optimierung eines Betriebs von Schienenfahrzeugen genutzt werden kann. Beispielsweise kann ein Auftreten eines Fehlers bei einem Streckenab schnitt einer Oberleitung mit einem bestimmten Typ eines Schienenfahrzeugs oder eines Stromabnehmers korrelieren. Dadurch wird es möglich, eine Ursache für den Fehler bzw. die Wirkbeziehung zwischen Schienenfahrzeug und Fehler zu ermitteln und gezielt abzustellen. Liegt eine ausreichende Menge an Daten vor, können diese mittels einer statistischen Auswertung untersucht werden, um sicherzustellen, dass es sich beispielswei se nicht um zufällig detektierte Ereignisse handelt. Gleichwohl ist es möglich, durch die statistische Auswertung eine Gewichtung beispielsweise eines Fehlers oder einer Häufigkeit sowie eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens des Fehlers zu berech- nen. Die Verarbeitungseinrichtung oder die Auswerteeinheit können die Messwerte unterschiedlicher Sensoren und/oder Kennwerte zueinander in Beziehung setzen und funktionale Abhängigkeiten der Messwerte und/oder Kennwerte mittels künstlicher Intelligenz ableiten. Es kann auch vorgesehen sein, die Musteranalyse mittels künstlicher Intelligenz durchzuführen. Die künstliche Intelligenz kann beispielsweise im Rahmen von maschinellem Lernen oder Deep Learning bzw. einer Klassifizierung von Daten verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können statistische Modelle mittels maschinellem Lernen (ML) erstellt werden. Die ermittelten Kennwerte können beim maschinellen Lernen als sogenannte Features oder Trainingsdaten genutzt werden, wobei Muster und/oder Gesetzmäßigkeiten in den Trainingsdaten erkannt werden können. Auch können funktionale Abhängigkeiten der Sensoren untereinander untersucht werden. Beispielsweise kann ein übertragener Strom in Bezug zu einer Temperatur gesetzt und möglicherweise so festgestellt werden, dass ein Fahrdraht vereist ist. Weiter kann beispielsweise über eine Musteranalyse der Messwerte und/oder Kennwerte eine im Vergleich zu einem intakten oder neuwertigen Fahrdraht dünnere Stelle eines Fahrdrahts erkannt und somit auf potentielle Fehlerquellen und/oder Ausfallquellen rückgeschlossen werden. So können auch eine Reihe weiterer Betrieb szustände und Ereignisse in Folge funktionaler Abhängigkeiten erkannt und interpretiert werden, beispielsweise Wechsel entlang eines Fahrdrahts sowie deren Relativposition, eine Steigung und Anzahl, ein Abheben der Schleifleiste von dem Fahrdraht und gegebenenfalls eine Funken- bzw. Lichtbogenbildung, ein Verschleiß der Schleifleiste in Folge mechanischer Reibung an dem Fahrdraht bzw. ein elektrischer Abbrand als Folge eines Anpressdrucks bzw. der Andruckkraft, insbesondere ein gemittelter Verschleiß über eine Strecke, Streckenab schnitte mit besonders hohem oder besonders niedrigem Verschleiß, eine Verschleißrate in Abhängigkeit eines Fahrverhaltens, wie bei spielsweise Beschleunigung oder Stillstandsstrombelastung, Schäden und/oder Positionsabweichungen von der Oberleitung bzw. dem Fahr- draht, eine Strombelastung, wie kurzzeitiger Überstrom, Kurzschlussstrom, Auslösen einer Schutzsicherung oder eines Kurzschließers im Fehlerfall, ein Zustand von Verschleißkomponenten des Stromabnehmers, wie beispielsweise Lager, Gelenke, strukturelle Elemente, ein Bruch der Schleifleiste, beispielsweise in Folge eines Aufpralls auf ein Hindernis, eine Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs. Auf diese zuvor beispielhaft genannten Zustände und Ereignisse kann entsprechend durch Instandhaltungsmaßnahmen, eine Anpassung des Fahrverhaltens des Schienenfahrzeugs oder andere geeignete Maßnahmen reagiert werden. The processing device or the evaluation unit can carry out a pattern analysis or statistical evaluation of the measured values and/or characteristic values stored over a period of time and derive a key figure from the pattern analysis or the statistical evaluation. This makes it possible to use pattern analysis to determine a correlation between measured values, characteristic values or data sets, if this exists. Causal connections can regularly be derived from interrelationships. Correlations found through the pattern analysis can be used in the simplest embodiment of the method to determine causal relationships, the knowledge of which can in turn be used to optimize the operation of rail vehicles. For example, the occurrence of a fault in a section of an overhead line can correlate with a specific type of rail vehicle or pantograph. This makes it possible to determine the cause of the error or the causal relationship between the rail vehicle and the error and to eliminate it in a targeted manner. If there is a sufficient amount of data, it can be examined using a statistical analysis to ensure that, for example, it is not a case of randomly detected events. Nevertheless, it is possible to use the statistical evaluation to calculate a weighting, for example, of an error or a frequency as well as a probability of the error occurring. The processing device or the evaluation unit can relate the measured values of different sensors and/or characteristic values to one another and derive functional dependencies of the measured values and/or characteristic values using artificial intelligence. Provision can also be made to carry out the pattern analysis using artificial intelligence. Artificial intelligence can be used, for example, in the context of machine learning or deep learning or data classification. According to a preferred embodiment, statistical models can be created using machine learning (ML). The determined characteristic values can be used in machine learning as so-called features or training data, whereby patterns and/or regularities can be recognized in the training data. Functional dependencies between the sensors can also be examined. For example, a transmitted current can be related to a temperature and possibly determined that a contact wire is icy. Furthermore, for example, a pattern analysis of the measured values and/or characteristic values can be used to identify a thinner part of a contact wire compared to an intact or new contact wire and thus draw conclusions about potential sources of error and/or failure. A number of other operating states and events can also be recognized and interpreted as a result of functional dependencies, for example changes along a contact wire and their relative position, a gradient and number, a lifting of the contact strip from the contact wire and, if necessary, the formation of sparks or arcs Wear of the contact strip as a result of mechanical friction on the contact wire or electrical erosion as a result of a contact pressure or the pressure force, in particular an averaged wear over a route, sections of the route with particularly high or particularly low wear, a wear rate depending on driving behavior, such as for example acceleration or standstill current load, damage and/or position deviations from the overhead line or the vehicle wire, a current load, such as short-term overcurrent, short-circuit current, tripping of a protective fuse or a short-circuiter in the event of a fault, a condition of wear components of the current collector, such as bearings, joints, structural elements, a break in the contact strip, for example as a result of an impact on an obstacle, a position, speed, acceleration and direction of travel of the rail vehicle. These states and events mentioned above as examples can be responded to accordingly through maintenance measures, an adjustment to the driving behavior of the rail vehicle or other suitable measures.
Zudem kann vorgesehen sein, dass mit der Verarbeitungseinrichtung oder der Auswerteeinheit Signale bzw. Messwerte von nicht dem Stromabnehmer zugehörigen Sensoren und/oder Kennwerte mit Signalen bzw. Messwerten von den dem Stromabnehmer zugehörigen Sensoren und/oder Kennwerte zueinander in Beziehung setzt. Beispielsweise durch eine ergänzende Berücksichtigung von Signalen bzw. Messwerten und/oder Kennwerten von Sensoren eines Erdungskontakts, einer Spurkranzschmierung, einer Wellenerdung, etc.. Prinzipiell ist es möglich mit der Verarbeitungseinrichtung alle an dem Schienenfahrzeug ermittelbaren Signale bzw. Messwerte auf diese Weise zu verarbeiten. In addition, it can be provided that the processing device or the evaluation unit relates signals or measured values from sensors and/or characteristic values not belonging to the current collector to signals or measured values from the sensors and/or characteristic values belonging to the current collector. For example, by additionally taking signals or measured values and/or characteristic values from sensors of a grounding contact, flange lubrication, shaft grounding, etc. into account. In principle, it is possible with the processing device to process all signals or measured values that can be determined on the rail vehicle in this way.
Mittels eines Positionssensors der Sensoreinrichtung kann eine Ortsposition des Stromabnehmers bestimmt werden, wobei die Ortsposition den Kennwerten oder den Messwerten eines weiteren Sensors der Sensoreinrichtung zugeordnet werden kann, wobei die Auswerteeinheit einen Zustand der Oberleitung bestimmen kann. Der Positionssensor kann beispielsweise über Satellitennavigation eine Position des Stromabnehmers und damit des Fahrzeugs bestimmen. So kann unter anderem festgestellt werden, an welchem Punkt einer Fahrstrecke ein bestimmter Messwert eines anderen Sensors der Sensoreinrichtung erfasst wurde. Hierdurch lässt sich einem Ereignis bzw. Messwert die betreffende Ortsposition zuordnen. Darüber hinaus ist es möglich mittels der Auswerteeinheit den Zustand der Oberleitung zu bestimmen, beispielsweise über eine Auswertung von Schwingungen des Stromabnehmers bzw. einer Wippeneinrichtung entlang der Oberleitung. So kann die Wippeneinrichtung ein verändertes Schwingungsverhalten aufweisen, wenn der Fahrdraht stark verschlissen ist. Auch können Absätze, Unterbrechungen und Rampen an dem Fahrdraht ermittelt und einer Position an der Fahrstrecke zugeordnet werden. Hierüber kann Einfluss auf eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs in den so lokalisierten Fahrabschnitten der Fahrtstrecke genommen werden. By means of a position sensor of the sensor device, a local position of the pantograph can be determined, wherein the local position can be assigned to the characteristic values or the measured values of a further sensor of the sensor device, whereby the evaluation unit can determine a state of the overhead line. The position sensor can, for example, determine a position of the pantograph and thus of the vehicle via satellite navigation. Among other things, it can be determined at which point on a route a specific measured value from another sensor of the sensor device was recorded. This allows the relevant location position to be assigned to an event or measured value. In addition, it is possible using the evaluation unit to determine the condition of the overhead line, for example by evaluating vibrations of the pantograph or a rocker device along the overhead line. The rocker device can have a changed vibration behavior if the contact wire is heavily worn. Steps, interruptions and ramps on the contact wire can also be determined and assigned to a position on the route. This can be used to influence the speed of the rail vehicle in the travel sections of the route located in this way.
Die Auswerteeinheit kann ein Datenmodell der Oberleitung entlang zumindest eines Streckenab schnitts eines Fahrwegs des Schienenfahrzeugs erstellen, wobei das Datenmodell eine Vielzahl von unterschiedlichen Ortspositionen des Streckenabschnitts mit j eweils zugeordneten Messwerten und/oder Kennwerten umfassen kann. Das Datenmodell kann in der Auswerteeinheit gespeichert werden und einen Verlauf der Oberleitung beschreibende Daten bzw. Dateien umfassen. Das Datenmodell kann eine grafische Wiedergabe bzw. Kartierung des Verlaufs der Oberleitung entlang des Fahrwegs oder in einer einfacheren Ausführungsform eine Liste, die beispielsweise Bauteile der Oberleitung umfasst, sein. Das Datenmodell kann die Vielzahl unterschiedlicher Ortspositionen des betreffenden Streckenabschnitts bzw. des Fahrwegs als j eweils Datensätze aufweisen, sodass die strukturellen Eigenschaften der Oberleitung von dem Datenmodell wiedergegeben sind. Den Ortspositionen bzw. Datensätzen können j eweils Messwerte und/oder Kennwerte zugeordnet sein. So kann beispielsweise das Datenmodell Angaben über einen Zickzack- Verlauf des Fahrdrahts mit einer Länge der jeweils geraden Abschnitte des Fahrdrahts umfassen. Diesen Zickzack-Verlauf kann eine Ortsposition bzw. eine Streckenlänge des Fahrwegs, bezogen auf einen Referenzpunkt, zugeordnet sein. Werden nun mittels Sensoren Messwerte oder mittels der Verarbeitungseinrichtung Kennwerte bestimmt, können diese einer Ortsposition des betreffenden Streckenab schnitts zugeordnet werden, wenn bei der betreffenden Messung die Ortsposition bekannt ist oder ermittelt wird. So können eventuelle Ereigni sse oder Fehlstellen im Zusammenhang mit der Oberleitung dokumentiert und über die Kenntnis der Ortsposition bei Bedarf vor Ort, beispielsweise zur Instandsetzung, genau aufgefunden werden. The evaluation unit can create a data model of the overhead line along at least one section of a route of the rail vehicle, wherein the data model can include a plurality of different location positions of the route section, each with assigned measured values and / or characteristic values. The data model can be stored in the evaluation unit and include data or files describing a course of the overhead line. The data model can be a graphical representation or mapping of the course of the overhead line along the route or, in a simpler embodiment, a list that includes, for example, components of the overhead line. The data model can have the large number of different locations of the relevant section or route as data sets, so that the structural properties of the overhead line are reflected by the data model. Measured values and/or characteristic values can each be assigned to the location positions or data sets. For example, the data model can include information about a zigzag course of the contact wire with a length of the straight sections of the contact wire. This zigzag course can be assigned a location position or a route length of the route, based on a reference point. If measured values are now determined using sensors or characteristic values are determined using the processing device, these can be assigned to a local position of the relevant section of the route if the local position is known for the relevant measurement or is determined. In this way, any events or defects in connection with the overhead line can be documented and, using knowledge of the location, can be precisely located on site if necessary, for example for repairs.
Weiter kann eine Anpassung des Datenmodells durch eine kontinuierliche und wiederholte Erfassung von Messwerten und/oder Kennwerten bei Fahrten des Schienenfahrzeugs entlang des Streckenab schnitts erfolgen. So kann vorgesehen sein, dass mit einem Stromabnehmer oder mehrerer dieser Stromabnehmer an einem oder unterschiedlichen Schienenfahrzeugen ein Fahrweg wiederholt befahren wird. Wenn dabei j eweils eine Erfassung von Messwerten und/oder Kennwerten durchgeführt wird, kann das in der Auswerteeinheit gespeicherte Datenmodell durch einen kontinuierlichen Abgleich verbessert werden. Beispielsweise einmalig auftretende Ereignisse werden als solche erkannt und können unberücksichtigt bleiben, wobei stets wiederkehrende Ereignisse auf eine besondere Eigenschaft oder ein Problem mit der Oberleitung oder dem Stromabnehmer bzw. dem Schienenfahrzeug an einer bestimmten Ortsposition schließen lassen. Auch kann durch die kontinuierliche Anpassung des Datenmodells eine Nutzungsintensität und ein damit zusammenhängender Verschleiß dokumentiert werden, was eine verbesserte Planung von Instandhaltungsmaßnahmen und Wartung ermöglicht. Auch kann die kontinuierliche Anpassung des Datenmodells zur Bestimmung der Ortsposition genutzt werden, derart, dass die Ortsposition eines Stromabnehmers durch die von dem Stromabnehmer während einer Fahrt gewonnenen Daten und deren Vergleich mit dem Datenmodell erfolgt. Furthermore, the data model can be adapted by continuously and repeatedly recording measured values and/or characteristic values as the rail vehicle travels along the route section. It can thus be provided that a route is repeatedly traveled on with one or more of these pantographs on one or different rail vehicles. If measurement values and/or characteristic values are recorded in each case, the data model stored in the evaluation unit can be improved through continuous comparison. For example, events that occur once are recognized as such and can be ignored, whereby recurring events indicate a special property or a problem with the overhead line or the pantograph or the rail vehicle at a certain location. By continuously adapting the data model, usage intensity and the associated wear and tear can also be documented, which enables improved planning of maintenance measures and servicing. The continuous adaptation of the data model can also be used to determine the location position, such that the location position of a pantograph is determined by the data obtained from the pantograph during a trip and their comparison with the data model.
Weiter kann eine Messeinheit verwendet werden, die unabhängig von dem Schienenfahrzeug an dem Stromabnehmer ausgebildet ist. Die Messeinheit kann dann örtlich und/oder funktional unabhängig von dem Schienenfahrzeug an den Stromabnehmer angeordnet bzw. integriert sein. Eine Verbindung von Messeinheit und Schienenfahrzeug ist daher nicht zwingend erforderlich. Insbesondere muss dann die Messeinheit auch nicht mit einem Niederspannungsnetz des Schienenfahrzeugs verbunden sein. Die Messeinheit und damit der Stromabnehmer werden so unabhängig von der Art des Schienenfahrzeugs und ohne eine besondere Zertifizierung eines Herstellers des Schienenfahrzeugs nutzbar. Gleichwohl kann optional vorgesehen sein, dass die Messeinheit mit dem Schienenfahrzeug, beispielsweise mit einem Fahrstand des Schienenfahrzeugs, verbunden ist, um Messwerte und/oder Kennwerte einem Fahrzeugführer zu signalisieren. Insbesondere kann ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen der Messeinheit und dem Schienenfahrzeug erfolgen. So kann in einem Fahrstand beispielsweise ein Verschleiß signalisiert oder im dem Fahrstand verfügbare Messwerte des Schienenfahrzeugs, wie eine Geschwindigkeit, von der Messeinheit verarbeitet werden. Vorzugsweise kann die Messeinheit j edoch autark von dem Schienenfahrzeug genutzt werden. Furthermore, a measuring unit can be used that is designed on the pantograph independently of the rail vehicle. The measuring unit can then be arranged or integrated locally and/or functionally independently of the rail vehicle on the pantograph. A connection between the measuring unit and the rail vehicle is therefore not absolutely necessary. In particular, the measuring unit must then also not be connected to a low-voltage network on the rail vehicle. The measuring unit and thus the pantograph can be used regardless of the type of rail vehicle and without any special certification from a manufacturer of the rail vehicle. Nevertheless, it can optionally be provided that the measuring unit is connected to the rail vehicle, for example to a control station of the rail vehicle, in order to signal measured values and/or characteristic values to a vehicle driver. In particular, a bidirectional data exchange can take place between the measuring unit and the rail vehicle. For example, wear can be signaled in a control station or measured values of the rail vehicle available in the control station, such as speed, can be processed by the measuring unit. However, the measuring unit can preferably be used independently of the rail vehicle.
Der Kennwert kann während eines Fährbetrieb s des Schienenfahrzeugs bestimmt werden, wenn die Schleiflei ste an dem Fahrdraht anliegt, wobei alternativ oder ergänzend der Kennwert während eines Standbetrieb s des Schienenfahrzeugs bestimmt werden kann, wobei die Schleifleiste in einer Ruheposition positioniert werden kann oder zwischen einer Kontaktposition an dem Fahrdraht und der Ruheposition am Schienenfahrzeug bewegt werden kann. Der Kennwert ist dann nur auf Basis der in der Ruheposition erfassbaren Messwerte bestimmbar. Bei einem Lösen der Schleifleiste von dem Fahrdraht oder bei einer Bewegung der Schleifleiste aus der Ruheposition am Schienenfahrzeug in Richtung auf den Fahrdraht wird die Schleifleiste zum Schwingen angeregt, wobei die Schleifleiste dann von äußeren Einflüssen im Wesentlichen unbeeinflusst schwingen kann. Hierdurch wird es beispielsweise möglich die Schwingung der Schleiflei ste zur Bestimmung des Verschleißzustandes heranzuziehen. The characteristic value can be determined during ferry operation of the rail vehicle when the contact strip is in contact with the contact wire, alternatively or additionally, the characteristic value can be determined during stationary operation of the rail vehicle, wherein the contact strip can be positioned in a rest position or between a contact position can be moved on the contact wire and the rest position on the rail vehicle. The characteristic value can then only be determined on the basis of the measured values that can be recorded in the rest position. When the contact strip is released from the contact wire or when the contact strip moves from the rest position on the rail vehicle in the direction of the contact wire, the contact strip is stimulated to oscillate, whereby the contact strip can then oscillate essentially unaffected by external influences. This makes it possible, for example, to use the vibration of the contact strip to determine the state of wear.
Der Stromabnehmer ist auf einem Dach eines Schienenfahrzeugs anord- bar und zur Energieübertragung von einem Fahrdraht einer Oberleitung auf das Schienenfahrzeug ausgebildet, wobei der Stromabnehmer eine Positioniervorrichtung mit einer daran angeordneten Schleifleiste umfasst, wobei die Positioniervorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Schleifleiste mittels der Positioniervorrichtung relativ zu dem Fahrdraht bewegbar und zur Ausbildung eines Schleifkontaktes mit einer Andruckkraft in einer Schleifkontaktlage gegen den Fahrdraht drückbar ist, wobei die Positioniervorrichtung eine Antriebseinrichtung und/oder eine Federeinrichtung aufweist, mittels der die Andruckkraft auf die Schleifleiste ausbildbar ist. Erfindungsgemäß weist der Stromabnehmer eine Energieversorgungseinheit und eine Messeinheit mit einer Messvorrichtung auf, wobei zumindest zwei Sensoren einer Sensoreinrichtung der Messvorrichtung in der Positioniervorrichtung und/oder der Schleifleiste angeordnet sind, und wobei die Energieversorgungseinheit zumindest die zur Energieversorgung der Sensoren der Sensoreinrichtung erforderliche elektrische Energie gewinnt, und wobei in der Schleifkontaktlage mittels der Sensoren j eweils Messwerte erfassbar sind, wobei mittels einer Verarbeitungseinrichtung der Messvorrichtung die Messwerte verarbeitbar sind, wobei mittels der Verarbeitungseinrichtung die Messwerte zueinander in Beziehung setzbar und ein einem Betrieb szustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung beschreibender Kennwert bestimmbar i st. Die Ausführungsformen und Vorteile des Stromabnehmers betreffend wird auf die vorangegangene Beschreibung des Verfahrens verwiesen. The pantograph can be arranged on a roof of a rail vehicle and is used to transmit energy from a contact wire on an overhead line on the rail vehicle, wherein the current collector comprises a positioning device with a contact strip arranged thereon, the positioning device being designed such that the contact strip can be moved relative to the contact wire by means of the positioning device and can be pressed against the contact wire with a pressure force in a sliding contact position to form a sliding contact is, wherein the positioning device has a drive device and / or a spring device, by means of which the pressure force on the contact strip can be formed. According to the invention, the current collector has an energy supply unit and a measuring unit with a measuring device, wherein at least two sensors of a sensor device of the measuring device are arranged in the positioning device and / or the contact strip, and wherein the energy supply unit generates at least the electrical energy required to supply the sensors of the sensor device with energy, and wherein measured values can be recorded in the sliding contact position by means of the sensors, the measured values being able to be processed by means of a processing device of the measuring device, the measured values being able to be related to one another by means of the processing device and a characteristic value describing an operating state of the pantograph and/or the overhead line being able to be determined is. Regarding the embodiments and advantages of the current collector, reference is made to the previous description of the method.
Es versteht sich, dass die zu dem Verfahren gemachten Ausführungen sich in äquivalenter Weise auf den erfindungsgemäßen Stromabnehmer sowie das erfindungsgemäße Überwachungssystem beziehen ohne für dieses separat genannt zu werden. It is understood that the statements made about the method refer in an equivalent manner to the current collector according to the invention and the monitoring system according to the invention without being mentioned separately for this.
Die Positioniervorrichtung des Stromabnehmers kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine die Schleifleiste halternde Wippeneinrichtung und einen am Schienenfahrzeug angeordneten Grundrahmen und eine zwischen Grundrahmen und Wippeneinrichtung angeordnete Gelenkeinrichtung aufweisen. Unter Verweis auf die obige Verfahrensbeschreibung kann zumindest ein Sensor in der Wippeneinrichtung und zumindest eine Energieversorgungseinrichtung an der Gelenkeinrichtung und/oder am Grundrahmen angeordnet sein. Bevorzugt sind an der Gelenkeinrichtung und/oder am Grundrahmen eine erste und eine zweite Energieversorgungseinrichtung angeordnet, wobei eine erste Energieversorgungseinrichtung Energie bei Betrieb des Stromabnehmers in einem Wechselstromnetz gewinnt und eine zweite Energieversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, Energie bei Betrieb des Stromabnehmers in einem Gleichstromnetz zu gewinnen. According to a preferred embodiment, the positioning device of the current collector can have a rocker device holding the contact strip and a base frame arranged on the rail vehicle and a rocker device arranged between the base frame and the rocker device Have joint device. With reference to the above method description, at least one sensor can be arranged in the rocker device and at least one energy supply device on the joint device and/or on the base frame. A first and a second energy supply device are preferably arranged on the joint device and/or on the base frame, with a first energy supply device generating energy when the current collector is operated in an AC network and a second energy supply device being designed to generate energy when the current collector is operated in a DC network.
An der Gelenkeinrichtung und/oder der Wippeneinrichtung der Positioniervorrichtung kann eine Datenkonzentratoreinrichtung angeordnet sein. In der Datenkonzentratoreinrichtung können Daten und/oder Messwerte verarbeitet und/oder gebündelt werden, um die weiterzuleitende Datenmenge zu reduzieren. Eine Datenkonzentratoreinrichtung kann mit zumindest zwei Sensoren und/oder Messvorrichtungen verbunden sein. Zudem kann eine Datenkonzentratoreinrichtung mit einer Mehrzahl an weiteren Datenkonzentratoreinrichtungen verbunden sein, wodurch sich die Datenmenge mehrerer vorgelagerter Datenkonzentratoreinrichtungen mittels einer Datenkonzentratoreinrichtung weiter verringern lässt. A data concentrator device can be arranged on the joint device and/or the rocker device of the positioning device. Data and/or measured values can be processed and/or bundled in the data concentrator device in order to reduce the amount of data to be forwarded. A data concentrator device can be connected to at least two sensors and/or measuring devices. In addition, a data concentrator device can be connected to a plurality of further data concentrator devices, whereby the amount of data from several upstream data concentrator devices can be further reduced by means of a data concentrator device.
Durch die Datenkonzentration und Datenkonzentratoreinrichtungen lässt sich eine baumartige Struktur der Verbindung zwischen den Komponenten einer Messeinheit bzw. eines Überwachungssystems erzeugen. Bevorzugt erfolgt die Datenübermittlung zwischen Messeinheiten, Sensoren und Datenkonzentratoreinrichtungen kabelgebunden, sodass sich auch eine baumartige Verkabelungsstruktur ergibt. Zumindest eine Datenkonzentratoreinrichtung kann mit einer Basiseinheit verbunden sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform können an der Wippeneinrichtung vier Sensoren, wobei bevorzugt zwei Sensoren einer Schleifleiste zugeordnet sind, angeordnet sein, wobei j e zwei Sensoren einer Datenkonzentratoreinrichtung zugeordnet sind. Das heißt mit anderen Worten, dass an der Wippeneinrichtung zwei Datenkonzentratoreinrich- tungen angeordnet sind, die mit j eweils zwei Sensoren verbunden sind und deren Datenmengen reduzieren. Eine weitere Datenkonzentratoreinrichtung kann am Knie der Gelenkeinrichtung angeordnet sein. Diese am Knie der Gelenkeinrichtung angeordnete Datenkonzentratoreinrichtung ist kabelgebunden mit der Basiseinheit verbunden, wobei die an der Basiseinheit ankommenden Daten bzw. Messwerte in der Basiseinheit weiterverarbeitet, reduziert und/oder weitergeleitet werden. Die Weiterleitung von Daten aus der Basiseinheit erfolgt bevorzugt kabellos. Through data concentration and data concentrator devices, a tree-like structure of the connection between the components of a measuring unit or a monitoring system can be created. The data transmission between measuring units, sensors and data concentrator devices is preferably carried out by cable, so that a tree-like cabling structure also results. At least one data concentrator device can be connected to a base unit. According to a particularly preferred embodiment, four sensors can be arranged on the rocker device, with two sensors preferably being assigned to a contact strip, with two sensors each being assigned to a data concentrator device. In other words, this means that there are two data concentrator devices on the rocker device. devices are arranged, which are each connected to two sensors and reduce their data volumes. A further data concentrator device can be arranged at the knee of the joint device. This data concentrator device arranged at the knee of the joint device is connected to the base unit by cable, with the data or measured values arriving at the base unit being further processed, reduced and/or forwarded in the base unit. The forwarding of data from the base unit is preferably wireless.
Es ist denkbar, dass die Basiseinheit der Messeinheit einen Drucksensor, einen Stromsensor und/oder ein Spannungssensor aufwei st. Somit kann mittels der Basiseinheit neben der Verarbeitung der von weiteren Sensoren erhaltenen Daten und deren Weiterleitung auch eine Datenaufnahme bzgl. Druck sowie Spannung und Strom erfolgen. Es ist auch denkbar, dass ein Drucksensor, ein Stromsensor und/oder ein Spannungssensor am Grundrahmen und/oder der Positioniervorrichtung angeordnet sind und deren Messwerte an die Basiseinheit zur Auswertung und/oder Weiterleitung übermittelt werden. It is conceivable that the base unit of the measuring unit has a pressure sensor, a current sensor and/or a voltage sensor. In addition to processing the data received from other sensors and forwarding them, the base unit can also be used to record data regarding pressure, voltage and current. It is also conceivable that a pressure sensor, a current sensor and/or a voltage sensor are arranged on the base frame and/or the positioning device and their measured values are transmitted to the base unit for evaluation and/or forwarding.
Ein Überwachungssystem kann eine Mehrzahl von Schienenfahrzeugen mit j eweils zumindest einem Stromabnehmer umfassen, wobei das Überwachungssystem eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung von Messwerten und/oder Kennwerten der Messeinheiten mehrerer Stromabnehmer umfasst. Wie zuvor bereits beschrieben wird es dadurch möglich, mit einer einzelnen Auswerteeinheit mehrere Stromabnehmer eines Schienenfahrzeugs oder mehrere Schienenfahrzeuge mit Stromabnehmern zu überwachen bzw. die betreffenden Stromabnehmer zu steuern. Gleichwohl kann vorgesehen sein, dass j eder Stromabnehmer eine Auswerteeinheit aufweist. Auch können die Schienenfahrzeuge jeweils eine Mehrzahl von Stromabnehmers aufweisen. Insgesamt wird es so möglich, mit dem Überwachungssystem Datensätze der Stromabnehmer, unabhängig von der Art der Datenverbindung, zu sammeln und auszuwerten. Das Überwachungssystem kann auch eine von den Stromabnehmern bzw. den Schienenfahrzeugen räumlich beabstandete Auswerteeinheit aufweisen, die fernab von einem Schienenfahrzeug stationär, beispielsweise in einem Gebäude, angeordnet sein kann. Durch die dann in der Auswerteeinheit gespeicherten Daten können sich dann beispielsweise auch Korrelationen zwischen einer Ortsposition, einem Erfassungszeitpunkt und gegebenenfall s ermittelten Fehlern der Stromabnehmer ergeben, beispielsweise kann dann einer Jahreszeit oder einer Fahrstrecke ein vergleichsweiser erhöhter Verschleiß oder ein bestimmter Fehler an dem Stromabnehmer oder der Oberleitung zugeordnet werden. A monitoring system can include a plurality of rail vehicles, each with at least one pantograph, the monitoring system comprising an evaluation unit for processing measured values and/or characteristic values of the measuring units of several pantographs. As previously described, this makes it possible to monitor multiple pantographs of a rail vehicle or multiple rail vehicles with pantographs or to control the pantographs in question with a single evaluation unit. Nevertheless, it can be provided that each pantograph has an evaluation unit. The rail vehicles can also each have a plurality of pantographs. Overall, this makes it possible to use the monitoring system to collect and evaluate data sets from the pantographs, regardless of the type of data connection. The monitoring system can also be one of the pantographs or the Rail vehicles have a spatially spaced evaluation unit, which can be arranged stationary away from a rail vehicle, for example in a building. The data then stored in the evaluation unit can then, for example, result in correlations between a local position, a detection time and, if necessary, determined errors in the pantograph. For example, a season or a route can then show comparatively increased wear or a specific error on the pantograph or the Catenary can be assigned.
Das Überwachungssystem kann eine oder eine Mehrzahl von Nutzereinheiten umfassen, die räumlich voneinander beabstandet sind. Die Datenverbindung bzw. Datenverbindungen zu den j eweiligen Nutzereinheiten können über ein externes Datennetzwerk ausgebildet werden. Die Nutzereinheit kann ein Computer sein, der unabhängig von dem Überwachungssystem ist. Dieser Computer kann ein stationärer Computer, ein Mobilfunkgerät oder dergleichen sein, mit dem sich die Datenverbindung zum Datenaustausch mit dem Überwachungssystem herstellen lässt. Der Datenaustausch kann beispielsweise über ein externes Datennetzwerk, wie das Internet, erfolgen. So können mit der Auswerteeinheit aufbereitete Daten über eine Ausgabevorrichtung einem erweiterten Nutzerkreis zur Verfügung gestellt werden. Die Ausgabevorrichtung kann beispielsweise durch einen Server mit einer Softwareanwendung ausgebildet sein, die die durch die Auswerteeinheit errechneten Ergebnisse und die in der Datenbank enthaltenen Informationen der j eweiligen Nutzereinheit übermittelt. Diese Übermittlung kann durch die Bereitstellung einer Internetseite mit ausgewählten Informationen, beispielsweise einer aktuellen Übersicht eines Bestands an Stromabnehmern, Oberleitungsstrecken und Schienenfahrzeugen. Die Informationen können Schienenfahrzeuge betreibenden Unternehmen j eweils individuell angepasst zur Verfügung gestellt werden. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen eines Überwachungssystems ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen des Verfahrens. The monitoring system may include one or a plurality of user units that are spatially spaced from one another. The data connection or data connections to the respective user units can be formed via an external data network. The user device can be a computer that is independent of the monitoring system. This computer can be a stationary computer, a mobile device or the like, with which the data connection for data exchange with the monitoring system can be established. The data exchange can take place, for example, via an external data network, such as the Internet. In this way, data prepared with the evaluation unit can be made available to an expanded group of users via an output device. The output device can, for example, be designed by a server with a software application that transmits the results calculated by the evaluation unit and the information contained in the database to the respective user unit. This transmission can be carried out by providing a website with selected information, for example a current overview of an inventory of pantographs, overhead lines and rail vehicles. The information can be made available to companies operating rail vehicles in an individually tailored manner. Further advantageous embodiments of a monitoring system result from the feature descriptions of the method.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 einen Stromabnehmer an einem Schienenfahrzeug in einer Seitenansicht; Fig. 1 shows a pantograph on a rail vehicle in a side view;
Fig. 2a eine Vorderansicht einer unbenutzten Schleifleiste; Fig. 2a is a front view of an unused contact strip;
Fig. 2b eine Vorderansicht der verschli ssenen Schleifleiste; Fig. 2b is a front view of the worn contact strip;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines abschnittsweisen Verlaufs eines Fahrdrahts; Fig. 3 is a schematic representation of a sectional course of a contact wire;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems mit einem Schienenfahrzeug; 4 shows a schematic representation of a monitoring system with a rail vehicle;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Messeinheit; 5 shows a schematic representation of a first embodiment of a measuring unit;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Messeinheit; 6 shows a schematic representation of a second embodiment of a measuring unit;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Überwachungssystems; 7 shows a schematic representation of another monitoring system;
Fig. 8 einen Stromabnehmer in perspektivischer Ansicht; 8 shows a current collector in a perspective view;
Fig. 9 den Stromabnehmer gemäß Fig. 8 in Seitenansicht; 9 shows the current collector according to FIG. 8 in a side view;
Fig. 10 den Stromabnehmer gemäß Fig. 8 in Ansicht von vorne; 10 shows the current collector according to FIG. 8 in a front view;
Fig. 11 den Stromabnehmer gemäß Fig. 8 in Draufsicht; Fig. 12 den Stromabnehmer gemäß Fig. 8 in einer weiteren perspektivischen Ansicht; 11 shows the pantograph according to FIG. 8 in a top view; 12 shows the current collector according to FIG. 8 in a further perspective view;
Fig. 13 den Grundrahmen des Stromabnehmers gemäß Fig. 8; Fig. 13 shows the base frame of the pantograph according to Fig. 8;
Fig. 14 einen Ab schnitt der Gelenkeinrichtung des Stromabnehmers gemäß Fig. 8; Fig. 14 shows a section of the joint device of the current collector according to Fig. 8;
Fig. 15 einen Ab schnitt der Wippeneinrichtung des Stromabnehmers gemäß Fig. 8 in perspektivischer Ansicht von unten; Fig. 15 shows a section of the rocker device of the pantograph according to Fig. 8 in a perspective view from below;
Fig. 16 einen Ab schnitt der Wippeneinrichtung des Stromabnehmers gemäß Fig. 8 in perspektivi scher Ansicht von oben; Fig. 16 shows a section of the rocker device of the pantograph according to Fig. 8 in a perspective view from above;
Fig. 17 eine an der Gelenkeinrichtung des Stromabnehmers gemäß Fig. 8 angeordnete Datenkonzentratoreinrichtung in perspektivischer Ansicht; 17 shows a perspective view of a data concentrator device arranged on the joint device of the current collector according to FIG. 8;
Fig. 18 eine schematische Darstellung einer Gleichstrom- Energieversorgungseinrichtung; Fig. 18 is a schematic representation of a direct current power supply device;
Fig. 19 eine am Grundrahmen des Stromabnehmers gemäß Fig. 8 angeordnete Wechselstrom-Energieversorgungseinrichtung in perspektivischer Ansicht; 19 shows a perspective view of an alternating current power supply device arranged on the base frame of the current collector according to FIG. 8;
Fig. 20 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Abrieb sensorik; 20 is a schematic representation of a first embodiment of an abrasion sensor system;
Fig. 21 einen Querschnitt durch eine Schleifleiste mit einer zweiten Ausführungsform einer Abriebsensorik; 21 shows a cross section through a contact strip with a second embodiment of abrasion sensor system;
Fig. 22 eine schematische Darstellung einer Baumstruktur einer Messeinheit; 22 shows a schematic representation of a tree structure of a measuring unit;
Fig. 23 die Basiseinheit einer Messeinheit in perspektivischer Ansicht; und Fig. 24 eine schematische Darstellung der Anwendungen eines externen Datennetzwerks. 23 shows the base unit of a measuring unit in a perspective view; and Fig. 24 is a schematic representation of the applications of an external data network.
Die Fig. 1 zeigt einen Stromabnehmer 10 auf einem Dach 1 1 eines hier nicht näher dargestellten Schienenfahrzeugs mit einer als Pantograph 12 ausgebildeten Positioniervorrichtung 13. An dem Pantograph 12 sind zwei Schleifleisten 14 an einer Wippeneinrichtung 15 quer zu einem Fahrdraht 16 angeordnet. Die Wippeneinrichtung 15 i st an der Gelenkeinrichtung 72 angeordnet. Der Grundrahmen 71 verbindet die Positioniervorrichtung 13 mit dem Dach 1 1 des Schienenfahrzeugs. Das Schienenfahrzeug bewegt sich mit einer Fahrtgeschwindigkeit VF relativ zum Fahrdraht 16, wobei die Schleifleisten 14 mit einer Andruckkraft FA quer bzw. orthogonal zum Fahrdraht 16 an diesen gedrückt werden. Die Schleifleiste 14 ist aus einem hier nicht näher dargestellten Kontaktelement aus Kohlenstoff und einem Schleifleistenhalter gebildet, wobei es durch die hier beschriebene Bewegung der Schleifleiste 14 an dem Fahrdraht 16 zu einem Abrieb des Kohlenstoffmaterials kommt. 1 shows a pantograph 10 on a roof 11 of a rail vehicle, not shown here, with a positioning device 13 designed as a pantograph 12. On the pantograph 12, two contact strips 14 are arranged on a rocker device 15 transversely to a contact wire 16. The rocker device 15 is arranged on the joint device 72. The base frame 71 connects the positioning device 13 to the roof 11 of the rail vehicle. The rail vehicle moves at a speed VF relative to the contact wire 16, with the contact strips 14 being pressed against the contact wire 16 with a pressure force FA transversely or orthogonally to the contact wire 16. The contact strip 14 is formed from a contact element made of carbon, not shown here, and a contact strip holder, with the movement of the contact strip 14 on the contact wire 16 described here causing abrasion of the carbon material.
Eine Zusammenschau der Fig. 2a bis 2b zeigt eine Schleifleiste 17 in verschiedenen Ansichten und Verschleißzuständen. Die Schleifleiste 17 ist im Wesentlichen aus einem Kontaktelement 18, welches aus Kohlenstoff bzw. Grafit besteht und einem Schleifleistenhalter 19 gebildet. Der Schleifleistenhalter 19 weist ein Profil 20 auf, welches regelmäßig aus Aluminium besteht, auf dem das Kontaktelement 18 befestigt ist. An dem Profil 20 sind Befestigungslager 21 ausgebildet, die zur Verbindung der Schleifleiste 17 mit einer hier nicht dargestellten Positioniervorrichtung dienen. A synopsis of FIGS. 2a to 2b shows a contact strip 17 in different views and states of wear. The contact strip 17 is essentially formed from a contact element 18, which consists of carbon or graphite, and a contact strip holder 19. The contact strip holder 19 has a profile 20, which regularly consists of aluminum, on which the contact element 18 is attached. Fastening bearings 21 are formed on the profile 20 and serve to connect the contact strip 17 to a positioning device, not shown here.
Die Fig. 2a zeigt die Schleifleiste 17 in einem neuen, das heißt unbenutzten Zustand, sodass eine Höhe HCN des Kontaktelements 18 bzw. HTN der Schleiflei ste 17 im Bereich einer Mitte 22 der Schleifleiste 17 unverändert ist bzw. einen maximalen Wert aufweist. Im Bereich der Befestigungslager 21 und der Mitte 22 sind hier nicht näher ersichtliche Beschleunigungssensoren einer Sensorvorrichtung eines Messsystems angebracht. 2a shows the contact strip 17 in a new, i.e. unused, state, so that a height HCN of the contact element 18 or HTN of the contact strip 17 in the area of a center 22 of the contact strip 17 is unchanged or has a maximum value. Around Acceleration sensors of a sensor device of a measuring system, which cannot be seen in more detail, are attached to the fastening bearing 21 and the center 22.
Die Fig. 2b zeigt die Schleifleiste 17 in einem verbrauchten Verschleißzustand, sodass eine Höhe HCW des Kontaktelements 18 bzw. eine Höhe HTW der Schleiflei ste 17 im Bereich der Mitte 22 aufgrund eines Abrieb s einer Oberfläche 23 des Kontaktelements 18 wesentlich reduziert ist. Hieraus resultiert ein verändertes Schwingungsverhalten der Schleifleiste 17, da ein Widerstandsmoment bzw. eine Masse der Schleifleiste 17 verändert bzw. reduziert ist. Im Bereich der Mitte 22 ist hier ein Abrieb des Kontaktelements 18 am stärksten, da ein hier nicht dargestellter Fahrdraht in einem Zickzack-Verlauf ausgebildet ist und während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs die Schleifleiste 17 an der Oberfläche 23 in einem Wechsel zwi schen äußeren Enden 24 des Kontaktelements 18 bzw. der Oberfläche 23 bestreicht. 2b shows the contact strip 17 in a worn-out state, so that a height HCW of the contact element 18 or a height HTW of the contact strip 17 in the area of the middle 22 is significantly reduced due to abrasion of a surface 23 of the contact element 18. This results in a changed vibration behavior of the contact strip 17, since a moment of resistance or a mass of the contact strip 17 is changed or reduced. In the area of the middle 22, abrasion of the contact element 18 is strongest here, since a contact wire, not shown here, is designed in a zigzag pattern and while the rail vehicle is moving, the contact strip 17 on the surface 23 alternates between outer ends 24 of the Contact element 18 or the surface 23 is coated.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrdrahts 25 relativ zu einem Fahrweg 26 und Schleifleisten 27 eines hier nicht näher dargestellten Stromabnehmers eines Schienenfahrzeugs. Der hier abschnittsweise dargestellte Fahrdraht 25 bildet relativ zu dem Fahrweg 26 einen Zickzack-Verlauf aus. Eine hier nicht näher dargestellte Oberleitung ist so beschaffen, dass der Fahrdraht an Befestigungspunkten 28 der Oberleitung gehaltert ist. Zwischen den Befestigungspunkten 28 verläuft der Fahrdraht 26 in im Wesentlichen geraden Abschnitten 29. Bei einer Fahrt des Schienenfahrzeugs entlang des Fahrwegs 26 bestreicht der Fahrdraht 25 die Schleifleisten 27 im Wechsel entlang ihrer Längserstre- ckung. Der Stromabnehmer ist hier mit einer Messeinheit mit einer Messvorrichtung und mit zumindest zwei Sensoren einer Sensoreinrichtung der Messvorrichtung ausgestattet. Mittels der Sensoren können Schwingungen der Schleifleisten 27 erfasst und mit einer Verarbeitungseinrichtung der Messvorrichtung diese Messwerte verarbeitet und zueinander in Bezug gesetzt werden. Die Verarbeitungseinrichtung kann daraus einen Betrieb szustand der Oberleitung bzw. einen Zickzack- Verlauf des Fahrdrahts 25 bestimmen bzw. berechnen. 3 shows a schematic representation of a contact wire 25 relative to a track 26 and contact strips 27 of a pantograph of a rail vehicle, not shown here. The contact wire 25 shown here in sections forms a zigzag course relative to the route 26. An overhead line, not shown here, is designed in such a way that the contact wire is held at fastening points 28 of the overhead line. Between the attachment points 28, the contact wire 26 runs in essentially straight sections 29. When the rail vehicle travels along the route 26, the contact wire 25 alternately brushes the contact strips 27 along their longitudinal extent. The current collector is here equipped with a measuring unit with a measuring device and with at least two sensors of a sensor device of the measuring device. Using the sensors, vibrations of the contact strips 27 can be detected and these measured values can be processed and related to one another using a processing device of the measuring device. The processing facility can from this determine or calculate an operating state of the overhead line or a zigzag course of the contact wire 25.
Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Überwachungssys- tems 30 zusammen mit einem Schienenfahrzeug 3 1 . Das Schienenfahrzeug verkehrt auf einem Gleis 32 und verfügt über Stromabnehmer 33 auf einem Dach 34 des Schienenfahrzeugs 3 1 , die mit einem Fahrdraht 35 kontaktierbar sind. Das Überwachungssystem 30 umfasst eine Mehrzahl von Messeinheiten 36 an den Stromabnehmern 33 mit j eweils einer Verarbeitungseinrichtung 37 und einer Messvorrichtung 38. Das Überwachungssystem umfasst weiter eine Auswerteeinheit 39, die Datensätze von den Messeinheiten 36 empfängt, speichert und verarbeitet. Die Auswerteeinheit 39 kann die Datensätze analysieren und ein Ergebnis der Analyse ausgeben. Die Messeinheiten 36 sind über Datenverbindungen 40, mittels derer über Funksignale Datensätze übermittelt werden, über ein externes Datennetzwerk 41 mit der Auswerteeinheit 39 verbunden. Dabei kann auch eine bidirektionale Übermittlung der Datensätze erfolgen. Die Verarbeitungseinrichtungen 37 erfassen Messwerte der Messeinheit 36 bzw. hier nicht näher dargestellte Sensoren an den Stromabnehmern 33 , setzen diese zueinander in Beziehung und bestimmen einen Betrieb szustand der Stromabnehmer 33 bzw. des Fahrdrahts 35 als ein Ergebnis. Dieses Ergebnis wird an die Auswerteeinheit 39, wie zuvor beschrieben, übermittelt. Prinzipiell ist hier eine Verbindung der Messeinheiten 36 mit dem externen Datennetzwerk 41 über eine einzige Datenverbindung möglich und ausreichend. Optional ist es auch möglich, unter Umgehung des externen Datennetzwerks 41 bzw. Datensätze direkt zwischen den Messeinheiten 36 und der Auswerteeinheit 39 auszutauschen. Die Messeinheiten 36 können auch mit einem Fahrstand 42 des Schienenfahrzeugs 3 1 verbunden sein, derart, dass die Ergebnisse und/oder Messwerte der Verarbeitungseinrichtung 37 einen Fahrzeugführer in dem Fahrstand 42 angezeigt werden können. Die Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Messeinheit 43. Die Messeinheit 43 i st aus einer Messvorrichtung 44 gebildet und umfasst weiter eine Auswerteeinheit 45. Die Messvorrichtung 44 umfasst ihrerseits eine Sensoreinrichtung 46 mit einer Mehrzahl von Sensoren 47, 48 und eine Verarbeitungseinrichtung 49. Darüber hinaus ist eine Versorgungseinrichtung 50 vorgesehen mittels der die Messvorrichtung 44 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Versorgungseinrichtung 50 kann ein Energiespeicher, ein Generator oder eine externe Energieversorgung, beispielsweise über ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrdraht, sein. Die Auswerteeinheit 45 wei st eine Datenbank 51 und eine Auswertevorrichtung 52 auf und empfängt Daten bzw. Messwerte und/oder Kennwerte von der Verarbeitungseinrichtung 49. Die Verarbeitungseinrichtung 49 erhält Messwerte von den Sensoren 47, 48 der Sensoreinrichtung 46 und verarbeitet diese. Die Messwerte betreffen Betrieb sparameter bzw. physikalische Messgrößen einer Andruckvorrichtung eines hier nicht dargestellten Stromabnehmers in Art des in der Fig. 1 beispiel shaft dargestellten Stromabnehmers. Die Verarbeitungseinrichtung 49 verarbeitet die Messwerte derart, dass sie diese in Beziehung setzt und ein einen Betriebszustand des betreffenden Stromabnehmers und/oder einer Oberleitung beschreibender Kennwert ermittelt wird. Die j eweils ermittelten Kennwerte werden fortlaufend oder sukzessive von der Verarbeitungseinrichtung 49 an die Auswerteeinheit 45 übermittelt und dort in der Datenbank 51 gespeichert bzw. mit der Auswertevorrichtung 52 weiterverarbeitet bzw. aufbereitet. 4 shows a schematic representation of a monitoring system 30 together with a rail vehicle 3 1 . The rail vehicle runs on a track 32 and has pantographs 33 on a roof 34 of the rail vehicle 31, which can be contacted with a contact wire 35. The monitoring system 30 comprises a plurality of measuring units 36 on the current collectors 33, each with a processing device 37 and a measuring device 38. The monitoring system further comprises an evaluation unit 39 which receives, stores and processes data sets from the measuring units 36. The evaluation unit 39 can analyze the data sets and output a result of the analysis. The measuring units 36 are connected to the evaluation unit 39 via an external data network 41 via data connections 40, by means of which data sets are transmitted via radio signals. A bidirectional transmission of the data sets can also take place. The processing devices 37 record measured values from the measuring unit 36 or sensors (not shown here) on the pantographs 33, relate them to one another and determine an operating state of the pantographs 33 or the contact wire 35 as a result. This result is transmitted to the evaluation unit 39, as described above. In principle, a connection of the measuring units 36 to the external data network 41 via a single data connection is possible and sufficient. Optionally, it is also possible to exchange data sets directly between the measuring units 36 and the evaluation unit 39, bypassing the external data network 41. The measuring units 36 can also be connected to a control station 42 of the rail vehicle 31, such that the results and/or measured values of the processing device 37 can be displayed to a vehicle driver in the control station 42. 5 is a schematic representation of a first embodiment of a measuring unit 43. The measuring unit 43 is formed from a measuring device 44 and further comprises an evaluation unit 45. The measuring device 44 in turn comprises a sensor device 46 with a plurality of sensors 47, 48 and a Processing device 49. In addition, a supply device 50 is provided by means of which the measuring device 44 is supplied with electrical energy. The supply device 50 can be an energy storage device, a generator or an external energy supply, for example via a rail vehicle or a contact wire. The evaluation unit 45 has a database 51 and an evaluation device 52 and receives data or measured values and / or characteristic values from the processing device 49. The processing device 49 receives measured values from the sensors 47, 48 of the sensor device 46 and processes them. The measured values relate to operating parameters or physical measured variables of a pressure device of a current collector, not shown here, in the manner of the current collector shown in the example shaft in FIG. The processing device 49 processes the measured values in such a way that it relates them and a characteristic value describing an operating state of the relevant pantograph and/or an overhead line is determined. The respective determined characteristic values are continuously or successively transmitted from the processing device 49 to the evaluation unit 45 and stored there in the database 51 or further processed or prepared with the evaluation device 52.
Die Fig. 6 zeigt eine weitere Messeinheit 53 , bei der im Unterschied zur Messeinheit aus der Fig. 5 die Verarbeitungseinrichtung 49 Daten an eine Steuervorrichtung 54 übermittelt. Die Steuervorrichtung 54 ist aus einer Regeleinrichtung 55 und einer Positioniervorrichtung 56 gebildet, wobei die Regeleinrichtung 55 einen hier nicht näher dargestellten Aktor der Positioniervorrichtung 56 in Abhängigkeit der übermittelten Daten regelt. So wird mittels der Regeleinrichtung 55 eine Andruckkraft eines Schleifstücks eines Stromabnehmers, der die Positioniervorrichtung 56 umfasst, so geregelt, dass ein Abheben des Schleifstücks von einer Stromschiene im Wesentlichen verhindert wird. 6 shows a further measuring unit 53, in which, in contrast to the measuring unit from FIG. 5, the processing device 49 transmits data to a control device 54. The control device 54 is formed from a control device 55 and a positioning device 56, the control device 55 regulating an actuator of the positioning device 56, not shown here, depending on the transmitted data. Thus, by means of the control device 55, a contact force of a contact piece of a current collector, which is the positioning device 56 includes, regulated in such a way that the contact piece is essentially prevented from being lifted off a busbar.
Die Fig. 7 zeigt ein Überwachungssystem 57 mit einer Messeinheit 58.7 shows a monitoring system 57 with a measuring unit 58.
Das Überwachungssystem 57 kann eine Mehrzahl von Messeinheiten 58 aufweisen. Die Messeinheit 58 weist im Unterschied zu der Messeinheit aus Fig. 6 eine Messvorrichtung 59 auf, die eine Übermittlungseinrichtung 60 umfasst. Die Übermittlungseinrichtung 60 empfängt von der Verarbeitungseinrichtung 49 Daten bzw. Messwerte und/oder Kennwerte und übermittelt diese an die Steuervorrichtung 54. Weiter besteht zwischen der Übermittlungseinrichtung 60 und einem externen Datennetzwerk 61 eine Datenverbindung 62 mit der über Funksignale Messwerte und/oder Kennwerte übermittelt werden. Über eine weitere Datenverbindung 63 ist eine Auswerteeinheit 64 mit einer Datenbank 65 und einer Auswertevorrichtung 66 an das externe Datennetzwerk 61 angeschlossen und tauscht über das externe Datennetzwerk 61 mit der Übermittlungseinrichtung 60 Daten bzw. Messwerte und/oder Kennwerte aus. Prinzipiell ist es auch möglich über eine direkte Datenverbindung 62 unter Umgehung des externen Datennetzwerks 61 diese Daten direkt auszutauschen. Darüber hinaus ist eine Nutzereinheit 68 vorgesehen, die mit einer weiteren Datenverbindung 69 mit dem externen Datennetzwerk 61 verbunden ist. Die Nutzereinheit 69 kann so Daten mit der Auswerteeinheit 64 austauschen, d.h. von der Auswerteeinheit 64 aufbereitete Daten der Messeinheiten 58 können über die Nutzereinheit 68 ausgegeben bzw. dargestellt und zur weiteren Nutzung zur Verfügung gestellt werden. Die Nutzereinheit 68 kann auch über eine direkte Datenverbindung 70 mit der Auswerteeinheit 64 direkt verbunden sein. Insgesamt wird es so möglich über an hier nicht dargestellten Stromabnehmern befestigten Sensoren 47, 48 Messwerte zu gewinnen und diese zur unmittelbaren Steuerung bzw. Regelung der j eweiligen Stromabnehmer mittels der Steuervorrichtung 54 zu nutzen. Weiter können diese Daten über das externe Datennetzwerk 61 , beispiel sweise das Internet, an die Auswerteeinheit 64 zur Speicherung und Auswertung übergeben werden. Funkti- onale Zusammenhänge der Daten können so genutzt, ausgewertet und interpretiert werden. Die Ergebnisse dieser Auswertungen können über die Nutzereinheit 68 einem Endanwender zur Verfügung gestellt werden. The monitoring system 57 can have a plurality of measuring units 58. In contrast to the measuring unit from FIG. 6, the measuring unit 58 has a measuring device 59 which includes a transmission device 60. The transmission device 60 receives data or measured values and/or characteristic values from the processing device 49 and transmits these to the control device 54. There is also a data connection 62 between the transmission device 60 and an external data network 61, with which measured values and/or characteristic values are transmitted via radio signals. An evaluation unit 64 with a database 65 and an evaluation device 66 is connected to the external data network 61 via a further data connection 63 and exchanges data or measured values and/or characteristic values with the transmission device 60 via the external data network 61. In principle, it is also possible to exchange this data directly via a direct data connection 62, bypassing the external data network 61. In addition, a user unit 68 is provided, which is connected to the external data network 61 with a further data connection 69. The user unit 69 can thus exchange data with the evaluation unit 64, ie data from the measuring units 58 processed by the evaluation unit 64 can be output or displayed via the user unit 68 and made available for further use. The user unit 68 can also be directly connected to the evaluation unit 64 via a direct data connection 70. Overall, it becomes possible to obtain measured values via sensors 47, 48 attached to current collectors (not shown here) and to use these for direct control or regulation of the respective current collectors by means of the control device 54. Furthermore, this data can be transferred to the evaluation unit 64 for storage and evaluation via the external data network 61, for example the Internet. Function onal connections of the data can be used, evaluated and interpreted. The results of these evaluations can be made available to an end user via the user unit 68.
Fig. 8 zeigt einen Stromabnehmer 10, der im Wesentlichen aus einem Grundrahmen 71 einer Positioniervorrichtung 13 sowie einer die Schleiflei sten 14 halternden Wippeneinrichtung 15 aufgebaut ist. Die Positioniervorrichtung 13 umfasst eine Gelenkeinrichtung 72, die einen Oberarm 84 und einen Unterarm 85, welche gelenkig miteinander verbunden sind, aufweist. Der Unterarm 85 ist gelenkig mit einem Grundrahmen 71 des Stromabnehmers 10 verbunden, während der Oberarm 84 mit der Wippeneinrichtung 15 verbunden ist. Weiter wei st der Stromabnehmer 10 eine am Grundrahmen angeordnete Antriebseinrichtung 73 und Federeinrichtung 74 auf. Der von den Schleifleisten 14 vom Fahrdraht abgegriffene Strom wird über eine als Stromband ausgebildete elektri sche Leitung 78, die über die Wippeneinrichtung 15, den Oberarm 84, den Unterarm 85 und den Grundträger 71 zu dem mit Energie zu versorgenden, hier nicht dargestellten, Schienenfahrzeug verlegt ist. Der durch das Stromband 78 abfließende Strom bzw. die anliegende Spannung wird von einer Energieversorgungseinheit 50 zur Energieversorgung der am Stromabnehmer 10 angeordneten Sensoren 47 genutzt werden. Die Energieversorgungseinheit 50 kann eine erste Energieversorgungseinrichtung 75 und eine zweite Energieversorgungseinrichtung 76 umfassen. Die erste Energieversorgungseinrichtung 75 ist dazu ausgebildet, aus einem Wechselstrom die zumindest zur Energieversorgung der Sensoren 47 der Sensoreinrichtung 46 erforderliche elektrische Energie zu gewinnen. Die zweite Energieversorgungseinrichtung 76 gewinnt die zur Energieversorgung der Sensoren 47 der Sensoreinrichtung 46 erforderliche elektrische Energie anhand eines am Stromabnehmer 10 anliegenden Gleichstroms. Die erste Energieversorgungseinrichtung 75 wird anhand Fig. 19 näher erläutert, während die zweite Energieversorgungseinrichtung 76 anhand Fig. 18 näher erläutert wird. Aus Fig. 8 ist weiter die Basiseinheit 80 ersichtlich, die gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel zumindest einen Anschluss für eine vom Unterarm 85 der Positioniervorrichtung 13 kommende Datenleitung 88, einen Anschluss für die Energieversorgungseinheit 50 sowie einen Anschluss für eine von einem Drucksensor 81 kommende Datenleitung 88 aufweist. Der Drucksensor 81 ist an einer Druckleitung 79 der Positioniervorrichtung 13 angeordnet, wodurch bei vom Drucksensor 81 erfasste Druckänderungen in der Druckleitung 79 Rückschlüsse auf einen Betrieb der Positioniervorrichtung 13 und/oder die Höhe der mit der Positioniervorrichtung 13 verbundenen Schleifleisten 14 möglich sind. Die zweite Energieversorgungseinrichtung 76 umfasst eine an der Basiseinheit 80 angeschlossene Bypass- Leitung 87. Fig. 8 shows a current collector 10, which is essentially constructed from a base frame 71 of a positioning device 13 and a rocker device 15 holding the contact strips 14. The positioning device 13 includes a joint device 72, which has an upper arm 84 and a lower arm 85, which are connected to one another in an articulated manner. The forearm 85 is connected in an articulated manner to a base frame 71 of the current collector 10, while the upper arm 84 is connected to the rocker device 15. The current collector 10 also has a drive device 73 and a spring device 74 arranged on the base frame. The current tapped from the contact wire by the contact strips 14 is routed via an electrical line 78 designed as a current strip, which runs via the rocker device 15, the upper arm 84, the lower arm 85 and the base support 71 to the rail vehicle to be supplied with energy, not shown here is. The current flowing through the current band 78 or the applied voltage will be used by an energy supply unit 50 to supply energy to the sensors 47 arranged on the current collector 10. The power supply unit 50 may include a first power supply device 75 and a second power supply device 76. The first energy supply device 75 is designed to generate the electrical energy required at least to supply the sensors 47 of the sensor device 46 from an alternating current. The second energy supply device 76 obtains the electrical energy required to supply the sensors 47 of the sensor device 46 using a direct current applied to the current collector 10. The first energy supply device 75 is explained in more detail with reference to FIG. 19, while the second energy supply device 76 is explained in more detail with reference to FIG. 18. From Fig. 8 the base unit 80 can also be seen, which according to the present exemplary embodiment has at least one connection for a data line 88 coming from the forearm 85 of the positioning device 13, a connection for the energy supply unit 50 and a connection for a data line 88 coming from a pressure sensor 81. The pressure sensor 81 is arranged on a pressure line 79 of the positioning device 13, whereby conclusions about the operation of the positioning device 13 and/or the height of the contact strips 14 connected to the positioning device 13 are possible when pressure changes in the pressure line 79 are detected by the pressure sensor 81. The second energy supply device 76 includes a bypass line 87 connected to the base unit 80.
Die Fig. 9 bis 17 zeigen in Zusammenschau, insbesondere auch in Zusammenschau mit Fig. 8, den Aufbau eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers 10. Insbesondere den Fig. 9 bis 13 ist zu entnehmen, dass am Grundrahmen 71 des Stromabnehmers 10, über den der Stromabnehmer 10 mit dem Dach 34 eines Schienenfahrzeugs verbunden ist, eine Basiseinheit 80 angeordnet ist. Die Datenleitung 88 sowie die Bypass-Leitung 87 der zweiten Energieversorgungseinrichtung 76 verlaufen entlang der Gelenkeinrichtung 72 über den Grundrahmen 71 zur Basiseinheit 80. Um den Datentransfer zur Basiseinheit 80 zu reduzieren, sind drei Datenkonzentratoreinrichtungen 77, die zur Datenkonzentration ausgebildet sind, am Stromabnehmer 10 angeordnet. Konkret ist eine Datenkonzentratoreinrichtung 77 im Bereich des Gelenks zwischen Oberarm 84 und Unterarm 85 der Gelenkeinrichtung 72 angeordnet. Zwei weitere Datenkonzentratoreinrichtungen 77 sind an der Wippeneinrichtung 15 angeordnet. In den Datenkonzentratoreinrichtungen 77, die an der Wippeneinrichtung 15 angeordnet sind, können die Daten zumindest zweier Sensoren 47, die über eine Datenleitung 88 mit einer Datenkonzentratoreinrichtung 77 verbunden sind, konzentriert werden. Die Sensoren 47 sind als Bewegungssensoren ausgebildet, wobei j e zwei Sensoren 47 an einer Schleifleiste angeordnet sind. Die als Bewegungssensoren ausgebildeten Sensoren 47 können zumindest Beschleunigungen und Rotationen in drei Achsen messen. Die Datenkonzentratoreinrichtung 77 kann neben der Datenkonzentration auch der Messwertaufnahme dienen. So kann die Datenkonzentratoreinrichtung 77 einen Bewegungssensor aufweisen, der Beschleunigungen und Rotationen in drei Achsen misst. Zudem kann auch die Basiseinheit 80 einen Bewegungssensor, der Beschleunigungen und Rotationen in drei Achsen misst, aufweisen. Insgesamt können am Stromabnehmer 10 somit zumindest acht Bewegungssensoren angeordnet sein, die in einer Baumstruktur über Datenleitungen 88 verbunden sind. Dies wird mit Fig. 22 nochmals beschrieben. Die Basiseinheit 80 kann die Verarbeitungseinrichtung 37 umfassen, in der die Messwerte der Messeinheit 36 bzw. der Sensoren 47 und der Datenkonzentratoreinrichtung 77 zueinander in Funktion gesetzt werden und ein Betriebszustand des Stromabnehmers 10 bzw. eines hier nicht dargestellten Fahrdrahts 25 bestimmt wird. Die Messeinheit 36 kann weiter einen Drucksensor 81 umfassen, der am Grundrahmen 71 angeordnet ist. Der Drucksensor 81 misst den Druck in einer Druckleitung 79 einer Antriebseinrichtung 73 oder Federeinrichtung 74 des Stromabnehmers 10. Die Daten des Drucksensors 81 werden über eine Datenleitung 88 der Basiseinheit 80 zugeführt. Die Basiseinheit 80 kann die Messwerte oder die von der Verarbeitungseinrichtung 37 bestimmten Kennwerte an ein hier nicht dargestelltes externes Datennetzwerk 41 oder eine Auswerteeinheit 39 weiterleiten. Die Energieversorgung des Überwachungssystems, insbesondere die Energieversorgung der von der Messeinheit 36 umfassten Sensoren 47 und Datenkonzentratoreinrichtungen 77, kann j e nach Betrieb des Stromabnehmers 10 über die erste Energieversorgungseinrichtung 75 oder die zweite Energieversorgungseinrichtung 76 erfolgen. Die erste Energieversorgungseinrichtung 75 ist als Wechselstrom- Energieversorgungseinrichtung ausgebildet und wird bei Betrieb des Stromabnehmers 10 in einem Wechselstromnetz genutzt wird. Die erste Energieversorgungseinrichtung 75 ist am Grundrahmen 71 angeordnet und umfasst zumindest eine Ringkernspule 93 und einen Bolzen 94. Näher beschrieben wird die erste Energieversorgungseinrichtung 75 unter Bezug auf die Fig. 19. Zum Betrieb des Stromabnehmers 10 in einem Gleichstromnetz wird die zweite al s Gleichstrom- Energieversorgungseinrichtung ausgebildete Energieversorgungseinrichtung 76 verwendet. Die zweite Energieversorgungseinrichtung 76 umfasst eine von der Wippeneinrichtung 15 zur Basiseinheit 80 verlaufende Bypass-Leitung 87. Unter Verweis auf Fig. 18 wird die zweite Energieversorgungseinrichtung 76 nochmals beschrieben. 9 to 17 show in conjunction, in particular also in conjunction with FIG. 8, the structure of a current collector 10 according to the invention. In particular from FIGS is connected to the roof 34 of a rail vehicle, a base unit 80 is arranged. The data line 88 and the bypass line 87 of the second energy supply device 76 run along the joint device 72 over the base frame 71 to the base unit 80. In order to reduce the data transfer to the base unit 80, three data concentrator devices 77, which are designed for data concentration, are arranged on the current collector 10 . Specifically, a data concentrator device 77 is arranged in the area of the joint between the upper arm 84 and forearm 85 of the joint device 72. Two further data concentrator devices 77 are arranged on the rocker device 15. The data from at least two sensors 47, which are connected to a data concentrator device 77 via a data line 88, can be concentrated in the data concentrator devices 77, which are arranged on the rocker device 15. The sensors 47 are designed as motion sensors, with two sensors 47 each being arranged on a contact strip. The sensors 47 designed as motion sensors can detect at least accelerations and rotations in three Measure axes. In addition to data concentration, the data concentrator device 77 can also be used to record measured values. The data concentrator device 77 can have a motion sensor that measures accelerations and rotations in three axes. In addition, the base unit 80 can also have a motion sensor that measures accelerations and rotations in three axes. Overall, at least eight motion sensors can be arranged on the current collector 10, which are connected in a tree structure via data lines 88. This is described again with FIG. 22. The base unit 80 can include the processing device 37, in which the measured values of the measuring unit 36 or the sensors 47 and the data concentrator device 77 are put into operation with one another and an operating state of the pantograph 10 or a contact wire 25, not shown here, is determined. The measuring unit 36 can further include a pressure sensor 81, which is arranged on the base frame 71. The pressure sensor 81 measures the pressure in a pressure line 79 of a drive device 73 or spring device 74 of the current collector 10. The data from the pressure sensor 81 are fed to the base unit 80 via a data line 88. The base unit 80 can forward the measured values or the characteristic values determined by the processing device 37 to an external data network 41 (not shown here) or an evaluation unit 39. The energy supply to the monitoring system, in particular the energy supply to the sensors 47 and data concentrator devices 77 included in the measuring unit 36, can take place via the first energy supply device 75 or the second energy supply device 76, depending on the operation of the current collector 10. The first energy supply device 75 is designed as an AC energy supply device and is used when the current collector 10 is operated in an AC network. The first energy supply device 75 is arranged on the base frame 71 and comprises at least one toroidal core coil 93 and a bolt 94. The first energy supply device 75 is described in more detail with reference to Fig. 19. To operate the current collector 10 in a direct current network, the second energy supply device 76 designed as a direct current energy supply device is used. The second energy supply device 76 includes a bypass line 87 running from the rocker device 15 to the base unit 80. The second energy supply device 76 will be described again with reference to FIG. 18.
Anhand der Fig. 17 kann beispielhaft die Befestigung einer Datenkonzentratoreinrichtung 77 an der Positioniervorrichtung 13 beschrieben werden. Gemäß der mit Fig. 17 gezeigten Ausführungsform ist die Datenkonzentratoreinrichtung 77 am Unterarm 85, im Bereich der gelenkigen Verbindung mit dem Oberarm 84 der Gelenkeinrichtung 72 angeordnet. Die plattenförmig ausgebildete Montagevorrichtung 90, über die die Datenkonzentratoreinrichtung 77 mit dem Unterarm 85 verbunden ist, ist mittels Schellen 89 am Unterarm 85 befestigt. Weiter i st aus Fig. 17 ersichtlich, dass eine von der Wippeneinrichtung 15 kommende über den Oberarm 84 geführte Datenleitung 88 in der Datenkonzentratoreinrichtung 77 endet und eine weitere Datenleitung von der Datenkonzentratoreinrichtung 77 in Richtung des hier nicht gezeigten Grundrahmens 71 und der Basiseinheit 80 abgeht. Using Fig. 17, the attachment of a data concentrator device 77 to the positioning device 13 can be described as an example. According to the embodiment shown in FIG. 17, the data concentrator device 77 is arranged on the forearm 85, in the area of the articulated connection with the upper arm 84 of the joint device 72. The plate-shaped mounting device 90, via which the data concentrator device 77 is connected to the forearm 85, is attached to the forearm 85 by means of clamps 89. 17 shows that a data line 88 coming from the rocker device 15 and guided over the upper arm 84 ends in the data concentrator device 77 and another data line goes off from the data concentrator device 77 in the direction of the base frame 71 (not shown here) and the base unit 80.
Fig. 18 zeigt schematisch die Funktionsweise der zweiten Energieversorgungseinrichtung 76, die, wie insbesondere aus einer Zusammenschau mit den Fig. 8 bis 13 hervorgeht, an der Positioniervorrichtung 13 angeordnet ist. Es ist bekannt, dass zur Energieversorgung eines hier nicht dargestellten Schienenfahrzeugs durch Energieübertragung vom Fahrdraht zum Schienenfahrzeug eine vorliegend als Stromband ausgebildete elektrische Leitung 78 von der Wippeneinrichtung 15 zum Grundrahmen 71 und von dort weiter zum Schienenfahrzeug führt. Diese elektrische Leitung 78 hat einen relativ geringen Widerstand, bevorzugt im Milliohm-Bereich und im Betrieb kann aufgrund dieses Widerstands j e nach Stromstärke des durch die elektrische Leitung 78 fließenden Stroms über diese elektrische Leitung 78 eine Spannung von mehreren 100 Millivolt abfallen. Diese Spannung kann mittels der zweiten Energieversorgungseinrichtung 76 abgegriffen und zur Energieversorgung des Überwachungssystems 30, insbesondere der Messeinheit 36 genutzt werden. Hierzu umfasst die zweite Energieversorgungseinrichtung 76 eine Bypass-Leitung 87, die bevorzugt als ein Kabel mit einem Querschnitt von 16 mm2 ausgebildet ist. Die Bypass-Leitung 87 wird erfindungsgemäß entlang der Gelenkeinrichtung 72 von der Wippeneinrichtung 15 zur Basiseinheit 80 verlegt. Eine weitere al s Kabel ausgebildete Kontaktierleitung 91 , die bevorzugt kürzer ist als die Bypass-Leitung 87, wird genutzt, um die Basiseinheit mit dem Grundrahmen 71 elektrisch zu kontaktieren. Somit ergibt sich eine Parallelschaltung mit einem im Vergleich zur als Stromband ausgebildeten elektrischen Leitung 78 relativ hochohmigen Widerstand, wodurch eine zur Energieversorgung der Messeinheit 36 ausreichende Spannung abgegriffen werden kann. 18 shows schematically the operation of the second energy supply device 76, which, as can be seen in particular from a synopsis with FIGS. 8 to 13, is arranged on the positioning device 13. It is known that in order to supply energy to a rail vehicle (not shown here) by transmitting energy from the contact wire to the rail vehicle, an electrical line 78, which is designed as a current band, leads from the rocker device 15 to the base frame 71 and from there on to the rail vehicle. This electrical line 78 has a relatively low resistance, preferably in the milliohm range, and during operation, due to this resistance, depending on the current strength of the current flowing through the electrical line 78 Current over this electrical line 78 a voltage of several 100 millivolts drops. This voltage can be tapped by means of the second energy supply device 76 and used to supply energy to the monitoring system 30, in particular the measuring unit 36. For this purpose, the second energy supply device 76 includes a bypass line 87, which is preferably designed as a cable with a cross section of 16 mm 2 . According to the invention, the bypass line 87 is laid along the joint device 72 from the rocker device 15 to the base unit 80. A further contacting line 91 designed as a cable, which is preferably shorter than the bypass line 87, is used to electrically contact the base unit with the base frame 71. This results in a parallel connection with a relatively high resistance compared to the electrical line 78 designed as a current band, whereby a voltage sufficient to supply the measuring unit 36 with energy can be tapped.
Aus Fig. 19 ist, in Zusammenschau mit den Fig. 8 bis 13, die Funktionsweise der ersten Energieversorgungeinrichtung 75, die bei Betrieb des Stromabnehmers 10 in einem Wechselstromnetz verwendet wird, ersichtlich. Die Ringkernspule 93 sowie der Bolzen 94 der ersten Energieversorgungseinrichtung 75 sind mittels einer Haltevorrichtung am Grundrahmen 71 befestigt. Die Befestigung erfolgt an der Stelle am Grundrahmen, an der der Strom mittels der als Stromband ausgebildeten elektrischen Leitung 78 vom Unterarm 85 der Gelenkeinrichtung 72 an den Grundrahmen 71 übergeben wird. Die Ringkernspule 93 ist über den Bolzen 94 geschoben und an den Bolzen 94 ist mittel s eines Kabelschuhs die elektrische Leitung 78 angeschlossen. Somit fließt bei Betrieb des Stromabnehmers 10 in einem Wechsel stromnetz ein Wechselstrom durch den Bolzen 94, der wiederum in der Ringkernspule 93 einen Wechselstrom induziert, welcher über eine weitere elektrische Leitung an die Basiseinheit 80 geleitet wird und dort in eine nutzbare Gleichspannung gewandelt wird. Die Stromableitung durch den Grundrahmen erfolgt über eine Stromableitung 92. Der Bolzen 94 ist derart ausgelegt, dass der Bolzen 94 den Stromfluss von Fahrdraht zum Schienenfahrzeug über die elektrische Leitung 78 nicht einschränkt. Sofern der Stromabnehmer 10 mehrere als Stromband ausgebildete elektrische Leitungen 78 aufwei st, kann j ede der elektrischen Leitungen 78 zur Energieversorgung mittels einer ersten Energieversorgungseinrichtung 75 und/oder Energieversorgungseinrichtung 76 verwendet werden. Somit kann eine Vielzahl von Energieversorgungseinrichtungen 75 und/oder Energieversorgungseinrichtungen 76 am Stromabnehmer 10 vorgesehen sein. Weiter kann an der ersten Energieversorgungseinrichtung 75, wie aus Fig. 19 hervorgeht, ein Datenkabel 88 zur Übertragung von Messwerten an die Basiseinheit 80 vorgesehen sein. From Fig. 19, in conjunction with Figs. 8 to 13, the functioning of the first energy supply device 75, which is used when the current collector 10 is operated in an AC network, can be seen. The toroidal core coil 93 and the bolt 94 of the first energy supply device 75 are attached to the base frame 71 by means of a holding device. The attachment takes place at the point on the base frame at which the current is transferred from the forearm 85 of the joint device 72 to the base frame 71 by means of the electrical line 78 designed as a current band. The toroidal core coil 93 is pushed over the bolt 94 and the electrical line 78 is connected to the bolt 94 by means of a cable lug. Thus, when the current collector 10 is operated in an alternating current network, an alternating current flows through the bolt 94, which in turn induces an alternating current in the toroidal core coil 93, which is conducted via a further electrical line to the base unit 80 and is converted there into a usable direct voltage. The current is conducted through the base frame via a current conductor 92. The bolt 94 is designed in such a way that the Bolt 94 does not restrict the current flow from the contact wire to the rail vehicle via the electrical line 78. If the current collector 10 has several electrical lines 78 designed as a current strip, each of the electrical lines 78 can be used to supply energy by means of a first energy supply device 75 and/or energy supply device 76. A large number of energy supply devices 75 and/or energy supply devices 76 can thus be provided on the current collector 10. Furthermore, as can be seen from FIG. 19, a data cable 88 for transmitting measured values to the base unit 80 can be provided on the first energy supply device 75.
Zur Ermittlung des Verschleißzustands eines Kontaktelements 18 einer Schleifleiste 14 kann die Messeinheit eine Abriebsensorik 86 aufweisen. Die Abriebsensorik 86 kann gemäß Fig. 20 oder gemäß Fig. 21 ausgebildet sein. Gemäß der in Fig. 20 gezeigten Ausführungsform der Abriebsensorik 86 werden die zwischen Fahrdraht 16 und Kontaktelement 18 wirkenden Kräfte F und FN berücksichtigt, die j e nach Lage des Fahrdrahts 16 und Verschleißzustandes des Kontaktelementes 18 unterschiedlich sind. Es wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass j e nach Lage des Fahrdrahts 16 und Verschleiß des Kontaktelements 18 charakteristische Vibrationen oder Beschleunigungen am Kontaktelement 18 hervorgerufen werden, die mittels eines Sensors 47, der bevorzugt als Beschleunigungssensors ausgebildet ist, erfassbar sind. Über diese charakteristischen Vibrationen und/oder Beschleunigungen lässt sich ein Verschleißzustand des Kontaktelements 18 ermitteln. To determine the state of wear of a contact element 18 of a contact strip 14, the measuring unit can have an abrasion sensor system 86. The abrasion sensor system 86 can be designed according to FIG. 20 or according to FIG. 21. According to the embodiment of the abrasion sensor system 86 shown in FIG. 20, the forces F and FN acting between the contact wire 16 and the contact element 18 are taken into account, which are different depending on the position of the contact wire 16 and the state of wear of the contact element 18. It was recognized within the scope of the invention that, depending on the position of the contact wire 16 and wear of the contact element 18, characteristic vibrations or accelerations are caused on the contact element 18, which can be detected by means of a sensor 47, which is preferably designed as an acceleration sensor. A state of wear of the contact element 18 can be determined via these characteristic vibrations and/or accelerations.
Alternativ und/oder zusätzlich kann die Abriebsensorik 86 gemäß Fig. 21 zur Ermittlung des Zustands des Kontaktelements 18 einer Schleifleiste 14 verwendet werden. Hierzu ist in das Kontaktelement 18 eine Aussparung 95 eingebracht, deren Oberkante die Verschleißgrenze 96 definiert. Sobald ein Abrieb des Kontaktelements 18 bi s zur Verschleißgrenze 96 erfolgt i st, liegt die Aussparung 95 offen und verursacht charakteristi- sehe Vibrationen und/oder Beschleunigungen, die mittels des Sensors 47 erfassbar sind. Anhand dieser charakteristischen Vibrationen und/oder Beschleunigungen kann ein den Verschleißzustand beschreibender Kennwert ermittelt und ein Erreichen der Verschleißgrenze 96 angezeigt werden. Alternatively and/or additionally, the abrasion sensor system 86 according to FIG. 21 can be used to determine the state of the contact element 18 of a contact strip 14. For this purpose, a recess 95 is made in the contact element 18, the upper edge of which defines the wear limit 96. As soon as the contact element 18 wears down to the wear limit 96, the recess 95 is open and causes characteristic see vibrations and/or accelerations that can be detected using the sensor 47. Based on these characteristic vibrations and/or accelerations, a characteristic value describing the state of wear can be determined and when the wear limit 96 has been reached, it can be indicated.
Fig. 22 zeigt schematisch die Baumstruktur der Verkabelung der Messeinheit 36 an einem Stromabnehmer 10. Wie auch aus der Zusammenschau mit den Fig. 8 bis 16 hervorgeht, sind gemäß dem in Fig. 22 dargestellten Ausführungsbeispiel an j eder der zwei Schleifleisten 14 zwei Sensoren 47 angeordnet. Bevorzugt sind die Sensoren 47 als Bewegungssensoren, die Beschleunigungen und Vibrationen in drei Achsen erfassen können, ausgebildet. Jeweils zwei der Sensoren 47 sind mit einer Datenkonzentratoreinrichtung 77 verbunden. Auch die Datenkonzentratoreinrichtungen 77 können Bewegungssensoren aufweisen. Die zwei mit den Sensoren 47 verbundenen Datenkonzentratoreinrichtungen 77 sind zur weiteren Datenkonzentration mit einer weiteren Datenkonzentratoreinrichtung 77 über eine Datenleitung 88 verbunden. Diese übermittelt die Daten über eine weiteren Datenleitung 88 an die Basiseinheit 80. Die Basi seinheit 80 kann eine Verarbeitungseinrichtung 37 aufweisen und/oder die Daten an eine Auswerteeinheit 39 oder ein externes Datennetzwerk 41 über eine Drahtlosverbindung 97 übermitteln. Weiter ist die Basiseinheit dazu eingerichtet, über eine Datenleitung 88 empfangene Daten eines Drucksensors 81 und/oder einer elektrischen Messsensorik 82 zu empfangen und weiter zu verarbeiten. Die elektrische Messsensorik 82 kann einen Spannungssensor und/oder einen Stromsensor umfassen, mit der die an der elektrischen Leitung 78 anliegende Spannung des Stromabnehmers und/oder die Stromstärke des durch die elektrische Leitung 78 fließenden Stroms gemessen werden kann. Weiter ist die Basiseinheit 80 dazu eingerichtet, drahtlos Daten einer Abrieb sensorik 86 zu empfangen und weiter zu verarbeiten. Fig. 23 zeigt einen schematischen Aufbau einer Basiseinheit 80. Die Basiseinheit weist eine Logik-Platine 99, eine Stromversorgungsplatine 100 sowie eine Leiterplatte 98 der Energieversorgungseinheit 50 auf. Zur Ausbildung einer Drahtlosverbindung 97 umfasst die Basiseinheit 80 weiter ein Drahtlosmodul . 22 shows schematically the tree structure of the cabling of the measuring unit 36 on a current collector 10. As can also be seen from the synopsis of FIGS. 8 to 16, according to the exemplary embodiment shown in FIG. 22, there are two sensors 47 on each of the two contact strips 14 arranged. The sensors 47 are preferably designed as motion sensors that can detect accelerations and vibrations in three axes. Two of the sensors 47 are connected to a data concentrator device 77. The data concentrator devices 77 can also have motion sensors. The two data concentrator devices 77 connected to the sensors 47 are connected to a further data concentrator device 77 via a data line 88 for further data concentration. This transmits the data to the base unit 80 via a further data line 88. The base unit 80 can have a processing device 37 and/or transmit the data to an evaluation unit 39 or an external data network 41 via a wireless connection 97. Furthermore, the base unit is set up to receive and further process data received from a pressure sensor 81 and/or an electrical measuring sensor system 82 via a data line 88. The electrical measuring sensor system 82 can include a voltage sensor and/or a current sensor, with which the voltage of the current collector applied to the electrical line 78 and/or the current intensity of the current flowing through the electrical line 78 can be measured. Furthermore, the base unit 80 is set up to wirelessly receive and further process data from an abrasion sensor 86. 23 shows a schematic structure of a base unit 80. The base unit has a logic board 99, a power supply board 100 and a circuit board 98 of the power supply unit 50. To form a wireless connection 97, the base unit 80 further comprises a wireless module.
Mit Fig. 24 ist beispielhaft die Datenverarbeitung in einem externen Datennetzwerk 41 , das gemäß Fig. 24 als Cloud-Service-Anwendung, insbesondere als Internet-of-things-Hub 1 10, ausgebildet ist, dargestellt. Die am Stromabnehmer 10 mittels des Überwachungssystems 30 aufgenommenen Messwerte und/oder Kennwerte werden drahtlos an das externe Datennetzwerk 41 übermittelt. In dem als Cloud-Service- Anwendung ausgebildeten externen Datennetzwerk 41 können in einem Schritt S 1 Nachrichten in Messwerte aufgesplittet bzw. Messwerte und Nachrichten verknüpft werden. In einem Schritt S2 können die Daten weiter verteilt werden. So können in einem Schritt S4 für j eden Nutzer Kopien eines Messwerts und/oder Kennwerts angelegt werden. Zudem kann in einem Schritt S3 vor Weiterverarbeitung und/oder Aufbereitung der Daten eine Speicherung der Daten erfolgen. In den Schritten S5 bis S8 können die Daten j e nach den Forderungen des Nutzers aufbereitet und/oder durch den Nutzer verwaltet und/oder in unterschiedlichen nutzerspezifischen Anwendungen genutzt werden. Das heißt der Nutzer erhält Zugriff auf die Daten und kann diese in unterschiedlichen Anwendungen nutzen. Beispielsweise können mehrere Nutzer (S8) und/oder die Daten mehrerer Stromabnehmer, mehrerer Schienenfahrzeuge oder mehrerer Züge verwaltet werden (S 5) . Hierzu können im Rahmen von sogenannten Asset-Services (S6) dem Nutzer verschiedene Bewertungs- Sortier- und/oder Klassifizierungsvorschläge oder -dienste angeboten werden. Nach einem Datenservice (S7) können dem Nutzer unterschiedliche Datenmodelle entsprechend dessen Anforderungen zur Verfügung gestellt werden. Der Nutzer erhält über das Zugangsgateway 1 1 1 einen sicheren Zugang zu den Anwendungen S5 bis S8. 24 shows an example of data processing in an external data network 41, which according to FIG. 24 is designed as a cloud service application, in particular as an Internet of Things hub 110. The measured values and/or characteristic values recorded on the current collector 10 by means of the monitoring system 30 are transmitted wirelessly to the external data network 41. In the external data network 41 designed as a cloud service application, in a step S 1 messages can be split into measured values or measured values and messages can be linked. In a step S2, the data can be further distributed. In step S4, copies of a measured value and/or characteristic value can be created for each user. In addition, the data can be stored in a step S3 before further processing and/or preparation of the data. In steps S5 to S8, the data can be prepared according to the user's requirements and/or managed by the user and/or used in different user-specific applications. This means the user has access to the data and can use it in different applications. For example, multiple users (S8) and/or the data of multiple pantographs, multiple rail vehicles or multiple trains can be managed (S 5). For this purpose, the user can be offered various evaluation, sorting and/or classification suggestions or services as part of so-called asset services (S6). According to a data service (S7), different data models can be made available to the user according to their requirements. The user receives secure access to the applications S5 to S8 via the access gateway 1 1 1.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Betrieb eines auf einem Dach (11, 34) eines Schienenfahrzeugs (31) anordenbaren Stromabnehmers (10, 33) zur Energieübertragung von einem Fahrdraht (16, 25, 35) einer Oberleitung auf das Schienenfahrzeug (31), wobei der Stromabnehmer (10, 33) eine Positioniervorrichtung (13, 56) mit einer daran angeordneten Schleifleiste (14, 17, 27) umfasst, wobei mittels der Positioniervorrichtung (13, 56) die Schleifleiste (14, 17, 27) relativ zu dem Fahrdraht bewegbar und zur Ausbildung eines Schleifkontaktes mit einer Andruckkraft in einer Schleifkontaktlage gegen den Fahrdraht drückbar ist, wobei mittels einer Antriebseinrichtung (73) und/oder einer Federeinrichtung (74) der Positioniervorrichtung die Andruckkraft auf die Schleifleiste ausbildbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stromabnehmer eine an der Positioniervorrichtung (13, 56) angeordnete Energieversorgungseinheit (50) und eine Messeinheit (36, 43, 53, 58) mit einer Messvorrichtung (38, 44, 59) aufweist, wobei zumindest zwei Sensoren (47, 48) einer Sensoreinrichtung (46) der Messvorrichtung an der Positioniervorrichtung und/oder der Schleifleiste angeordnet sind, und wobei mittels der Energieversorgungseinheit (50) zumindest die zur Energieversorgung der Sensoren der Sensoreinrichtung erforderliche elektrische Energie gewonnen wird, und wobei in der Schleifkontaktlage mittels der Sensoren j eweils Messwerte erfasst werden, wobei mittels einer Verarbeitungseinrichtung (37, 49) der Messvorrichtung die Messwerte verarbeitet werden, wobei die Verarbeitungseinrichtung die Messwerte zueinander in Beziehung setzt und einen einen Betrieb szustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung beschreibenden Kennwert bestimmt. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels einer ersten Energieversorgungseinrichtung (75) der Energieversorgungseinheit (50) die zur Energieversorgung der Sensoren (47, 48) der Sensoreinrichtung (46) erforderliche elektrische Energie anhand eines am Stromabnehmer ( 10) anliegenden Wechselstroms gewonnen wird und/oder mittels einer zweite Energieversorgungseinrichtung (76) der Energieversorgungseinheit (50) die zur Energieversorgung der Sensoren (47, 48) der Sensoreinrichtung (46) erforderliche elektrische Energie anhand eines am Stromabnehmer ( 10) anliegenden Gleichstroms gewonnen wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Messwerte eine Winkellage der Positioniervorrichtung ( 13 , 56), eine Beschleunigung, eine Frequenz, eine Temperatur, eine Beleuchtungsstärke, eine Kraft, eine Stromstärke, eine Spannung, ein elektrischer Widerstand, eine Distanz, eine Masse, ein Luftdruck, ein Schall, ein Verschleiß und/oder eine Ortsposition kontinuierlich oder diskontinuierlich erfasst und verarbeitet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als ein Sensor (47, 48) zumindest ein Beschleunigungssensor verwendet wird, der an der Schleifleiste (14, 17, 27) und/oder der Positioniervorrichtung (13, 56) angeordnet ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest ein Sensor (47, 48) verwendet wird, der innerhalb der Schleifleiste (14, 17, 27), an der Schleifleiste, an einem Befestigungslager (21) der Schleifleiste oder an einer die Schleifleiste halternden Wippeneinrichtung (15) der Positioniervorrichtung (13, 56) angeordnet ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Positioniervorrichtung (13, 56) eine die Schleifleiste (14, 17, 27) halternde Wippeneinrichtung (15) und einen am Schienenfahrzeug angeordneten Grundrahmen (71) und eine zwischen Grundrahmen (71) und Wippeneinrichtung (15) angeordnete Gelenkeinrichtung (72) aufweist, wobei zumindest ein an der Wippeneinrichtung (15) angeordneter Sensor (47, 48) verwendet wird und zumindest eine an der Gelenkeinrichtung (72) und/oder dem Grundrahmen (71) angeordnete Energieversorgungseinheit (50) verwendet wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Positioniervorrichtung (13, 56) eine die Schleifleiste (14, 17, 27) halternde Wippeneinrichtung (15) und einen am Schienenfahrzeug angeordneten Grundrahmen (71) und eine zwischen Grundrahmen (71) und Wippeneinrichtung (71) angeordnete Gelenkeinrichtung (72) aufweist, wobei die Messwerte zumindest zweier Sensoren (47, 48) an eine an der Gelenkeinrichtung (72) und/oder der Wippeneinrichtung (15) angeordnete Datenkonzentratoreinrichtung (77) zur Datenkonzentration, bevorzugt kabelgebunden, übermittelt werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an einer elektrischen Leitung (78) des Stromabnehmers (10, 33) anliegende Spannung und/oder die Stromstärke in einer elektrischen Leitung (78) des Stromabnehmers (10, 33) mittels zumindest eines Sensors einer am Grundrahmen (71) angeordneten Basiseinheit (80) der Messeinheit (36, 43, 53, 58)) gemessen wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck einer Druckleitung (79) der Positioniervorrichtung (13, 56) mittels eines am Grundrahmen (71) angeordneten Drucksensors (81), insbesondere mittels zumindest eines Drucksensors (81) einer am Grundrahmen (71) angeordneten Basiseinheit (80) der Messeinheit (36, 43, 53, 58), gemessen wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungseinrichtung (37, 49) eine Analyse der Messwerte durchführt während die Schleifleiste (14, 17, 27) an dem Fahrdraht (16, 25, 35) entlang geführt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungseinrichtung (37, 49) die Messwerte der Sensoren (47, 48) und/oder die Kennwerte in regelmäßigen Zeitabständen, bei einer Änderung oder kontinuierlich erfasst und speichert. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels einer Steuervorrichtung (54) der Messvorrichtung (38, 44, 59) ein Aktor zur Betätigung der Positioniervorrichtung (13, 56) gesteuert wird, wobei die Betätigung der Positioniervorrichtung mittels einer Regeleinrichtung (55) der Steuervorrichtung nach einem Messwert und/oder einem Kennwert geregelt wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Andruckkraft durch die Regeleinrichtung (55) in Abhängigkeit der Messwerte und/oder Kennwerte geregelt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messvorrichtung (38, 44, 59) die Messwerte und/oder Kennwerte an eine Auswerteeinheit (39, 45, 64) übermittelt, wobei die Messwerte und/oder Kennwerte in einer Datenbank (51, 65) der Auswerteeinheit gespeichert und/oder mittels einer Auswertevorrichtung (52) der Auswerteeinheit weiter verarbeitet werden. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels einer Übermittlungseinrichtung (60) der Messvorrichtung (38, 44, 59) über eine Datenverbindung (40, 62, 63, 67, 69, 70) die Messwerte und/oder Kennwerte der Messvorrichtung zu der Auswerteinheit (39, 45, 64) und/oder der Steuervorrichtung (54) übermittelt werden, wobei die Auswerteeinheit und/oder die Steuervorrichtung von der Messeinheit (36, 43, 53, 58) örtlich beabstandet angeordnet oder in der Messeinheit integriert ist. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Datenverbindung (40, 62, 63, 69) über ein externes Datennetzwerk (41, 61) ausgebildet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswerteeinheit (39, 45, 64) Messwerte und/oder Kennwerte von Messeinheiten (36, 43, 53, 58) mehrerer Stromabnehmer (10, 33) verarbeitet. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels einer Nutzereinheit (68) eine Datenverbindung (40, 62, 63, 67, 69, 70) zu der Auswerteeinheit (39, 45, 64) und/oder der Messeinheit (36, 43, 53, 58) ausgebildet wird, wobei die Messwerte und/oder Kennwerte an die Nutzereinheit übermittelt und ausgegeben werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungseinrichtung (37, 49) oder die Auswerteeinheit (39, 45, 64) einen zeitlichen Verlauf der Messwerte und/oder Kennwerte auswertet und einen Verschleißzustand des Stromabnehmers (10, 33) und/oder der Oberleitung unter Berücksichtigung einer für den Verschleiß relevanten zeitabhängigen Komponente und/oder einer messgrößenabhängigen Komponente bestimmt. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Sensoreinrichtung (46) eine Schwingung der Schleifleiste (14, 17, 27) erfasst wird, wobei die Verarbeitungseinrichtung (37, 49) oder die Auswerteeinheit (39, 45, 64) einen Verschleißzustand der Schleifleiste und/oder der Oberleitung bestimmt. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungseinrichtung (37, 49) oder die Auswerteeinheit (39, 45, 64) als einen Betriebszustand einen Lichtbogen an der Schleifleiste (14, 17, 27) und/oder dem Fahrdraht (16, 25, 35), einen Zickzack-Verlauf des Fahrdrahts, eine Vereisung des Fahrdrahts und/oder Fehlstellen des Fahrdrahts bestimmt. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungseinrichtung (37, 49) oder die Auswerteeinheit (39, 45, 64) eine Musteranalyse oder statistische Auswertung der über einen Zeitraum gespeicherten Messwerte und/oder Kennwerte durchführt und aus der Musteranalyse oder der statistischen Auswertung eine Kennzahl ableitet. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungseinrichtung (37, 49) oder die Auswerteeinheit (39, 45, 64) die Messwerte unterschiedlicher Sensoren (47, 48) und/oder Kennwerte zueinander in Beziehung setzt und funktionale Abhängigkeiten der Messwerte und/oder Kennwerte mittels künstlicher Intelligenz ableitet. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels eines Positionssensors der Sensoreinrichtung (46) eine Ortsposition des Stromabnehmers (10, 33) bestimmt wird, wobei die Ortsposition den Kennwerten oder den Messwerten eines weiteren Sensors (47, 48) der Sensoreinrichtung zugeordnet wird, wobei die Auswerteeinheit (39, 45, 64) einen Zustand der Oberleitung bestimmt. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswerteeinheit (39, 45, 64) ein Datenmodell der Oberleitung entlang zumindest eines Streckenabschnitts eines Fahrwegs (26) des Schienenfahrzeugs (31) erstellt, wobei das Datenmodell eine Vielzahl von unterschiedlichen Ortspositionen des Streckenabschnitts mit jeweils zugeordneten Messwerten und/oder Kennwerten umfasst. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Anpassung des Datenmodells durch eine kontinuierliche und wiederholte Erfassung von Messwerten und/oder Kennwerten bei Fahrten des Schienenfahrzeugs (31) entlang des Streckenabschnitts erfolgt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Messeinheit (36, 43, 53, 58) verwendet wird, die unabhängig von dem Schienenfahrzeug (31) an dem Stromabnehmer (10, 33) ausgebildet ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kennwert während eines Fährbetriebs des Schienenfahrzeugs (31) bestimmt wird, wenn die Schleifleiste (14, 17, 27) an dem Fahrdraht (16, 25, 35) anliegt, wobei alternativ oder ergänzend der Kennwert während eines Standbetriebs des Schienenfahrzeugs bestimmt wird, wobei die Schleifleiste in einer Ruheposition positio- niert wird oder zwischen einer Kontaktposition an dem Fahrdraht und der Ruheposition am Schienenfahrzeug bewegt wird. Stromabnehmer ( 10, 33), wobei der Stromabnehmer auf einem Dach ( 1 1 , 34) eines Schienenfahrzeugs (3 1 ) anordenbar ist und zur Energieübertragung von einem Fahrdraht ( 16, 25 , 35) einer Oberleitung auf das Schienenfahrzeug dient, wobei der Stromabnehmer eine Positioniervorrichtung ( 13 , 56) mit einer daran angeordneten Schleifleiste ( 14, 17, 27) umfasst, wobei die Positioniervorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Schleifleiste mittel s der Positioniervorrichtung relativ zu dem Fahrdraht bewegbar und zur Ausbildung eines Schleifkontaktes mit einer Andruckkraft in einer Schleifkontaktlage gegen den Fahrdraht drückbar ist, wobei die Positioniervorrichtung eine Antriebeinrichtung und/oder eine Federeinrichtung aufweist, mittels der die Andruckkraft auf die Schleifleiste ausbildbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stromabnehmer eine am Stromabnehmer angeordnete Energieversorgungseinheit (50) und eine Messeinheit (36, 43 , 53 , 58) mit einer Messvorrichtung (38, 44, 59) aufweist, wobei zumindest zwei Sensoren (47, 48) einer Sensoreinrichtung (46) der Messvorrichtung an der Positioniervorrichtung und/oder der Schleifleiste angeordnet sind, wobei in der Schleifkontaktlage mittels der Sensoren j eweils Messwerte erfassbar sind, und wobei die Energieversorgungseinheit (50) zumindest die zur Energieversorgung der Sensoren (47, 48) der Sensoreinrichtung (46) erforderliche elektrische Energie gewinnt, und wobei mittels einer Verarbeitungseinrichtung (37, 49) der Messvorrichtung die Messwerte verarbeitbar sind, wobei mittels der Verarbeitungseinrichtung die Messwerte zueinander in Beziehung setzbar und ein einen Betrieb szustand des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung beschreibender Kennwert bestimmbar ist. Stromabnehmer ( 10, 33) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung ( 13 , 56) eine die Schleifleiste ( 14, 17, 27) halternde Wippeneinrichtung ( 15) und einen am Schienenfahrzeug (3 1 ) angeordneten Grundrahmen (71 ) und eine zwischen Grundrahmen (71 ) und Wippeneinrichtung (15) angeordnete Gelenkeinrichtung (72) aufweist, wobei zumindest ein Sensor (47, 48) an der Wippeneinrichtung ( 15) und zumindest eine Energieversorgungseinheit (50) an der Gelenkeinrichtung (72) und/oder dem Grundrahmen (71 ) angeordnet ist. Stromabnehmer ( 10, 33) nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung ( 13 , 56) eine die Schleifleiste ( 14, 17, 27) halternde Wippeneinrichtung ( 15) und einen am Schienenfahrzeug (3 1 ) angeordneten Grundrahmen (71 ) und eine zwischen Grundrahmen (71 ) und Wippeneinrichtung (15) angeordnete Gelenkeinrichtung (72) aufweist, wobei eine Datenkonzentratoreinrichtung (77) an der Gelenkeinrichtung (72) und/oder der Wippeneinrichtung ( 15) angeordnet ist. Stromabnehmer ( 10, 33 ) nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (81 ), ein Stromsensor und/oder ein Spannungssensor umfasst ist, den insbesondere eine am Grundrahmen (71 ) angeordneten Basiseinheit (80) der Messeinheit (36) aufweist. Überwachungssystem (30) mit einer Mehrzahl von Schienenfahrzeugen (3 1 ) mit j eweils zumindest einem Stromabnehmer ( 10, 33) nach Anspruch 24, wobei das Überwachungssystem eine Auswerteinheit (39, 45, 64) zur Verarbeitung von Messwerten und/oder Kennwerten der Messeinheiten (36, 43 , 53 , 58) mehrerer Stromabnehmer umfasst. Claims Method for operating a pantograph (10, 33) which can be arranged on a roof (11, 34) of a rail vehicle (31) for transmitting energy from a contact wire (16, 25, 35) of an overhead line to the rail vehicle (31), the pantograph ( 10, 33) comprises a positioning device (13, 56) with a contact strip (14, 17, 27) arranged thereon, the contact strip (14, 17, 27) being movable relative to the contact wire by means of the positioning device (13, 56) and to Formation of a sliding contact with a pressure force in a sliding contact position can be pressed against the contact wire, the pressure force being able to be formed on the contact strip by means of a drive device (73) and/or a spring device (74) of the positioning device, characterized in that the current collector has one on the positioning device (13, 56) arranged energy supply unit (50) and a measuring unit (36, 43, 53, 58) with a measuring device (38, 44, 59), wherein at least two sensors (47, 48) of a sensor device (46) of the measuring device on the positioning device and/or the Contact strip are arranged, and wherein at least the electrical energy required to supply energy to the sensors of the sensor device is obtained by means of the energy supply unit (50), and in which measured values are recorded in the sliding contact position by means of the sensors, wherein by means of a processing device (37, 49). Measuring device, the measured values are processed, the processing device relating the measured values to one another and determining a characteristic value describing an operating state of the pantograph and / or the overhead line. Method according to claim 1, characterized in that by means of a first energy supply device (75) of the energy supply unit (50), the electrical energy required to supply energy to the sensors (47, 48) of the sensor device (46) is obtained using an alternating current applied to the current collector (10). and/or by means of a second energy supply device (76) of the energy supply unit (50), the electrical energy required to supply energy to the sensors (47, 48) of the sensor device (46) is obtained using a direct current applied to the current collector (10). Method according to claim 1 or 2, characterized in that the measured values are an angular position of the positioning device (13, 56), an acceleration, a frequency, a temperature, an illuminance, a force, a current intensity, a voltage, an electrical resistance, a distance , a mass, an air pressure, a sound, a wear and/or a location position can be recorded and processed continuously or discontinuously. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one acceleration sensor is used as a sensor (47, 48), which is arranged on the contact strip (14, 17, 27) and / or the positioning device (13, 56). . Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor (47, 48) is used, which is located within the contact strip (14, 17, 27), on the contact strip, on a fastening bearing (21) of the contact strip or on a Rocker device (15) of the positioning device (13, 56) holding the contact strip is arranged. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning device (13, 56) has a rocker device (15) holding the contact strip (14, 17, 27) and a base frame (71) arranged on the rail vehicle and a base frame (71) and Rocker device (15) arranged joint device (72), wherein at least one sensor (47, 48) arranged on the rocker device (15) is used and at least one energy supply unit (50) arranged on the joint device (72) and / or the base frame (71). ) is used. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning device (13, 56) has a rocker device (15) holding the contact strip (14, 17, 27) and a base frame (71) arranged on the rail vehicle and a base frame (71) and Rocker device (71) arranged joint device (72), wherein the measured values of at least two sensors (47, 48) are transmitted to a data concentrator device (77) arranged on the joint device (72) and/or the rocker device (15) for data concentration, preferably wired. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage present on an electrical line (78) of the current collector (10, 33) and/or the current intensity in an electrical line (78) of the current collector (10, 33) by means of at least one Sensor of a base unit (80) of the measuring unit (36, 43, 53, 58) arranged on the base frame (71) is measured. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure of a pressure line (79) of the positioning device (13, 56) is determined by means of a pressure sensor (81) arranged on the base frame (71), in particular by means of at least one pressure sensor (81) on the base frame ( 71) arranged base unit (80) of the measuring unit (36, 43, 53, 58) is measured. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (37, 49) carries out an analysis of the measured values while the contact strip (14, 17, 27) is guided along the contact wire (16, 25, 35). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (37, 49) records and stores the measured values of the sensors (47, 48) and/or the characteristic values at regular time intervals, when there is a change or continuously. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an actuator for actuating the positioning device (13, 56) is controlled by means of a control device (54) of the measuring device (38, 44, 59), the actuation of the positioning device being carried out by means of a control device (55 ) the control device is regulated according to a measured value and / or a characteristic value. Method according to claim 7, characterized in that the pressure force is regulated by the control device (55) depending on the measured values and/or characteristic values. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (38, 44, 59) transmits the measured values and/or characteristic values to an evaluation unit (39, 45, 64), the measured values and/or characteristic values being stored in a database (51 , 65) of the evaluation unit are stored and/or further processed by means of an evaluation device (52) of the evaluation unit. Method according to claim 9, characterized in that by means of a transmission device (60) of the measuring device (38, 44, 59) via a data connection (40, 62, 63, 67, 69, 70) the measured values and / or characteristic values of the measuring device are sent to the Evaluation unit (39, 45, 64) and / or the control device (54) are transmitted, wherein the evaluation unit and / or the control device is arranged at a spatial distance from the measuring unit (36, 43, 53, 58) or is integrated in the measuring unit. Method according to claim 10, characterized in that the data connection (40, 62, 63, 69) is formed via an external data network (41, 61). Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the evaluation unit (39, 45, 64) processes measured values and/or characteristic values from measuring units (36, 43, 53, 58) of several current collectors (10, 33). Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that a data connection (40, 62, 63, 67, 69, 70) to the evaluation unit (39, 45, 64) and/or the measuring unit ( 36, 43, 53, 58), whereby the measured values and/or characteristic values are transmitted to the user unit and output. Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the processing device (37, 49) or the evaluation unit (39, 45, 64) evaluates a time course of the measured values and / or characteristic values and a wear condition of the current collector (10, 33) and/or the overhead line, taking into account a time-dependent component relevant to wear and/or a measured variable-dependent component. Method according to one of claims 9 to 14, characterized in that a vibration of the contact strip (14, 17, 27) is detected by means of the sensor device (46), the processing device (37, 49) or the evaluation unit (39, 45, 64) determines a state of wear of the contact strip and / or the overhead line. Method according to one of claims 9 to 15, characterized in that the processing device (37, 49) or the evaluation unit (39, 45, 64) detects an arc on the contact strip (14, 17, 27) and / or the contact wire as an operating state (16, 25, 35), a zigzag course of the contact wire, icing of the contact wire and / or defects in the contact wire are determined. Method according to one of claims 9 to 16, characterized in that the processing device (37, 49) or the evaluation unit (39, 45, 64) carries out a pattern analysis or statistical evaluation of the measured values and/or characteristic values stored over a period of time and from the pattern analysis or derives a key figure from the statistical evaluation. Method according to one of claims 9 to 17, characterized in that the processing device (37, 49) or the evaluation unit (39, 45, 64) relates the measured values of different sensors (47, 48) and / or characteristic values to one another and functional dependencies which derives measured values and/or characteristic values using artificial intelligence. Method according to one of claims 9 to 18, characterized in that a local position of the current collector (10, 33) is determined by means of a position sensor of the sensor device (46), the local position being the characteristic values or the measured values of another Sensor (47, 48) is assigned to the sensor device, the evaluation unit (39, 45, 64) determining a state of the overhead line. Method according to one of claims 9 to 19, characterized in that the evaluation unit (39, 45, 64) creates a data model of the overhead line along at least one section of a route (26) of the rail vehicle (31), the data model containing a large number of different location positions of the route section with assigned measured values and/or characteristic values. Method according to claim 20, characterized in that the data model is adapted by continuously and repeatedly recording measured values and/or characteristic values as the rail vehicle (31) travels along the route section. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a measuring unit (36, 43, 53, 58) is used, which is designed on the pantograph (10, 33) independently of the rail vehicle (31). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the characteristic value is determined during ferry operation of the rail vehicle (31) when the contact strip (14, 17, 27) is in contact with the contact wire (16, 25, 35), alternatively or additionally the characteristic value is determined while the rail vehicle is stationary, with the contact strip positioned in a rest position. is ned or is moved between a contact position on the contact wire and the rest position on the rail vehicle. Pantograph (10, 33), wherein the pantograph can be arranged on a roof (1 1, 34) of a rail vehicle (3 1) and is used to transmit energy from a contact wire (16, 25, 35) of an overhead line to the rail vehicle, the pantograph a positioning device (13, 56) with a contact strip (14, 17, 27) arranged thereon, the positioning device being designed such that the contact strip can be moved relative to the contact wire by means of the positioning device and to form a sliding contact with a pressure force in a The sliding contact layer can be pressed against the contact wire, the positioning device having a drive device and/or a spring device by means of which the pressure force can be formed on the contact strip, characterized in that the current collector has an energy supply unit (50) arranged on the current collector and a measuring unit (36, 43 , 53, 58) with a measuring device (38, 44, 59), wherein at least two sensors (47, 48) of a sensor device (46) of the measuring device are arranged on the positioning device and / or the contact strip, wherein in the sliding contact position by means of Sensors can each detect measured values, and wherein the energy supply unit (50) obtains at least the electrical energy required to supply the sensors (47, 48) of the sensor device (46), and the measured values can be processed by means of a processing device (37, 49) of the measuring device are, whereby the measured values can be related to one another by means of the processing device and a characteristic value describing an operating state of the pantograph and/or the overhead line can be determined. Pantograph (10, 33) according to claim 24, characterized in that the positioning device (13, 56) has a rocker device (15) holding the contact strip (14, 17, 27) and a base frame (71) arranged on the rail vehicle (3 1) and a joint device (72) arranged between the base frame (71) and the rocker device (15), wherein at least one sensor (47, 48) on the rocker device (15) and at least one energy supply unit (50) on the joint device (72) and / or the Base frame (71) is arranged. Pantograph (10, 33) according to claim 24 or 25, characterized in that the positioning device (13, 56) has a rocker device (15) holding the contact strip (14, 17, 27) and a base frame (71) arranged on the rail vehicle (3 1). ) and a joint device (72) arranged between the base frame (71) and the rocker device (15), a data concentrator device (77) being arranged on the joint device (72) and/or the rocker device (15). Current collector ( 10, 33 ) according to one of claims 24 to 26, characterized in that a pressure sensor (81), a current sensor and / or a voltage sensor is included, in particular a base unit (80) of the measuring unit (80) arranged on the base frame (71). 36). Monitoring system (30) with a plurality of rail vehicles (3 1) each with at least one pantograph (10, 33) according to claim 24, wherein the monitoring system has an evaluation unit (39, 45, 64) for processing measured values and / or characteristic values of the measuring units (36, 43, 53, 58) includes several pantographs.
PCT/EP2023/074972 2022-09-16 2023-09-12 Current collector having sensor device, and method for operation WO2024056636A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022123767.2 2022-09-16
DE102022123767 2022-09-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024056636A1 true WO2024056636A1 (en) 2024-03-21

Family

ID=88068627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/074972 WO2024056636A1 (en) 2022-09-16 2023-09-12 Current collector having sensor device, and method for operation

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024056636A1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070000744A1 (en) * 2003-10-31 2007-01-04 Martin Craig Monitoring system for electrical vehicles drawing current from conductors
JP2008245496A (en) * 2007-03-29 2008-10-09 Railway Technical Res Inst Power supply device for pantograph
WO2014173798A2 (en) 2013-04-22 2014-10-30 Schunk Bahn- Und Industrietechnik Gmbh Wear detection system and a method for detecting wear
KR101725198B1 (en) * 2015-10-08 2017-04-12 한국철도기술연구원 Power suply apparatus of smart metering device for electric rail car and method thereof
US20180208222A1 (en) * 2017-01-23 2018-07-26 Broadsens Corp. Train Pantograph Structural Health Monitoring System
KR20200049916A (en) * 2018-10-29 2020-05-11 한국철도기술연구원 Apparatus for detecting condition of pantograph in electrical railway vehicle using energy harvesting and power supply apparatus for the same
US20200369155A1 (en) * 2017-12-12 2020-11-26 Railway Metrics And Dynamics Sweden Ab Detection of maintenance status for a pantograph and/or a contact wire
DE112019007854T5 (en) * 2019-11-04 2022-07-28 Korea Railroad Research Institute Testing device for pantographs

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070000744A1 (en) * 2003-10-31 2007-01-04 Martin Craig Monitoring system for electrical vehicles drawing current from conductors
JP2008245496A (en) * 2007-03-29 2008-10-09 Railway Technical Res Inst Power supply device for pantograph
WO2014173798A2 (en) 2013-04-22 2014-10-30 Schunk Bahn- Und Industrietechnik Gmbh Wear detection system and a method for detecting wear
KR101725198B1 (en) * 2015-10-08 2017-04-12 한국철도기술연구원 Power suply apparatus of smart metering device for electric rail car and method thereof
US20180208222A1 (en) * 2017-01-23 2018-07-26 Broadsens Corp. Train Pantograph Structural Health Monitoring System
US20200369155A1 (en) * 2017-12-12 2020-11-26 Railway Metrics And Dynamics Sweden Ab Detection of maintenance status for a pantograph and/or a contact wire
KR20200049916A (en) * 2018-10-29 2020-05-11 한국철도기술연구원 Apparatus for detecting condition of pantograph in electrical railway vehicle using energy harvesting and power supply apparatus for the same
DE112019007854T5 (en) * 2019-11-04 2022-07-28 Korea Railroad Research Institute Testing device for pantographs

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2877384B1 (en) Method for diagnosing railroad components of a railroad network for rail transport
EP2212180B1 (en) Determining the remaining service life of a vehicle component
EP3665048B1 (en) Method and apparatus for determining changes in the longitudinal dynamic behaviour of a rail vehicle
EP3199399A1 (en) Method and device for monitoring an overhead line along a route
WO2018087341A1 (en) Inspection method, data processing system and inspection system for inspecting a vehicle in the operating state
EP3279027B1 (en) Arrangement with a network device that is designed for fixing to a contact wire of a current-carrying overhead wire
WO2019092248A1 (en) Analysis method and analysis system for raw data, which were captured by means of an inspection system in order to optically inspect a vehicle
DE102009009449A1 (en) Wheel sensor, railway system with at least one wheel sensor and method for operating a railway system
DE102020121485B3 (en) Procedure for the determination and assessment of faults in the vehicle track system within regular railway operations
DE102017217450A1 (en) Method for determining the state of at least one catenary running along a route
EP1343676B1 (en) Method and device for monitoring the handling characteristics of rail vehicles and for diagnosing components of rail vehicles
DE202009012471U1 (en) Measuring device for continuously detecting the contact resistance of a sliding contact of a pantograph electrically powered vehicles
EP4402006A1 (en) Current collector and method for operation
DE10060380B4 (en) Method and device for hot rotor and hard brake location
WO2024056636A1 (en) Current collector having sensor device, and method for operation
WO2017197423A1 (en) Method and device for monitoring at least one travel path component laid in rail construction
EP1197415A2 (en) Method and device for detecting a defective roller bearing of a railway vehicle
EP3741606B1 (en) Device and method for detecting wear on a conveying system with sliding contacts
WO2021259587A1 (en) Method for monitoring the condition of an overhead line system arranged along a road
WO2022188972A1 (en) Current collector and method for operating
EP3594084A1 (en) Method and device for monitoring a railway network and rail network
EP4105667B1 (en) Method for measuring the partial discharge of at least one medium voltage cable of a medium voltage network
EP3571089A1 (en) Method and measurement device for determining contact wire wear in a traffic system
DE102017112381A1 (en) Automated analysis process for parts subject to wear on elevator installations
DE102023200561A1 (en) Method for monitoring the condition of a contact line and control device therefor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23771814

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1