WO2013156093A2 - Verfahren und einrichtung zur stromabnehmerausfallüberwachung - Google Patents

Description

Beschreibung

Verfahren und Einrichtung zur Stromabnehmerausfallüberwachung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur

Stromabnehmerausfallüberwachung in Schienenfahrzeugen sowie eine dafür ausgebildete Einrichtung.

Stand der Technik

Die Zuführung elektrischer Energie zu Schienenfahrzeugen erfolgt über am Dach des Schienenfahrzeugs angeordnete

Pantographen oder über Stromabnehmer im Fahrgestellbereich. Letztere sind häufig bei U-Bahnen im Einsatz. Bei Fahrzeugen mit Stromabnehmern im Fahrgestellbereich sind sehr häufig mehrere dieser Stromabnehmer vorgesehen, da einerseits die elektrische Leistung dadurch verteilt wird und die einzelnen Stromabnehmer jeweils eine geringere Leistung übertragen müssen, andererseits ist es wegen der im Allgemeinen

unterbrechungsbehafteten Stromschiene („3. Schiene")

erforderliche mehrere Stromaufnahmestellen vorzusehen um diese Lücken überbrücken zu können, sodass ein Fahrzeug auf der gesamten Strecke elektrisch versorgt wird. Dadurch kann ein Fahrzeug auch weiterbetrieben werden, wenn ein

Stromabnehmer fehlt (beispielsweise abgebrochen oder

anderwärtig beschädigt ist) . Dabei wird die elektrische Energie über die verbleibenden Stromabnehmer zugeführt.

Dieser Betriebszustand ist für die elektrischen

Einrichtungen, insbesondere die Leitungen von den

Stromabnehmern zu der Sammelschiene nachteilig, da sie einer dauerhaft erhöhten Belastung ausgesetzt sind. Dem

Fahrpersonal ist dieser Betriebszustand nicht ohne Weiteres ersichtlich, da sich die Fahreigenschaften dadurch nicht ändern. Eine Möglichkeit, diesen Betriebszustand zu erkennen besteht darin, in den jeweiligen Leitungen von einem

Stromabnehmer zu einer Sammelschiene einen Stromwandler vorzusehen, wodurch ein Ausfall eines Stromabnehmers

erkennbar wird. Diese Lösung ist nachteilig, da für diesen Zweck geeignete Stromwandler sehr teuer sind und an einer Stelle im Wagenkasten eingebaut werden müssen, die dafür oftmals zu wenig Platz bietet.

Eine weitere Möglichkeit, diesen Betriebszustand zu erkennen besteht darin, am Stromabnehmer selbst einen Endlagenschalter anzubringen und auszuwerten, wodurch erkannt wird, ob der Stromabnehmer an der Stromschiene anliegt. Diese Lösung ist nachteilig, da sich in der Praxis die Endlagenschalter in der rauen Fahrzeugumgebung als nicht zuverlässig genug

herausgestellt haben.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Ausfall eines Stromabnehmers eines Schienenfahrzeugs, insbesondere einer U-Bahn erkennen zu können.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird ein Verfahren zur Stromabnehmerausfallüberwachung beschrieben, welches vorzugsweise m einem Schienenfahrzeugverbund aus mindestens einem Schienenfahrzeug, umfassend mehrere Stromabnehmer und elektrische Leitungen von den Stromabnehmern zu einer wagenkastenseitigen Sammelschiene, anwendbar ist und welches folgende Verfahrensschritte umfasst:

- die Oberflächentemperatur mindestens einer elektrischen Leitung von einem Stromabnehmer zu der wagenkastenseitigen Sammelschiene ermitteln,

- ein dieser Temperatur entsprechendes elektrisches Signal an eine Wagensteuerung leiten,

- vergleichen der Temperaturen der ihr zugeordneten

Meßstellen durch die Wagensteuerung,

- erkennen eines Ausfalls eines Stromabnehmers durch das Auftreten einer Temperaturdifferenz zwischen den Meßstellen der betroffenen zu den nichtbetroffenen Stromabnehmern.

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, eine einfache und äußerst preisgünstig realisierbare Stromabnehmerausfallserkennung umsetzen zu können, wobei der wesentliche Vorteil

gegenständlicher Erfindung in dem Entfall jeglicher

Stromwandler in den Leitungen von den Stromabnehmern zu der wagenkastenseitigen Sammelschiene sowie im Wegfall der fehleranfälligen und wartungsintensiven Stromabnehmerendlagenschalter liegt.

In weiterer Fortbildung der Erfindung ist neben der

Temperaturdifferenz an den Meßstellen auch die zeitliche Veränderung der Temperatur an diesen Meßstellen für die Stromabnehmerausfallerkennung heranzuziehen. Bei identischen Antriebsleistungen je Teilzug (mit je einer Meßstelle) ist im Betrieb ein identischer Temperaturverlauf zu erwarten. Im Störungsfall stellen sich unterschiedliche zeitliche

Temperaturgradienten an den Meßstellen ein, wodurch ein Stromabnehmerausfall schon vor dem Erreichen jener

Temperaturdifferenz, die als Schaltschwelle zur Erkennung eines Ausfalls bestimmt wurde, erkannt werden kann. Dabei wird für jede Meßstelle die Differenz der

Momentantemperatur zu der Temperatur vor einem bestimmten Zeitraum der gleichen Meßstelle ermittelt und diese

Temperaturänderungsgeschwindigkeiten der Meßstellen

verglichen. Der bestimmte Zeitraum ist von den thermischen Zeitkonstanten der elektrischen Leitungen beeinflusst und kann empirisch festgelegt werden.

Umfasst der Schienenfahrzeugverbund zwei Teilzüge, bzw. zwei einzelne Schienenfahrzeuge, so kann das Verfahren vereinfacht durchgeführt werden, wobei je Teilzug nur eine Meßstelle vorzusehen ist. Es wird vorausgesetzt, dass der

Schienenfahrzeugverbund aus jeweils identisch aufgebauten Fahrzeugen mit jeweils gleichen Antriebsleistungen aufgebaut ist. Dabei ist je Teilzug nur an einer Leitung von einem Stromabnehmer zu einer wagenkastenseitigen Sammelschiene eine Temperaturmessung vorzunehmen, wodurch der Aufwand zur

Umsetzung des Verfahrens wesentlich vereinfacht wird. Da die miteinander gekoppelten Teilzüge dieselben elektrischen Antriebsleistungen aufweisen, ist bei unbeschädigten

Stromabnehmern auch eine Gleichverteilung der Temperaturen der Leitungen von den Stromabnehmern zu einer

wagenkastenseitigen Sammelschiene zu erwarten. Solcherart ist eine Messung an allen diesen Leitungen nicht erforderlich, die Information, ob ein Stromabnehmer beschädigt ist, kann aus dem Vergleich oder dem zeitlichen Verlauf der

Temperaturen der beiden Meßstellen (je eine pro Teilzug) erlangt werden. Da die Antriebsleistung auch bei Beschädigung eines (von mehreren) Stromabnehmern im Wesentlichen konstant gegenüber dem unbeschädigten Fall verbleibt, müssen über die unbeschädigten Stromabnehmer höhere Ströme fließen welche solcherart eine Temperaturerhöhung der Sammelschiene und der zuführenden Leitungen von den Stromabnehmern hervorrufen. Eine exakte Lokalisierung eines ausgefallenen Stromabnehmers (Seiten- und Fahrwerksgenau) kann mit gegenständlichen

Verfahren nicht erzielt werden, wohl aber eines

Stromabnehmerpaares (zwei Stromabnehmer auf beiden Seiten innerhalb eines Drehgestelles) . In Betrieb von

Schienenfahrzeugen ist eine exakte Lokalisierung des

betroffenen Stromabnehmers nicht erforderlich, eine Warnung an das Fahrpersonal und eine Speicherung dieses

Fehlerzustands in der Wagensteuerung ist ausreichend, da der Fehler ohnedies nicht auf freier Strecke behoben werden kann, sondern üblicherweise erst nach Betriebsschluß in einem Ausbesserungswerk behoben wird.

Ist der Stromabnehmer der Meßstelle selbst betroffen, so kühlt die ihm zugeordnete Leitung im Verhältnis zu allen anderen Leitungen aus und es wird eine Temperaturdifferenz und somit ein Stromabnehmerausfall detektiert.

In weiterer Fortbildung der Erfindung empfiehlt es sich, zur Erkennung eines Stromabnehmerausfalls zusätzlich zur

Temperaturmessung an den Leitungen von den Stromabnehmern zu einer wagenkastenseitigen Sammelschiene fahrdynamische

Parameter auszuwerten. Da der Stromverbrauch eines

Schienenfahrzeugs zum überwiegenden Anteil von der

Antriebsleistung bestimmt ist, kann beispielsweise in

Abhängigkeit von der aktuellen Position des Fahrzeugs auf der Strecke (Steigung oder Gefälle) , der aktuellen Beladung (aus der Druckluft Sekundärfederung) und der aktuellen

Beschleunigung sowie der Umgebungstemperatur eine erwartete Temperatur der Meßstelle bestimmt werden. Dazu sind ggf.

Kalibierfahrten auf der vorgesehenen Strecke erforderlich. Weicht die gemessene Temperatur der Meßstelle von der erwarteten Temperatur um einen bestimmten Schwellwert ab, so kann daraus auf den Ausfall eines Stromabnehmers geschlossen werden. Wird an der Meßstelle eine höhere Temperatur als erwartet gemessen, so ist ein weiterer (anderer)

Stromabnehmer ausgefallen, weicht die Temperatur nach unten ab, so ist der Stromabnehmer der Meßstelle betroffen.

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, auch bei

Schienenfahrzeugen mit mehreren Stromabnehmern eine

Stromabnehmerausfallüberwachung mit nur einer Meßstelle je wagenkastenseitiger Sammelschiene eines Zugverbundes

realisieren zu können. Solcherart kann der Aufwand an

Temperaturfühlern, elektrischen Leitung, Analogeingängen der Wagensteuerung etc. reduziert werden.

Gegenständliches Verfahren ist sowohl bei Fahrzeugen mit links- und rechtsseitigen Stromabnehmern als auch bei

Fahrzeugen mit einseitig angeordneten Stromabnehmern

einsetzbar .

Das Wirkungsprinzip gegenständlicher Erfindung beruht auf der Erwärmung stromdurchflossener Leiter. Diese Verlustwärme führt zu einer Temperaturerhöhung des Leiters (typischerweise Kupfer oder Aluminium) , seiner Isolation sowie der umgebenden Bauteile. Die Isolation ist jeweils für eine bestimmte maximale Temperatur bemessen, welche nicht überschritten werden darf, da dies zu einem Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Isolation führen kann wodurch die

isolierenden Eigenschaften verändert werden können. In der Auslegung der betreffenden elektrischen Leitungen wird darauf Rücksicht genommen und die Leitungen werden dementsprechend dimensioniert, sodass im normalen Betrieb diese maximale Temperatur nicht auftreten kann. Dabei ist auch die

Umgebungstemperatur des Einsatzortes des Schienenfahrzeugs zu berücksichtigen .

Die elektrischen Leitungen von den Stromabnehmern

( fahrgestellseitige Stromabnehmer zu „3. Schiene") werden gebräuchlicherweise im Fahrgestellbereich verbunden, sodass nur eine Leitung vom Fahrgestell zum Wagenkasten geführt werden muss. Diese elektrische Leitung muss einen flexiblen Teil aufweisen, welcher die Beweglichkeit des Fahrgestells während des Betriebs nicht behindert. Der weitere Verlauf dieser Leitung im Bereich des Wagenkastens erfolgt in einer metallischen Führung. Diese metallische Führung ist

erforderlich, da die genannte elektrische Leitung

fahrzeugseitig nicht abgesichert ist. Ein Kurzschluss dieser Leitung mit dem Wagenkasten, welcher Massepotential aufweist wird nur durch die Sicherungseinrichtungen der Speisestelle der 3. Schiene abgesichert, wodurch äußerst hohe Ströme den Wagenkasten im Kurzschlußfall massiv beschädigen würden.

Tritt ein Kurzschluss an diesem (unabgesicherten) Teil der Leitung auf, so stellt die metallische Führung sicher, dass ausreichend hohe Ströme fließen können um die

Sicherungseinrichtungen der Speisestelle auszulösen. Dazu ist die metallische Führung mit der Fahrzeugmasse zu verbinden. Aufgrund der Erfordernisse, sehr geringe Erdungswiderstände und eine hohe Zuverlässigkeit dieser Masseverbindung

gewährleisten zu können, werden die Anschlußpunkte

üblicherweise mit der metallischen Führung verschweißt. An diese angeschweißten Anschlußpunkte werden Masseleitungen hohen Querschnitts geschraubt und die Verschraubung

gesichert. Diese in der metallischen Führung befindliche elektrische Leitung führt zu einem wagenkastenseitigen

Anschlußkasten (Sammelschiene) , in welchem die fahrzeugseitigen Sicherungseinrichtungen (Schmelzsicherungen oder Leistungsschalter) vorgesehen sind.

Die genannte metallische Führung umschließt die darin geführte elektrische Leitung eng, die Leitung weist eine ausreichende Beweglichkeit in der Führung auf, es besteht jedoch kein wesentlicher Spalt zwischen der Leitung und der Führung. Dadurch wirkt sich die Erwärmung der Leitung unmittelbar auch auf die metallische Führung auf, welche einen im Wesentlichen identischen Temperaturverlauf wie die darin geführte elektrisch Leitung aufweist. Da die Führung im Untergestell des Wagenkastens eingebaut ist und häufig von weiteren Einbauten im Untergestell umgeben ist, kann durch den Fahrtwind keine bedeutende Kühlung der metallischen Führung erfolgen. Bei einigen Schienenfahrzeugen ist die metallische Führung auch in einem komplett

fahrtwindgeschützten Bereich montiert.

Somit ist es möglich, durch Messung der Temperatur der metallischen Führung auf die Temperatur der elektrischen Leitung in dieser Führung zu schließen ohne wesentliche Meßfehler in Kauf nehmen zu müssen. Die Zeitkonstanten des Erwärmungsvorgangs dieser Leitung sind ausreichend lang.

Es ist nicht ohne weiteres möglich, einen Temperatursensor unmittelbar an der elektrischen Leitung anzuordnen, da dies gemäß den Bauvorschriften von Schienenfahrzeugen unzulässig ist. Da auch bei Versagen der Isolation der elektrischen Leitung die Fahrspannung nicht an die Fahrzeugelektronik oder den Wagenkasten gelangen darf, sind entsprechende

Temperatursensoren einzusetzen. Diese für den genannten Einsatzzweck geeigneten Temperatursensoren weisen eine

Masseverbindung auf, sodass sichergestellt ist, dass im Fall des Versagens der Isolation ausreichende Ströme zur Auslösung der Speiseseitigen Sicherung fließen können.

Werden Temperatursensoren unmittelbar an der elektrischen Leitung angeordnet, so ist eine zusätzliche elektrische Isolierung vorzusehen. Solcherart kann auch bei Versagen der Isolierung der elektrischen Leitung ein Übergreifen der Fahrspannung auf den Temperatursensor und die

Fahrzeugsteuerung verhindert werden.

Versagt ein Stromabnehmer, so wird die elektrische Leistung über den, bzw. die verbleibenden Stromabnehmer übertragen, welche dabei höhere elektrische Ströme führen müssen. Dadurch werden die Leitungen von den verbleibenden Stromabnehmern zu der Sammelschiene entsprechend stärker erwärmt und somit auch gegebenenfalls die metallischen Führungen dieser Leitungen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die

Temperaturen der metallischen Führungen ermittelt und wenn die Temperatur einer metallischen Führung einen bestimmten Wert übersteigt ein Signal an die Fahrzeugssteuerung

abgegeben .

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dazu einen Thermoschalter einzusetzen, welcher bei einer bestimmten Temperatur schaltet, also eine Temperaturüberschreitung binär anzeigt. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, eine besonders einfache und preisgünstige Stromabnehmerausfallerkennung aufbauen zu können, da einerseits Thermoschalter sehr preisgünstig sind, andererseits zur Weiterverarbeitung nur Binäreingänge einer Fahrzeugsteuerung erforderlich sind, wodurch auch die weiterverarbeitende Software (so eine solche eingesetzt wird) vereinfacht wird.

Wird eine analoge Temperaturmessung vorgenommen, so kann durch die Fahrzeugsteuerung ein zeitliches Temperaturprofil der metallischen Führung ermittelt werden und solcherart bereits die Tendenz einer Temperaturerhöhung erkannt werden wodurch eine frühzeitige Warnung erfolgen kann. Dabei sind seitens der Fahrzeugsteuerung analoge Eingänge vorzusehen.

Der Schwellwert der Auslösung einer Warnung, d.h. das

Ausgeben eines Signals welches einen Stromabnehmerausfall anzeigt ist mit einem bestimmten Sicherheitsabstand von der maximal zulässigen Temperatur der elektrischen Leitung festzulegen. Typische für diesen Zweck eingesetzte Leitungen weisen zulässige Dauertemperaturen von ca. 90 bis 120 Grad Celsius, bei einer typischen zulässigen kurzzeitigen

Spitzentemperatur von 150 Grad Celsius auf.

Befindet sich ein Fahrzeug im Teillastbetrieb (z.B. leere U- Bahn) , so ist es möglich, dass dabei bei Ausfall eines

Stromabnehmers die Auslösetemperatur der nichtbetroffenen Leitung nicht erreicht wird, das Fahrzeug also zumindest kurzfristig weiterbetrieben werden kann, eine Warnung kann allenfalls unter Einsatz einer analogen Temperaturmessung und Auswertung des zeitlichen Temperaturprofils (der metallischen Führung) erfolgen.

Die Wagensteuerung kann bei Erkennung eines Ausfalls eines Stromabnehmers das Fahrpersonal von diesem Ausfall

informieren, beispielsweise durch ein Warnlicht im

Fahrerstand oder einer Warnmeldung im Fahrerdisplay, sie kann auch im Fehlerfall die maximal zur Verfügung stehende

Antriebsleistung reduzieren, sodass ein betroffenes Fahrzeug bis zu einem geeigneten Reparaturzeitpunkt in Betrieb verbleiben kann, die maximal erreichbare Beschleunigung jedoch reduziert ist. Die Temperaturbestimmungseinrichtung (Thermoschalter,

Thermoelement, Widerstandsthermometer, etc.) ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung an einer Ausformung der metallischen Führung anzuordnen. Es ist vorteilhaft, dazu jene Ausformung einzusetzen, welche zum Anschluss des

Erdungskabels (Masseanschluß) vorgesehen ist. Diese

Ausformung ist gebräuchlicherweise an die metallische Führung angeschweißt um einen extrem niederohmigen Anschluss

gewährleisten zu können und eignet sich auch sehr gut zur Montage einer Temperaturbestimmungseinrichtung. Eine

allfällig vorgesehene Isolierung der metallischen Führung muss an der Befestigungsstelle der

Temperaturbestimmungseinrichtung entfernt werden.

In weiterer Fortbildung der Erfindung ist es vorteilhaft diese Ausformung, zusammen mit der an ihr montierten

Temperaturbestimmungseinrichtung zumindest teilweise mit einem thermisch isolierenden Material einzuhüllen. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, eine höhere Genauigkeit der

Temperaturbestimmung erreichen zu können, da dadurch die Wärmeabgabe der Ausformung an die Umgebung reduziert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig.l Energiezuführung eines Schienenfahrzeugs.

Fig.2 metallische Führung.

Fig.3 Zug mit Stromabnehmerausfallserkennung.

Fig.4 Schienenfahrzeug mit Stromabnehmerausfallserkennung Fig.5 Temperaturverläufe bei einem Stromabnehmerausfall.

Fig.6 Temperaturmeßstelle Ausführung der Erfindung

Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch eine

Energiezuführung eines Schienenfahrzeugs. Es ist der

prinzipielle Aufbau einer elektrischen Energiezuführung eines Schienenfahrzeugs mit am Fahrwerk angeordneten Stromabnehmern gezeigt. Das Schienenfahrzeug weist zwei Drehgestelle auf, wobei dem ersten Drehgestell ein linkseitiger Stromabnehmer 1 und ein rechtsseitiger Stromabnehmer 2 zugeordnet sind und wobei dem zweiten Drehgestell ein linksseitiger Stromabnehmer 3 und ein rechtsseitiger Stromabnehmer 4 zugeordnet sind. Die zu den Stromabnehmern 1, 2, 3, 4 führenden elektrischen Leitungen werden noch im Bereich des Drehgestells zu einer gemeinsamen Leitung verbunden. Der dazu üblicherweise eingesetzte Verbindungskasten ist in Fig.l zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Diese gemeinsame Leitung weist in ihrem weiteren Verlauf jeweils einen flexiblen Abschnitt 11 auf, welcher die Beweglichkeit des Drehgestells

sicherstellt. Im weiteren Verlauf ist die elektrische Leitung 5 in einer metallischen Führung 6 geführt. Dieser

Leitungsabschnitt ist am, bzw. im Untergestell des

Schienenfahrzeugs angeordnet. Die elektrische Leitung 5 ist zu einem Anschlußkasten 10 geführt, welche unter anderem eine Sammelschiene und Sicherungseinrichtungen umfasst. Die metallischen Führungen 6 sind jeweils mit einer Masseleitung 9 mit der Fahrzeugmasse verbunden. Dazu weisen die

metallischen Führungen 6 jeweils eine Ausformung 8 auf, die zum Anschluß einer Masseleitung 9 ausgebildet sind. Weiters sind an den Ausformungen 8 jeweils eine

Temperaturbestimmungseinrichtung 7 angeordnet, welche die Temperatur der Ausformung 8, bzw. der metallischen Führung 6 erfassen .

Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch eine metallische Führung mit einer Temperaturbestimmungseinrichtung. Es ist ein Querschnitt einer metallischen Führung 6 im Bereich einer Ausformung 8 dargestellt. In der metallischen Führung 8 ist eine elektrische Leitung 5 geführt, welche einen elektrischen Leiter und eine diesen elektrischen Leiter einhüllende

Isolierung aufweist. Die metallische Führung 6 ist rohrförmig ausgeführt, wobei der Innendurchmesser der metallischen Führung nur unwesentlich größer ist als der Außendurchmesser der elektrischen Leitung 5. Diese Durchmesserdifferenz ist so bemessen, dass eine Montage der elektrischen Leitung 5 möglich ist. Die geringe Durchmesserdifferenz stellt auch einen guten Wärmeübergang von der elektrischen Leitung 5 in die metallische Führung 6 sicher. Die metallische Führung weist eine plattenförmige Ausformung 8 auf, welche einstückig mit der metallischen Führung 6 ausgeführt ist. Im Allgemeinen ist die Ausformung 8 mit der metallischen Führung 6

verschweißt. Die Ausformung 8 weist Befestigungsmittel zur Montage einer Temperaturbestimmungseinrichtung 7 auf. In gezeigtem Ausführungsbeispiel ist dieses Befestigungsmittel als Bohrung ausgeführt. Die Temperaturbestimmungseinrichtung 7 ist elektrisch mit einer Wagensteuerung 13 verbunden und gibt ein Signal 12 an diese Wagensteuerung ab, welche von der ermittelten Temperatur der metallischen Führung 6 bestimmt ist. Weiters weist die Ausformung 8 einen Anschluß für eine Masseleitung 9 auf, zur Vereinfachung ist dieser Anschluß in Fig. 2 nicht dargestellt.

Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch einen Zug mit

Stromabnehmerausfallserkennung. Es ist ein Verband aus sechs Schienenfahrzeugen dargestellt, welcher aus zwei Teilzügen A, B zusammengestellt ist, welche jeweils drei Schienenfahrzeuge umfassen. Ein solcher Schienenfahrzeugverbund ist typisch für die bei U-Bahnen oder ähnlichen Nahverkehrsbahnen

eingesetzten Schienenfahrzeugverbunde. Dabei sind beide Teilzüge A, B jeweils auch getrennt einsetzbar, und im

Wesentlichen identisch. In gezeigtem Ausführungsbeispiel weisen jeder der Teilzüge A, B zwei Stromabnehmer 15 auf, welche bei Betrieb in Kontakt mit einer Stromschiene sind. Jeder Teilzug A, B ist mit einer elektrischen Leitung 5 ausgestattet, welche die Fahrspannung von den Stromabnehmern 15 zu den Antriebsstromrichtern leitet. Diese elektrische Leitung 5 stellt eine wagenkastenseitige Sammelschiene dar. Es besteht keine Verbindung der elektrischen Leitungen 5 der beiden Teilzüge A, B. Jeder der beiden Teilzüge ist mit einer Temperaturbestimmungseinrichtung 7 ausgestattet, welche die Temperatur der elektrischen Verbindung von einem

Stromabnehmer 15 zu der elektrischen Leitung 5 bestimmt und ein dieser Temperatur entsprechendes elektrisches Signal 12 an die Wagensteuerung 13 des jeweiligen Zugteils A, B leitet. Die Wagensteuerungen 13 der Zugteile A, B sind untereinander mittels einer Datenverbindung 14 verbunden.

Gebräuchlicherweise ist im Fahrbetrieb eine der beiden

Wagensteuerungen 13 führend, wobei häufig die in

Fahrtrichtung vorne liegende die Zugsteuerungs- und

Überwachungsfunktionen ausführt. Die nicht führende

Wagensteuerung 13 leitet die ihr zugeleiteten

Temperaturmeßwerte an die führende Wagensteuerung 13 über die Datenverbindung 14 weiter.

Im Fahrbetrieb nehmen beide Teilzüge A, B im Wesentlichen dieselben elektrischen Leistungen auf, sodass die

Temperaturbestimmungseinrichtungen 7 der Teilzüge A, B jeweils dieselben Temperaturen ermitteln. Fällt einer der Stromabnehmer 15 aus, so muß die Stromversorgung des betroffenen Zugteils durch die

verbleibenden Stromabnehmer 15 erfolgen, welche dabei elektrisch und thermisch höher belastet werden. Dadurch treten an den Temperaturbestimmungseinrichtungen 7 der

Teilzüge A, B unterschiedliche Temperaturen auf. In

Abhängigkeit vom jeweils betroffenen Stromabnehmer 15 ergibt sich das Vorzeichen dieser Temperaturdifferenz. Die jeweils führende Wagensteuerung 13 bestimmt diese Temperaturdifferenz und löst bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts eine Warnung aus. Weiters kann die Wagensteuerung 13 dabei auch Fahrzeugparameter, beispielsweise die maximal mögliche Antriebsleitung beeinflussen und somit die verbliebenen Stromabnehmer 15 vor Überlast schützen.

Fig . 4 zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit Stromabnehmerausfallserkennung. Es ist ein

Schienenfahrzeug mit zwei Stromabnehmern 15 dargestellt, welche mit einer gemeinsamen elektrischen Leitung 5 verbunden sind, diese elektrische Leitung 5 ist eine wagenkastenseitige Sammelschiene aus welcher die elektrischen Verbraucher des Schienenfahrzeugs gespeist werden. Eine

Temperaturbestimmungseinrichtung 7 ermittelt die Temperatur einer Leitung von einem der Stromabnehmer 15 zu der

elektrischen Leitung 5 und übermittelt ein dieser Temperatur entsprechendes Signal 12 an eine Wagensteuerung 13. Das in Fig.4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine

Stromabnehmerausfallerkennung unter Einsatz einer einzigen Temperaturbestimmungseinrichtung 7. Eine

Fahrzeugparametererfassung 17 ermittelt die für den

Fahrbetrieb und die Stromabnehmerausfallerkennung

wesentlichen dynamischen Fahrzeugparameter wie den aktuellen Beladungszustand, die aktuelle Beschleunigung, die Umgebungstemperatur, die Position auf der Fahrstrecke und somit die Aktuelle Steigung bzw. das Gefälle und leitet diese Daten an die Wagensteuerung 13. Aus diesen Daten und der gemessenen Temperatur der Leitung von einem der Stromabnehmer 15 zu der elektrischen Leitung 5 ermittelt die Wagensteuerung 13 durch Vergleich der gemessenen Temperatur zu einer von der Wagensteuerung 13 errechneten Temperatur einen

Stromabnehmerausfall. Weicht die gemessene Temperatur mehr als einen vorbestimmten Schwellwert von der errechneten Temperatur ab, so gibt die Wagensteuerung 13 ein Signal an ein Fahrerinformationssystem ab und modifiziert

gegebenenfalls bestimmte Fahrzeugparameter, beispielsweise die maximale Antriebsleistung. Die errechnete Temperatur wird von der Wagensteuerung 13 aus den von der

Fahrzeugparametererfassung 17 ermittelten dynamischen

Parametern bestimmt. Gezeigtes Ausführungsbeispiel ermöglicht die Erkennung eines Stromabnehmerausfalls auch bei einem Einzelfahrzeug, welches nicht in einem Zugverband eingesetzt wird. Weiters ermöglicht diese Ausführung auch das Erkennen des jeweils ausgefallenen Stromabnehmers, da das Vorzeichen der Temperaturdifferenz dieser Erkennung ermöglicht. Wird an der Temperaturbestimmungseinrichtung 7 eine niedrigere

Temperatur als die errechnete Temperatur gemessen, so ist der der Temperaturbestimmungseinrichtung 7 zugeordnete

Stromabnehmer 15 ausgefallen. Wird an der

Temperaturbestimmungseinrichtung 7 eine höhere Temperatur als die errechnete Temperatur gemessen, so ist der der

Temperaturbestimmungseinrichtung 7 abgewandte Stromabnehmer 15 ausgefallen, da solcherart der zweite Stromabnehmer 15 die gesamte elektrische Leistung übertragen muß und sich stärker erwärmt . Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch die

Temperaturverläufe an den Meßstellen bei einem

Stromabnehmerausfall. Es sind die Temperaturverläufe gezeigt, wie sie bei einer Anordnung der Meßstellen gemäß dem

Ausführungsbeispiel aus Fig.3 auftreten können. Die Grafik umfasst die Temperaturverläufe der ersten Meßstelle Tl des ersten Zugteils A und der zweiten Meßstelle T2 des zweiten Zugteils B. Die waagrechte Achse beschreibt jeweils die Zeit t. Es ist ein beispielhafter Fahrbetrieb angenommen, bei welchem die Temperaturverläufe Tl, T2 ausgehend von einer Grundtemperatur einen Anstieg bis zu einer bestimmten

Temperatur aufweisen. Anschließen ist ein Stillstand des Fahrzeugs angenommen, wodurch die Temperaturen an den

Meßstellen wieder absinken. Dabei, bzw. bei einem

darauffolgenden Beschleunigungsvorgang fällt ein

Stromabnehmer 15 des mittleren Wagens des ersten Teilzugs A zum Ausfallzeitpunkt ta aus. Der Temperaturverlauf T2 der Meßstelle des zweiten Teilzugs B ist davon unbeeinflußt und zeigt somit im weiteren Verlauf einen Anstieg. Der

Temperaturverlauf Tl der Meßstelle des ersten Teilzugs A zeigt einen wesentlich steileren Anstieg und erreicht einen höheren Temperaturwert als jene der Meßstelle des zweiten Teilzugs B da die gesamte elektrische Leistung nach den Ausfallszeitpunkt ta über das der Meßstelle des ersten

Teilzugs A fließt und diese Leitung stärker erwärmt. Neben der Detektion der Temperaturunterschiede, die sich aufgrund der thermischen Zeitkonstanten der elektrischen Leitung erst nach einiger Zeit einstellen, können auch die

Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten und ermittelt und zur Ausfallserkennung herangezogen werden. Solcherart kann ein Ausfall noch vor dem Erreichen eines bestimmten

Temperaturdifferenzschwellwerts erkannt werden. Fig.6 zeigt beispielhaft und schematisch eine

Temperaturmeßstelle an einer elektrischen Leitung. Es ist eine metallische Halterung 18 dargestellt, welche mittels eines Bügels 19 mit Bauteilen des Schienenfahrzeugs, bzw. mit Bauteilen eines sogenannten Antriebscontainers verbunden ist. An der Halterung 18 ist eine Temperaturbestimmungseinrichtung 7 so angeordnet, daß eine Wärmeleitung zwischen diesen

Bauteilen erfolgen kann. Die Halterung 18 weist eine

kreisförmige Ausnehmung auf und ist geteilt, sodass eine isolierte elektrische Leitung 5 eingebracht werden kann und die Halterung 18 daraufhin geschlossen werden kann.

Solcherart ist eine besonders gute Wärmeleitung zwischen der elektrischen Leitung 5 und der Halterung 18 und somit auch zu der Temperaturbestimmungseinrichtung 7 sichergestellt. Die elektrische Leitung 5 ist in gezeigtem Ausführungsbeispiel normal zur Zeichnungsebene angeordnet und somit geschnitten dargestellt . ereinfacht kann die Halterung 18 auch ungeteilt ausgeführt werden und die elektrische Leitung 5 mittels geeigneter Hilfsmittel, beispielsweise Kabelbindern an der Halterung 8 befestigt werden. Eine Isolierung 20 ist in der Ausnehmung der Halterung 18 angeordnet und schützt auch bei einem Versagen der Isolierung der elektrischen Leitung 5 das Fahrzeug vor der Fahrspannung.

Liste der Bezeichnungen

I Stromabnehmer, erstes Drehgestell links 2 Stromabnehmer, erstes Drehgestell rechts

3 Stromabnehmer, zweites Drehgestell links

4 Stromabnehmer, zweites Drehgestell rechts

5 elektrische Leitung

6 metallische Führung

7 Temperaturbestimmungseinrichtung

8 Ausformung

9 Masseleitung

10 Anschlußkasten

II flexibler Abschnitt der elektrischen Leitung 12 Signal

13 Wagensteuerung

14 Datenverbindung

15 Stromabnehmer

16 Fahrerinformationssystem

17 Fahrzeugparametererfassung

18 Halterung

19 Bügel

20 Isolierung

A Erster Teilzug

B Zweiter Teilzug

Tl Temperaturverlauf erste Meßstelle

T2 Temperaturverlauf zweite Meßstelle

ta Ausfallszeitpunkt

t Zeit

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Stromabnehmerausfallüberwachung in einem Schienenfahrzeugverbund aus mindestens einem

Schienenfahrzeug, umfassend mehrere Stromabnehmer und elektrische Leitungen von den Stromabnehmern zu einer wagenkastenseitigen Sammelschiene, dadurch

gekennzeichnet, dass

- die Oberflächentemperatur mindestens einer

elektrischen Leitung von einem Stromabnehmer zu der wagenkastenseitigen Sammelschiene ermittelt wird,

- ein dieser Temperatur entsprechendes elektrisches Signal an eine Wagensteuerung geleitet wird,

- die Wagensteuerung die Temperaturen der ihr

zugeordneten Meßstellen vergleicht,

- eine Ausfall eines Stromabnehmers durch das Auftreten einer Temperaturdifferenz zwischen den Meßstellen des betroffenen zu den nichtbetroffenen Stromabnehmern oder durch das Auftreten einer unterschiedlichen

Temperaturänderungsgeschwindigkeit an den Meßstellen erkannt wird.

Verfahren zur Stromabnehmerausfallüberwachung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der Schienenfahrzeugverbund aus zwei Teilzügen besteht, welche jeweils eine wagenkastenseitige Sammelschiene aufweisen und wobei je Teilzug die Temperatur der elektrischen Leitung eines einzigen Stromabnehmers zu der wagenkastenseitigen Sammelschiene ermittelt wird und bei Ausfall eines Stromabnehmers,

Ausfall eines Stromabnehmers durch das Auftreten einer Temperaturdifferenz zwischen den Meßstellen des betroffenen zu dem nichtbetroffenen Teilzug erkannt wird .

Verfahren zur Stromabnehmerausfallüberwachung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Wagensteuerung zusätzlich fahrdynamische Parameter auswertet und zur Erkennung eines Stromabnehmerausfalls einsetzt .

Verfahren zur Stromabnehmerausfallüberwachung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

als fahrdynamischer Parameter wenigstens einer der Werte :

- aktuelle Fahrzeugbeladung,

- aktuelle Position des Fahrzeugs auf der Strecke,

- aktuelle Beschleunigung

eingesetzt wird.

Verfahren zur Stromabnehmerausfallüberwachung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer bestimmten

Oberflächentemperatur einer elektrischen Leitung von einem Stromabnehmer zu der wagenkastenseitigen

Sammelschiene ein Warnsignal ausgegeben wird.

Schienenfahrzeug, eingerichtet für die Durchführung eines Verfahrens zur Stromabnehmerausfallüberwachung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in welchem jedes Fahrwerk einen links- (1, 3) und einen rechtsseitigen (2, 4) Stromabnehmer umfasst und wobei die gemeinsame elektrische Leitung (5) zwischen den Stromabnehmern (1, 2, 3, 4) und einer wagenkastenseitigen Sammelschiene in jeweils einer metallischen Führung (6) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder metallischen Führung (6) mindestens eine

Temperaturbestimmungseinrichtung (7) vorgesehen ist, welche die Temperatur der ihr zugeordneten metallischen Führung (6) ermittelt und ein der Temperatur

entsprechendes Signal (12) an eine Wagensteuerung (13) leitet .

7. Schienenfahrzeug, eingerichtet für die Durchführung eines Verfahrens zur Stromabnehmerausfallüberwachung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass die

Temperaturbestimmungseinrichtung (7) ein Thermoschalter ist, welcher bei Überschreitung einer bestimmten

Temperatur ein Signal (12) an die Wagensteuerung leitet .

Metallische Führung (6) für ein Schienenfahrzeug mit Stromabnehmerausfallüberwachung nach einem der

Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Führung (6) rohrförmig ausgebildet ist un eine Ausformung (8) zur Befestigung einer

Temperaturbestimmungseinrichtung (7) aufweist.

Metallische Führung (6) für ein Schienenfahrzeug mit Stromabnehmerausfallüberwachung nach Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (8) als Anschlußpunkt für eine Masseleitung (9) ausgebildet ist .

Metallische Führung (6) für ein Schienenfahrzeug mit Stromabnehmerausfallüberwachung nach einem der

Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (8) und die Temperaturbestimmungseinrichtung (7) zumindest teilweise mit einem thermisch

isolierenden Material eingehüllt sind.