-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung, eine Vorrichtung, mit der dieses Einspeisen durchgeführt werden kann, ein Verfahren zum Detektieren einer Fahrleitung und Bestimmen deren Position, ein Steuergerät für ein Fahrzeug, ein Fahrzeugsystem sowie ein System bestehend aus einem Fahrzeugsystem und einer Vorrichtung zum Einspeisen des Signals.
-
Fahrleitungen für elektrische Verkehrssysteme sind wohl bekannt und können beispielsweise als Oberleitung oder als Stromschiene ausgestaltet sein. Um einen Stromabnehmer eines Fahrzeugs an die Fahrleitung anzulegen, muss vorab überprüft werden, ob dies gefahrlos möglich ist. Bei Eisenbahnen, Straßenbahnen und/oder Oberleitungsbussen erfolgt dies beispielsweise dadurch, dass Triebfahrzeugführer oder Busfahrer eine Sichtprüfung vornehmen dahingehend, ob eine Fahrleitung im Bereich des Fahrzeugs vorhanden ist. Nur wenn dies der Fall ist, gibt der Triebfahrzeugführer beziehungsweise Busfahrer über eine Schaltereingabe ein entsprechendes Signal an den Stromabnehmer, den Stromabnehmer an die Fahrleitung anzulegen. Bei Fahrzeugen ohne Spurführung z.B. durch eine Schiene wird durch die Sichtprüfung neben der Existenz der Fahrleitung auch die korrekte Position des Fahrzeuges unter der Fahrleitung geprüft. Soll ein Fahrzeug eines elektrischen Verkehrssystems automatisiert oder auch ohne Triebfahrzeugführer beziehungsweise Fahrer betrieben werden, so muss diese Sichtprüfung durch den Triebfahrzeugführer beziehungsweise Fahrer entfallen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System bereitzustellen, mit dem ein sicheres Anlegen eines Stromabnehmers an eine Fahrleitung auch ohne eine solche Sichtkontrolle möglich wird. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die für dieses System notwendigen Komponenten bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird dem Verfahren zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung, einer Vorrichtung zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung, einem Verfahren zum Detektieren einer Fahrleitung, einem Steuergerät zur Ausführung des Detektionsverfahrens, einem Fahrzeugsystem und einem System der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
-
Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, ein bekanntes elektromagnetisches Signal in die Fahrleitung einzuspeisen. Dieses elektromagnetische Signal breitet sich entlang der Fahrleitung aus und erzeugt ein elektromagnetisches Feld um die Fahrleitung. Geeignete Empfänger am Fahrzeug können dieses, durch das elektromagnetische Signal ausgelöste, elektromagnetische Feld detektieren und so Rückschlüsse über das Vorhandensein der entsprechenden Fahrleitung ziehen.
-
In einem Verfahren zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung weist das elektromagnetische Signal eine vorgegebene Eigenschaft auf. Die vorgegebene Eigenschaft kann dabei eine vorgegebene Frequenz und/oder eine vorgegebene Signalform umfassen, wobei die vorgegebene Signalform als moduliertes Signal ausgestaltet sein kann. Aufgrund des elektromagnetischen Signals wird ein elektromagnetisches Feld um die Fahrleitung erzeugt. Durch das Einspeisen des elektromagnetischen Signals mit der vorgegebenen Eigenschaft wird es ermöglicht, einem Fahrzeug, welches das elektromagnetische Feld dieser Eigenschaft detektiert, durch geeignete Wahl eines Frequenzbandes eine Information über das Vorhandensein einer entsprechenden Fahrleitung zu vermitteln. Ein Empfänger im Fahrzeug kann beispielsweise ein ermitteltes elektromagnetisches Signal anhand einer voreingestellten vorgegebenen Eigenschaft filtern und so die entsprechende Fahrleitung detektieren.
-
Fahrleitungen können dabei beispielsweise Oberleitungen und/oder Fahrdrähte sein, die typischerweise oberhalb der Fahrzeuge angeordnet sind. Es ist jedoch auch in alternativen Beispielen möglich, die Fahrleitung als Fahrdraht neben den Fahrzeugen oder beispielsweise als Stromschiene auszuführen.
-
Es ist dabei unerheblich, ob das Fahrzeug, welches über die Fahrleitung mit Strom versorgt werden soll, ein schienengebundenes Fahrzeug wie beispielsweise ein Zug und/oder eine Straßenbahn oder ein nicht spurgebundenes Fahrzeug, wie beispielsweise ein Lastkraftwagen oder Bus ist. Solche elektrisch angetriebenen Lastwägen können beispielsweise im Bergbau, also beispielsweise in Minen, oder in Zukunft auch auf konventionellen, mit einer Fahrleitung ausgestatteten Autobahnen zum Einsatz kommen. Gerade für die nichtspurgebundenen Anwendungen ist es zwingend erforderlich, zu detektieren, ob eine Fahrleitung vorhanden ist, bevor ein Stromabnehmer an die Fahrleitung angelegt wird.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt die vorgegebene Frequenz mindestens ein Kilohertz und maximal 30 Megahertz. Dieser Frequenzbereich eignet sich gut, ein möglichst verlustfreies Signal in eine Fahrleitung einzuspeisen, welches dann von den Fahrzeugen entsprechend detektiert werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass in einem Gebiet mehrere Fahrleitungen für unterschiedliche Fahrzeuge vorhanden sind und diese unterschiedlichen Fahrleitungen mit einem elektromagnetischen Signal mit jeweils einer unterschiedlichen Frequenz aus dem genannten Frequenzbereich beaufschlagt werden. Dadurch werden die Fahrleitungen für die Fahrzeuge unterscheidbar.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens erzeugt das elektromagnetische Signal einen Stromfluss in der Fahrleitung, wobei aufgrund des Stromflusses ein Magnetfeld um die Fahrleitung erzeugt wird. Wird um die Fahrleitung ein Magnetfeld erzeugt, ermöglicht dies einen möglichst störungsfreien Betrieb des Systems, da sich Magnetfelder ausschließlich um die Fahrleitung ausbreiten und nicht durch weitere, im Bereich der Fahrleitung angeordnete, metallische Gegenstände beeinflusst werden.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Fahrleitung einen ersten Pol und einen zweiten Pol auf. Das Einspeisen des Signals erfolgt derart, dass eine Impedanz eines Erzeugers an eine Leitungsimpedanz der Fahrleitung angepasst wird. Damit das eingespeiste Signal einen Stromfluss in der Fahrleitung erzeugen kann, kann es vorgesehen sein, einen durch den ersten Pol und den zweiten Pol gebildeten Stromkreis an einem entfernten Ende der Fahrleitung zu schließen. Um hohe Verlustleistungen durch die Fahrspannung zu vermeiden, wird an dieser Stelle ein Kondensator eingebaut, um den Stromkreis für das höherfrequente eingespeiste Signal zu schließen. Um Stehwellen auf der Fahrleitung zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, einen Widerstand mit einem Widerstandswert im Bereich der nominellen Leitungsimpedanz der Fahrleitung in Reihe zum Kondensator zu schalten.
-
Dabei ist es unerheblich, ob die Fahrleitung als solche einpolig (wie beispielsweise eine Oberleitung im deutschen Bahnverkehr) oder zweipolig mit Hin- und Rückleitung des Stroms über die Fahrleitung ausgestaltet ist.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das elektromagnetische Signal mit der vorgegebenen Frequenz ein Trägersignal. Auf dieses Trägersignal werden Daten aufmoduliert. Durch die aufmodulierten Daten können zusätzliche Informationen neben dem reinen Vorhandensein der Fahrleitung an Fahrzeuge übertragen werden.
-
Diese aufmodulierten Daten können durch Sensoren eines Fahrzeugs bereits vor dem Anlegen eines Stromabnehmers detektiert und ausgewertet werden. Damit kann z.B. ein Anbügeln an eine ungeeignete oder sich nicht in Betrieb befindliche Fahrleitung verhindert werden.
-
Durch die Detektion des elektromagnetischen Feldes des eingespeisten Signals, dass sich um die Fahrleitung ausbildet, ist eine sehr präzise und robuste örtliche Zuordnung zu einem Fahrleitungsabschnitt gegeben. Im Gegensatz zu einer Funkverbindung ist damit sichergestellt, dass die empfangenen Daten sich auf den räumlich über dem Fahrzeug befindlichen Fahrleitungsabschnitt beziehen und z.B. nicht zu einem benachbart angeordneten Abschnitt.
-
Daneben ist es aber auch möglich, Daten an bereits angekoppelte Fahrzeuge zu übertragen.
-
Diese Informationen können beispielsweise umfassen, dass eine Überlastung, eine Notfallabschaltung, eine Abschaltung aufgrund anderer Gründe oder Kompatibilitätsprobleme vorliegen. Dadurch kann beispielsweise eine Information an Fahrzeuge weitergegeben werden, ob derzeit ein Anbügeln eines Stromabnehmers an die Fahrleitung gefahrlos möglich ist, oder ob ein Stromabnehmer von der Fahrleitung abgebügelt werden soll. Ferner können die Daten auch infrastrukturseitige Aufforderungen zum Abbügeln des Stromabnehmers umfassen, beispielsweise bei starkem Wind und daraus resultierenden Bewegungen der Fahrleitung, vereisten Fahrleitungen, Schäden an der Fahrleitung, Hindernissen in der Fahrleitung, oder vorausliegenden Rettungs- beziehungsweise Wartungseinsätze, geerdete Bereiche der Fahrleitung oder aufgrund demnächst erfolgender Überprüfungen der Fahrleitung, die eine Beschädigung der Fahrzeuge zur Folge haben könnten. Ferner können über die Daten oder mittels der Daten auch Eigenschaften der Oberleitung wie Versionen oder Bauartinformationen, Standorte, Streckeninformationen, Hausnummern und Straßennamen, maximale Höhen der Fahrleitung, minimale Höhen der Fahrleitung, Längen eines gerade befahrenen Abschnitts der Fahrleitung und die durch die Fahrleitung bereitgestellte Spannung übertragen werden. Auch temporäre Änderungen wie beispielsweise eine Leistungsbeschränkung für alle im Bereich der Fahrleitung befindlichen Fahrzeuge oder eine Ankündigung eines Ein- beziehungsweise Ausschaltvorgangs der Fahrleitung können so übertragen werden. Das Anbügeln des Stromabnehmers kann auch als Ankoppeln oder Anlegen des Stromabnehmers bezeichnet werden. Das Abbügeln kann auch als Abkoppeln oder Ablegen oder Trennen des Stromabnehmers bezeichnet werden.
-
Eine Vorrichtung zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung umfasst einen Erzeuger, der eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Signal mit einer vorgegebenen Frequenz zu erzeugen. Die Vorrichtung als solche ist eingerichtet, das elektromagnetische Signal in die Fahrleitung einzuspeisen. Dies kann beispielsweise durch eine feste Verdrahtung oder aber auch durch eine Einspeisung mittels elektromagnetischer Kopplung des Signals in die Fahrleitung erfolgen.
-
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner einen ersten und einen zweiten Anschluss auf, wobei das elektromagnetische Signal über den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss in die Fahrleitung eingespeist werden kann. Der erste Anschluss kann dabei mit einem ersten Pol der Fahrleitung und der zweite Anschluss mit einem zweiten Pol der Fahrleitung verbunden sein. Dies ermöglicht ein einfaches Einspeisen des elektromagnetischen Signals in die Fahrleitung.
-
In einer Ausführungsform ist an einem entfernten Ende der Fahrleitung zwischen einem dritten Anschluss und einem vierten Anschluss ein Kondensator geschaltet. Der Kondensator ermöglicht, das elektromagnetische Signal in die Fahrleitung einzuspeisen und gleichzeitig eine möglichst geringe Verlustleistung bezüglich der Fahrspannung zu erzeugen.
-
Um die Vorrichtung von der hohen Fahrspannung auf der Fahrleitung zu entkoppeln, ist es zweckmäßig das Signal über Koppelkondensatoren an die Fahrleitung anzukoppeln. Damit das eingespeiste Signal einen Stromfluss in der Fahrleitung erzeugen kann, ist es notwendig, den Stromkreis am entfernten Ende (Ende des Fahrleitungsabschnittes) für das eingespeiste Signal zu schließen. Um hohe Verluste bei der Fahrspannung zu vermeiden, ist es zweckmäßig den Stromfluss für eingespeiste Signal über einen Kondensator zu schließen.
-
In einer Ausführungsform ist ein Widerstand mit dem Kondensator in Serie geschaltet. Dieser Widerstand kann beispielsweise der nominellen Impedanz der Fahrleitung entsprechen, wodurch die Verlustleistung weiter minimiert wird, da hierdurch stehende Wellen in der Fahrleitung vermieden und die elektromagnetische Feldausbildung gleichförmig über eine gesamte Leitungsstrecke ermöglicht wird.
-
Um Stehwellen auf der Fahrleitung zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, einen Widerstand mit einem Widerstandswert im Bereich der nominellen Leitungsimpedanz der Fahrleitung in Reihe mit dem Kondensator zu schalten. Um die Einkoppelverluste in die Fahrleitung gering zu halten, ist es zweckmäßig die Impedanz des Erzeugers an die nominelle Leitungsimpedanz der Fahrleitung anzupassen. Dazu können z.B. Übertrager mit geeignetem Windungsverhältnis eingesetzt werden.
-
Ein Verfahren zum Detektieren einer Fahrleitung umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird ein Sensor dahingehend ausgewertet, ob mit dem Sensor ein um die Fahrleitung erzeugtes elektromagnetisches Feld mit einer vorgegebenen Eigenschaft gemessen wird. Anschließend wird ein Detektionssignal ausgegeben, wenn das Auswerten ergibt, dass das elektromagnetische Feld mit der vorgegebenen Eigenschaft gemessen wurde. Dabei kann die vorgegebene Eigenschaft einem gewissen oder einem bestimmten System einer Fahrleitung zugeordnet sein, und so nur eine zum System passende Fahrleitung detektiert werden. Die vorgegebene Eigenschaft kann dabei eine vorgegebene Frequenz oder eine vorgegebene Signalform sein.
-
Beim Auswerten des Sensors ist es unerheblich, ob der Sensor analog Daten liefert und eine entsprechende Analog-Digital-Wandlung erst im Rahmen der Durchführung des Verfahrens stattfindet, oder ob der Sensor bereits eine entsprechende Analog-Digital-Wandlung durchführt und digitale Daten bereitgestellt. Beide Ausgestaltungen sind vom Verfahren umfasst.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Auswerten des Sensors hinsichtlich eines um die Fahrleitung erzeugten Magnetfelds.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Detektionssignal einen Anbügelbefehl für einen Stromabnehmer. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Steuerung, die das Verfahren ausführt, mit dem Detektionsbefehl gleichzeitig einen Befehl ausgibt, der ein Anlegen eines Stromabnehmers an die Fahrleitung zur Folge hat. Alternativ kann das Detektionssignal auch nur als solches ausgegeben werden, wobei eine weitere Steuerung den Befehl, den Stromabnehmer an die Fahrleitung anzulegen, ausgibt.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden zusätzlich auf das elektromagnetische Signal mit der vorgegebenen Frequenz aufmodulierte Daten ausgewertet. Diese können beispielsweise die bereits genannten Informationen enthalten und dadurch entsprechende Steuerungsbefehle auslösen.
-
In einer Ausführungsform wird aufgrund der Daten ein Abbügelbefehl für einen Stromabnehmer ausgegeben. Dies kann beispielsweise dann erfolgen, wenn die übermittelten Daten vermuten lassen, dass in einem vorausliegenden Streckenabschnitt eine Oberleitung nicht voll funktionsfähig ist, beispielsweise aufgrund von Beschädigungen und/oder Gegenständen in der Oberleitung oder den bereits genannten anderen Problemen.
-
In einer Ausführungsform wird anhand des Detektionssignals eine Position eines Fahrzeugs relativ zur Fahrleitung ermittelt. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei nichtspurgebundenen Fahrzeugen wie Lastkraftwägen, um zu gewährleisten, dass das Fahrzeug sich in der korrekten Position für das Anbügeln unter der Fahrleitung befindet. Würde der Anbügelvorgang außerhalb des zulässigen Toleranzbereichs der Position erfolgen, sind Beschädigungen der Fahrleitung, bzw. des Stromabnehmers am Fahrzeug möglich.
-
In einer Ausführungsform werden hierzu mehrere Sensoren ausgewertet, wodurch eine Positionsbestimmung des Fahrzeugs relativ zur Fahrleitung weiter verbessert werden kann. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Feldstärke und/oder eine Richtung des elektromagnetischen Felds ausgewertet. Dies kann zusätzliche Informationen über eine Relativposition des Fahrzeugs zur Fahrleitung bereitstellen.
-
Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Sensoren eindimensional oder ein mehrdimensional, insbesondere auch dreidimensional Feldstärke und/oder Feldrichtung messen. Zusätzlich oder alternativ können auch mehrere Sensoren, deren Messrichtung linear unabhängig zueinander ist, ausgewertet werden.
-
Ein Steuergerät für ein Fahrzeug umfasst mindestens einen Anschluss für einen Sensor, eine Recheneinheit und einen Kommunikationsanschluss zur Ausgabe eines Detektionssignals. Die Recheneinheit ist eingerichtet, das Verfahren zum Detektieren einer Fahrleitung auszuführen. Über den Anschluss für den Sensor können dabei insbesondere Analogdaten des Sensors und/oder bereits in digitale Daten gewandelte Sensordaten eingelesen werden.
-
Ein Fahrzeugsystem umfasst ein solches Steuergerät und mindestens einen Sensor, wobei der Sensor zur Messung eines in der Fahrleitung erzeugten elektromagnetischen Felds mit einer vorgegebenen Frequenz eingerichtet ist. Der Sensor kann dabei insbesondere eine oder drei Messrichtungen erfassen. Selbstverständlich können auch mehrere solcher Sensoren im Fahrzeugsystem vorgesehen sein.
-
Ein System umfasst ein Fahrzeugsystem und eine Vorrichtung zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung, wobei die vorgegebene Frequenz bei der Einspeisung mit der vorgegebenen Frequenz, nachdem die Fahrleitung detektiert wird, übereinstimmen kann.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich durch die Erläuterungen der folgenden, stark vereinfachten, schematischen Darstellungen bevorzugter Ausführungsbeispiele. Hierbei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
- 1 eine Draufsicht auf eine Fahrleitung mit einem Fahrzeug;
- 2 eine seitliche Ansicht des Fahrzeugs und der Fahrleitung der 1;
- 3 ein Schaltbild einer Fahrleitung;
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren einer Fahrleitung;
- 6 eine Vorrichtung zum Einkoppeln eines Signals in eine einpolige Fahrleitung.
- 7 eine Vorrichtung zum induktiven Einkoppeln des Signals in die Fahrleitung
- 8 eine weitere Ansicht einer Fahrleitung und eines Fahrzeugs; und
- 9 eine Vorrichtung zum differentiellen Einkoppeln des Signals in eine zweipolige Fahrleitung.
-
1 zeigt eine Fahrleitung 100, mit der ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 300 mit Energie versorgt werden kann. Die Fahrleitung 100 weist dabei einen ersten Pol 101 und einen zweiten Pol 102 auf. Eine Vorrichtung 200 zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in die Fahrleitung 100 ist ebenfalls in 1 dargestellt. Die Vorrichtung 200 weist einen ersten Anschluss 201 und einen zweiten Anschluss 202 auf, wobei der erste Anschluss 201 über ein erstes Kabel 211 mit dem ersten Pol 101 der Fahrleitung 100 verbunden ist und der zweite Anschluss 202 über ein zweites Kabel 212 mit dem zweiten Pol 102 der Fahrleitung 100 verbunden ist. Der erste Pol 101 und der zweite Pol 102 der Fahrleitung 100 können dabei Plus- und Minuspol darstellen, beispielsweise kann der erste Pol 101 ein Pluspol und der zweite Pol 102 ein Minuspol der Fahrleitung 100 oder anders herum sein. Alternativ können der erste Pol 101 und der zweite Pol 102 ihre Polarität ändern, wenn die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist.
-
Die Vorrichtung 200 ist eingerichtet, ein elektromagnetisches Signal in die Fahrleitung 100 mit einer vorgegebenen Eigenschaft einzuspeisen. Die vorgegebene Eigenschaft kann dabei eine vorgegebene Frequenz und/oder eine vorgegebene Signalform umfassen, wobei die vorgegebene Signalform als moduliertes Signal ausgestaltet sein kann. Aufgrund des elektromagnetischen Signals wird ein elektromagnetisches Feld 110 um die Fahrleitung 100 erzeugt. Das elektromagnetische Signal kann dabei von der Vorrichtung 200 zur Fahrleitung 100 über das erste Kabel 211 und das zweite Kabel 212 übertragen werden. Alternativ zu dem in 1 dargestellten Übertragungsweg des elektromagnetischen Signals kann auch eine drahtlose Übertragung ohne die Kabel 211, 212 von der Vorrichtung 200 in die Fahrleitung 100 erfolgen. Die Fahrleitung 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Oberleitung oberhalb des Fahrzeugs 300, es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen der Fahrleitung 100 möglich.
-
Das Fahrzeug 300 weist einen Sensor 310 und einen Stromabnehmer 320 auf. Der Stromabnehmer 320 weist dabei durch einen Stromabnehmerisolator 321 getrennte Bereiche für die beiden Pole 101, 102 der Fahrleitung 100 auf. Mittels des Sensors 310 kann das elektromagnetische Feld 110 der Fahrleitung 100 gemessen werden. Der Sensor 310 ist also eingerichtet, das elektromagnetische Feld 110 der Fahrleitung 100 zu ermitteln, beispielsweise indem der Sensor 310 eingerichtet ist, eine elektrische Komponente und/oder eine magnetische Komponente des elektromagnetischen Felds 110 zu messen.
-
2 zeigt das Fahrzeug 300 unter der Fahrleitung 100 der 1 in einer Seitenansicht. Der Stromabnehmer 320 berührt die Fahrleitung 100 noch nicht. Ebenfalls dem Fahrzeug 300 zugeordnet ist ein Steuergerät 330, welches einen Anschluss 331 für den Sensor 310 und einen Kommunikationsanschluss 332 aufweist. Das Steuergerät 330 umfasst ferner eine Rechnereinheit 333. Ein durch den Sensor 310 gemessenes Signal des elektromagnetischen Felds 110 wird über den Anschluss 331 dem Steuergerät 330 zugeführt. Die Recheneinheit 333 ist eingerichtet, anhand dieses Signals auf das Vorliegen der Fahrleitung 100 zu schließen und über den Kommunikationsanschluss 332 ein entsprechendes Detektionssignal auszugeben, beispielsweise an den Stromabnehmer 320, der aufgrund dieses Detektionssignals anschließend an die Fahrleitung 100 angelegt werden kann. Alternativ kann das Detektionssignal auch an eine eigene Steuereinheit für den Stromabnehmer 320 ausgegeben werden.
-
Das Steuergerät 330 und der Sensor 310 bilden zusammen ein Fahrzeugsystem 340. Das Fahrzeugsystem 340 und die Vorrichtung 200 der 1 bilden zusammen das System 1 zur Detektion der Fahrleitung 100.
-
Ebenfalls in 1 dargestellt sind weitere Sensoren 311, die ebenfalls eingerichtet sein können, das elektromagnetische Feld 110 der Fahrleitung 100 zu messen und das entsprechende Messsignal an das Steuergerät 330 weiterzugeben. Die Weitergabe dieses Messsignals kann sowohl in analoger als auch in digitaler Form erfolgen, ebenso für den Sensor 310. Der Anschluss 331 des Steuergeräts 330 ist also eingerichtet, ein analoges und/oder ein digitales Signal der Sensoren 310, 311 auszulesen.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgegeben, dass die vorgegebene Frequenz des elektromagnetischen Signals mindestens ein Kilohertz und maximal 30 Megahertz beträgt. In einem Ausführungsbeispiel erzeugt das elektromagnetische Signal einen Stromfluss in der Fahrleitung 100, wobei aufgrund des Stromflusses ein Magnetfeld um die Fahrleitung 100 erzeugt wird, wobei das Magnetfeld Teil des elektromagnetischen Felds 110 ist. In diesem Fall können die Sensoren 310, 311 als Magnetfeldsensoren, beispielsweise als eindimensionale, zweidimensionale oder dreidimensionale Hallsensoren oder als Spulen ausgestaltet sein.
-
Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das elektromagnetische Signal ein Trägersignal umfasst und auf das Trägersignal Daten aufmoduliert werden. Die aufmodulierten Daten können dann ebenfalls über die Sensoren 310, 311 ausgelesen und in dem Steuergerät 330 weiterverarbeitet werden.
-
3 zeigt eine Fahrleitung 100 mit einem ersten Pol 101 und einem zweiten Pol 102 analog zu 1. Ebenfalls dargestellt ist eine Vorrichtung 200 zum Einspeisen eines Signals in die Fahrleitung 100. Die Vorrichtung 200 weist dazu einen Erzeuger 220 auf, wobei das elektromagnetische Signal mit der vorgegebenen Eigenschaft vom Erzeuger 220 erzeugt werden kann. Der Erzeuger 220 ist über einen ersten Anschluss 201 mit dem ersten Pol 101 der Fahrleitung 100 und über einen zweiten Anschluss 202 mit dem zweiten Pol 102 der Fahrleitung 100 verbunden. Der erste Pol 101 weist einen dritten Anschluss 203 auf, der zweite Pol 102 weist einen vierten Anschluss 204 auf, die jeweils am entfernten Ende 104 der Fahrleitung 100 angeordnet sind. Zwischen dem dritten Anschluss 203 und dem vierten Anschluss 204 ist ein Kondensator 230 und ein optionaler Widerstand 240 in Serie geschaltet. Der Widerstand 240 kann auch weggelassen werden und der Kondensator 230 zwischen den dritten Anschluss 203 und den vierten Anschluss 204 geschaltet sein.
-
Das Einspeisen des Signals in die Fahrleitung 100 kann derart erfolgen, dass eine Impedanz des Erzeugers 220 an eine Leitungsimpedanz der Fahrleitung 100 angepasst wird. Damit das eingespeiste Signal einen Stromfluss in der Fahrleitung 100 erzeugen kann, kann es vorgesehen sein, wird der durch den ersten Pol 101 und den zweiten Pol 102 gebildete Stromkreis am entfernten Ende 104 der Fahrleitung 100 geschlossen. Um hohe Verlustleistungen durch die Fahrspannung zu vermeiden, wird an dieser Stelle ein Kondensator 230 eingebaut, um den Stromkreis für das höherfrequente eingespeiste Signal zu schließen. Um Stehwellen auf der Fahrleitung zu vermeiden, wird der optionale Widerstand 240 mit einem Widerstandswert im Bereich der nominellen Leitungsimpedanz der Fahrleitung 100 in Reihe zum Kondensator 230 geschaltet.
-
4 zeigt einen ersten Verfahrensablauf 400 des Einspeiseverfahrens. In einem Erzeugungsschritt 401 wird ein elektromagnetisches Signal mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt. In einem optionalen Modulationsschritt 402 werden auf das elektromagnetische Signal, Daten aufmoduliert. In einem Einspeiseschritt 403 wird dieses elektromagnetische Signal in die Fahrleitung 100 eingespeist, wobei dadurch das elektromagnetische Feld 110 um die Fahrleitung 100 erzeugt wird.
-
5 zeigt ein zweites Ablaufdiagramm eines Detektionsverfahrens. In einem Auswerteschritt 501 wird ein Sensor 310, 311 dahingehend ausgewertet, ob mit dem Sensor 310, 311 ein um die Fahrleitung 100 erzeugtes elektromagnetisches Feld 110 mit einer vorgegebenen Frequenz gemessen wird. In einem ersten Ausgabeschritt 502 wird dann ein Detektionssignal ausgegeben, wenn im Auswerteschritt 501 ein entsprechendes elektromagnetisches Feld 110 mit der vorgegebenen Frequenz ermittelt wurde. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Magnetfeldanteil des elektromagnetischen Felds 110 im Auswerteschritt 501 ausgewertet wird.
-
In einem optionalen, ebenfalls in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Detektionssignal einen Anbügelbefehl für einen Stromabnehmer 320, welcher in einem optionalen zweiten Ausgabeschritt 503 ausgegeben wird. Alternativ können der erste Ausgabeschritt 502 und der zweite Ausgabeschritt 503 in einem gemeinsamen Ausgabeschritt durchgeführt werden. Aufgrund dieses Anbügelbefehls wird es möglich, den in 2 gezeigten, nicht mit der Fahrleitung 100 verbundenen Stromabnehmer 320 an die Fahrleitung 100 anzunähern, wenn eine entsprechende Detektion der Fahrleitung 100 mit dem beschriebenen Verfahren erfolgt ist. Der Anbügelbefehl kann auch als Anlegebefehl bezeichnet werden.
-
In einem zusätzlichen optionalen Demodulationsschritt 504 können weiterhin auf das elektromagnetische Signal mit der vorgegebenen Frequenz aufmodulierte Daten ausgewertet werden. Diese Datenauswertung kann beispielsweise ergeben, dass in einer Fahrtrichtung eine Beschädigung der Fahrleitung 100 vorliegt und deswegen der Stromabnehmer 320 von der Fahrleitung entfernt werden soll. Dies kann in einem optionalen dritten Ausgabeschritt 505 im Rahmen eines Abbügelbefehls an den Stromabnehmer 320 ausgegeben werden. Der Abbügelbefehl kann auch als Entfernungsbefehl oder Trennbefehl bezeichnet werden.
-
Die Anordnung des Sensors 310 und der weiteren Sensoren 311 der 1 ist derart, dass die beiden Pole 101, 102 der Fahrleitung 100 jeweils zwischen dem Sensor 310 und einem weiteren Sensor 311 angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, eine Position des Fahrzeugs 300 relativ zu den beiden Polen 101, 102 der Fahrleitung 100 zu bestimmen. Alternativ zu der in 1 gezeigten Anordnung der Sensoren 310, 311 kann auch vorgesehen sein, die Sensoren anders am Fahrzeug 300 anzuordnen.
-
In einem Ausführungsbeispiel wird eine Feldstärke und/oder oder eine Richtung des elektromagnetischen Felds 110 ausgewertet, beispielsweise mittels der Sensoren 310, 311 der 1, um eine Position des Fahrzeugs 300 relativ zur Fahrleitung 100 zu ermitteln.
-
Die Ermittlung einer Relativposition zwischen Fahrzeug 300 und Fahrleitung 100 ermöglicht insbesondere, nichtspurgebundene Fahrzeuge 300 wie den in 1 beispielhaft dargestellten Lastkraftwagen 301 derart unter der Fahrleitung 100 auszurichten, dass mittels des Stromabnehmers 320 beide Pole 101, 102 der Fahrleitung entsprechend kontaktiert werden können. Dies ist insbesondere für beispielsweise oberleitungsgestützte Fahrten auf Autobahnen oder für Lastwägen, die in einem Minenverbund eingesetzt werden, vorteilhaft.
-
6 zeigt eine elektrische Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 200, die ebenfalls zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung 100 genutzt werden kann. Insbesondere ist die Vorrichtung 200 der 6 für einpolige Fahrleitungen 100 geeignet. Die Vorrichtung 200 weist einen Erzeuger 220 auf, der mit zwei Eingängen 251 eines Übertragers 250, beispielsweise einem Trafo, verbunden ist. Ein Ausgang 252 des Übertragers 250 ist mit einer Erde 260 verbunden. Ein Ausgang 252 des Übertragers ist über einen Kondensator 230 mit der Fahrleitung 100 verbunden. Durch den Übertrager 250 kann eine galvanische Trennung von Erzeuger 220 und Fahrleitung 100 erreicht werden, so dass Überspannungen nicht zu einer Beschädigung des Erzeugers 220 führen.
-
7 zeigt eine elektrische Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 200, die ebenfalls zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in eine Fahrleitung 100 genutzt werden kann. Insbesondere ist die Vorrichtung 200 der 7 ebenfalls für einpolige Fahrleitungen 100 geeignet. Der Erzeuger 220 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Spule 270 verbunden. Die Spule 270 ist in naher räumlicher Distanz zur Fahrleitung 100 angeordnet, so dass ein mittels Stromfluss in der Spule 270 erzeugtes Magnetfeld auf die Fahrleitung 100 übertragen werden kann und so in die Fahrleitung eingespeist wird.
-
8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem die Fahrleitung 100 als einpolige Oberleitung ausgestaltet ist. Ein Kettenwerk 120 dient dazu, die Fahrleitung 100 aufzuhängen. Ein Fahrzeug 300, welches als Schienenfahrzeug 302 ausgestaltet ist, weist analog zum Lastkraftwagen 301 der 1 einen Sensor 310, einen Stromabnehmer 320 sowie ein Steuergerät 330 auf. Wird das durch die Vorrichtung 200 in die Fahrleitung 100 eingespeiste elektromagnetische Feld mittels des Sensors 310 detektiert, so kann der Stromabnehmer 320 an die Fahrleitung angebügelt oder bei Übermittlung von entsprechenden Daten, den Stromabnehmer 320 wieder von der Fahrleitung abzubügeln, wieder von der Fahrleitung abgebügelt werden. Das Schienenfahrzeug 302 ist dabei auf einer Schiene 103 angeordnet. Es kann vorgesehen sein, das elektromagnetische Signal über die Fahrleitung 100 und die Schiene 103 einzuspeisen, wobei eine Betriebsspannung für das Schienenfahrzeug 302 ebenfalls über die Fahrleitung 100 und die Schiene 103 bereitgestellt werden kann.
-
9 zeigt eine elektrische Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 200, die zum Einspeisen eines elektromagnetischen Signals in die Fahrleitung 100 der 1 und 2 genutzt werden kann. Insbesondere ist die Vorrichtung 200 der 9 für zweipolige Fahrleitungen 100 geeignet. Die Vorrichtung 200 weist einen Erzeuger 220 auf, der mit zwei Eingängen 251 eines Übertragers 250, beispielsweise einem Trafo, verbunden ist. Ein Ausgang 252 des Übertragers 250 ist über einen Kondensator 230 mit einem ersten Pol 101 der Fahrleitung 100 verbunden. Ein Ausgang 252 des Übertragers ist über einen Kondensator 230 mit einem zweiten Pol 102 der Fahrleitung 100 verbunden. Durch den Übertrager 250 kann eine galvanische Trennung von Erzeuger 220 und Fahrleitung 100 erreicht werden, so dass Überspannungen nicht zu einer Beschädigung des Erzeugers 220 führen.
-
Im Gegensatz zu den in den 1, 2 und 8 gezeigten Ausführungsbeispielen, bei denen die Sensoren 310, 311 fest am Fahrzeug 300 verbaut sind, ist es alternativ auch möglich, mindestens einen der Sensoren 310, 311 am Stromabnehmer 320 anzubringen. Dies hat den zusätzlichen Effekt zur Folge, dass bei einer Bewegung des Stromabnehmers 320 eine Änderung des durch den Sensor 310, 311 am Stromabnehmer 320 gemessenen elektromagnetischen Felds 110 erfolgen kann und so ein Vorgang eines Anbügelns oder Abbügelns des Stromabnehmers 320 von der Fahrleitung 100 genauer überprüft werden kann.
-
Das beschriebene Verfahren kann insbesondere dafür eingesetzt werden, fahrzeugseitig zu überprüfen, ob grundsätzlich eine Fahrleitung 100 über oder neben der aktuell befahrenen Spur vorhanden ist und/oder ob ein entsprechendes Anlegen des Stromabnehmers 320 an die Fahrleitung 100 erlaubt ist. Dies kann beispielsweise durch eine Vorgabe der vorgegebenen Frequenz erfolgen, indem mittels der Vorrichtung 200 das elektromagnetische Signal mit einer bestimmten Frequenz in die Fahrleitung 100 eingespeist und vom Steuergerät 330 nach eben jener Frequenz gefiltert wird. Stimmen die beiden Frequenzen überein, so liegt eine zum Fahrzeug 300 passende Fahrleitung 100 vor. Alternativ können diese Informationen jedoch auch über die aufmodulierten Daten übertragen werden.
-
Mittels der aufmodulierten Daten können zusätzlich infrastrukturseitige Aufforderungen zum Abbügeln des Stromabnehmers 320 übertragen werden beziehungsweise Verbote ausgesprochen worden, Stromabnehmer 320 an die Fahrleitung 100 zu bewegen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn aufgrund von starkem Wind Bewegungen in der Fahrleitung 100, beispielsweise einer Oberleitung, zu befürchten sind, die Fahrleitung 100 vereist, beschädigt oder gerissen ist, Hindernisse in der Fahrleitung 100 aufgetreten sind, ein Teil der Fahrleitung 100 geerdet ist, oder ob entsprechende Rettungs-, Wartungs- und/oder Überprüfungseinsätze derzeit stattfinden und deshalb eine Weiterfahrt auf dem Fahrweg beziehungsweise ein Belassen des Stromabnehmers 320 an der Fahrleitung 100 nicht sinnvoll oder gefährlich erscheint. Ebenfalls über die aufmodulierten Daten können Informationen wie beispielsweise eine Version oder Bauart der Fahrleitung 100, ein Standort beziehungsweise Streckendefinitionen der Fahrleitung 100, eine maximale Höhe der Fahrleitung 100 oberhalb einer Straße oder einer Schiene 103, eine minimale Höhe der Fahrleitung 100 über einer Straße oder Schiene 103, eine Länge eines aktuellen Abschnitts der Fahrleitung 100 sowie die Spannung der Fahrleitung 100 weitergeben werden. Ebenfalls mittels der Daten können die Freigabedefinitionen für verschiedene Betreiber übertragen werden oder temporäre Änderungen der Fahrleitung 100 wie beispielsweise eine Leistungsbegrenzung oder eine Ankündigung eines Ausschaltens der Fahrleitung 100, beispielsweise nach einem unvorhergesehenen Ereignis.
-
Ferner können Informationen übertragen werden, die umfassen, dass in bestimmten Bereichen ein Anlegen des Stromabnehmers 320 an der Fahrleitung 100 nicht zulässig ist, beispielsweise kurz vor dem Ende einer Fahrleitung oder in speziellen Bereichen, beispielsweise in Kurven mit sehr engen Radien oder unterhalb von sehr tief über der Fahrbahn liegenden Brücken. Ferner können auch die Bereiche übertragen werden, in den anschließend der Stromabnehmer 320 wieder angelegt werden kann, oder es können andere Geometrieänderungen der Fahrleitung 100 übertragen werden wie beispielsweise die Ankündigung eines Streckentrenners oder von speziellen Oberleitungsbereichen.
-
Obwohl die Erfindung für Lastkraftwagen 301 und Schienenfahrzeuge 302 näher beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese beiden Fahrzeugarten beschränkt, das Fahrzeug 300 kann beispielsweise auch als Bus oder Personenkraftwagen oder in einer anderen Ausgestaltungsform eines Fahrzeugs ausgestaltet sein.
-
Obwohl die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen genauer erläutert wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt. Es können insbesondere Kombinationen der gezeigten Merkmale vom Fachmann vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
