WO2022167088A1

WO2022167088A1 - Method and measurement system for measuring a state of wear of a contact strip

Info

Publication number: WO2022167088A1
Application number: PCT/EP2021/052806
Authority: WO
Inventors: Alexander Pachler
Original assignee: Schunk Transit Systems Gmbh
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-08-11
Also published as: TW202302381A

Abstract

The invention relates to a method for measuring a state of wear of a contact strip (14) for an trolley-wire-connected power supply for vehicles by means of a measurement system, and to a measurement system. A sensor device of the measurement system is arranged, along the contact strip and/or adjacent to the contact strip, on a positioning device (13) supporting the contact strip, the sensor device detects oscillation of the contact strip, the processing device of the measurement system determines an inherent frequency and/or resonance frequency of the contact strip, and the processing device determines the state of wear from the inherent frequency and/or resonance frequency.

Description

Verfahren und Messsystem zur Messung eines Verschleißzustandes einer Schleifleiste Method and measuring system for measuring the state of wear of a contact strip

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Messsystem zur Messung eines Verschleißzustandes einer Schleifleiste für eine fahrdrahtgebundene Stromversorgung von Fahrzeugen, wobei eine Sensorvorrichtung des Messsystems an der Schleifleiste und/oder benachbart der Schleifleiste an einer die Schleifleiste halternden Positioniervorrichtung angeordnet wird. The invention relates to a method and a measuring system for measuring the state of wear of a contact strip for an overhead wire-connected power supply of vehicles, a sensor device of the measuring system being arranged on the contact strip and/or adjacent to the contact strip on a positioning device holding the contact strip.

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 Schleifleiste 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 Bahnbetriebswerken durchgeführt. Zur Vermeidung dieser aufwendigen Kontrollen sind teilweise automatisierte Verschleißüberwachungssysteme bekannt, welche ein Erreichen einer Verschleißgrenze signalisieren können. Beispielsweise 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 Schleifleiste 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 vergleichsweise groß und damit kostenaufwendig ist. Carbon contact strips are regularly used to supply power to both 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 such contact strips are used, for example on train locomotives, it is necessary to replace them before a final wear limit is reached in order to avoid dangerous operating conditions, defects or breakdowns. Admittedly, an emergency shutdown function is regularly integrated into contact strips, which lowers the contact strip when a final degree of wear is reached, or earlier if the contact strip is damaged, for example a fracture, whereby after the triggering of such an emergency shutdown, a further power supply and thus a further operation of the vehicle is no longer possible, however, by means of 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 staff, which is difficult to carry out since the contact strips are mounted on a roof of a vehicle, such as a locomotive, and special safety precautions must be observed due to the high voltage applied to the contact wire. Such inspections are therefore carried out at certain intervals in railway depots. In order to avoid these complex controls, partially automated wear monitoring systems are known, which can signal that a wear limit has been reached. For example, WO 2014/173798 A2 discloses a contact strip with a wear indicator marking that can be detected using an infrared camera. When passing the camera positioned on a route, the contact strip can be captured by the camera and the wear indicator mark can be recognized by image processing. Depending on the appearance of the closure indicator marking, conclusions can now be drawn as to the degree of wear on the contact strip. The disadvantage here is that permanent monitoring of a wear condition of the contact strip is not possible, and that the technical effort required to establish such a monitoring system in a rail network is comparatively large and therefore expensive.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Messsystem zur Messung eines Verschleißzustandes einer Schleifleiste vorzuschlagen, welches einen Verschleißzustand automatisiert und mit geringem Aufwand bestimmen kann. The present invention is therefore based on the object of proposing a method and a measuring system for measuring the state of wear of a contact strip, which can determine a state of wear automatically and with little effort.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Messsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 18, einen Stromabnehmer mit den Merkmalen des Anspruchs 22 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst. This object is achieved by a method with the features of claim 1, a measuring system with the features of claim 18, one Current collector with the features of claim 22 and a vehicle with the features of claim 23 solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung eines Verschleißzustandes einer Schleifleiste für eine fahrdrahtgebundene Stromversorgung von Fahrzeugen mit einem Messsystem wird eine Sensorvorrichtung des Messsystems an der Schleifleiste und/oder benachbart der Schleifleiste an einer die Schleifleiste halternden Positioniervorrichtung angeordnet, wobei mittels der Sensorvorrichtung eine Schwingung der Schleifleiste erfasst wird, wobei mittels einer Verarbeitungsvorrichtung des Messsystems eine Eigenfrequenz und/oder eine Resonanzfrequenz der Schleifleiste bestimmt wird, wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz der Verschleißzustand bestimmt wird. In the method according to the invention for measuring the state of wear of a contact strip for a contact wire-bound power supply of vehicles with a measuring system, a sensor device of the measuring system is arranged on the contact strip and/or adjacent to the contact strip on a positioning device holding the contact strip, with vibration of the contact strip being detected by means of the sensor device a natural frequency and/or a resonant frequency of the contact strip is determined by means of a processing device of the measuring system, wherein the state of wear is determined by means of the processing device from the natural frequency and/or the resonant frequency.

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 einem sogenannten Pantograph oder einer Schwinge angebracht ist. Dieser Pantograph bzw. die Schwinge bildet eine Positioniervorrichtung für die Schleifleiste und damit zusammen mit der Schleifleiste einen sogenannten Stromabnehmer aus. Dieser ist dann seinerseits auf einem Dach eines Fahrzeugs angebracht, um den über dem Fahrzeug befindlichen Fahrdraht zu kontaktieren. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nun ein Messsystem vorgesehen, welches eine Sensorvorrichtung umfasst. Diese Sensorvorrichtung ist an der Schleifleiste, benachbart der Schleifleiste und/oder an der die Schleifleiste halternden Positioniervorrichtung, möglichst in der Nähe der Schleifleiste, angebracht. Mittels der Sensorvorrichtung wird eine Schwingung der Schleifleiste gemessen. Diese Schwingung der Schleifleiste wird regelmäßig durch eine Bewegung der Schleifleiste hervorgerufen, kann j edoch auch durch andere Einflüsse, wie beispielsweise Wind entstehen. Prinzipiell kann j ede Einwirkung einer Kraft auf die Schleifleiste eine Schwingung derselben bewirken. Je nachdem wie eine Schwingung der Schleifleiste indiziert wird kann die Schleifleiste mit einer Eigenfrequenz oder einer Resonanzfrequenz schwingen. Die Schwingung der Schleifleiste mit einer Eigenfrequenz kann auch in einer Abfolge mit einer Resonanzfrequenz gemessen werden. Die gemessenen Schwingungen der Schleifleiste werden von der Sensorvorrichtung an die Verarbeitungsvorrichtung übermittelt, welche aus den Schwingungen die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz der Schleifleiste bestimmt. Dies ist erforderlich, da die gemessenen S chwingungen nicht ausschließlich der Eigenfrequenz oder der Resonanzfrequenz der Schleifleiste entsprechen müssen und durch andere Frequenzbänder überlagert sein können. Die Verarbeitungsvorrichtung nutzt die ermittelte Eigenfrequenz und/oder Resonanzfrequenz um den Verschleißzustand der Schleifleiste zu bestimmen bzw. leitet den Verschleißzustand daraus ab. Wie sich überraschender Weise gezeigt hat, erfährt die Eigenfrequenz oder die Resonanzfrequenz der Schleifleiste eine Änderung, wenn sich ein Verschleißzustand der Schleifleiste verändert. Dies wird nun dazu genutzt, mittels der Verarbeitungsvorrichtung den Verschleißzustand zu ermitteln. Da hier unabhängig von einem Schienennetz oder Fahrstrecke lediglich die Sensorvorrichtung und die Verarbeitungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens benötigt werden, ist ein technischer Aufwand vergleichsweise gering und damit kostengünstig. Weiter wird es auch möglich eine kontinuierliche Überwachung des Verschleißzustandes der Schleifleiste durchzuführen, wenn diese in eine Schwingung versetzt wird. Besondere Kamerasysteme sind dann nicht mehr erforderlich. Eventuelle Störeinflüsse bestimmter Umweltbedingungen, wie beispielsweise Schneefall oder dergleichen, können durch eine langfristige Betrachtung oder durch einen Verwendung weiterer, entsprechend geeigneter Sensoren kompensiert werden. The contact strip comprises a contact element, which is generally made of carbon and can rest against a contact wire and thus establish an electrical connection with it. This contact element is held by a contact strip carrier, which in turn is attached to a so-called pantograph or a rocker. This pantograph or the rocker forms a positioning device for the contact strip and thus, together with the contact strip, what is known as a current collector. This is then in turn attached to a roof of a vehicle in order to make contact with the contact wire located above the vehicle. In the method according to the invention, a measuring system is now provided which includes a sensor device. This sensor device is attached to the contact strip, adjacent to the contact strip and/or to the positioning device holding the contact strip, as close as possible to the contact strip. A vibration of the contact strip is measured by means of the sensor device. This vibration of the contact strip is regularly caused by a movement of the contact strip, but can also be caused by other influences, such as wind. In principle, anyone can Effect of a force on the contact strip cause it to vibrate. Depending on how a vibration of the contact strip is indicated, the contact strip can oscillate with a natural frequency or a resonant frequency. The vibration of the contact strip with a natural frequency can also be measured in a sequence with a resonant frequency. The measured vibrations of the contact strip are transmitted from the sensor device to the processing device, which determines the natural frequency and/or the resonant frequency of the contact strip from the vibrations. This is necessary because the vibrations measured do not have to correspond exclusively to the natural frequency or the resonant frequency of the contact strip and can be superimposed by other frequency bands. The processing device uses the determined natural frequency and/or resonance frequency to determine the state of wear of the contact strip or derives the state of wear therefrom. As has surprisingly been shown, the natural frequency or the resonant frequency of the contact strip changes when the state of wear of the contact strip changes. This is now used to determine the state of wear by means of the processing device. Since only the sensor device and the processing device are required to carry out the method here, regardless of a rail network or route, the technical outlay is comparatively low and therefore cost-effective. Furthermore, it is also possible to carry out a continuous monitoring of the state of wear of the contact strip when it is set to vibrate. Special camera systems are then no longer required. Any disruptive influences of certain environmental conditions, such as snowfall or the like, can be compensated for by long-term observation or by using other, correspondingly suitable sensors.

Mittels der Verarbeitungsvorrichtung kann aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz ein Verschleißgrad der Schleifleiste bestimmt werden. Wird die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfre- quenz mit einem zunehmenden Abrieb von Kohlenstoff der Schleifleiste bzw. des Kontaktelements der Schleifleiste verändert, kann aus dieser Veränderung ein Rückschluss auf einen Verschleißgrad der Schleifleiste gezogen werden. So kann nicht nur festgestellt werden, ob die Schleifleiste neu, oder vollständig verschlissen ist, sondern auch inwieweit die Schleifleiste verbraucht ist. A degree of wear of the contact strip can be determined by means of the processing device from the natural frequency and/or the resonance frequency. If the natural frequency and/or the resonance frequency If the frequency changes with increasing wear of carbon on the contact strip or the contact element of the contact strip, this change can be used to draw conclusions about the degree of wear on the contact strip. In this way it can not only be determined whether the contact strip is new or completely worn out, but also to what extent the contact strip has been used up.

Bei einem Verschleiß einer Schleifleiste kann eine Gestalt, insbesondere eine Höhe der Schleifleiste verändert werden, wobei die Veränderung der Gestalt die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz der Schleifleiste verändern kann. Die Gestalt der Schleifleiste 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 Schleifleiste bzw. des Kontaktelements zwischen einer neuen und einer verschlissenen Schleifleiste ergeben. Da die Schleifleiste während einer Fahrt eines Fahrzeugs regelmäßig von dem Fahrdraht entlang einer Länge der Schleifleiste in einem fortwährenden Wechsel kontaktiert 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. Eine Höhe der Schleifleiste kann sich daher entsprechend einer Nutzung ungleichmäßig verändern, was die Gestalt der Schleifleiste beeinflusst. When a contact strip wears, a shape, in particular a height of the contact strip can be changed, with the change in shape being able to change the natural frequency and/or the resonant frequency of the contact strip. The shape of the contact strip is essentially determined by abrasion of the carbon material of the contact element that has taken place 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 brushed against by the contact wire along a length of the contact strip in a continuous alternation while a vehicle is driving, wear of the contact strip can occur unevenly in relation to a length of the contact strip. This means that abrasion of the contact strip can be stronger in the center of the contact strip than at its edges. Therefore, a height of the contact strip may vary unevenly according to use, affecting the shape of the contact strip.

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 der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz der Schleifleiste eine mögliche Gestalt der Schleifleiste berechnet. Hier kann insbesondere der zuvor beschriebene mögliche Abrieb der Schleifleiste mit berücksichtigt werden. So ist es möglich noch genauer einen Verschleißzustand der Schleifleiste zu bestimmen. Ergänzend oder alternativ kann die Verarbeitungsvorrichtung die Gestalt unter Berücksichtigung eines Widerstandsmoments und einer Masse der Schleifleiste bestimmen. Wie sich gezeigt hat, ist insbesondere das Widerstandsmoment der Schleifleiste, bezogen auf eine Länge und/oder einen Querschnitt der Schleifleiste sowie eine Masse der Schleifleiste wesentlich für die Eigenfrequenz der Schleifleiste, und damit auch für die Resonanzfrequenz. Die allgemeine Gleichung der Eigenfrequenz co zeigt die Abhängigkeit dieser von der Steifigkeit k und der Masse m.

The processing device can calculate the shape using the finite element method. For example, it can be provided that the processing device calculates a possible shape of the contact strip using a calculation model based on the finite element method from the natural frequency and/or the resonance frequency of the contact strip. In particular, the possible abrasion of the contact strip described above can be taken into account here. It is thus possible to determine the wear condition of the contact strip even more precisely. In addition or as an alternative, the processing device can determine the shape, taking into account a section modulus and a mass of the contact strip. As has been shown, the moment of resistance of the contact strip, in relation to a length and/or a cross section of the contact strip and a mass of the contact strip, is essential for the natural frequency of the contact strip and thus also for the resonance frequency. The general equation of the natural frequency co shows how it depends on the stiffness k and the mass m.

Formel 1 : allgemeine Gleichung der Eigenfrequenz Formula 1 : general equation of the natural frequency

Für einen beidseitig gelenkig gelagerten Träger mit der Länge L mit konstantem Querschnitt lautet die Formel für die Eigenfrequenz wie folgt

For a beam of length L with constant cross-section, pinned at both ends, the formula for the natural frequency is as follows

Formel 2 : Eigenfrequenz für beidseitig gelenkig gelagerten Träger mit konstanten Querschnitt Formula 2 : Natural frequency for a girder articulated on both sides with a constant cross-section

E Elastizitätsmodul E Modulus of elasticity

I Widerstandsmoment p spezifische Federmasse m Masse I Section modulus p specific spring mass m mass

L Länge n Mode L length n mode

Wenn das Schleifstück im Betrieb verschleißt, d.h. sich die Höhe des Verschleißwerkstoffs (HCN ... Height Carbon New / HCW ... Height Carbon Worn) verringert, ändert sich sowohl die Masse des Schleifstücks als auch das Widerstandsmoment. Damit wird aus Formel 1 und Formel 2 deutlich, dass es mit fortschreitenden Verschleiß zu einer Änderung der Eigenfrequenz des Schleifstücks kommt, da sich das Widerstandsmoment I und die Masse m verändern während alle anderen Parameter gleich bleiben. If the contact strip wears during operation, ie the height of the wear material (HCN ... Height Carbon New / HCW ... Height Carbon Worn) decreases, both the mass of the contact strip and the modulus change. It is thus clear from Formula 1 and Formula 2 that progressive wear leads to a change in the The contact strip’s natural frequency comes about because the section modulus I and the mass m change while all other parameters remain the same.

Die Verarbeitungsvorrichtung kann aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz eine Höhe der Schleifleiste bestimmen. Da die Höhe der Schleifleiste in einem direkten Zusammenhang mit dem Widerstandsmoment und der Masse der Schleifleiste steht, ist es möglich unmittelbar aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz der Schleifleiste die Höhe abzuleiten. Hierzu ist noch nicht einmal eine besondere Berechnung des Widerstandsmoments oder der Masse der Schleifleiste erforderlich, wenn ein Verhältnis von Eigenfrequenz und/oder Resonanzfrequenz sowie der Höhe der Schleifleiste bekannt ist. Dieses Verhältnis kann beispielsweise durch Versuche ermittelt und in der Verarbeitungsvorrichtung gespeichert werden. The processing device can determine a height of the contact strip from the natural frequency and/or the resonance frequency. Since the height of the contact strip is directly related to the moment of resistance and the mass of the contact strip, it is possible to derive the height directly from the natural frequency and/or the resonance frequency of the contact strip. This does not even require a special calculation of the moment of resistance or the mass of the contact strip if a relationship between the natural frequency and/or resonance frequency and the height of the contact strip is known. This ratio can be determined, for example, by experiments and stored in the processing device.

Die Veränderung der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz kann mittels der Verarbeitungsvorrichtung erfasst und ausgewertet werden. Beispielsweise kann diese Veränderung in der Verarbeitungsvorrichtung über einen bestimmten Zeitraum oder die gesamte Lebensdauer der Schleifleiste gespeichert werden. So können auch entsprechende Veränderungen der Schleifleiste dokumentiert und gegebenenfalls Abschnitte einer Fahrstrecke ermittelt werden, deren Fahrdraht zu einem erhöhten Abrieb der Schleifleiste führen. Darüber hinaus kann die Verarbeitungsvorrichtung im Rahmen einer Auswertung einen Vergleich mit in der Verarbeitungsvorrichtung gespeicherten Eigenfrequenzen und/oder Resonanzfrequenzen durchführen, um ohne weitere B erechnungen einen Verschleißzustand bzw. einen Verbrauch des Schleifstücks zu ermitteln. The change in the natural frequency and/or the resonance frequency can be detected and evaluated by the processing device. For example, this change can be stored in the processing device over a certain period of time or the entire service life of the contact strip. Corresponding changes in the contact strip can also be documented and, if necessary, sections of a route can be determined whose contact wire leads to increased wear of the contact strip. In addition, as part of an evaluation, the processing device can carry out a comparison with natural frequencies and/or resonance frequencies stored in the processing device in order to determine a state of wear or consumption of the contact strip without further calculations.

Die Verarbeitungsvorrichtung kann einen Speicher mit Datensätzen verschiedener Schleifleisten umfassen, wobei ein j eweiliger Datensatz einer Schleifleiste die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz der Schleifleiste im Verhältnis zu einem Verschleißgrad der Schleifleiste enthalten kann. Die Verarbeitungsvorrichtung kann in Art eines Compu- ters mit einer darin gespeicherten Software ausgebildet sein. Die Software kann Datensätze verschiedener Schleifleisten umfassen, die durch Versuche oder im Feld ermittelte Daten der Schleifleisten gewonnen wurden. Wird nun ein Typ einer Schleifleiste an einem Fahrzeug gewechselt, ist es dann lediglich erforderlich, die Verarbeitungsvorrichtung durch eine einfache Anpassung der Software auf den neuen Typ der Schleifleiste anzupassen. Es ist dann auch nicht mehr erforderlich die Verarbeitungsvorrichtung individuell für Fahrzeuge unterschiedlicher Art einzurichten. Vielmehr ist eine Nutzung einer immer gleichen Verarbeitungsvorrichtung für unterschiedliche Fahrzeuge und Schleifleisten möglich, die lediglich einer einmaligen Einstellung bei einer Inbetriebnahme bedarf. The processing device can comprise a memory with data sets of different contact strips, wherein a respective data set of a contact strip can contain the natural frequency and/or the resonant frequency of the contact strip in relation to a degree of wear of the contact strip. The processing device can be in the form of a computer ters be designed with software stored therein. The software may include data sets of various contact strips, which were obtained through tests or data from the contact strips determined in the field. If a type of contact strip on a vehicle is changed, it is then only necessary to adapt the processing device to the new type of contact strip by simply adapting the software. It is then also no longer necessary to set up the processing device individually for vehicles of different types. Rather, it is always possible to use the same processing device for different vehicles and contact strips, which only requires a one-off setting when it is put into operation.

Die Verarbeitungsvorrichtung kann die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz aus der mittels der Sensorvorrichtung gemessenen Schwingung der Schleifleiste mittels Fourier-Transformation bestimmen. Die gemessene Schwingung kann ein oder mehrere Frequenzspektren umfassen, beispielsweise dadurch, dass unterschiedlich induzierte Schwingungen sich überlagern. So kann ein Antrieb des Fahrzeugs oder äußerer Einflüsse, wie ein Fahrtwind, ein Schwingungsverhalten der Schleifleiste beeinflussen. Diese unterschiedlichen Schwingungen weisen dann regelmäßig voneinander verschiedene Frequenzspektren auf. Mittels Fourier-Transformation kann nun die gemessen Schwingungen untersucht und die zu erwartende Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz der Schleifleiste erkannt und von der Verarbeitungsvorrichtung isoliert weiterverarbeitet werden. Somit wird es möglich eventuelle Störgrößen zu eliminieren. Es kann weiter vorgesehen sein, dass eine Aufbereitung der gemessenen Schwingungen bzw. Daten, beispielsweise mit einem Tief-, Band- und/oder Hochpassfilter, durchgeführt wird. Die rechnerische Bestimmung kann sich auf einen Bereich der Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz begrenzt sein, um Rechenleistung einzusparen. Die Schwingung der Schleifleiste kann in einer vertikalen Richtung und/oder in einer horizontalen Richtung relativ zu einer Längsachse der Schleifleiste gemessen werden. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung so ausgebildet werden, dass explizit die Schwingung der Schleifleiste in der vertikalen Richtung und/oder der horizontalen Richtung gemessen wird. Die Messung kann beispielsweise mit einem Accelerometer bzw. einem translatorischen Beschleunigungssensor durchgeführt werden. The processing device can determine the natural frequency and/or the resonant frequency from the vibration of the contact strip measured by the sensor device by means of Fourier transformation. The measured vibration can include one or more frequency spectra, for example in that differently induced vibrations are superimposed. A drive of the vehicle or external influences, such as a relative wind, can influence the vibration behavior of the contact strip. These different oscillations then regularly have frequency spectra that differ from one another. The vibrations measured can now be examined by means of Fourier transformation and the expected natural frequency and/or the resonant frequency of the contact strip can be identified and further processed in isolation by the processing device. This makes it possible to eliminate any disturbance variables. Provision can also be made for the measured vibrations or data to be processed, for example with a low, band and/or high-pass filter. The mathematical determination can be limited to a range of the natural frequency and/or the resonance frequency in order to save computing power. The vibration of the contact strip can be measured in a vertical direction and/or in a horizontal direction relative to a longitudinal axis of the contact strip. For example, the sensor device can be designed in such a way that the vibration of the contact strip in the vertical direction and/or the horizontal direction is measured explicitly. The measurement can be carried out, for example, using an accelerometer or a translational acceleration sensor.

Alternativ oder ergänzend kann eine rotatorische Schwingung der Schleifleiste relativ zu einer Längsachse der Schleifleiste gemessen werden. So kann die Schleifleiste derart schwingen, dass sie um die Längsachse, insbesondere in einem Mittenbereich der Schleifleiste, rotiert. Diese Messung kann beispielsweise mit einem Gyroskop bzw. rotatorischen Beschleunigungssensoren gemessen werden. Auch ist es möglich alleine oder aus einer rotatorischen Schwingung einen Anteil der Schwingung in einer vertikalen Richtung oder in einer horizontalen Richtung der Schleifleiste relativ zu der Längsachse der Schleifleiste zu messen. Wenn ein Abrieb der Schleifleiste im Wesentlichen eine Änderung der Höhe der Schleifleiste bewirkt kann diese Höhenänderung Schwingungen in der vertikalen Richtung wesentlich beeinflussen. So kann es bereits ausreichend sein lediglich die Schwingungen in der vertikalen Richtung zu ermitteln. Alternatively or additionally, a rotational vibration of the contact strip can be measured relative to a longitudinal axis of the contact strip. The contact strip can thus oscillate in such a way that it rotates about the longitudinal axis, in particular in a central region of the contact strip. This measurement can be measured with a gyroscope or rotary acceleration sensors, for example. It is also possible to measure a component of the vibration in a vertical direction or in a horizontal direction of the contact strip relative to the longitudinal axis of the contact strip alone or from a rotational vibration. If abrasion of the contact strip essentially causes a change in the height of the contact strip, this change in height can significantly affect vibrations in the vertical direction. So it can already be sufficient to determine only the vibrations in the vertical direction.

Die Resonanzfrequenz der Schleifleiste kann während eines Fährbetriebs des Fahrzeugs bestimmt werden, wenn die Schleifleiste an einem Fahrdraht anliegt. Da die Schleifleiste dann mit einer Kraft gegen den Fahrdraht gedrückt wird, wird sich die Eigenfrequenz der Schleifleiste verändern, wodurch dann vorteilhaft die Resonanzfrequenz zur Ermittlung des Verschleißzustandes herangezogen werden kann. The resonant frequency of the contact strip can be determined while the vehicle is traveling when the contact strip is in contact with a contact wire. Since the contact strip is then pressed against the contact wire with a force, the natural frequency of the contact strip will change, as a result of which the resonance frequency can then advantageously be used to determine the state of wear.

Alternativ oder ergänzend kann die Eigenfrequenz der Schleifleiste während eines Standbetriebs des Fahrzeugs bestimmt werden, wenn die Schleifleiste zwischen einer Kontaktposition an einen Fahrdraht und einer Ruheposition am Fahrzeug bewegt wird. Bei einem Lösen der Schleifleiste von dem Fahrdraht oder bei einer Bewegung der Schleifleiste aus der Ruheposition am Fahrzeug 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 möglich die Eigenfrequenz der Schleifleiste zur Bestimmung des Verschleißzustandes heranzuziehen. Wenn die Eigenfrequenz und die Resonanzfrequenz bestimmt werden, wird eine besonders genaue Bestimmung des Verschleißzustandes der Schleifleiste möglich. Alternatively or additionally, the natural frequency of the contact strip can be determined while the vehicle is stationary, when the contact strip is between a contact position on a contact wire and is moved to a rest position on the vehicle. When the contact strip is detached from the contact wire or when the contact strip moves from the rest position on the vehicle in the direction of the contact wire, the contact strip is excited to oscillate, with the contact strip then being able to oscillate essentially unaffected by external influences. This makes it possible to use the natural frequency of the contact strip to determine the state of wear. If the natural frequency and the resonance frequency are determined, a particularly precise determination of the wear condition of the contact strip becomes possible.

Die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz der Schleifleiste kann eine Bandbreite von 10 Hz oder kleiner aufweisen. Eine zur Messung maßgebliche Frequenz kann auf diese Bandbreite beschränkt sein. Folglich kann die Bandbreite in einem Vergleich zwischen einer neuen und einer vollständig verschlissenen Schleifleiste innerhalb dieses Bereichs liegen. Dazu ist einerseits eine vergleichsweise genaue Bestimmung der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz erforderlich, wobei dadurch auch eventuell störende Frequenzen ausgeschlossen werden können. The natural frequency and/or the resonant frequency of the contact strip can have a bandwidth of 10 Hz or less. A frequency relevant to the measurement can be limited to this bandwidth. Consequently, the bandwidth in a comparison between a new and a fully worn contact strip can be within this range. On the one hand, this requires a comparatively precise determination of the natural frequency and/or the resonant frequency, with possible interfering frequencies also being able to be ruled out as a result.

Die Schleifleiste kann eine mittlere Eigenfrequenz und/oder eine mittlere Resonanzfrequenz in einem Bereich von 60 Hz bis 140 Hz aufweisen. Dieser Bereich kann durch die Art und Gestaltung der Schleifleiste beeinflusst sein. Außerhalb dieses Bereichs liegende Schwingungen können unberücksichtigt bleiben. The contact strip can have a mean natural frequency and/or a mean resonance frequency in a range from 60 Hz to 140 Hz. This area can be influenced by the type and design of the contact strip. Vibrations outside this range can be ignored.

Die Verarbeitungsvorrichtung kann aufgrund der Veränderung der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz eine Beschädigung der Schleifleiste detektieren und die Schleifleiste von einer Kontaktposition an einem Fahrdraht in eine Ruheposition am Fahrzeug bewegen. Die eigentliche Bewegung der Schleifleiste kann durch die Positioniervorrichtung erfolgen, wobei die Verarbeitungsvorrichtung dann die Positioniervorrichtung betätigt bzw. ansteuert. Eine Beschädigung der Schleifleiste kann beispielsweise ein Bruch der Schleifleiste sein, der die Veränderung der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz bewirkt. Eine wesentliche Änderung der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz kann somit von der Verarbeitungsvorrichtung als Beschädigung der Schleifleiste klassifiziert werden. Um eine weitere Beschädigung des Fahrdrahts zu vermeiden kann die Schleifleiste dann vom Fahrdraht gelöst und die Ruheposition bewegt werden. Gegebenenfalls kann dann auch auf eine konventionelle Notabschaltfunktion mit einem Bruchsensor innerhalb der Schleifleiste verzichtet werden. Due to the change in the natural frequency and/or the resonant frequency, the processing device can detect damage to the contact strip and move the contact strip from a contact position on a contact wire to a rest position on the vehicle. The actual movement of the contact strip can be carried out by the positioning device, with the processing device then actuating or controlling the positioning device. Damage to the contact strip can, for example, be a breakage in the contact strip that Causes change in natural frequency and / or resonance frequency. A significant change in the natural frequency and/or the resonant frequency can thus be classified by the processing device as damage to the contact strip. In order to avoid further damage to the contact wire, the contact strip can then be detached from the contact wire and the rest position can be moved. If necessary, a conventional emergency shutdown function with a breakage sensor within the contact strip can then also be dispensed with.

Die Verarbeitungsvorrichtung kann den Verschleißzustand periodisch oder kontinuierlich ermitteln. Unter einer periodischen Ermittlung wird eine Bestimmung des Verschleißzustandes in festgelegten Zeitab ständen oder durch eine Anforderung verstanden. Bei der kontinuierlichen Ermittlung des Verschleißzustandes erfolgt diese ohne eine wesentliche Unterbrechung während eines Betriebs des Fahrzeugs. Weiter kann vorgesehen sein, den ermittelten Verschleißzustand kabelgebunden oder kabellos von der Verarbeitungsvorrichtung an Anzeigegeräte eines Fahrstandes des Fahrzeugs zu übermitteln. Auch kann der Verschleißzustand über eine kabellose oder kabelgebundene Schnittstelle von dem Fahrzeug für eine örtlich vom Fahrzeug getrennten Leitstelle übermittelt werden. Diese Übermittlung kann auch durch eine externe Anforderung der Leitstelle ausgelöst werden. Beispielsweise können hierzu bekannte Funktechniken und Datennetzwerke genutzt werden. So ist es dann möglich einen notwendigen Austausch der Schleifleiste rechtzeitig zu erkennen und bei einer turnusmäßigen Wartung des Fahrzeugs durchzuführen. The processing device can determine the state of wear periodically or continuously. A periodic determination is a determination of the state of wear at specified intervals of time or by a request. With the continuous determination of the state of wear, this takes place without any significant interruption during operation of the vehicle. Furthermore, it can be provided that the determined state of wear is transmitted by cable or wirelessly from the processing device to display devices of a driver's station of the vehicle. The state of wear can also be transmitted from the vehicle via a wireless or wired interface to a control center that is locally separate from the vehicle. This transmission can also be triggered by an external request from the control center. For example, known radio technologies and data networks can be used for this purpose. It is then possible to recognize a necessary replacement of the contact strip in good time and to carry it out during regular maintenance of the vehicle.

Das erfindungsgemäße Messsystem zur Messung eines Verschleißzustandes einer Schleifleiste für eine fahrdrahtgebundene Stromversorgung von Fahrzeugen umfasst eine Sensorvorrichtung, die an der Schleifleiste und/oder benachbart der Schleifleiste an einer die S chleifleiste halternden Positioniervorrichtung angeordnet ist, wobei mittels der Sensorvorrichtung eine Schwingung der Schleifleiste erfassbar ist, wobei das Messsystem eine Verarbeitungsvorrichtung umfasst, mittels der eine Eigenfrequenz und/oder eine Resonanzfrequenz der Schleifleiste bestimmbar ist, wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz der Verschleißzustand bestimmbar ist. Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Messsystems wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen. The measuring system according to the invention for measuring the state of wear of a contact strip for an overhead wire-connected power supply of vehicles comprises a sensor device which is arranged on the contact strip and/or adjacent to the contact strip on a positioning device holding the contact strip, with vibration of the contact strip being detectable by means of the sensor device, where that Measuring system comprises a processing device, by means of which a natural frequency and/or a resonant frequency of the contact strip can be determined, wherein the state of wear can be determined by means of the processing device from the natural frequency and/or the resonant frequency. For the advantages of the measuring system according to the invention, reference is made to the description of the advantages of the method according to the invention.

Die Sensorvorrichtung kann zumindest einen Schwingungssensor umfassen, der innerhalb der Schleifleiste, an der Schleifleiste, an einem Befestigungslager der Schleifleiste oder an einer die Schleifleiste halternden Wippe der Positioniervorrichtung anordbar ist. Folglich kann der Schwingungssensor in beispielsweise in einer Ausnehmung der Schleifleiste bzw. eines Kontaktelements der Schleifleiste angeordnet sein. Weiter kann der Schwingungssensor auch direkt an der Schleifleiste bzw. einem Schleifleistenhalter der Schleifleiste angebracht sein. Alternativ kann der Schwingungssensor auch an dem Befestigungslager der Schleifleiste angeordnet sein. Die Schleifleiste kann beispielsweise zwei Befestigungslager aufweisen, mittels der die Schleifleiste an der Wippe der Positioniervorrichtung befestigt ist. Darüber hinaus kann an der Wippe eine weitere Schleifleiste angeordnet sein, die ebenfalls einen Schwingungssensor aufweist, sodass auch diese Schleifleiste mittels des Messsystems überwachbar ist. Gleichfalls ist es möglich, dass die Sensorvorrichtung eine Mehrzahl von Schwingungssensoren umfasst, die an den vorgenannten Punkten angeordnet sind, um so eine Eigenfrequenz und/oder eine Resonanzfrequenz noch genauer bestimmen zu können. The sensor device can comprise at least one vibration sensor, which can be arranged inside the contact strip, on the contact strip, on a mounting bearing of the contact strip or on a seesaw of the positioning device that holds the contact strip. Consequently, the vibration sensor can be arranged, for example, in a recess of the contact strip or a contact element of the contact strip. Furthermore, the vibration sensor can also be attached directly to the contact strip or a contact strip holder of the contact strip. Alternatively, the vibration sensor can also be arranged on the attachment bearing of the contact strip. The contact strip can, for example, have two attachment bearings, by means of which the contact strip is attached to the rocker of the positioning device. In addition, a further contact strip can be arranged on the rocker, which also has a vibration sensor, so that this contact strip can also be monitored using the measuring system. It is also possible for the sensor device to include a plurality of vibration sensors, which are arranged at the aforementioned points in order to be able to determine a natural frequency and/or a resonant frequency even more precisely.

Beispielsweise können Schwingungssensoren an einer Mitte einer Länge der Schleifleiste und/oder j eweils einem Befestigungslager der Schleifleiste angeordnet sein. Eine Amplitude einer Schwingung kann im Bereich der Mitte, die auf einer halben Länge zwischen den Befestigungslagern liegen kann, größer sein als eine Amplitude an den j eweiligen Befestigungslagern. Aufgrund der gemessenen Amplituden können hier ebenfalls Rückschlüsse auf eine Höhenänderung der Schleifleiste gezogen werden. For example, vibration sensors can be arranged at a center of a length of the contact strip and/or in each case at a mounting bearing of the contact strip. An amplitude of a vibration can be greater than an amplitude at the respective attachment bearings in the area of the middle, which can lie at half the length between the attachment bearings. Based on the measured amplitudes conclusions about a change in height of the contact strip can also be drawn here.

Der Schwingungssensor kann ein translatorischer oder rotatorischer Beschleunigungssensor sein. Ein Accelerometer oder ein Gyroskop ist als ein diskretes Bauteil bereits kostengünstig erhältlich und kann leicht, beispielsweise mittels Klebermaterial und/oder mittels einer Schraubverbindung, an einer Schleifleiste bzw. an einem Schleifleistenhalter angeordnet werden. Der Schwingungssensor kann ein elektromechanisches, induktives oder piezoelektrisches Wirkprinzip aufweisen. The vibration sensor can be a translational or rotational acceleration sensor. An accelerometer or a gyroscope is already available inexpensively as a discrete component and can easily be arranged on a contact strip or on a contact strip holder, for example by means of adhesive material and/or by means of a screw connection. The vibration sensor can have an electromechanical, inductive or piezoelectric operating principle.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen eines Messsystems ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Verfahrensanspruch 1 zurückbezogenen Unteransprüche. Further advantageous embodiments of a measuring system result from the feature descriptions of the subclaims that refer back to method claim 1 .

Der erfindungsgemäße Stromabnehmer für eine Stromversorgung von Fahrzeugen umfasst eine Positioniervorrichtung sowie eine daran angeordnete Schleifleiste und ein erfindungsgemäßes Messsystem. The current collector according to the invention for a power supply of vehicles comprises a positioning device and a contact strip arranged thereon and a measuring system according to the invention.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug oder dergleichen, weist einen erfindungsgemäßen Stromabnehmer auf. The vehicle according to the invention, in particular a rail vehicle or the like, has a current collector according to the invention.

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 eine schematische Seitenansicht eines Pantographen; 1 shows a schematic side view of a pantograph;

Fig. 2 eine Diagrammdarstellung eines Messsystems; 2 is a diagrammatic representation of a measurement system;

Fig. 3a eine Vorderansicht einer unbenutzten Schleifleiste; 3a is a front view of an unused contact strip;

Fig. 3b eine Vorderansicht der verschlissenen Schleifleiste; 3b is a front view of the worn contact strip;

Fig. 4a eine Schnittansicht entlang einer Linie IV-IV aus Fig. 3a; Fig. 4b eine Schnittansicht entlang einer Linie VI-VI aus Fig. 3b; Fig. 4a is a sectional view taken along line IV-IV of Fig. 3a; Fig. 4b is a sectional view taken along line VI-VI of Fig. 3b;

Fig. 5 eine Diagrammdarstellung eines Verhältnisses von Eigenfrequenz und Höhe einer Schleifleiste. 5 shows a diagram of a relationship between the natural frequency and the height of a contact strip.

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 Wippe 15 quer zu einem Fahrdraht 16 angeordnet. Das Schienenfahrzeug bewegt sich mit einer Fahrtgeschwindigkeit VF relativ zum Fahrdraht 16, wobei die Schleifleisten 14 mit einer Andruckkraft F A 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. The rail vehicle moves at a travel speed VF relative to the contact wire 16, the contact strips 14 being pressed against the contact wire 16 transversely or orthogonally to the latter with a pressing force F A . The contact strip 14 is formed from a carbon contact element (not shown in detail here) and a contact strip holder, the movement of the contact strip 14 on the contact wire 16 described here causing abrasion of the carbon material.

Die Fig. 2 zeigt einen Prinzipaufbau eines Messsystems 17 mit einer Verarbeitungsvorrichtung 18, einer Sensorvorrichtung 19 und einem Antrieb bzw. einer Positioniervorrichtung 20. Die Verarbeitungsvorrichtung 18 verarbeitet die von der Sensorvorrichtung 19 übermittelten Signale, bestimmt eine Eigenfrequenz und/oder eine Resonanzfrequenz einer Schleifleiste und leitet daraus einen Verschleißzustand der Schleifleiste ab. Bei einem Bruch bzw. einem vollständigen Verschleiß der Schleifleiste wird dieser durch die Verarbeitungsvorrichtung 18 detek- tiert, wobei diese dann die Positioniervorrichtung 20 betätigt, die die Schleifleiste von einem Fahrdraht absenkt. Umgekehrt kann auch bei einer Betätigung der Positioniervorrichtung 20 die Verarbeitungsvorrichtung 18 Signale von der Sensorvorrichtung 19 empfangen, um dann eine Eigenfrequenz der Schleifleiste zu bestimmen. Optional kann das Messsystem 17 noch eine Fahrtmessvorrichtung 21 , mit der bestimmte Betriebsdaten, beispielsweise eine Fahrtgeschwindigkeit, ermittelt und mittels der Verarbeitungsvorrichtung 18 weiter verarbeitet werden Fig. 2 shows a basic structure of a measuring system 17 with a processing device 18, a sensor device 19 and a drive or a positioning device 20. The processing device 18 processes the signals transmitted by the sensor device 19, determines a natural frequency and/or a resonance frequency of a contact strip and derives from this a wear condition of the contact strip. If the contact strip breaks or is completely worn out, this is detected by the processing device 18, which then actuates the positioning device 20, which lowers the contact strip from a contact wire. Conversely, when the positioning device 20 is actuated, the processing device 18 can receive signals from the sensor device 19 in order to then determine a natural frequency of the contact strip. Optionally, the measuring system 17 can also have a travel measuring device 21 , with which specific operating data, for example a travel speed, are determined and processed further by means of the processing device 18

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP können. Die Fahrtgeschwindigkeit kann beispielsweise bei der Bestimmung der Resonanzfrequenz Berücksichtigung finden. Auch kann das Messsystem 17 eine Kommunikationsschnittstelle 22 umfassen, über die die Verarbeitungsvorrichtung 18 Daten zu dem Verschleißzustand an einen Führerstand des Fahrzeugs oder eine externe Leitstelle übermitteln kann. ADJUSTED SHEET (RULE 91) ISA/EP be able. The driving speed can, for example, be taken into account when determining the resonant frequency. The measuring system 17 can also include a communication interface 22, via which the processing device 18 can transmit data on the state of wear to a driver's cab of the vehicle or an external control center.

Eine Zusammenschau der Fig. 3a bis 4b zeigt eine Schleifleiste 23 in verschiedenen Ansichten und Verschleißzuständen. Die Schleifleiste 23 ist im Wesentlichen aus einem Kontaktelement 24, welches aus Kohlenstoff bzw. Grafit besteht und einem S chleifleistenhalter 25 gebildet. Der Schleifleistenhalter 25 weist ein Profil 26 auf, welches regelmäßig aus Aluminium besteht, auf dem das Kontaktelement 24 befestigt ist. An dem Profil 26 sind Befestigungslager 27 ausgebildet, die zur Verbindung der Schleifleiste 23 mit einer hier nicht dargestellten Wippe dienen. A synopsis of FIGS. 3a to 4b shows a contact strip 23 in different views and states of wear. The contact strip 23 is essentially formed from a contact element 24 which consists of carbon or graphite and a contact strip holder 25 . The contact strip holder 25 has a profile 26, which is usually made of aluminum, on which the contact element 24 is attached. Fastening bearings 27 are formed on the profile 26 and are used to connect the contact strip 23 to a rocker, not shown here.

Die Fig. 3a und 4a und zeigen die Schleifleiste 23 in einem neuen, das heißt unbenutzten Zustand, sodass eine Höhe HCN des Kontaktelements 24 bzw. HTN der Schleifleiste 23 im Bereich einer Mitte 28 der Schleifleiste 23 unverändert ist bzw. einen maximalen Wert aufweist. Im Bereich der Befestigungslager 27 und der Mitte 28 sind hier nicht näher ersichtliche Beschleunigungssensoren einer Sensorvorrichtung eines Messsystems angebracht. 3a and 4a and show the contact strip 23 in a new, i.e. unused condition, so that a height HCN of the contact element 24 or HTN of the contact strip 23 in the area of a center 28 of the contact strip 23 is unchanged or has a maximum value. In the area of the attachment bearing 27 and the center 28, acceleration sensors of a sensor device of a measuring system are attached, which cannot be seen in any more detail here.

Die Fig. 3b und 4b zeigen die Schleifleiste 23 in einem verbrauchten Verschleißzustand, sodass eine Höhe HCW des Kontaktelements 24 bzw. eine Höhe HTW der Schleifleiste 23 im Bereich der Mitte 28 aufgrund eines Abriebs einer Oberfläche 29 des Kontaktelements 24 wesentlich reduziert ist. Hieraus resultiert ein verändertes Schwingungsverhalten der Schleifleiste 23, da ein Widerstandsmoment bzw. eine Masse der Schleifleiste 23 verändert bzw. reduziert ist. 3b and 4b show the contact strip 23 in a worn state of wear, so that a height HCW of the contact element 24 or a height HTW of the contact strip 23 in the area of the center 28 is significantly reduced due to abrasion of a surface 29 of the contact element 24. This results in a changed vibration behavior of the contact strip 23, since a moment of resistance or a mass of the contact strip 23 is changed or reduced.

Die Fig. 5 zeigt eine Diagrammdarstellung für ein Verhältnis von einer Eigenfrequenz einer Schleifleiste und der Höhe HCW ausgehend von der Höhe HCN. Hieraus ist zu entnehmen, dass mit abnehmender Höhe HCW die Eigenfrequenz reduziert ist. Dieses Verhältnis ist im Wesentlichen linear und kann sich vor einem vollständigen Abrieb des Kontaktelements noch einmal umkehren. Fig. 5 shows a diagram representation for a relationship between a natural frequency of a contact strip and the height HCW based on the Height HCN. From this it can be seen that the natural frequency is reduced as the height HCW decreases. This relationship is essentially linear and may reverse one more time before the contact element wears out completely.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Messung eines Verschleißzustandes einer Schleifleiste (14, 23) für eine fahrdrahtgebundene Stromversorgung von Fahrzeugen mit einem Messsystem (17), wobei eine Sensorvorrichtung (19) des Messsystems an der Schleifleiste und/oder benachbart der Schleifleiste an einer die Schleifleiste halternden Positioniervorrichtung (13, 20) angeordnet wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Sensorvorrichtung eine Schwingung der Schleifleiste erfasst wird, wobei mittels einer Verarbeitungsvorrichtung (18) des Messsystems eine Eigenfrequenz und/oder eine Resonanzfrequenz der Schleifleiste bestimmt wird, wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz der Verschleißzustand bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Verarbeitungsvorrichtung (18) aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz ein Verschleißgrad der Schleifleiste (14, 23) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einem Verschleiß der Schleifleiste (14, 23) eine Gestalt, insbesondere eine Höhe (HC, HT) der Schleifleiste verändert wird, wobei die Veränderung der Gestalt die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz der Schleifleiste verändert. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungsvorrichtung (18) die Gestalt mittels der Finite- Elemente-Methode berechnet. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungsvorrichtung (18) die Gestalt unter Berücksichtigung eines Widerstandsmoments und einer Masse der Schleifleiste (14, 23) bestimmt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungsvorrichtung (18) aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz eine Höhe (HC, HT) der Schleifleiste (14, 23) bestimmt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Veränderung der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz mittels der Verarbeitungsvorrichtung (18) erfasst und ausgewertet wird. 19 Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungsvorrichtung (18) einen Speicher mit Datensätzen verschiedener Schleifleisten (14, 23) umfasst, wobei ein jeweiliger Datensatz einer Schleifleiste die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz der Schleifleiste im Verhältnis zu einem Verschleißgrad der Schleifleiste enthält. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungsvorrichtung (18) die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz aus der mittels der Sensorvorrichtung (19) gemessenen Schwingung der Schleifleiste (14, 23) mittels Fourier- Transformation bestimmt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schwingung der Schleifleiste (14, 23) in einer vertikalen Richtung und/oder in einer horizontalen Richtung relativ zu einer Längsachse der Schleifleiste gemessen wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine rotatorische Schwingung der Schleifleiste (14, 23) relativ zu einer Längsachse der Schleifleiste 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 Resonanzfrequenz der Schleifleiste (14, 23) während eines Fährbetriebs des Fahrzeugs bestimmt wird, wenn die Schleifleiste an einem Fahrdraht (16) anliegt. 20 Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Eigenfrequenz der Schleifleiste (14, 23) während eines Standbetriebs des Fahrzeugs bestimmt wird, wenn die Schleifleiste zwischen einer Kontaktposition an einem Fahrdraht (16) und einer Ruheposition am Fahrzeug bewegt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz der Schleifleiste eine Bandbreite von 10 Hz oder kleiner aufweist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schleifleiste (14, 23) eine mittlere Eigenfrequenz und/oder eine mittlere Resonanzfrequenz in einem Bereich von 60 Hz bis 140 Hz aufweist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungsvorrichtung (18) aufgrund der Veränderung der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz eine Beschädigung der Schleifleiste (14, 23) detektiert und die Schleifleiste von einer Kontaktposition an einem Fahrdraht (16) in eine Ruheposition am Fahrzeug bewegt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungsvorrichtung (18) den Verschleißzustand periodisch oder kontinuierlich ermittelt. 21 Messsystem (17) zur Messung eines Verschleißzustandes einer Schleifleiste (14, 23) für eine fahrdrahtgebundene Stromversorgung von Fahrzeugen, wobei eine Sensorvorrichtung (19) des Messsystems an der Schleifleiste und/oder benachbart der Schleifleiste an einer die Schleifleiste halternden Positioniervorrichtung (13, 20) angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Sensorvorrichtung eine Schwingung der Schleifleiste erfassbar ist, wobei das Messsystem eine Verarbeitungsvorrichtung (18) umfasst, mittels der eine Eigenfrequenz und/oder eine Resonanzfrequenz der Schleifleiste bestimmbar ist, wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz der Verschleißzustand bestimmbar ist. Messsystem nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensorvorrichtung (19) zumindest einen Schwingungssensor umfasst, der innerhalb der Schleifleiste (14, 23), an der Schleifleiste, an einem Befestigungslager (27) der Schleifleiste oder an einer die Schleifleiste halternden Wippe (15) der Positioniervorrichtung (13, 20) anordbar ist. Messsystem nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Schwingungssensoren an einer Mitte (28) einer Länge (L) der Schleifleiste (14, 23) und/oder jeweils einem Befestigungslager (27) der Schleifleiste anordbar sind. Messsystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schwingungssensor ein translatorischer oder rotatorischer Beschleunigungssensor ist. 22 Method for measuring the state of wear of a contact strip (14, 23) for an overhead wire-connected power supply of vehicles with a measuring system (17), with a sensor device (19) of the measuring system on the contact strip and/or adjacent to the contact strip on a positioning device ( 13, 20) is arranged, characterized in that a vibration of the contact strip is detected by means of the sensor device, with a natural frequency and/or a resonance frequency of the contact strip being determined by means of a processing device (18) of the measuring system, with the processing device being used to calculate from the natural frequency and /or the resonance frequency of the state of wear is determined. Method according to Claim 1, characterized in that a degree of wear of the contact strip (14, 23) is determined by means of the processing device (18) from the natural frequency and/or the resonance frequency. Method according to Claim 1 or 2, characterized in that when the contact strip (14, 23) wears, a shape, in particular a height (HC, HT) of the contact strip is changed, the change in shape affecting the natural frequency and/or the resonance frequency of the Sanding strip changed. Method according to Claim 3, characterized in that the processing device (18) calculates the shape by means of the finite element method. Method according to Claim 3 or 4, characterized in that the processing device (18) determines the shape taking into account a moment of resistance and a mass of the contact strip (14, 23). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (18) determines a height (HC, HT) of the contact strip (14, 23) from the natural frequency and/or the resonance frequency. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the change in the natural frequency and/or the resonance frequency is detected and evaluated by means of the processing device (18). 19 Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (18) comprises a memory with data sets of different contact strips (14, 23), a respective data set of a contact strip showing the natural frequency and/or the resonant frequency of the contact strip in relation to a degree of wear the sanding strip contains. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (18) determines the natural frequency and/or the resonance frequency from the vibration of the contact strip (14, 23) measured by the sensor device (19) by means of Fourier transformation. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vibration of the contact strip (14, 23) is measured in a vertical direction and/or in a horizontal direction relative to a longitudinal axis of the contact strip. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a rotational vibration of the contact strip (14, 23) is measured relative to a longitudinal axis of the contact strip. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resonant frequency of the contact strip (14, 23) is determined while the vehicle is in motion when the contact strip is in contact with a contact wire (16). 20 Method according to one of the preceding claims, characterized in that the natural frequency of the contact strip (14, 23) is determined while the vehicle is stationary, when the contact strip is moved between a contact position on a contact wire (16) and a rest position on the vehicle. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the natural frequency and/or the resonant frequency of the contact strip has a bandwidth of 10 Hz or less. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the contact strip (14, 23) has a mean natural frequency and/or a mean resonance frequency in a range from 60 Hz to 140 Hz. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (18) detects damage to the contact strip (14, 23) due to the change in the natural frequency and/or the resonance frequency and moves the contact strip from a contact position on a contact wire (16) to a Rest position on the vehicle moves. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (18) determines the state of wear periodically or continuously. 21 Measuring system (17) for measuring the state of wear of a contact strip (14, 23) for an overhead wire-connected power supply of vehicles, with a sensor device (19) of the measuring system on the contact strip and/or adjacent to the contact strip on a positioning device (13, 20 ) is arranged, characterized in that a vibration of the contact strip can be detected by means of the sensor device, with the measuring system comprising a processing device (18) by means of which a natural frequency and/or a resonance frequency of the contact strip can be determined, with the processing device being used to determine the natural frequency and /or the resonance frequency of the state of wear can be determined. Measuring system according to Claim 18, characterized in that the sensor device (19) comprises at least one vibration sensor which is mounted inside the contact strip (14, 23), on the contact strip, on a mounting bearing (27) of the contact strip or on a rocker (15 ) of the positioning device (13, 20) can be arranged. Measuring system according to Claim 19, characterized in that vibration sensors can be arranged at a center (28) of a length (L) of the contact strip (14, 23) and/or in each case at a fastening bearing (27) of the contact strip. Measuring system according to Claim 19 or 20, characterized in that the vibration sensor is a translatory or rotary acceleration sensor. 22

22. Stromabnehmer ( 10) für eine Stromversorgung von Fahrzeugen mit einer Positioniervorrichtung ( 13 , 20), einer daran angeordneten Schleifleiste ( 14, 23) und einem Messsystem ( 17) nach einem der Ansprüche 18 bis 21 . 23. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem Stromabnehmer22. Current collector (10) for supplying power to vehicles with a positioning device (13, 20), a contact strip (14, 23) arranged thereon and a measuring system (17) according to one of claims 18 to 21. 23. Vehicle, in particular rail vehicle, with a pantograph

( 10) nach Anspruch 22. (10) according to claim 22.