Stromabnehmers eines Fahrzeugs (beispielsweise eines Triebfahrzeugs) an eine

Fahrleitung, ein Verfahren unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung. Stromabnehmer elektrischer Triebfahrzeuge benötigen eine definierte Anpresskraft an die Fahrleitung. Die Fahrleitung ist im gegenständlichen Fall eine Oberleitung konventioneller Ausführung oder innovativer Ausführung wie z.B. Deckenstromschienen.

Ist diese Anpresskraft zu klein, fängt der Stromabnehmer zu springen an. Die daraus resultierenden Kontaktunterbrechungen und Lichtbögen beeinträchtigen die Lebensdauer von Stromabnehmer-Schleifleisten und Fahrleitungen. Ist diese Anpresskraft zu groß, wird die Fahrleitung übermäßig angehoben. Bei unzulässigen Kraftein leitungen in die

Fahrleitung kann deren mechanische Positionierung nicht sichergestellt werden, ein „Einfädeln" des Stromabnehmers und Herunterreißen der Fahrleitung sind typische Konsequenzen.

Gemäß DIN EN 50637:2012 sind die notwendigen Anpresskräfte insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb (>200km/h) stark ansteigend bis etwa zum Doppelten des Stillstandwertes, wie in Fig. 1 gezeigt. Um diesen Anstieg zu gewährleisten, werden nach Stand der Technik Windleitbleche im Stromabnehmer verwendet, die einerseits

aerodynamisch eine Zusatzkraft aufbringen und andererseits dynamische Auftriebskräfte kompensieren. Nachteilig ist hierbei, dass die Auslegung und Handhabung dieser

Windleitbleche nicht einfach an unterschiedliche Betriebssituationen anpassbar ist.

Beispielsweise ist die aerodynamische Zusatzkraft in Hochgeschwindigkeitstunneln signifikant höher als auf freier Strecke. Diese Zusatzkraft ist jedoch auch von

Fahrzeugform, Tunnelquerschnitt, Versperrungsmaß (Verhältnis Fahrzeugquerschnitt zu Tunnelquerschnitt), Querschnittssprüngen und Position des Stromabnehmers im

Zugverband abhängig. Auch ist diese Zusatzkraft fahrtrichtungsabhängig (beispielweise je nach Spieß- oder Kniegang eines asymmetrischen Einholm-Stromabnehmers). Zusätzlich bestehen zunehmend Anforderungen, die Stromabnehmer-Anpresskraft im Stillstand anzuheben, um Überhitzung und Beschädigung von Schleifleiste und

Fahrleitungsdraht im Kontaktpunkt bei hohem Stromfluss durch Beleuchtung,

Klimaanlagen und Fahrgastinformationssysteme bei bereitgestellten Fahrzeugen zu vermeiden. Windleitbleche können jedoch keine Zusatzkraft aufbringen, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet.

Aus dem Stand der Technik sind heute einstufige und zweistufige (festeingestellte, aber justierbare) Drücke bekannt. In einzelnen Fällen werden bereits elektronpneumatisch (ep) geregelte Druckansteuerungen verwendet, wie sie z.B. aus EP 1 539 528 A1 bekannt sind. Darin wird gezeigt, wie die von Bahnbetreibern geforderte Rückfallebene bei Störung des ep-Reglers über ein Umschaltventil erfolgt. Ein ep-Regler wird im Störungsfall auf ein festeingestelltes justierbares Druckminderventil umgeschaltet. Der ep-Regler steuert die Anpresskraft im Regelbetrieb des Fahrzeuges. Nachteilig ist hierbei, dass die Anpresskraft über den Regler nicht genau genug angesteuert werden kann und hoher Luftverbrauch verursacht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine genauere Ansteuerung der benötigten Anpresskräfte zwischen einem Stromabnehmer und einer Fahrleitung möglich ist, die besser zu verschiedenen Betriebssituationen passen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung einer Anpresskraft zwischen einer Fahrleitung und einem Stromabnehmer eines

Fahrzeugs nach Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe in einer Vorrichtung zum Steuern einer Anpresskraft zwischen einer Fahrleitung und einem Stromabnehmer eines Fahrzeugs, die pneumatisch oder hydraulisch betätigt wird. Dabei kann z.B. Luft oder Öl als Druckmedien verwendet werden. Während des Hebens oder Senkens des Stromabnehmers befindet sich der Mediendruck im Gleichgewicht mit der Schwerkraft (Gewicht) des

Stromabnehmers. Die benötigte Anpresskraft erfolgt durch eine Druckerhöhung eines Arbeitsdrucks, der durch Steuerung oder Regelung oder beiden eingestellt wird. In gewöhnlichen Fahrsituationen - innerhalb eines Toleranzbandes der

Stromabnehmeranpresskraft - wird der Arbeitsdruck nur mittels eines Basisdrucks eingesteuert. Wenn die Betriebssituation eine zusätzliche Anpresskraft erfordert, wird ein Zusatzdruck zu dem Basisdruck addiert, um zusammen den Arbeitsdruck zu erhöhen.

In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung sind der Basisdruck und der Zusatzdruck in einem Arbeitsdrucksteuerkreis addiert, um den addierten Druck als der Arbeitsdruck zu bilden.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist dazu noch eine

Einstellvornchtung vorgesehen, um den Basisdruck und den Zusatzdruck dort zu addieren, um den Leistungsdruck mit dem addierten Druck dort zu steuern, und um einen

Arbeitsdruck als gesteuerten Leistungsdruck zu bilden. Der Vorteil dabei liegt darin, dass der Basisdruck und der Zusatzdruck mit Kleinquerschnitten, also kleinen und konstanten Volumina eingestellt werden können, wobei der Leistungsdruck und der Arbeitsdruck mit Großquerschnitten, also großen und variablen Volumina, vorgesehen sind. Eine

Vorsteuerdruckregelung kann üblicherweise 1 : 1 auf den volumenstarken Arbeitsdruck übersetzt werden. Zusätzlich kann in einer Ausführungsvariante ein

Übersetzungsverhältnis anderes als 1 :1 realisiert werden. Zum Beispiel, wenn das

Übersetzungsverhältnis 1 :5 gewählt ist, wirken sich 10 bar im Vorsteuerkreis mit einem Ausgangsdruck von 2 bar am Ausgang des Relaisventils aus. Eine Abweichung ist in diesem Fall auch proportional reduziert. Wenn zum Beispiel die Abweichung im

Vorsteuerkreis ± 0,1 bar beträgt, beträgt die Abweichung im Ausgang des Relaisventils nur ± 0,02 bar, was einer absoluten Reduzierung der Abweichung entspricht, und somit eine Erhöhung der Steuergenauigkeit und eine Verringerung der Hysterese ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung mit einem Basissteuerkreis, einem

Zusatzsteuerkreis und einem Arbeitsdrucksteuerkreis vorgesehen. Der Basissteuerkreis weist eine Basissteuerkreis-Einstellvorrichtung (z.B. ein Druckminderventil) zur Einstellung des Basisdrucks auf. Der Zusatzsteuerkreis weist eine Steuervorrichtung (z.B. einen Regler) zur Einstellung des Zusatzdrucks auf, wobei der Basisdruck und der Zusatzdruck an einer Schnittstelle zusammengeführt werden, um den Arbeitsdruck in den Arbeitsdrucksteuerkreis abzugeben, wo weitere Elemente zur Beeinflussung von Druck oder Volumenstrom zwischengeschaltet werden können. Zusätzlich kann der

Arbeitsdrucksteuerkreis so konfiguriert sein, dass der Arbeitsdruck auf einen maximalen Wert begrenzt wird, um einen zu hohen Druck auf den Stromabnehmer bzw. die

Fahrleitung zu vermeiden, um eine Beschädigung zu verhindern.

Neben dem Regler weist der Zusatzsteuerkreis vorzugweise einen Drucksensor und zwei Regelventile auf. Der Drucksensor ist vorgesehen, um dem Regler des

Zusatzsteuerkreises Drucksignale zur Verfügung zu stellen. Durch eine große Auflösung des Drucksensors können ein tiefes Regelniveau (kleine Drücke) der Steuervorrichtung des Zusatzsteuerkreises und eine kleinere Toleranz (höhere Steuergenauigkeit) bei gleichzeitig kleinerer Hysterese realisiert werden. Die Regelventile dienen nicht nur dazu, den Zusatzdruck zu regeln, sondern sie sind auch so ausgelegt, dass sie ein etwaiges Driften der Basissteuerkreis-Einsteilvorrichtung (des Basisdrucks) in beide Richtungen kompensieren können (zusätzliche Kalibrierfunktion).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Zustandsautomat vorgesehen, um den Basisdruck / Zusatzdruck / Arbeitsdruck zu überwachen. Wenn einer der Drücke eine Mindestdruckvorgabe unterschreitet, eine Höchstdruckvorgabe überschreitet, oder von einer Bandbreite zwischen Soll- und Ist-Wert abweicht, findet eine Schnellabschaltung statt. Die Schnellabschaltung wirkt auf den Zusatzsteuerkreis und schaltet diesen ab. Der Basisdruck bleibt für den Arbeitsdruck erhalten. Andernfalls kann über ein

Hauptbestätigungsventil oder durch ein nahe am Stromabnehmer platziertes Kolbenventil oder Notbremsventil mit internem Druckvergleich und Referenzdruckvolumen auch eine vollständige Entlüftung des Arbeitsdrucks erfolgen. Anstelle eines Zustandsautomates ist beispielweise auch eine Elektro-, Elektronik- oder Mikroprozessoreinheit (gegebenenfalls mit einer gemäß einem Sicherheitslevel eingestuften Software) möglich. Vergleichssignale für diese Überwachungseinrichtung können aus dem Drucksensor des

Zusatzsteuerkreises und / oder einem für den Arbeitsdruck vorgesehenen Drucksensor gewonnen werden.

Ein Fahrzeug, das mit der Vorrichtung ausgerüstet ist, weist durch eine genauer angepasste Anpresskraft zwischen der Fahrleitung und dem Stromabnehmer verbesserte und sichere Fahreigenschaften auf. Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die benötigte Anpresskraft abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem Stand der Technik; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung eines

Stromabnehmers gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung eines

Stromabnehmers gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 eine detaillierte Darstellung von einem Abschnitt der Steuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Fahrzeugs 10, einen Stromabnehmer 12, eine Fahrleitung 20 und eine Steuervorrichtung 22 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Druckmedium Luft strömt in Einströmungsrichtung 90 von einem Druckeingang 24 über einen Luftfilter 34 in die Steuervorrichtung 22 ein. Wenn sich das Fahrzeug 10 im Betrieb oder Stand-by-Modus befindet, ist die

Steuervorrichtung 22 über ein Umschaltventil 28a eingeschaltet. Umschaltventil 28b und Einrichtung 30 stellen Überwachungseinrichtungen dar.

Während des Betriebs des Fahrzeugs 10 wird eine bestimmte Anpresskraft zwischen dem Stromabnehmer 12 und der Fahrleitung 20 benötigt, um einen sicheren Übergang der Energie von der Fahrleitung 20 über den Stromabnehmer 12 zu dem Fahrzeug 10 zu gewährleisten. Dieser Arbeitsdruck wird durch einen Basissteuerkreis 56 und einen Zusatzsteuerkreis 26 zu einem Arbeitsdruckregelkreis 60 erzielt. Ein Leistungsdruck wird einer ersten Druckmedienleitung 52, dem Basissteuerkreis 56, und dem Zusatzsteuerkreis 26 zugeführt. Der Basissteuerkreis 56 stellt einen Basisdruck ein und der Zusatzsteuerkreis 26 stellt einen Zusatzdruck ein, wobei der Basisdruck und der Zusatzdruck über je eine zweite Druckmedienleitung 54 weiter zu dem

Arbeitsdruckregelkreis 60 geführt werden, um den Arbeitsdruck dort als eine Addition des Basisdrucks und des Zusatzdrucks zu bilden.

Fig. 3 zeigt einen Teil eines Fahrzeugs 10, einen Stromabnehmer 12, eine Fahrleitung 20 und eine Steuervorrichtung 22 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Druckmedium Luft strömt in Einströmungsrichtung 90 von einem Druckeingang 24 über einen Luftfilter 34 in die Steuervorrichtung 22 ein.

Wenn sich das Fahrzeug 10 im Betrieb oder Stand-by-Modus befindet, ist die

Steuervorrichtung 22 über ein Umschaltventil 28a eingeschaltet. Umschaltventil 28b und Einrichtung 30 stellen Überwachungseinrichtungen dar.

Während des Betriebs des Fahrzeugs 10 wird eine bestimmte Anpresskraft zwischen dem Stromabnehmer 12 und der Fahrleitung 20 benötigt, um einen sicheren Übergang der Energie von der Fahrleitung 20 über den Stromabnehmer 12 zu dem Fahrzeug 10 zu gewährleisten. Dieser Arbeitsdruck wird durch einen Vorsteuerkreis 32 und eine

Einsteilvorrichtung (50) zu einem Arbeitsdruckregelkreis 60 erzielt.

Der Vorsteuerkreis 32 weist einen Basissteuerkreis 56 und einen Zusatzsteuerkreis 26 auf. Ein Leistungsdruck wird einer ersten Druckmedienleitung 52, dem Basissteuerkreis 56, und dem Zusatzsteuerkreis 26 zugeführt. Der Basissteuerkreis 56 stellt einen

Basisdruck ein und der Zusatzsteuerkreis 26 stellt einen Zusatzdruck ein, wobei der Basisdruck und der Zusatzdruck über je eine zweite Druckmedienleitung 54 weiter zu der Einsteilvorrichtung 50 geführt werden, um den Leistungsruck von der ersten

Druckmedienleitung 52 darin zu steuern.

Fig. 4 zeigt eine detaillierte Darstellung von einem Abschnitt der Steuervorrichtung 22 in Fig. 3. Der Vorsteuerkreis 32 weist ein Druckminderventil 36, ein Umschaltventil 28c, einen Zusatzsteuerkreis 26 einschließlich eines Reglers 38, eines Drucksensors 72a, eines ersten Regelventiles 76 zum Druckabbau, eines zweiten Regelventiles 78 zum Druckaufbau, ein Relaisventil 40 und einen Drucksensor 72b auf.

Das Druckminderventil 36 ist zur Einstellung des Basisdrucks ausgelegt, und der Regler 38 ist zur Einstellung des Zusatzdrucks ausgelegt, wobei der Basisdruck und der

Zusatzdruck jeweils über die zweite Druckmedienleitung 54 zu Eingängen 46a und 46b des Relaisventils 40 geführt sind. Das Relaisventil 40 ist so ausgelegt, dass eine Addition des Basisdrucks und des Zusatzdrucks nach den Eingängen 46a und 46b stattfindet, um den Leistungsdruck von der ersten Druckmedienleitung 52 mit dem addierten Druck zu steuern und den Arbeitsdruck von einem Ausgang 42 des Relaisventils 40 auszulassen. Das Umschaltventil 28c ist vorgesehen, um den Zusatzsteuerkreis im Notfall

auszuschalten. Die Drucksensoren 72a und 72b sind vorgesehen, um den Zusatzdruck im Zusatzsteuerkreis 26 und den Arbeitsdruck am Ausgang 42 des Relaisventils zu messen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Fahrzeug

12 Stromabnehmer

20 Fahrleitung

22 Steuervorrichtung

24 Druckeingang

26 Zusatzsteuerkreis

28a, 28b, 28c Umschaltventil

30 Einrichtung

32 Vorsteuerkreis

34 Luftfilter

36 Druckminderventil

38 Regler

40 Relaisventil

42 Ausgang eines Relaisventils

46, 46a, 46b Eingang eines Relaisventils

50 Einsteilvorrichtung

52 Erste Druckmedienleitung

54 Zweite Druckmedienleitung

56 Basissteuerkreis

60 Arbeitsdrucksteuerkreis

72a, 72b Drucksensor

76 Erstes Regelventil

78 Zweites Regelventil

90 Richtungspfeil