Pantograph Monitoring

Detektion defekter Schleifleisten an Schienenfahrzeugen

Problem

Elektrisch getriebene Schienenfahrzeuge entnehmen die notwendige Energie über Stromabnehmer vom Fahrdraht, indem 2 Schleifleisten des Stromabnehmers an den Fahrdraht der Oberleitung gedrückt werden. Dabei darf der Anpressdruck nicht zu gering sein, um Funkenabrisse zu vermeiden; auf der anderen Seite darf der Druck nicht zu groß sein, um übermäßigen Verschleiß an der Schleifleiste und Fahrdraht zu vermeiden.Die Schleifleiste besteht aus einer U-förmigen Tragschiene aus Stahl auf die eine Kohleschicht aufgebracht ist. Diese Kohleschicht ist deutlich weicher, um den Verschleiß am Fahrdraht selbst möglichst gering zu halten. Zusätzlich wird der Fahrdraht so gespannt, dass der Verschleiß an der Schleifleiste möglichst gleichmäßig sich über die gesamte Breite verteilt.Werden die Stromabnehmer ungenügend gewartet oder die Schleifleisten nicht rechtzeitig ausgetauscht, verursachen abgenutzte oder ausgebrochene Kohleschichten erhebliche Schäden an der Oberleitung. Dabei schleift die Stahlschiene direkt an der Oberleitung oder bei ausgebrochenen Kohleschichten kann der Fahrdraht über die Kante soweit herausschnellen, dass sich der Stromabnehmer in der Oberleitung verhakt. Diese Schäden können nur mit großem Zeit- und Kostenaufwand und mit Gleis Stilllegungen behoben werden.Für die Betreiber der Bahn Infrastrukturen ist es enorm wichtig, den Zustand der Stromabnehmer flächendeckend über ihr gesamtes Schienenetz ständig zu überwachen.

Lösung

Die ASE AG in Bruchsal hat ein System entwickelt, das diese Überwachungsaufgaben vollautomatisch und eigenständig übernimmt. Das Meß- und Erkennungs-System wird mittig über dem Schienenweg an Brücken oder Trägern montiert oder kann auch in das Multisensor Konzept der ASE Checkpoint Anlagen integriert werden.Das Meßsystem liefert alle zur Beurteilung notwendigen Parameter:

Position der Schleifleiste relativ zur Längs- und Querachse Fehlende oder deformierte Schleifleisten Dicke der Kohleschicht über die gesamte Breite (Abnutzungsgrad) Unstetigkeiten in Position und Breite (Ausbrüche) Fahrdrahtanhebung und damit der Anpressdruck Typenerkennung und Geschwindigkeit Highspeed Bildaufnahme

Funktionsweise

Alle gemessenen Daten und Grenzwertüberschreitungen stehen für das Netzwerk des Betreibers zur Verfügung. Dabei kann die Ankopplung über TCP/IP, PSTN, ISDN, GSM, UMTS, etc. flexibel realisiert werden. Die zu übertragenden Messparameter werden entsprechend den verfügbaren Datenraten flexibel angepasst.

Ein kombiniertes IR/Radar Meßsystem erfasst durchfahrende Züge bis 200 Km/h und löst die Aufnahme der hochauflösenden highspeed Spezialkamera und den Blitz aus. Das Kamerasystem arbeitet im nahen IR-Bereich, um zuverlässig bei Tag, Nacht, Sonneneinstrahlung und unterschiedlichen Wetterbedingungen qualitativ hochwertige Bilder liefern zu können.

Die intelligente Bildanalysesoftware berechnet die Messparameter wie Position, Dicke der Kohleschicht als Funktion der Breite, Unstetigkeiten der Kohleschicht, und Standartabweichung und Varianz zur idealen Schleifleiste aus den gewonnenen Bilddaten über Kantenextration, Shapematching, Polygonnäherung, etc...).

Das System zur Schleifleistenerkennung ist als kompakte Einheit realisiert. Alle erforderlichen Komponenten sind darin untergebracht; lediglich die Stromversorgung 230VAC/300VA sowie der Datenanschluss sind bauseits zu erstellen.

Ergänzung

ASE AG bietet zusätzlich die Möglichkeit, im Prozessleitsystem der Leitstelle zusammen mit den Messwerten zusätzlich Bilder des Stromabnehmers oder Videostreams aus Videokameras in das Prozessabbild z.B. bei Alarmen einzufügen.

Obwohl das System eigenständig betrieben werden kann, ergeben sich durch die Integration in die Checkpoint Anlagen der ASE viele weitere Möglichkeiten einer ganzheitlichen Überprüfung durchfahrender Züge auf Überschreitung von Lichtraumprofil, Achsgewichten, Überpufferung, Antennenerkennung (RoLa), etc.

Pantograph slipper with GFK/CFK inside carrier

Pantograph slipper with AS connection

pictures of faulty pantographes

Train passage

alarm ; trigger off

Alarm

alarm ; trigger off

Alarm analyse

Main functions

date and time passage jjjj-mm-dd; hh:mm

speed limit 5 – 200 km/h

train identity number; type, direction

type of pantograph type; manufactorer(also type of locomotive engine only together with checkpoint)

image of pantograph diagramm; analyse

alarm

integrated into existing process control rooms

(train service or energy distribution) XML protocol