Sensorik Echtzeitüberwachung von Stromabnehmern

Anbieter zum Thema

MERSEN Deutschland Eggolsheim GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Bicker Elektronik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Die Stromschiene ist für U-Bahnen und Metros ebenso wichtig wie die Oberleitung für Fern- und Hochgeschwindigkeitszüge. Eine kontinuierliche Überwachung des Stroms ist für einen reibungslosen Betrieb erforderlich.

Die Stromschiene verläuft parallel zum Gleis und liefert den Strom, während der Stromabnehmer entlang der Stromschiene gleitet. Der so entnommene Strom wird über einen Stromabnehmerschuh, gewöhnlich aus graphitiertem Kupfer, zum Fahrzeug geleitet. Zwei kräftige Schraubenfedern am Stromabnehmer sorgen für den ständigen Kontakt des Schuhs zur Stromschiene. Dieser mechanische Kontakt, die Spannung von 750 V, die oft beträchtliche Geschwindigkeit der Züge und Unebenheiten auf der Oberseite der Stromschiene tragen alle zu einem erheblichen Verschleiß der Stromabnehmerschuhe am Zug bei.

Höhere Effizienz und Nachhaltigkeit

Nach fast vier Jahren intensiver Arbeit hat das Projektteam von Mersen eine Technologie entwickelt, die die Analyse des Verhaltens von Stromabnehmern während des Betriebs deutlich optimiert. Dabei handelt es sich um ein digitales Überwachungssystem, das in Echtzeit die Andruckkraft zwischen Schuh und Stromschiene misst und überwacht. Deutlich sichtbarer Teil des D-CCD ist eine Blackbox, die am Arm des Stromabnehmers befestigt wird und das sog. MAT (Module Acquisition & Transmission), das Erfassungs- und Übertragungsmodul, enthält. Das MAT besteht aus dem Messwertrekorder (Kraftaufnehmer und Temperatursensor) und einem elektronischen System, das die Signale verarbeitet, die Daten speichert und die drahtlose Übertragung übernimmt. Die analysierten Messwerte sind:

• Der Temperaturanstieg im Stromabnehmer (falls ein Stromabnehmer des Fahrzeugs ausfällt),

• Die Kraft, mit der der Schuh auf die Stromschiene drückt (N),

• Die Stöße und Vibrationen, die auf den Stromabnehmer während der Fahrt einwirken, und

• Optische Sensoren.

Die optischen Sensoren dienen zur Lichtbogenerkennung, mit der die Funken erkannt werden können, die an der Kontaktstelle zwischen Schuh und Stromschiene auftreten.

Die erfassten Daten geben Aufschluss über den Zustand des Stromabnehmerschuhs, des gesamten Stromabnehmers sowie indirekt auch der Stromschiene. Sie ermöglichen eine Einschätzung, ob der Schuh noch einwandfrei funktioniert oder bald ausgetauscht werden sollte, und liefern wertvolle Informationen über den Zustand der Stromschiene.

Herausforderungen während der Entwicklung

Die Entwicklung der Messtechnologie für das MAT stellte eine große Herausforderung dar. Um die Andruckkraft mit hoher Präzision zu messen, war es notwendig, so nah wie möglich am Kontaktpunkt zu arbeiten, wobei die hohe Spannung von 750 V eine sichere Isolierung erforderte – zwei Anforderungen, die schwer miteinander zu vereinbaren waren. Ebenso anspruchsvoll war die Konstruktion eines Elektronikmoduls, das auch unter schwierigen Bedingungen wie hoher Spannung, starken Stößen, Vibrationen und elektromagnetischen Einflüssen zuverlässig funktioniert.

Die vom Entwicklungsteam entwickelte Lösung basiert auf einer speziell entwickelten Kraftaufnehmer-Technologie mit Dickschicht-Kraftaufnehmern. Diese fortschrittliche Technologie, die 2018 patentiert wurde, erkennt Verformungen im Arm des Stromabnehmers während der Fahrt. Aufgrund ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaften kann sie sicher in Stromabnehmern eingesetzt werden und ermöglicht eine präzise Erfassung der Stöße zwischen Stromabnehmerschuh und Stromschiene.

Das MAT verfügt über eine eigene Stromversorgung mittels Batterie sowie einen integrierten Datenspeicher. Diese Eigenschaften machen es zu einer unabhängigen Einheit ohne Verbindung zum Fahrzeug und ohne Beeinflussung durch dieses. Die Spannungsversorgung und die Speicherkapazität sind für einen kompletten Betriebstag ausgelegt. Das System kann problemlos für Testfahrten verwendet werden, um den Zustand der Stromschiene und der Stromabnehmer zu überprüfen, und lässt sich schnell und einfach per Plug-and-Play integrieren.

Analyse des Verschleißverhaltens

Betreiber, die ihre Stromabnehmer kontinuierlich überwachen wollen, benötigen eine Verbindung des MAT zum Zugnetzwerk über ein Ethernet-Kabel und eine Versorgungsspannung von 24 Volt. Diese Schnittstelle, die der MAT-Rechner bereitstellt, überträgt die Daten direkt in das Zugsystem und die Messungen können beliebig lange vorgenommen werden.

Diese Möglichkeit der Langzeitüberwachung schafft optimale Voraussetzungen, um das Verschleißverhalten der Stromabnehmer detailliert zu analysieren und fundierte Schlüsse zu ziehen. Das Ziel ist es, eine prädiktive Wartung mit planbaren Wartungsintervallen zu ermöglichen, um die Zuverlässigkeit der Züge zu erhöhen und die Gesamtbetriebskosten zu senken. Zudem könnten die gewonnenen Daten dazu beitragen, die Stromabnehmer weiter zu optimieren.

Hocheffiziente Lösung

Als Experten im Bereich der elektrischen Energie und fortschrittlicher Werkstoffe für High-Tech-Industrien zählt das Unternehmen zu den führenden Anbietern von Stromabnehmern für U-Bahnen und Metros. Mit der entwickelten Lösung steht den Kunden nun eine effiziente Möglichkeit zur Verfügung, um detaillierte Einblicke in die Vorgänge zwischen Stromschiene und Stromabnehmerschuh zu erhalten. Diese Informationen dienen als Grundlage, um die Lebensdauer der Stromabnehmerschuhe zu verlängern.

Das von Mersen entwickelte Überwachungssystem für Stromabnehmer stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Instandhaltung und Effizienz von U-Bahnen und Metros dar. Durch die Echtzeitüberwachung der Andruckkraft, Temperatur und Vibrationen sowie die Erkennung von Lichtbögen ermöglicht das System eine präzise Analyse des Verschleißverhaltens. Die patentierte Kraftaufnehmer-Technologie sowie die unabhängige Stromversorgung des MAT-Moduls gewährleisten eine zuverlässige und flexible Datenerfassung. Die gewonnenen Informationen schaffen die Basis für eine prädiktive Wartung, wodurch Ausfallzeiten minimiert und die Lebensdauer der Stromabnehmerschuhe verlängert werden können. Insgesamt bietet die Lösung Betreibern eine hocheffiziente Möglichkeit, die Betriebskosten zu senken und die Zuverlässigkeit des Schienenverkehrs zu erhöhen.  (mr)

(ID:50405297)