Die Erfindung betrifft ein Messsystem und ein Verfahren zur Messung eines Verschleißzustandes eines Kontaktelements einer Schleifleiste für eine fahrdrahtgebundene Stromversorgung von Fahrzeugen, wobei die Schleifleiste einen Schleiflei stenträger und ein im Schleifleistenträger gehaltertes Kontaktelement aufweist und zumindest zwei Bohrungen in die Schleifleiste eingebracht sind, die den Schleifleistenträger durchgreifen und zumindest ein Sackloch im Kontaktelement ausbilden.

Zur Stromversorgung von schienengebundenen aber auch nicht schienengebundenen Fahrzeugen über einen Fahrdraht kommen regelmäßig Schleifleisten aus Kohlenstoffmaterial zum Einsatz. Derartige Schleifleisten sind immer einem Verschleiß durch Abrieb des Materials, meist Kohlenstoffmaterials, unterworfen. Beim Einsatz solcher Schleifleisten, beispielswei se 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 j edoch nach der Ausbildung einer solchen Notabschaltung eine weitere Stromversorgung und somit ein weiterer Betrieb des Fahrzeugs mittels dieser Schleifleiste nicht mehr möglich ist. Zur Vermeidung derartiger Situationen werden Schleifleisten turnusmäßig im Hinblick auf ihren Verschleißgrad inspiziert. Diese Inspektionen erfolgen regelmäßig durch Personal und sind nur relativ aufwendig durchzuführen, da die Schleifleisten auf einem Dach eines Fahrzeugs, wie bei spielsweise einer Lokomotive, angebracht sind und aufgrund der am Fahrdraht anliegenden Hochspannung besondere Sicherheitsvorkehrungen eingehalten werden müssen. Derartige Inspektionen werden daher in bestimmten Intervallen in Bahnbetrieb swerken durchgeführt. Zur Vermeidung dieser aufwendigen Inspektionen sind teilweise automatisierte Verschleißüberwachungssyste- me 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 Verschleißanzeigenmarkierung 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 erheblicher technischer Aufwand zur Installation derartiger Überwachungssysteme entlang eines Schienennetzes notwendig ist. Daher sind in die Schleifleiste integrierbare Verschleißerkennungssysteme bekannt, die keine aufwendige Installation von Überwachungseinrich- tungen entlang des Schienennetzes benötigen. Bekannt sind hier elektrische Kontakte am Kontaktelement oder auch Schalter, die ein Erreichen einer Verschleißgrenze signalisieren können. Weiter sind Lösungen bekannt, bei denen zur Überwachung des Verschleißzustandes eine Druckluftleitung innerhalb der Schleifleiste installiert und ein Ver- schleißzustand aufgrund eines Druckluftabfalls in der Druckluftleitung erfasst wird. Jedoch ist die Installation derartiger Druckluftleitungen sowie die Bereitstellung der Druckluft technisch als auch wirtschaftlich aufwendig. Auch ist es bekannt, Sensoren im Kontaktelement der Schleifleiste anzuordnen, um den Verschleiß der Schleifleiste zu erfassen. Jedoch bedarf es auch hier relativ komplizierter technologischer Abläufe, um die Sensoren in die Kontaktelemente zu integrieren und insbesondere die Verkabelung der Sensoren vorzunehmen. Weiter i st es nachteilig an den vorbekannten Systemen, dass eine Beschädigung der Sensorik aufgrund fortschreitenden Verschleißes nicht ausgeschlossen werden kann und die Sensorik aufgrund ihrer aufwendigen Anordnung in der Schleifleiste nicht zur chronologisch aufeinanderfolgenden Überwachung mehrerer Schleifleisten im Sinne einer Wiederverwendung der Sensorik geeignet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem und ein Verfahren zur Messung eines Verschleißzustandes einer Schleifleiste vorzuschlagen, welches einen Verschleißzustand automatisiert und mit geringem Aufwand bestimmen kann. Zudem soll das Messsystem aufwandsarm und unabhängig von der Schleifleiste zu installieren sein, so dass eine Wiederverwendung des Messsystems ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Messsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 , eine Schleifleiste mit den Merkmalen des Anspruchs 16, einen Stromabnehmer mit den Merkmalen des Anspruchs 17 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.

Das erfindungsgemäße Messsystem zur Messung eines Verschleißzustandes eines Kontaktelements einer Schleifleiste für eine fahrdrahtgebundene Stromversorgung von Fahrzeugen, wobei die Schleifleiste einen Schleifleistenträger und das am Schleifleistenträger gehalterte Kontaktelement aufweist und zumindest zwei Bohrungen in die Schleifleiste eingebracht sind, die den Schleifleistenträger durchgreifen und zumindest ein Sackloch im Kontaktelement ausbilden, weist eine Sensoreinrichtung auf, die außerhalb der Schleifleiste und unterhalb des Schleifleistenträgers lösbar befestigt ist, wobei mittels eines Fotodetektors der Sensoreinrichtung eine optische Strahlung erfassbar ist, und wobei zumindest eine Bohrung der zumindest zwei Bohrungen bei Erreichen eines bestimmten Verschleißzustandes des Kontaktelements einen Lichtkanal ausbildet, durch den die optische Strahlung auf den Fotodetektor trifft, und wobei das Messsystem eine Verarbeitungseinrichtung umfasst, wobei mittels der Verarbeitungseinrichtung aus der erfassten optischen Strahlung der Verschleißzustand des Kontaktelements bestimmbar ist. Bevorzugt ist der Verschleißzustand des Kontaktelements anhand der Höhe des Kontaktelements bestimmbar, wobei die Höhe mit steigender Nutzungsdauer aufgrund des Abriebs an der Oberleitung abnimmt.

Die Schleifleiste umfasst ein in der Regel aus Kohlenstoffmaterial 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 Pantografen oder einer Schwinge angebracht ist. Dieser Pantograf bzw. die Schwinge bildet eine Positioniereinrichtung für die Schleifleiste und damit zusammen mit der Schleifleiste einen sogenannten Stromabnehmer aus. Dieser i st dann seinerseits auf einem Dach eines Fahrzeugs angebracht, um den über dem Fahrzeug befindlichen Fahrdraht zu kontaktieren.

Erfindungsgemäß ist ein Messsystem zur Anordnung an einer Schleifleiste vorgesehen, welches eine Sensoreinrichtung umfasst. Diese Sensoreinrichtung ist außerhalb der Schleifleiste und unterhalb des Schleifleistenträgers lösbar, möglichst in der Nähe der Schleifleiste, befestigt. Lösbar befestigt bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die Sensoreinrichtung zerstörungsfrei abnehmbar ist und daher ausgetauscht und/oder wieder- verwendet werden kann. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung an einem ersten Schleiflei stenträger zur Überwachung des an diesem Schleifleistenträger gehalterten ersten Kontaktelements angeordnet werden und nach Erreichen der Verschleißgrenze des ersten Kontaktelements des ersten Schleifleistenträgers abgenommen und an einem weiteren Schleifleistenträger angeordnet werden, um das weitere Kontaktelement des weiteren Schleifleistenträgers zu überwachen. Es i st denkbar, dass die Sensoreinrichtung an der Schleifleiste, insbesondere am Schleifleistenträger, oder benachbart der Schleifleiste an einer die Schleifleiste halternden Positioniereinrichtung lösbar befestigt ist. Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung, insbesondere ein Gehäuse der Sensoreinrichtung, mittels Schrauben lösbar befestigt. Durch die lösbare Befestigung der Sensoreinrichtung außerhalb der Schleifleiste ist die Sensoreinrichtung unabhängig von der Schleifleiste ausgebildet. Das Messsystem, insbesondere die Sensoreinrichtung, kann dann örtlich und/oder funktional unabhängig von der Schleifleiste angeordnet bzw. integriert sein. Dies ermöglicht vorteilhafterweise auch, dass eine, insbesondere elektrisch leitende, Verbindung von Messsystem und Schienenfahrzeug nicht zwingend erforderlich ist. Vielmehr kann das Messsystem ohne Verbindung zum Niederspannungsnetz des Schienenfahrzeugs beispielsweise mit einer Batterie, einem Akkumulator oder einem Energy Harvester betrieben werden. Das Messsystem wird so unabhängig von der Art des Schienenfahrzeugs und ohne eine besondere Zertifizierung eines Herstellers des Schienenfahrzeugs nutzbar. Gleichwohl kann es optional vorgesehen sein, dass die Messsystem mit dem Schienenfahrzeug, beispielsweise mit einem Fahrstand des Schienenfahrzeugs, verbunden ist, um einem Fahrzeugführer Messwerte zu signalisieren. Es i st bekannt, dass ein Messwert der Wert einer Messgröße i st, der von der Sensoreinrichtung geliefert wird. Messwerte können im Rahmen der Erfindung beispielsweise auf eine Höhe H der Schleifleiste, einen Verschleißgrad der Schleifleiste, einen erfassten Lichteinfall und/oder eine Temperatur bezogen sein. So kann in einem Fahrstand beispielsweise ein Verschleiß des Kontaktelements signalisiert oder weitere Messwerte im Fahrstand bereitgestellt werden. Vorzugsweise kann die Sensoreinrichtung des Messsystems j edoch autark von dem Schienenfahrzeug genutzt werden.

Mittels der Sensoreinrichtung, die zumindest einen Fotodetektor aufweist, ist eine optische Strahlung erfassbar, welche bei Erreichen eines bestimmten Verschleißzustands des Kontaktelements durch einen Lichtkanal auf den Fotodetektor trifft. Bevorzugt ist die optische Strahlung, welche vom Fotodetektor erfasst wird, ein tageslichtbedingter Lichteinfall in eine der Bohrungen. Diese Bohrung wird aufgrund des Abriebs des Kontaktelements, der durch die Reibung zwi schen Kontaktelement und Oberleitung im Betrieb der Schleifleiste erfolgt, freigelegt, so dass bei Erreichen eines bestimmten Verschleißzustandes nicht länger ein Sackloch im Kontaktelement ausgebildet ist, sondern durch Freilegung der Bohrung ein Lichtkanal ausgebildet wird, welcher von der Oberseite des Kontaktelements zum Fotodetektor der Sensoreinrichtung führt. Der Fotodetektor ist bevorzugt in der Art einer Fotodiode ausgebildet. Erfindungsgemäß werden zumindest zwei Bohrungen in die Schleifleiste eingebracht, wovon zumindest eine Bohrung ein Sackloch im Kontaktelement ausbildet, um j e nach Verschleißzustand des Kontaktelements durch Freilegen dieser Bohrung einen Lichtkanal ausbilden zu können. Die weitere Bohrung, welche bevorzugt nur den Schleifleistenträger durchgreift und an der Unterseite des Kontaktelements endet, kann zur Erfassung eines weiteren Messwerts, beispielswei se der Temperatur, genutzt werden. Somit ist es vorteilhafterweise möglich, eine Korrelation zwischen Verschleiß des Kontaktelements und einem weiteren Messwert, wie der Temperatur, zu ermitteln und beispielsweise bei der Wartungsplanung einzubeziehen.

Weiter umfasst das Messsystem eine Verarbeitungseinrichtung, mittels der aus der erfassten optischen Strahlung, bevorzugt einem Lichteinfall, der Verschleißzustand des Kontaktelements bestimmt werden kann. Wesentlich ist es dabei, dass die Verarbeitungseinrichtung die j eweiligen Messwerte der Sensoren zueinander in Beziehung setzen kann. Hierdurch wird es möglich, weiterführende Informationen über einen Betriebszustand des Kontaktelements, des Stromabnehmers und/oder der Oberleitung zu erhalten.

Der Begriff „Bohrung“ betrifft im Rahmen der Erfindung j egliche Ausnehmung, die den Schleifleistenträger durchgreifen und bevorzugt mit einem spanenden Fertigungsverfahren in die Schleifleiste einbringbar sind. Beispielsweise kann eine Bohrung kegelförmig oder zylindrisch ausgestaltet sein, wobei bevorzugt zylindrische Bohrungen in die Schleifleiste eingebracht werden.

Die Begriffe „unterhalb“, „oberhalb“, „Unterseite“ und „Oberseite“ beziehen sich immer auf den montierten Zustand der Schleiflei ste am Fahrzeug, so dass beispielsweise die Oberseite des Kontaktelements die Seite ist, die bei Betrieb der Schleifleiste am Fahrdraht zur Anlage kommt, und die Unterseite des Kontaktelements die Seite des Kontaktelements ist, die am Schleifleistenträger angeordnet ist. Entsprechend ist die Oberseite des Schleifleistenträgers die Seite, an der das Kontaktelement aufliegt, und die Unterseite des Schleiflei stenträgers die Seite, die der Oberseite gegenüberliegt und somit vom Kontaktelement abgewendet ist. Entsprechend ist auch die Oberseite der Sensoreinrichtung bzw. die Oberseite eines Gehäuses der Sensoreinrichtung zum Schleifleistenträger gewandt und die Unterseite der Oberseite gegenüberliegend vom Schleifleistenträger entfernt bzw. abgewandt.

Es ist dem Fachmann bekannt, dass die Länge L einer Schleifleiste regelmäßig größer ist als deren Breite B . Die Sensoreinrichtung ist bevorzugt an einer Mitte einer Länge L der Schleifleiste angeordnet. Die Bohrungen sind bevorzugt an einer Mitte einer Breite B der Schleifleiste eingebracht. Dies bietet den Vorteil, dass der Verschleiß an der Stelle erfasst werden kann, an der der größte Verschleiß erwartet wird. Weiter beziehen sich auch die Begriffe Breite B und Länge L der Schleifleiste auf den montierten Zustand der Schleifleiste, so dass die Länge L der Schleifleiste sich quer und die Breite B sich längs der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs erstreckt, auf dem die Schleifleiste montiert ist.

Grundgedanke der Erfindung ist es, dass eine Sensoreinrichtung unabhängig von der Schleifleiste zur Erfassung des Verschleißzustandes eines Kontaktelements einer Schleifleiste eingesetzt werden kann und aufgrund der Anordnung der Sensoreinrichtung des Messsystems außerhalb der Schleifleist das Messsystem wiederverwendet werden kann. Denn dadurch, dass lediglich Bohrungen in die Schleifleiste eingebracht werden müssen, j edoch keine weitere Verkabelung und/oder die Einbringung von Sensoren in die Schleifleiste erfolgen muss, kann durch einfache Demontage der Sensoreinrichtung des Messsystems und Montage an einer weiteren Schleifleiste die Sensoreinrichtung wiederverwendet werden. Auch wird eine Zerstörung der Sensorik oder kostenintensiver Leitungselemente durch den erfindungsgemäßen Aufbau und die Anordnung des Messsystems vermieden, da, insbesondere auch bei übermäßigem Verschleiß des Kontaktelements, ein Kontakt der Oberleitung mit der Sensorik und somit ein zur Zerstörung der Sensorik führender Abrieb durch die Oberleitung sicher verhindert wird. Zudem i st es vorteilhafterweise möglich mit dem erfindungsgemäßen Messsystem neben dem Verschleißzustand zumindest einen weiteren Messwert zu erfassen, und mit dem Verschleißzustand in Beziehung zu setzen. Weiter ist sowohl der Aufbau und die Anordnung des Messsystems in besonders einfacher Art und Weise zu realisieren als auch der Betrieb des Messsystems besonders energieeffizient durchzuführen, da weder Medien, wie beispielsweise Druckluft, noch Verbindungsleitungen innerhalb des Schleifleistenträgers, beispielsweise zur Energieversorgung, bereitgestellt werden müssen. Vielmehr fällt die opti sche Strahlung bei Erreichen eines bestimmten Verschleißzustands direkt in die Lichtkanäle und von dort auf die Sensoreinrichtung ohne dass weitere Komponenten im Kontaktelement erforderlich werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. In den Rahmen der Erfindung fallen zudem sämtliche Kombinationen aus mindestens zwei in der Beschreibung, den Ansprüchen oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Es versteht sich, dass die zum Messsystem gemachten Ausführungen sich in äquivalenter Weise auf die erfindungsgemäße Schleifleiste, den erfindungsgemäßen Stromabnehmer und das erfindungsgemäße Fahrzeug beziehen, ohne für dieses separat genannt zu werden. Ebenfalls beziehen sich sämtliche zu dem Messsystem offenbarten Merkmale und Ausführungsformen in äquivalenter, wenn auch nicht wortgleicher Art und Weise auf das erfindungsgemäße Verfahren.

Die Sensoreinrichtung kann einen Temperatursensor aufweisen, der im Bereich eines Bohrungseingangs einer Bohrung der zumindest zwei Bohrungen derart angeordnet ist, dass die Temperatur des Kontaktelements mittels des Temperatursensors erfassbar ist. Da die Temperatur der Schleifleiste, insbesondere des Kontaktelements, den Verschleiß der Schleifleiste stark beeinflusst, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Verschleißzustand in Abhängigkeit der Temperatur zu ermitteln, um bei starken Temperaturänderungen oder Temperaturbeanspruchungen des Kontaktelements rechtzeitig, beispielsweise durch Austausch des Kontaktelements reagieren zu können. Bevorzugt ist der Temperatursensor unterhalb eines Bohrungseingangs angeordnet. Weiter bevorzugt ist der Temperatursensor als Infrarotsensor ausgebildet, so dass eine berührungslose Messung der Temperatur des Kontaktelements möglich ist. Hierbei bildet die Bohrung, an deren Bohrungseingang der Infrarotsensor angeordnet ist, einen Infrarotstrahlenkanal aus, der durch das Trägerelement zumindest bis zur Unterseite des Kontaktelements reicht. Durch die berührungslose Messung mittels des Infrarotsensors ist eine Anordnung des Sensors im Bereich des Bohrungseingangs unabhängig von der Schleifleiste, insbesondere ohne dass ein Temperatursensor zur Temperaturmessung in die Schleifleiste hineinragen müsste und bei fortschreitendem Abrieb beschädigt werden würde, möglich. Dies führt wieder vor- teilhafterweise dazu, dass die Sensoreinrichtung umfassend einen Temperatursensor weiterverwendbar ist, da diese unabhängig von der Schleifleiste an der Schleifleiste angeordnet werden kann und eine Zerstörung des Temperatursensors sowohl im Betrieb der Schleifleiste als auch bei der Demontage ausgeschlossen werden kann.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass sich die Bohrung, an deren Bohrungseingang der Temperatursensor angeordnet ist, durch den Schleifleistenträger bis zur Unterseite des Kontaktelements erstreckt. Somit kann die Temperaturmessung in einfacher Art und Weise zusammen mit der Erfassung der optischen Strahlung von unterhalb der Schleifleiste erfolgen.

Die Sensoreinrichtung des Messsystems kann ein Gehäuse aufweisen, das eine die zumindest zwei Bohrungen überdeckende Öffnung an der am Schleifleistenträger anliegenden Oberseite des Gehäuses aufweist. Das Gehäuse dient einerseits dem Schutz der Sensoreinrichtung und andererseits der einfachen Montage und Demontage der Sensoreinrichtung am Schleifleistenträger. Durch die die zumindest zwei Bohrungen überdeckende Öffnung an der am Schleifleistenträger anliegenden Oberseite kann das Gehäuse der Sensoreinrichtung bevorzugt derart ausgebildet und angeordnet sein, dass die Unterseite des Schleifleistenträgers zumindest teilweise die Oberseite des Gehäuses ausbildet und die Oberseite des Gehäuses durch die Unterseite des Schleifleistenträgers verschlossen wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Gehäuse mehrere Öffnungen aufweisen, die an der Oberseite des Gehäuses komplementär zu den mindestens zwei Bohrungen angeordnet sind. Die Sensoreinrichtung ist dann derart am Schleifleistenträger angeordnet, dass sich die Öffnungen des Gehäuses und die Bohrungen in der Schleifleiste zumindest teilweise überdecken. Es kann somit neben einer einfachen Befestigung der Sensoreinrichtung an der Schleifleiste sichergestellt werden, dass ein Lichteinfall auf den Fotodetektor durch die Schleifleiste und die Öffnungen im Gehäuse erfolgt und/oder ein weiterer Kanal, beispielsweise für eine Temperaturmessung, durch den Schleifleistenträger und die Oberseite des Gehäuses führt. Das Gehäuse ist bevorzugt aus Kunststoff oder reinem metallischen Werkstoff hergestellt.

Es können mehrere Bohrungen unterschiedlicher Tiefe, die bei Erreichen eines bestimmten Verschleißzustandes des Kontaktelements einen Lichtkanal ausbilden, in die Schleifleiste eingebracht sein. Das heißt mit anderen Worten, dass die Schleifleiste mehrere Sacklöcher unterschiedlicher Tiefe aufweist, die sich durch den Schleifleistenträger und in das Kontaktelement hinein erstrecken. Somit kann mittels der Verarbeitungseinrichtung ein Verschleißgrad der Schleifleiste bestimmt werden. Werden mit zunehmendem Abrieb weitere Bohrungen freigelegt, wodurch weitere Lichtkanäle ausgebildet werden und somit ein erhöhter Lichteinfall, durch einen oder mehrere Fotodetektoren erfasst wird, kann daraus ein Rückschluss auf einen Verschleißgrad des Kontaktelements gezogen werden. So kann nicht nur festgestellt werden, ob das Kontaktelement neu ist oder vollständig verschlissen ist, sondern auch inwieweit das Kontaktelement verbraucht ist. Bei einem Verschleiß einer Schleifleiste kann eine Gestalt, insbesondere eine Höhe der Schleifleiste verändert werden, wobei bevorzugt die Veränderung der Höhe der Schleifleiste al s Referenz für den Verschleißgrad herangezogen wird. Durch die bevorzugt vertikal von der Unterseite des Schleifleistenträgers in das Kontaktelement führenden Bohrungen kann die verbliebene Höhe des Kontaktelements j e nach Verschleißzustand ermittelt werden. Das heißt, dass j e mehr Bohrungen freigelegt sind, desto geringer die Höhe des Kontaktelements und desto höher der Verschleißgrad sind.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass j e Bohrung, die bei Erreichen eines bestimmten Verschleißzustands des Kontaktelements einen Lichtkanal ausbildet, ein Fotodetektor vorgesehen ist. Somit lässt sich vorteilhafterweise die Genauigkeit der Erfassung erhöhen, da j eder Lichtkanal einem Fotodetektor zugeordnet ist und somit bei Ausbildung eines weiteren Lichtkanals durch Öffnung einer weiteren Bohrung aufgrund des Abriebs ein weiterer Fotodetektor ein Signal ausgibt. Somit können Fehlmessungen beispielsweise aufgrund von Schwankungen des Lichteinfalls ausgeschlossen werden.

Zumindest eine Bohrung kann mit einem temperaturbeständigen und transparenten Füllelement, das bevorzugt aus Kunststoff, beispielsweise Polyesterharz, Silikonharz oder Teflon (PTFE), oder aus Glas, beispielsweise Acrylglas, hergestellt ist, gefüllt werden. Bevorzugt ist das Füllelement bis zumindest 200° C, weiter bevorzugt bis zumindest 300° C temperaturbeständig. Noch mehr bevorzugt sind die Bohrungen, die sich durch den Schleifleistenträger hindurch und ein Sackloch im Kontaktelement ausbilden, mit dem Füllelement gefüllt. Am meisten bevorzugt ist die Bohrung, die den Schleifleistenträger durchgreift und das Sackloch mit der geringsten Tiefe im Kontaktelement ausbildet, mit dem Füllelement gefüllt, während die übrigen Sacklöcher im Kontaktelement ungefüllt sind. Es ist denkbar, dass ein Füllelement über einen Dichtring, bevorzugt einen Dichtring aus Silikon, mit einem Fotodetektor verbunden ist, um eine einfache Montage, zuverlässige Strahlungsleitung und hohe Widerstandsfähigkeit, insbesondere gegenüber Erschütterungen im Fährbetrieb, zu gewährleisten.

Das Füllelement kann komplementär zur Bohrung ausgebildet und in die Bohrung einschiebbar sein. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Einbringung des Füllelements unabhängig von der Schleifleiste und insbesondere eine Einbringung unabhängig von der Herstellung der Schleifleiste, so dass auch einen nachträgliche Einbringung der Füllelemente möglich ist. Denn dadurch, dass das Füllelement in die Schleifleiste einschiebbar ist, kann dieses auch nachträglich in eine bereits vorhandene Schleifleiste durch Bohren und Einschieben eingebracht werden, ohne dass etwaige Restriktionen bei der Herstellung der Schleifleiste beachtet werden müssten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind drei Bohrungen unterschiedlicher Tiefe in die Schleifleiste eingebracht, die den Schleifleis- tenträger durchgreifen und drei Sacklöcher im Kontaktelement ausbilden, wobei die drei Bohrungen bei Erreichen eines bestimmten Verschleißzustands des Kontaktelements einen Lichtkanal ausbilden, durch den die optische Strahlung auf den Fotodetektor trifft. Dies erlaubt eine wirtschaftliche und anforderungsgemäße Bestimmung des Verschleißgrads, in dem durch die drei Bohrungen unterschiedlicher Tiefe drei unterschiedliche Verschleißgrade feststellbar sind.

Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass bei Einbringung von drei Bohrungen unterschiedlicher Tiefe in die Schleifleiste, die j eweils ein Sackloch im Kontaktelement ausbilden, zwei der drei Bohrungen ungefüllt sind und die mit der geringsten Tiefe in das Kontaktelement eingreifende Bohrung mit einem temperaturbeständigen transparenten Füllelement gefüllt ist. Das in die mit der geringsten Tiefe in das Kontaktelement eingreifende Bohrung eingebrachte Füllelement ist bevorzugt aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyesterharz, Silikonharz oder Teflon (PTFE), oder aus Glas, beispielsweise aus Acrylglas hergestellt. Weiter bevorzugt kann das Füllelement in die Bohrung eingeschoben werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung eines Verschleißzustands eines Kontaktelements einer Schleifleiste für eine fahrdrahtgebundene Stromversorgung von Fahrzeugen mit einem Messsystem, wobei die Schleifleiste einen Schleiflei stenträger und ein am Schleifleistenträger gehaltertes Kontaktelement aufweist und zumindest zwei Bohrungen in die Schleifleiste eingebracht sind, die den Schleifleistenträger durchgreifen und zumindest ein Sackloch im Kontaktelement ausbilden, wird mittels eines Fotodetektors der Sensoreinrichtung ein Einfall einer optischen Strahlung in die Sensoreinrichtung erfasst. Die Erfassung des Einfalls der optischen Strahlung erfolgt dadurch, dass durch zumindest eine Bohrung der zumindest zwei Bohrungen bei Erreichen eines bestimmten Verschleißzustands des Kontaktelements ein Lichtkanal für die optische Strahlung ausgebildet wird, durch den die optische Strahlung auf den Fotodetektor geleitet wird. Mittels einer Verarbeitungseinrichtung des Messsystems kann anhand der einfallenden optischen Strahlung, insbesondere aufgrund des durch ein aufgrund des Lichteinfalls erzeugten Signal s des Fotodetektors, der Verschleißzustand des Kontaktelements bestimmt werden. Die zumindest eine weitere Bohrung die den Schleifleistenträger durchgreift, j edoch kein Sackloch im Kontaktelement ausbildet, kann zur Erfassung eines weiteren Kennwerts, beispielsweise der Temperatur, des Kontaktelements und/oder der Schleifleiste genutzt werden. Bevorzugt wird die Sensoreinrichtung des Messsystems an der Schleifleiste und/oder benachbart der Schleifleiste an einer die Schleifleiste haltenden Positioniereinrichtung sowie außerhalb der Schleifleiste angeordnet werden, sodass die Sensoreinrichtung zerstörungsfrei von der Schleifleiste gelöst werden kann und, beispielsweise nach Austausch der Schleifleiste, an einer neuen Schleifleiste weiterverwendet werden kann. Die Vorteile des Verfahrens zur Messung eines Verschleißzustands eines Kontaktelements betreffend wird auf die nähere Beschreibung des erfindungsgemäßen Messsystems verwiesen.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird mittels eines Temperatursensors der Sensoreinrichtung die Temperatur des Kontaktelements erfasst. Um eine möglichst von der Schleifleiste unabhängige Erfassung der Temperatur des Kontaktelements zu ermöglichen, erfolgt die Temperaturermittlung bevorzugt mittels eines Infrarotsensors, der die Temperatur berührungslos anhand der durch eine Bohrung im Schleifleistenträger auf den Infrarotsensor reflektierten Infrarotstrahlung erfasst.

Die Verarbeitungseinrichtung kann die Messwerte der Sensoreinrichtung in regelmäßigen Zeitabständen und/oder bei einer Änderung erfassen und speichern. Alternativ kann die Verarbeitungseinrichtung die Messwerte der Sensoreinrichtung kontinuierlich erfassen und speichern. Demnach kann vorgesehen sein, dass die Messwerte nur dann erfasst und/oder gespeichert werden, wenn sich die Werte verändern, um eine Menge an Daten gering zu halten. Alternativ ist es möglich eine kontinuierliche, das heißt fortlaufende Erfassung und Speicherung vorzusehen. Durch das Speichern der Messwerte wird es möglich, eine Verarbeitung der Messwerte auch noch nach einer Erfassung der Messwerte örtlich und/oder zeitlich beabstandet durchzuführen. Beispielsweise kann dann während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs eine Erfassung von Messwerten erfolgen, wobei erst während einer Wartung des Schienenfahrzeugs in einem Depot die Bestimmung weiterer Kennwerte durchgeführt werden kann. Zum Beispiel kann so nach einer Fahrt die Temperaturmessung mit der Verschleißmessung in Beziehung gesetzt und ausgewertet werden.

Mittels der Verarbeitungseinrichtung kann aus den Messwerten der Sensoreinrichtung ein Verschleißgrad der Schleifleiste, insbesondere des Kontaktelements, bestimmt werden. Wird mit zunehmendem Abrieb ein Sackloch im Kontaktelement freigelegt und somit ein Lichtkanal ausgebildet, verändert sich das vom Fotodetektor übermittelte Signal oder ein Signal eines weiteren Fotodetektors kommt hinzu, sodass aus dieser Veränderung ein Rückschluss auf den Verschleißgrad der Schleifleiste gezogen werden kann. Sofern mehrere Sacklöcher unterschiedlicher Tiefe in das Kontaktelement eingebracht sind, kann j e nach Tiefe der freigelegten Sacklöcher durch die Verarbeitungseinrichtung ermittelt werden, inwieweit das Kontaktelement verbraucht ist. Bevorzugt ermittelt die Verarbeitungseinrichtung den Verschleißgrad der Schleifleiste anhand der verschleißbedingt verbliebenen Höhe des Kontaktelements auf Basis der durch den Abrieb freigelegten Sacklöcher.

Die Messwerte der Sensoreinrichtung können mittels einer Übermittelungseinrichtung von der Sensoreinrichtung zur Verarbeitungseinrichtung übertragen werden, wobei die Verarbeitungseinrichtung beabstandet von der Sensoreinrichtung angeordnet oder in das Gehäuse der Sensoreinrichtung integriert sein kann. Wenn die Verarbeitungseinrichtung in das Gehäuse der Sensoreinrichtung integriert ist, kann die Datenverbindung auf einfacher Art und Weise als eine kabelgebundene Verbindung ausgebildet sein. Alternativ ist es auch möglich, die Verarbeitungsein- richtung örtlich beab standet von der Sensoreinrichtung anzuordnen und die Messwerte der Sensoreinrichtung bevorzugt kabellos, beispielsweise mittels eines Funksignals, von der Sensoreinrichtung zur Verarbeitungseinrichtung zu übertragen. Dann kann die Verarbeitungseinrichtung auch an anderer Stelle am Fahrzeug oder fernab vom Schienenfahrzeug stationär, beispielsweise in einem Gebäude, angeordnet sein. Bei der Übermittlung der Messwerte kann ein Datenaustausch, bei spielsweise auf Basis eines Übermittlungsprotokolls, erfolgen. Die Datenverbindung kann kontinuierlich, in regelmäßigen Abständen oder ereignisbasiert hergestellt werden. Insgesamt wird es so möglich, die von der Sensoreinrichtung erfassten Daten zu sammeln und auszuwerten.

Die erfindungsgemäße Schleifleiste für eine Stromversorgung für Fahrzeuge umfasst ein an der Schleifleiste angeordnetes erfindungsgemäßes Messsystem.

Der erfindungsgemäße Stromabnehmer für eine fahrdrahtgebundene Stromversorgung von Fahrzeugen umfasst eine Positioniereinrichtung sowie eine daran angeordnete erfindungsgemäße Schleiflei ste.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug oder dergleichen, weist einen erfindungsgemäßen Stromabnehmer auf.

Im Folgenden wir die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Zeitenansicht eines Pantographen;

Fig. 2 eine isometrische Ansicht einer Schleifleiste mit einem erfindungsgemäßen Messsystem;

Fig. 3 einen Abschnitt der Schleifleiste gemäß Fig. 2 mit einem erfindungsgemäßen Messsystem unter transparenter Darstellung des Kontaktelements; Fig. 4 eine Schnittansicht entlang einer Linie IV - IV aus Fig. 1 ; und

Fig- 5 eine Schnittansicht entlang der Längsachse der Schleifleiste gemäß Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt einen Stromabnehmer 2 auf einem Dach 21 eines hier nicht näher dargestellten Schienenfahrzeugs mit einer als Pantograph 22 ausgebildeten Positioniereinrichtung 23. An dem Pantograph 22 sind zwei Schleiflei sten 3 an einer Wippe 24 quer zu einem Fahrdraht 12 angeordnet. Das Schienenfahrzeug bewegt sich mit einer Fahrgeschwindigkeit V _F relativ zum Fahrdraht 12, wobei die Schleifleisten 3 mit einer Andruckkraft F _A quer bzw. orthogonal zum Fahrdraht 12 an diesen gedrückt werden. Die Schleiflei ste 3 ist aus einem hier nicht näher dargestellten Kontaktelement 32 aus Kohlenstoffmaterial und einem Schleifleistenträger 3 1 gebildet, wobei es durch die hier beschriebene Bewegung der Schleifleiste 3 an dem Fahrdraht 12 zu einem Abrieb des Kohlenstoffmaterials kommt.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schleifleiste 3 mit dem erfindungsgemäßen Messsystem 1 , dessen Gehäuse 10, in dem sich die Sensoreinrichtung 4 befindet, bezogen auf die Länge L und die Breite B der Schleifleiste 3 mittig an der Schleifleiste 3 angeordnet ist. Die Schleifleiste 3 ist im Wesentlichen aus einem Kontaktelement 32, welches aus Kohlenstoff bzw. Graphit besteht, und einem Schleifleistenträger 3 1 gebildet. Der Schleifleistenträger 3 1 weist ein Profil auf, welches regelmäßig aus einem metallischen Werkstoff wie Stahl oder Aluminium besteht, auf dem das Kontaktelement 32 befestigt ist. An dem Profil sind Befestigungslager 3 1 1 ausgebildet, die zur Verbindung der Schleifleiste 3 mit einer hier nicht dargestellten Wippe dienen. Das Kontaktelement 32 ist auf dem Schleifleistenträger 3 1 und somit im Wesentlichen oberhalb des Schleifleistenträgers 3 1 angeordnet. Die Sensoreinrichtung 4 ist hingegen unterhalb des Schleifleistenträgers 3 1 angeordnet. Durch die mittige Anordnung des Gehäuses 10 sowohl auf die Länge L als auch die Breite B bezogen, hat das Gehäuse 10 im Fährbetrieb auch aufgrund der kompakten Ausbildung des Gehäuses 10 nahezu keinen Einfluss auf die Aerodynamik der Schleifleiste 3 bzw. des hier nicht dargestellten Stromabnehmers 2.

Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der in Fig. 2 dargestellten Schleifleiste 3 , in dem das Kontaktelement 32 transparent dargestellt ist, sodass die Bohrungen 5 , 6, 7 erkennbar sind. Die Bohrungen 5, 6, 7 weisen unterschiedliche Tiefen auf und durchgreifen ausgehend von der Unterseite des Schleifleistenträgers 3 1 den Schleifleistenträger 3 1 und enden innerhalb des Kontaktelements 32. Da das Kontaktelement 32 gemäß der Darstellung in Fig. 3 keinen Verschleiß aufweist, bilden die drei Bohrungen 5, 6, 7 j eweils ein Sackloch 51 , 61 , 71 aus. Mit fortschreitenden Abrieb des Kontaktelements 32 werden nacheinander die Sacklöcher 51 , 61 , 71 geöffnet und bilden j eweils einen Lichtkanal aus, durch den optische Strahlung zur Sensoreinrichtung 4 gelangt. Es ist der Fig- 3 zu entnehmen, dass die am tiefsten in das Kontaktelement 32 eingreifende Bohrung 5 zuerst aufgrund des Verschleißes freigelegt wird, anschließend die Bohrung 6 und zuletzt die Bohrung 7. Somit lassen sich mit der in Fig. 3 dargestellten Schleifleiste 3 und dem darin angeordneten Messsystem 1 zumindest drei Verschleißgrade des Kontaktelements 32 bestimmen.

Eine Zusammenschau der Fig. 4 und 5 zeigt die Schleifleiste 3 gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform in verschiedenen Schnittansichten. Das Gehäuse 10 des Messsystems 1 , dass die Sensoreinrichtung 4 vor Umgebungseinflüssen schützt, ist mit seiner Oberseite 101 an der Unterseite des Schleifleistenträgers befestigt. Es ist zu erkennen, dass das Gehäuse 10 derart am Schleifleistenträger 3 1 angeordnet ist, dass die Unterseite des Schleifleistenträgers die eine Öffnung 102 aufweisende Oberseite 101 des Gehäuses 10 verschließt.

In der in Fig. 4 dargestellten Schnittansicht ist eine ein Sackloch 51 im Kontaktelement 32 ausbildende und den Schleifleistenträger 3 1 durch- greifende Bohrung 5 in die Schleiflei ste 3 eingebracht. Zum Schutz der Sensoreinrichtung 4 vor Umwelteinflüssen und insbesondere vor den durch den Abrieb des Kontaktelements 32 entstehenden Schmutzpartikel ist ein transparentes Füllelement 53 , das als zylindrischer Stab ausgebildet ist, in die Bohrung 5 eingeschoben. Durch dieses Stabelement kann, sobald die Bohrung 5 aufgrund der durch den Abrieb bedingten Höhenabnahme des Kontaktelements 32 freigelegt ist, Licht durch das transparente Füllelement 53 auf den Fotodetektor 52 der Sensoreinrichtung 4 fallen. Der Lichteinfall auf den Fotodetektor 52 bedingt eine Signaländerung bzw. Signalauslösung des Fotodetektors 52, anhand dessen die nicht dargestellte Verarbeitungseinrichtung des Messsystems 1 einen Verschleißgrad der Schleifleiste 3 bestimmen kann.

Fig- 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schleifleiste 3 gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform . Im Längsschnitt ist zu erkennen, dass in die Schleifleiste 3 insgesamt vier Bohrungen 5, 6, 7, 8 eingebracht sind. Drei Bohrungen 5, 6, 7 durchgreifen den Schleifleistenträger 3 1 und bilden ein Sackloch 51 , 61 , 71 im Kontaktelement 32 aus. Unterhalb j eder der Bohrungen 5, 6, 7 ist j eweils ein Fotodetektor 52, 62, 72 angeordnet, der j eweils einer Bohrung 5, 6, 7 zugeordnet ist. Das heißt, wird die Bohrung 5 bzw. das Sackloch 51 freigelegt, erfolgt ein Lichteinfall durch das transparente Füllelement 53 auf den Fotodetektor 52, der ein Signal an die hier nicht dargestellte Verarbeitungseinrichtung ausgibt. Wird nachfolgend aufgrund weiteren Verschleißes die Höhe H des Kontaktelements 32 weiter reduziert und so die Bohrung 6 freigelegt, gibt der der Bohrung 6 zugeordnete Fotodetektor 62 aufgrund des Lichteinfalls durch das durch das transparente Füllelement 63 eine Signaländerung oder ein Signal aus. Die Bohrung 7 wird aufgrund des Verschleißes zeitlich zuletzt freigelegt, wobei bedingt durch den Lichteinfall durch das transparente Füllelement 73 auf den Fotodetektor 72 dieser ein Signal ausgibt. Da die Bohrungen 5, 6, 7 unterschiedliche Tiefen aufweisen, werden die Bohrungen 5, 6, 7 abhängig von der verschleißbedingten Reduzierung der Höhe H des Kontakt- elements 32 zu unterschiedlichen Zeitpunkten freigelegt. Es ist denkbar, dass bei Freilegung der beiden tiefsten Bohrungen 5, 6 ein Informationsoder Warnsignal an den Betreiber des Schienenfahrzeugs ausgegeben wird und bei der nachfolgenden Freilegung der Bohrung 7 die Schleifleiste 3 aufgrund des hohen Verschleißes des Kontaktelements 32 vom Fahrdraht 12 getrennt wird. Wiederum ist zu erkennen, dass die Oberseite 101 des Gehäuses 10 der Sensoreinrichtung 4 an der Unterseite des Schleifleistenträgers 3 1 angeordnet ist. Dabei ist eine Öffnung 102 in der Oberseite 101 des Gehäuses 10 derart angeordnet, dass einerseits der Schleifleistenträger 3 1 die Oberseite 101 des Gehäuses 10 verschließt und gleichzeitig ein Lichteinfall durch die Bohrungen 5, 6, 7 sowie ein Einfall weiterer Strahlung durch die Bohrung 8 auf die Sensoreinrichtung 4 ermöglicht wird. Die Bohrung 8 durchgreift im Gegensatz zu den Bohrungen 5 , 6, 7 lediglich den Schleifleistenträger 3 1 und endet an der Unterseite 321 des Kontaktelements 32. Aufgrund der vom Kontaktelement 32 zurückgeworfenen Infrarotstrahlung kann der als Infrarotsensor ausgebildete Temperatursensor 44 die Temperatur des Kontaktelements 32 erfassen. Dadurch können Höhe H des Kontaktelements 32, Verschleißgrad des Kontaktelements 32 und Temperatur des Kontaktelements 32 in der Verarbeitungseinrichtung miteinander in Beziehung gesetzt werden und somit das Verschleißverhalten anhand mehrerer Parameter analysiert werden.