(57)【要約】  本発明は、車両（１０）のパンタグラフ（１２）から架線（２０）への所要の接触力を制御および調整するための装置（２２）およびそのような装置（２２）を使用する方法および少なくとも１つのそのような装置（２２）を備えた車両（１０）に関し、ここで該装置（２２）は、基本制御回路（５６）、追加制御回路（２６）および作業圧力制御回路（６０）を有する。基本制御回路（５６）は、提供された動力圧力から基本圧力を設定するための基本制御回路設定装置を有しており、追加制御回路（２６）は、提供された動力圧力から追加圧力を設定するための制御装置を有しており、ここで、基本圧力および追加圧力は、作業圧力を形成し、所要の接触力を提供するために協働している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線（２０）への車両（１０）のパンタグラフの空気圧式または液圧式の作業圧力を用いて操作される接触力を制御するための装置（２２）であって、前記装置（２２）は、
−基本制御回路（５６）と、
−追加制御回路（２６）と、
を備え、
前記基本制御回路（５６）は、提供された動力圧力から基本圧力を設定するように構成された基本制御回路設定装置を有しており、
前記追加制御回路（２６）は、提供された動力圧力から追加圧力を設定するように構成された制御装置を有しており、
前記基本圧力および前記追加圧力は、前記作業圧力を作業圧力制御回路（６０）に送出するために１つのインターフェースにおいて統合される、
装置（２２）。
【請求項２】
前記作業圧力制御回路（６０）は、前記基本圧力および前記追加圧力が一緒に合計されるように設計されており、前記合計された圧力は、前記作業圧力を形成している、
請求項１記載の装置（２２）。
【請求項３】
前記基本圧力および前記追加圧力をパイロット制御圧力として制御するパイロット制御回路（３２）が設けられており、
提供された動力圧力を前記パイロット制御回路（３２）からの前記基本圧力と前記追加圧力とに依存して設定し、前記作業圧力として前記作業圧力制御回路（６０）に送出するように構成された設定装置（５０）が設けられている、
請求項１記載の装置（２２）。
【請求項４】
前記基本制御回路（５６）の前記基本制御回路設定装置は、前記基本圧力を設定するための減圧弁（３６）によって形成されている、
請求項３記載の装置（２２）。
【請求項５】
前記追加制御回路（２６）の前記制御装置は、前記追加圧力の設定のための調整器（３８）によって形成されている、
請求項３または４記載の装置（２２）。
【請求項６】
前記パイロット制御回路（３２）および前記作業圧力制御回路（６０）への動力圧力の導入箇所手前の動力圧力回路内に、切換弁（２８ａ）が開閉弁として設けられている、
請求項３から５までのいずれか１項記載の装置（２２）。
【請求項７】
前記設定装置（５０）は、前記基本圧力および前記追加圧力が合計され、この統合された圧力で前記作業圧力が設定できるように構成されている、
請求項３から６までのいずれか１項記載の装置（２２）。
【請求項８】
前記追加制御回路（２６）は、前記基本圧力を両方向で較正することができる、１つの圧力センサ（７２ａ）と２つの調整弁（７６，７８）とを有している、
請求項３から７までのいずれか１項記載の装置（２２）。
【請求項９】
前記基本圧力／前記追加圧力／前記作業圧力を監視するための状態自動監視装置が設けられており、前記状態自動監視装置は、確定すべき状況において、前記追加圧力および／または前記基本圧力および／または前記作業圧力の遮断を行うように構成されている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の装置（２２）。
【請求項１０】
前記基本圧力／前記追加圧力／前記作業圧力を監視するための電気的ユニット、電子的ユニットまたはマイクロプロセッサユニットが設けられており、前記電気的ユニット、電子的ユニットまたはマイクロプロセッサユニットは、確定すべき状況において、前記追加圧力および／または前記基本圧力および／または前記作業圧力の遮断を行うように構成されている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の装置（２２）。
【請求項１１】
前記追加制御回路（２６）の前記制御装置の手前に、前記追加制御回路を緊急時に遮断するために切換弁（２８ｃ）が設けられている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置（２２）。
【請求項１２】
前記追加制御回路（２６）の前記制御装置の後方に、前記追加制御回路を緊急時に遮断するために切換弁（２８ｃ）が設けられている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置（２２）。
【請求項１３】
架線（２０）への車両（１０）のパンタグラフ（１２）の接触力を制御するための方法であって、
前記接触力は、空気圧式または液圧式の動力圧力を用いて操作され、
以下のステップ、すなわち、
−基本制御回路（５６）において基本圧力を設定するステップと、
−追加制御回路（２６）において追加圧力を設定するステップと、
−前記基本圧力および前記追加圧力を合計するステップと、
−作業圧力制御回路（６０）に作業圧力を導入し、合計された圧力が作業圧力を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
架線（２０）への車両（１０）のパンタグラフ（１２）の接触力を制御するための方法であって、
前記接触力は、空気圧式または液圧式の動力圧力を用いて操作され、
前記動力圧力は、パイロット制御回路（３２）からの圧力によって調整され、
以下のステップ、すなわち、
−通常の接触力を設定するために、前記パイロット制御回路（３２）の基本制御回路（５６）においてパイロット制御基本圧力を設定するステップと、
−追加接触力を設定するために、前記パイロット制御回路（３２）の追加制御回路（２６）においてパイロット制御追加圧力を設定するステップと、
−各走行状況に依存して結果として生じる圧力のために前記パイロット制御基本圧力と前記パイロット制御追加圧力とを合計するステップと、
−前記合計された圧力を用いて前記動力圧力を調整するステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置（２２）を少なくとも１つ備えた車両（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、架線への車両（例えば気動車両）の集電装置（以下ではパンタグラフとも称する）の接触力を制御するための装置、この種の装置を使用する方法およびこの種の装置を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気式気動車両のパンタグラフには、架線への所定の接触力が必要である。この架線には、具体的なケースでは、架空電線方式などの従来の実施形態やトロリー線方式などの斬新な実施形態がある。
【０００３】
この接触力が過度に小さいと、パンタグラフは跳躍を始める。その結果生じる接触の中断やアーク放電は、パンタグラフのすり板や架線の寿命に悪影響を与える。またこの接触力は過度に大きいと、架線が過度に押し上げられる。架線に許容範囲を超える圧力が導入された場合には、それらの機械的な位置決めを保証することができなくなり、結果としてパンタグラフの「巻き込まれ」と架線の引き剥がしとが生じる。
【０００４】
図１に示されているように、ＤＩＮ  ＥＮ  ５０６３７：２０１２規格によれば、特に高速運転（＞２００ｋｍ／ｈ）の場合の所要の接触力は、静止値の約２倍まで急激に増加する。この増加を保証するために、従来技術によれば、ウインドデフレクタがパンタグラフに使用され、このウインドデフレクタは、一方では空力的に追加圧力を加え、他方では動的浮揚力を補償している。ここでの欠点は、これらのウインドデフレクタの設計と取り扱いとが、異なる動作状況において容易に適応化できないことにある。例えば、高速トンネル内での空力的な追加圧力は、開放区間の場合よりも顕著に高くなる。ただし、この追加圧力は、車両形状、トンネル断面、閉塞寸法（車両断面とトンネル断面との比率）、跳躍的断面変化および列車編成でのパンタグラフの位置にも依存する。またこの追加圧力は、進行方向にも依存している（例えば非対称シングルアームパンタグラフの串状区分もしくは関節区分に応じて）。
【０００５】
さらに、提供される車両において、照明システム、空調システムおよび乗客情報システムに多くの電流が流れている場合のすり板と架線ワイヤとの間の接触点における過熱や損傷を回避するために、停止状態におけるパンタグラフの接触力を高める要求がますます生じている。しかしながら、ウインドデフレクタは、車両が停止状態にある場合には追加圧力を加えることはできない。
【０００６】
今日では、一段階および二段階の（固定ではあるが調整可能な）圧力が従来技術から公知である。個々のケースでは、例えば欧州特許出願公開第１５３９５２８号明細書から公知であるように既に電空制御方式（ｅｐ）の圧力駆動制御が使用されている。そこでは、ｅｐ調整器に障害が発生した場合、鉄道オペレータから要求されるフォールバックレベルが、切換弁を介してどのように行われるかが示される。ｅｐ調整器は、障害が発生した場合、固定的に調整可能な減圧弁に切り換えられる。このｅｐ調整器は、車両の制御モード中に接触力を制御する。ここでの欠点は、調整器を介して接触力を十分な精度で駆動制御することができず、高い空気消費量を引き起こすことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それゆえ、本発明が基礎とする課題は、パンタグラフと架線との間の所要の接触力を、より正確に駆動制御することが可能でかつ様々な動作状況により良好に適応する装置およびこの種の装置を使用する方法を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は本発明により、請求項１に記載の架線と車両のパンタグラフとの間の接触力を制御または調整するための装置によって解決される。さらにこの課題は、請求項１３または１４に記載の方法により解決される。本発明の好適な実施形態は、従属請求項に含まれる。
【０００９】
本発明によれば、この課題の解決手段は、架線と、車両のパンタグラフとの間の空気圧式または液圧式に操作される接触力を制御するための装置にある。ここでは圧力媒体として、例えば空気または油が使用できる。パンタグラフの昇降中の媒体圧力は、パンタグラフの重力（重量）と釣り合った状態にある。所要の接触力は、制御もしくは調整、あるいはその両方によって設定される作業圧力の増圧によって行われる。通常の（パンタグラフ接触力の許容範囲内での）走行状況では、作業圧力は、基本圧力のみを用いて設定される。動作状況が追加の接触力を必要とする場合、まとめて作業圧力を増加させるために、基本圧力に追加圧力が合計される。
【００１０】
本発明による第１の実施例では、合計された圧力を作業圧力として形成するために、基本圧力および追加圧力が作業圧力制御回路に合計されている。
【００１１】
それに加えて、本発明による第２の実施例では、基本圧力および追加圧力をそこにおいて合計し、動力圧力をこの合計された圧力でそこにおいて制御し、作業圧力を制御された動力圧力として形成するためにもう一つの設定装置が設けられている。ここでの利点は、基本圧力および追加圧力が小さな断面、つまり小さくて一定の体積量で設定できることにある。この場合、動力圧力および作業圧力は、大きな断面、つまり大きくて可変の体積量で想定されている。パイロット制御圧力調整は、通常、１：１の体積レベルの作業圧力に変換することができる。さらに、一応用実施形態では、１：１とは異なる変換比を実現することができる。例えば、１：５の変換比が選択されている場合、パイロット制御回路では１０ｂａｒが作用し、中継弁の出力側では２ｂａｒの出力側圧力が作用する。このケースでは偏差も比例して低減している。例えばパイロット制御回路での偏差が±０．１ｂａｒの場合、中継弁の出力側での偏差は±０．０２ｂａｒのみであり、このことは、偏差の絶対的な低減に相応し、したがって、制御精度の向上とヒステリシスの減少とが可能になる。
【００１２】
本発明によれば、そのような装置は、基本制御回路、追加制御回路および作業圧力制御回路を備えている。基本制御回路は、基本圧力を設定するための基本制御回路設定装置（例えば減圧弁）を有している。追加制御回路は、追加圧力を設定するための制御装置（例えば調整器）を有しており、この場合、基本圧力および追加圧力は、作業圧力を作業圧力制御回路に送出するために１つのインターフェースにおいて統合される。ここでは、圧力または体積流量に作用するさらなる要素を介在接続することも可能である。さらに、作業圧力制御回路は、損傷を防止すべくパンタグラフもしくは架線への過度に高い圧力を回避するために、作業圧力を所定の最大値までに制限するように構成されてもよい。
【００１３】
調整器の他に、追加制御回路は、好適には１つの圧力センサと２つの調整弁とを有している。圧力センサは、追加制御回路の調整器に圧力信号を提供するために設けられている。圧力センサの解像度が高いことにより、追加制御回路の制御装置の深い調整レベル（小さな圧力）を実現することができ、より小さなヒステリシスと同時により小さな許容誤差（より高度な制御精度）を実現することができる。これらの調整弁は、追加圧力を調整するためだけでなく、（基本圧力の）基本制御回路設定装置の場合によっては生じ得るドリフトを両方向で補償することもできるように構成されている（追加較正機能）。
【００１４】
本発明の好適な実施形態では、基本圧力／追加圧力／作業圧力を監視するための状態自動監視装置が設けられている。圧力のうちの１つが最小圧力設定値を下回るか、最大圧力設定値を上回るか、または目標値と実際値との間の変動幅から外れた場合には、迅速な遮断が行われる。この迅速な遮断は、追加制御回路に作用し、これを遮断する。基本圧力は作業圧力のために維持され続ける。ほかの場合には、主要確認弁を介して、または内部圧力比較や基準圧力体積を備えパンタグラフ近傍に配置されたピストンバルブまたはた緊急制動弁によって、作業圧力の完全な排気を行うこともできる。状態自動監視装置の代わりに、例えば、電気的ユニット、電子的ユニット、またはマイクロプロセッサユニットも可能である（場合によっては安全レベルに応じて段階付けられたソフトウェアを含む）。この監視装置のための比較信号は、追加制御回路の圧力センサおよび／または作業圧力用に設けられた圧力センサから得ることができる。
【００１５】
この装置を備えている車両は、架線とパンタグラフとの間のより正確に適応化された接触力によって、より改善され、より安全な走行特性を有している。
【００１６】
以下では本発明の２つの実施例を、図面に基づきより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術による所要の接触力を車両速度に依存して示した図
【図２】本発明の第１の実施例によるパンタグラフの制御装置の概略図
【図３】本発明の第２の実施例によるパンタグラフの制御装置の概略図
【図４】本発明の第１の実施例による制御装置の一区分の詳細図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施例による車両１０の一部、パンタグラフ１２、架線２０および制御装置２２を示す。圧力媒体である空気は、流入方向９０で圧力入力側２４からエアフィルター３４を介して制御装置２２に流入する。
【００１９】
車両１０が動作モードまたは待機モードにある場合、制御装置２２は、切換弁２８ａを介してスイッチオンされる。切換弁２８ｂおよび装置３０は、監視装置である。
【００２０】
車両１０の動作中、架線２０からパンタグラフ１２を介して車両１０へのエネルギーの安全な移行を保証するために、パンタグラフ１２と架線２０との間で所定の接触力が必要になる。この作業圧力は、基本制御回路５６と追加制御回路２６とによって作業圧力制御回路６０に対して達成される。
【００２１】
動力圧力は、第１の圧力媒体管路５２、基本制御回路５６および追加制御回路２６に供給される。基本制御回路５６は、基本圧力を設定し、追加制御回路２６は追加圧力を設定し、この場合、基本圧力および追加圧力は、作業圧力を基本圧力および追加圧力の合計としてそこで形成するために、それぞれ１つの第２の圧力媒体管路５４を介してさらに作業圧力制御回路６０に供給される。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施例による車両１０の一部、パンタグラフ１２、架線２０および制御装置２２を示す。圧力媒体である空気は、流入方向９０で圧力入力側２４からエアフィルター３４を介して制御装置２２に流入する。
【００２３】
車両１０が動作モードまたは待機モードにある場合、制御装置２２は、切換弁２８ａを介してスイッチオンされる。切換弁２８ｂおよび装置３０は、監視装置である。
【００２４】
車両１０の動作中、架線２０からパンタグラフ１２を介して車両１０へのエネルギーの安全な移行を保証するために、パンタグラフ１２と架線２０との間で所定の接触力が必要になる。この作業圧力は、パイロット制御回路３２と設定装置５０とによって作業圧力制御回路６０に対して達成される。
【００２５】
パイロット制御回路３２は、基本制御回路５６と追加制御回路２６とを有している。動力圧力は、第１の圧力媒体管路５２、基本制御回路５６および追加制御回路２６に供給される。基本制御回路５６は、基本圧力を設定し、追加制御回路２６は、追加圧力を設定する。この場合、第１の圧力媒体管路５２からの動力圧力をそこで制御するために、基本圧力および追加圧力がそれぞれ１つの第２の圧力媒体管路５４を介してさらに設定装置５０に供給される。
【００２６】
図４は、図３の制御装置２２の一区分の詳細図を示す。パイロット制御回路３２は、減圧弁３６、切換弁２８ｃ、調整器３８と圧力センサ７２ａと減圧用の第１の調整弁７６と増圧用の第２の調整弁７８とを含む追加制御回路２６、中継弁４０および圧力センサ７２ｂを有する。
【００２７】
減圧弁３６は、基本圧力を設定するように設計されており、調整器３８は追加圧力を設定するように設計されており、この場合、基本圧力および追加圧力は、それぞれ第２の圧力媒体管路５４を介して中継弁４０の入力側４６ａおよび４６ｂに供給されている。中継弁４０は、第１の圧力媒体管路５２からの動力圧力を合計された圧力で制御し、中継弁４０の出力側４２から作業圧力を放出するために、入力側４６ａおよび４６ｂの後で基本圧力および追加圧力の合計が行われるように設計されている。切換弁２８ｃは、緊急時に追加制御回路を遮断するために設けられている。圧力センサ７２ａおよび７２ｂは、追加制御回路２６内の追加圧力および中継弁の出力側４２における作業圧力を測定するために設けられている。
【符号の説明】
【００２８】
１０      車両
１２      パンタグラフ
２０      架線
２２      制御装置
２４      圧力入力側
２６      追加制御回路
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ  切換弁
３０      装置
３２      パイロット制御回路
３４      エアフィルター
３６      減圧弁
３８      調整器
４０      中継弁
４２      中継弁の出力側
４６，４６ａ，４６ｂ  中継弁の入力側
５０      設定装置
５２      第１の圧力媒体管路
５４      第２の圧力媒体管路
５６      基本制御回路
６０      作業圧力制御回路
７２ａ，７２ｂ  圧力センサ
７６      第１の調整弁
７８      第２の調整弁
９０      方向矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020529825.tif 000006
【国際調査報告】
2020529825.tif 000007
2020529825.tif 000008
2020529825.tif 000009
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