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Durch Klebung mit seinem Träger verbundenes Kohleschleifstück
Die Befestigung von Elektrokohle, vorzugsweise von Schleifkohlen für die Stromabnahme von Oberleitungen, auf einem vorwiegend metallischen Trager, bereitet auf Grund der hohen
Betriebsbelastungen erhebliche technische Schwierigkeiten. Bisher wurde die Kohle mittels Einklemmen in eine Metallfassung, durch Eingiessen in eine Metallfassung, durch Aufkleben auf elektrisch leitfähige Träger sowie auch durch Auflöten des verkupferten Kohlebügels auf Metallfassungen mit ihrem Träger verbunden.
Bei den immer grösser werdenden Geschwindigkeiten der elektrischen Triebfahrzeuge nehmen die auf das Kohleschleifstück einwirkenden Kräfte erheblich zu, so dass immer wieder eine Verbesserung der oben angeführten Verbindungsarten angestrebt wird. Auch die elektrische Belastung der Kohleschleifstücke erhöht sich entsprechend der in einem modernen Triebfahrzeug installierten Leistung.
So besitzen die heute noch weitverbreiteten Klemmfassungen den Nachteil, dass die Kohle nur im Bereich der Schrauben, welche meist zur Erzielung der Klemmkräfte eingesetzt werden, ausreichend f (' mit ihrem Träger verbunden ist, während die zwischen den Schrauben liegenden Kohleteilchen nur unzureichend eingespannt sind. Durch die ungleichmässige Verteilung der auf die Kohle wirkenden Einspannkräfte wird ein Ausbrechen der Kohle sehr begünstigt.
Bei den umgossenen Kohlen, bei welchen meist eine Aluminium-Legierung als Umgussmaterial Verwendung findet, ist wohl eine gleichmässigere Einspannung der Kohle gegeben, jedoch ist diese Schleifstückausführung allein schon aus Gewichtsgründen wie auch aus Preisgründen nicht voll geeignet.
Die entweder mit Hilfe elektrisch leitfähiger Kleber oder durch Zwischenschaltung elektrisch leitender Metalleinlagen hergestellten Kohleschleifstücke besitzen den Nachteil, dass die maximale Strombelastungsfähigkeit für spezielle Anwendungsgebiete wie beispielsweise bei Gleichstrombetrieb zu gering ist.
Die mittels Lötverfahren hergestellten Kohleschleifstücke sind auf Grund des niedrigen Schmelzpunktes von Zinn thermisch sehr empfindlich und es kommt bei stärkerer Lichtbogenbildung zwischen Fahrdraht und Kohle sehr oft zum Auslöten bzw. Ausschmelzen der Kohle aus ihrer Fassung.
Diese oben angeführten Nachteile, welche allen bisher bekannten Kohleschleifstücken anhaften, weitgehend auszuschalten, ist das Ziel der nachfolgend beschriebenen Erfindung.
Gegenstand der Erfindung ist ein, durch Klebung vorzugsweise an der Unterfläche mit seinem Träge) verbundenes Kohleschleifstück, wobei erfindungsgemäss in, in die Kohle hineinragenden Sacklochbohrungen Hohlnieten angeordnet sind, welche mit ihren Nietschäften fest an die Wandungen der den Träger, die Klebeschicht und die Kohle, letztere nur zum Teil, durchsetzenden Bohrungen gepresst sind. Die Hohlnieten werden durch den bei der Nietung entstehenden Stauchdruck fest an die Kohle bzw. an den Träger gepresst. Durch den hohen Pressdruck zwischen Nietkörper und Kohle bzw. zwischen Niete und Träger entsteht ein elektrischer Kontakt hoher Güte, welcher wesentlich zur guten Strombelastungsfähigkeit des Schleifstückes beiträgt.
Durch die USA-Patentschrift Nr. 1, 308, 214, die franz. Patentschrift Nr. 283. 102, sowie den deutschen Patentschriften Nr. 495460 und Nr. 445266 sind Hohlnietverfahren bekannt, welche aber ausschliesslich dem Zweck dienen, ein elektrisch leitfähiges Kabel mit Elektrokohle. vorwiegend
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Bürstenkohlen, zu verbinden.
Demgegenüber wird durch eine erfindungsgemässe Sacklochnietung bei Kohleschleifstücken ein völlig anderer Effekt angestrebt u. zw. solcherart, dass einerseits eine Verbesserung der Kontaktgüte zwischen Träger und Kohle und anderseits eine bedeutende mechanische Verfestigung des
Kohleschleifstückes erzielt wird.
Meist besitzen die Kohleschleifstücke eine Länge von ungefähr 1000 mm und es müssen diese
Kohlen mit ihrem Träger mit mechanisch ausreichender Festigkeit verbunden werden. Da aber der
Ausdehnungskoeffizient von Elektrokohle gegenüber Stahl oder Aluminium sehr unterschiedlich ist ergeben sich auf Grund der grossen Schleifstücklängen sehr hohe Schubkräfte auf die
Verbindungsschicht zwischen Kohle und Träger, welche von dieser aufzunehmen sind. Die Schleifstücke sind aber ausserdem einer hohen thermischen Wechselbelastung (unterschiedliche Betriebsbedingungen) unterworfen, wodurch es unter Umständen zu einer vorzeitigen Delaminierung der Klebschicht kommen kann.
Bei einem nach der Erfindung gestalteten, geklebten und mit Sackloch-Hohlnieten versehenen Schleifstück, werden die vorwiegend ausdehnungsbedingten Schubspannungen zum Grossteil durch die Nieten übernommen, so dass die Klebeverbindung weitgehend entlastet wird. Die Hauptaufgabe der Klebung besteht darin, die Kohle über deren Gesamtlänge spannungsfrei und gleichmässig mit ihrem Träger zu verbinden um Kohleausbrüche an irgendeiner beliebigen Stelle des Schleifstückes mit Sicherheit vermeiden zu können. Durch eine sinnvolle Kombination von Klebung und Nietung können auf sehr wirtschaftliche Weise alle an ein modernes Kohleschleifstück gestellten Anforderungen erfüllt werden.
Ein weiterer Vorteil der Sacklochnietung mit den an sich bekannten und üblichen Hohlnieten besteht darin, dass bereits bei einer Niettiefe von einigen Millimetern, die Schubkraftaufnahmefähigkeit durch die Nieten genügend gross ist, so dass die Kohle weitgehend abgeschliffen werden kann, ohne dass der Fahrdraht mit den Nieten in Beschliffberührung kommt. Ausserdem wird durch die Klebung vermieden, dass an den Nietstellen Risse in der Kohle entstehen, was besonders während des Nietvorganges von Bedeutung ist.
Die Fig. 1 der Zeichnungen zeigt ein nach der Erfindung gestaltetes Kohleschleifstück im Schnitt.
Mit ist die Kohle, mit --2-- das Sackloch und mit--3--die Hohlniete bezeichnet. Die Hohlniete--3--durchsetzt mit ihrem Schaft sowohl den Träger--4--, die Klebschicht--5-und teilweise auch die Kohle Während des Nietvorganges wird der Schaft der Niete-3-- fest an die Lochwandung der Materialbohrung gepresst. Die Fig. 2 zeigt ein weiteres nach der Erfindung mögliches Ausführungsbeispiel, wobei die Hohlnieten--3--, links und rechts der Kohlelängsachse versetzt sind. Durch eine solche Anordnung ergibt sich eine besonders günstige Kräfteverteilung. Die Positionsbezeichnung ist der Fig 1 entsprechend gewählt.
Fig. 3 stellt ein Kohleschleifstück in Seitenansicht dar, bei welchem 12 Hohlnieten an der Kohleunterfläche angeordnet sind. Die Positionsbezeichnungen wurden analog der Fig. 1 und 2 beibehalten. Die Fig.4 zeigt eine Hohlniete im Schnitt, wobei mit --11-- der Nietkörper, mit --12- der Nietkopf und mit--13--die Kerbstelle bzw. Sollbruchstelle des die Niete durchsetzenden Stiftes bezeichnet ist, welcher während des Nietvorganges auf Zug beansprucht wird.