CH712610A2 - Catenary and pantograph for non-rail electric vehicles. - Google Patents

Catenary and pantograph for non-rail electric vehicles. Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrleitung für nicht schienengebundene Elektrofahrzeuge, worin die Fahrleitung als Leiterpaar von zueinander horizontal gegenüber montierten Fahrdrähten ausgeführt ist, die einen für den Innenabgriff der Spannung geeigneten Kontaktspalt bilden, und worin der Stromabnehmer zur Verwendung im Kontaktspalt der Fahrleitung eine sich nach oben verjüngende Gestalt hat und aus einem Isolierkörper (6) besteht, der zwei mit Abführungskabeln (8, 8´) versehene Kohle- oder Graphit-Schuhe (7, 7´) trägt, zum Kontakt mit den Fahrdrähten, wobei die Spitze des Stromabnehmers die Fahrdrähte überragt. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Stromabnehmer, die Herstellung einer Fahrleitung und/oder eines Stromabnehmers sowie die Verwendung einer Fahrleitung und/oder eines Stromabnehmers.The invention relates to a catenary for non-rail electric vehicles, wherein the catenary is designed as a conductor pair of mutually horizontally mounted contact wires, which form a voltage suitable for the inner tap of the contact gap, and wherein the pantograph for use in the contact gap of the catenary tapering upwards Has shape and consists of an insulating body (6) which carries two with discharge cables (8, 8 ') provided carbon or graphite shoes (7, 7'), for contact with the contact wires, wherein the tip of the pantograph projects beyond the contact wires , The invention further relates to a pantograph, the production of a catenary and / or a pantograph and the use of a catenary and / or a pantograph.

Description

Beschreibung Stand der Technik [0001] Nicht schienengebundene Elektrofahrzeuge, wie z.B. Trolleybusse, benötigen eine zweidrähtige Oberleitung (Fahrleitung) in einer Höhe zwischen 4.7 und 6.5 m vom Boden, und zwei getrennte schleifende oder rollende Stromabnehmer. Die beiden parallelen Fahrleitungsdrähte sind normalerweise etwa 60 cm voneinander entfernt und 80 mm2 bis 120 mm2 stark; die Spannung in der Fahrleitung ist gewöhnlich 600 Volt Gleichspannung; neuere Systeme haben zum Teil auch eine höhere Spannung und oder Wechselspannung. Die Fahrleitungsdrähte sind aus Kupfer oder Kupferlegierung, für gewöhnlich in der Form von Rillenfahrdrähten, und die Schleifschuhe an den Stromabnehmern sind aus Kohle oder Graphit; diese müssen regelmässig erneuert werden. In einer früheren und stets noch alternativen Form hatten die Stromabnehmer Rollen, die entlang der Drähte liefen, was zum Namen «Trolley» (= Laufkatze) führte.Description of Related Art [0001] Non-rail electric vehicles, such as those described in US Pat. Trolleybuses require a two-wire catenary at a height of between 4.7 and 6.5 m from the ground, and two separate crawling or rolling pantographs. The two parallel catenary wires are normally about 60 cm apart and 80 mm2 to 120 mm2 thick; the voltage in the catenary is usually 600 volts DC; newer systems sometimes have a higher voltage and or AC voltage. The catenary wires are made of copper or copper alloy, usually in the form of grooved drive wires, and the pads on the pantographs are made of carbon or graphite; These must be renewed regularly. In an earlier and still alternative form, the pantographs had rollers that ran along the wires, resulting in the name "trolley" (= trolley).

[0002] Um die Motoren im Multi-Kilowatt-Bereich mit Strom zu versorgen, fliessen in den Stromabnehmern Ströme im Deka-Ampere-Bereich. Die Fahrleitung muss deshalb straff gespannt und alle 20 bis 25 m aufgehängt sein, und die Stromabnehmer müssen über Stangen mit hoher Kraft gegen die Fahrleitungsdrähte gepresst werden. Ein derartiges Elektrofahrzeug ist nicht für hohe Geschwindigkeiten geeignet, da die Wahrscheinlichkeit einer «Entdrahtung» der Stromabnehmer mit steigender Geschwindigkeit zunimmt. Die Verdrahtung und der Unterhalt eines Trolley-Oberleitungsnetzes mit Kreuzungen und Verzweigungen sind zudem verhältnismässig aufwändig. (Siehe dazu: Die Trolleybus-Fahrleitung, AG Kummler& Matter, Schweizerische Bauzeitung, 111/118(1941), S. 28-30).To power the motors in the multi-kilowatt range, flow in the pantographs currents in the deca-ampere range. The catenary must therefore be taut and suspended every 20 to 25 m, and the pantographs must be pressed against the catenary wires by means of high force rods. Such an electric vehicle is not suitable for high speeds because the likelihood of "de-wiring" the pantograph increases with increasing speed. The wiring and maintenance of a trolley network with intersections and junctions are also relatively expensive. (See: The trolleybus catenary, AG Kummler & Matter, Schweizerische Bauzeitung, 111/118 (1941), pp. 28-30).

[0003] Andererseits ist das Elektrofahrzeug mit Oberleitung ein geräusch- und immissionsarmes sowie auch energieeffizientes, kurz ein ökologisches Fahrzeug, das gegenwärtig wieder im Aufschwung ist und auch noch eine schöne Zukunft hätte im Überland-Transport von Personen und Gütern, falls die Probleme mit der gegenwärtigen, nicht hochgeschwindigkeitstauglichen Fahrleitungstechnologie gelöst werden können. Wünschenswert wäre eine Fahrleitung, die 1) einfacher ist in Verdrahtung und Unterhalt, und bei der 2) die Stromabnehmer auch bei hoher Geschwindigkeit nicht «entdrahten».On the other hand, the electric vehicle with catenary is a low-noise and low-emission and energy-efficient, in short an ecological vehicle that is currently on the upswing and also had a nice future in the overland transport of people and goods, if the problems with the current, not high-speed catenary technology can be solved. It would be desirable to have a catenary that is 1) easier to wire and maintain, and 2) does not "de-wire" the pantographs even at high speeds.

Die vorliegende Erfindung [0004] Gemäss der vorliegenden Erfindung, und mit Bezug auf Fig. 1, ist die Fahrleitung für nicht schienengebundene Elektrofahrzeuge als Leiterpaar mit Innenabgriff (Kontaktspalt) ausgeführt. Zwei herkömmliche Rillenfahrdrähte (1,1') aus Kupfer sind mittels isolierender Fahrdraht-Klammern (2, 3, 2',3') zueinander gegenüber derart montiert, dass sie ein horizontales Leiterpaar bilden, das für den Innenabgriff der Spannung geeignet ist. Die isolierenden Fahrdraht-Klammern (2,3, 2', 3') sind vorzugsweise aus Keramik, z.B. Zirkondioxid-Keramik gefertigt, und sind mittels Befestigungsschrauben (4,4') an einem Haltebügel (5) montiert, der für den richtigen Abstand zwischen den Rillenfahrdrähten sorgt; die Befestigungsschrauben (4, 4') dienen gleichzeitig zum Einklemmen des Rillenfahrdrahts. Der Haltebügel (5) ist seinerseits mittels einer Aufhängevorrichtung (10) an einer Tragvorrichtung aufgehängt, der die Fahrleitung trägt. Um die Konstanz des Abstands zwischen den Rillenfahrdrähten zu gewährleisten, muss eine genügende Anzahl dieser Befestigungsvorrichtungen (2, 3, 4, 2', 3', 4', 5) pro Längeneinheit der Fahrleitung vorgesehen sein.The present invention According to the present invention, and with reference to FIG. 1, the overhead line for non-rail electric vehicles is designed as an inner tap (contact gap) pair of conductors. Two conventional copper catenary wires (1,1 ') are mounted opposite each other by means of insulating catenary clips (2,3', 3 ', 3') to form a horizontal pair of conductors suitable for the internal tapping of the tension. The insulating trolley wire clamps (2, 3, 2 ', 3') are preferably made of ceramic, e.g. Zirconia ceramics are made, and are mounted by means of fastening screws (4,4 ') to a headband (5), which ensures the correct distance between the grooved driving wires; the fastening screws (4, 4 ') serve at the same time for clamping the grooved-contact wire. The headband (5) is in turn suspended by means of a suspension device (10) on a support device which carries the overhead line. In order to ensure the constancy of the distance between the grooved driving wires, a sufficient number of these fastening devices (2, 3, 4, 2 ', 3', 4 ', 5) per unit length of the contact line must be provided.

[0005] Die Tragvorrichtung kann ein einfaches Tragseil sein, das in regelmässigen Abständen an Masten aufgehängt ist; vorzugsweise aber ist die Tragvorrichtung ein doppeltes Tragseil mit einem kettenlinienförmigen Oberseil und einem geraden Unterseil, wie dies gewöhnlich bei Eisenbahnfahrleitungen (Kettenwerk) zur Anwendung kommt. Ein doppeltes Tragseil hat den Vorteil einer besseren Stabilität im Betrieb, denn die Fahrleitung ist damit keinen Höhenschwankungen unterworfen.The support device may be a simple suspension cable, which is suspended at regular intervals on poles; Preferably, however, the support device is a double suspension cable with a catenary top rope and a straight bottom cable, as is commonly used in railway lines (catenary) for use. A double suspension cable has the advantage of better stability during operation, because the overhead contact line is therefore not subject to any height fluctuations.

[0006] Der für Innenabgriff ausgelegte Stromabnehmer (6, 7, 7', 8, 8', 9) hat eine zweiseitig sich nach oben verjüngende Gestalt, z.B. eine Trapezgestalt (Fig. 2). Er besteht aus einem Isolierkörper (6), der auf einen Träger (9) montiert ist. Der Isolierkörper ist bevorzugt aus Keramik, z.B. Zirkondioxid-Keramik gefertigt, und trägt beidseitig je einen Kohle- oder Graphit-Schuh (7, 7') welcher den Gleitkontakt zu den Rillenfahrdrähten herstellt. An die Kohle- oder Graphit-Schuhe (7, 7') angeschlossen sind zwei isolierte Abführungskabel (8,8') die den abgenommenen Strom nach unten zu den Motoren führen.The pantograph (6, 7, 7 ', 8, 8', 9) designed for tapping has a two-sidedly upwardly tapered shape, e.g. a trapezoidal shape (Fig. 2). It consists of an insulating body (6) which is mounted on a support (9). The insulator is preferably made of ceramic, e.g. Made zirconia ceramic, and carries on both sides each have a carbon or graphite shoe (7, 7 ') which makes the sliding contact with the grooved driving wires. Connected to the carbon or graphite shoes (7, 7 ') are two insulated discharge cables (8,8') which carry the removed power down to the motors.

[0007] Erfindungsgemäss wichtig ist dass die Spitze des Stromabnehmers (i.e. des Isolierkörpers (6)), die beiden Rillenfahrdrähte (1,1 ') höhenmässig überragt; dies stellt sicher dass der Stromabnehmer auch bei höherer Geschwindigkeit und bei Erschütterungen im Kontaktspalt zwischen den Rillenfahrdrähten verbleibt. Ebenfalls wichtig ist der Scheitelwinkel des Isolierkörpers (6); dieser ist so gewählt dass einerseits die seitliche Andruckkraft der Kohle- oder Graphit-Schuhe (7,7') an die Rillenfahrdrähte genügend gross ist, um einen sicheren Kontakt zu gewähren (je kleiner der Scheitelwinkel, desto höher die Andruckkraft), aber andererseits noch genügend gross, dass kein Verkeilen des Stromabnehmers im Kontaktspalt erfolgen kann.According to the invention it is important that the tip of the current collector (i.e., the insulating body (6)), the two groove drive wires (1,1 ') projects beyond the height; this ensures that the pantograph remains between the grooved drive wires even at higher speeds and with shocks in the contact gap. Also important is the apex angle of the insulating body (6); this is chosen so that on the one hand, the lateral pressure force of the carbon or graphite shoes (7,7 ') to the groove drive wires is large enough to provide a secure contact (the smaller the apex angle, the higher the pressure force), but on the other hand sufficiently large that no wedging of the current collector can take place in the contact gap.

[0008] Die Form des Stromabnehmers (Fig. 2) ist so gestaltet dass dieser einerseits nicht leicht aus dem Kontaktspalt springt, solange die Richtung des Fahrzeugs mit der der Fahrleitung übereinstimmt, aber dass sich dieser andererseits auch nicht im Kontaktspalt verkeilt, sondern daraus nach unten herausgleitet sobald das Fahrzeug von der Richtung der Fahrleitung wegdreht. Zu diesem Zwecke ist seine Länge, in Fahrtrichtung, grösser als seine Breite, senkrecht zur Fahrtrichtung, und der Stromabnehmer ist zudem in beiden Richtungen gegen oben verjüngt und endet oben im blossen Isolierkörper (6). Erfindungsgemäss reichen die Kohle- oder Graphit-Schuhe (7,7') auch nicht bis zum vorderen und hinterenThe shape of the current collector (Fig. 2) is designed so that this one hand does not jump easily from the contact gap, as long as the direction of the vehicle coincides with the catenary, but that this is not wedged in the contact gap on the other hand, but from it slides out as soon as the vehicle turns away from the direction of the overhead line. For this purpose, its length, in the direction of travel, greater than its width, perpendicular to the direction of travel, and the pantograph is also tapered in both directions against above and ends up in the bare insulator (6). According to the invention, the carbon or graphite shoes (7, 7 ') also do not extend to the front and rear

Claims (10)

Ende des Stromabnehmers, sondern dieser letztere, mit den Kohle- oder Graphit-Schuhen (7,7'), ist am vorderen und hinteren Ende, d.h. in Fahrtrichtung, verjüngt und endet vorne und hinten im blossen Isolierkörper (6). Beim Verdrehen des Stromabnehmers kann damit kein Kurzschluss auf der Fahrleitung entstehen, sondern der Stromabnehmer gleitet nach unten aus dem Kontaktspalt der Fahrleitung. [0009] Der Stromabnehmer wird von einer einzigen isolierenden Fahrstange getragen, die vom Fahrzeug aus schräg nach hinten und oben zur Fahrleitung reicht, und durch welche die beiden Abführungskabel nach unten zum Motor laufen. Ausser den isolierten Abführungskabeln selbst steht damit kein Teil der Fahrstange unter elektrischer Spannung, was ein manuelles An- und Abdrahten ermöglicht. Vorteilhaft wird jedoch ebenfalls eine elektronisch kontrollierte automatische An- und Abdrahtungs-Vorrichtung vorgesehen, welche auch in Fahrt die Fahrleitung suchen und den Stromabnehmer darin einrasten kann. [0010] Das Elektrofahrzeug selbst verfügt bevorzugt über elektrische on-board-Pufferkapazität, so dass kurze Versorgungslücken in der der Stromversorgung über den Stromabnehmer keine Folgen auf die Funktion des Fahrzeugs haben. Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug ebenfalls Speicherbatterien, damit es im abgedrahteten Zustand des Stromabnehmers über eine gewisse Autonomie verfügt. Das Elektrofahrzeug kann damit im Lokalverkehr, in Stadt- oder Agglomerationsgebieten, wo keine Fahrleitungen vorhanden sind, im Batteriebetrieb fahren, und auf Überlandstrecken, wo eine Fahrleitung existiert, den Stromabnehmer einrasten und auf Fahrleitungsbetrieb umschalten. [0011] Die als Leiterpaar mit Innenabgriff (Kontaktspalt) ausgebildete Fahrleitung eignet sich auch hervorragend zur Realisierung von Verzweigungen und Kreuzungen mit einem Minimalaufwand an schaltungstechnischem Aufwand. Mit Bezug auf Fig. 3a besteht eine Y-förmige Verzweigung in einer Bedachung, die den Zweck hat, durch Herunterdrücken des Isolierkörpers (6) den Stromabnehmer auf der richtigen Höhe zu halten. Unter der Bedachung weitet sich das (+ -) Leiterpaar auf, und es fügt sich ein (-) Leiter zum (+) Leiter hinzu, und ebenfalls ein (+) Leiter zum (-) Leiter, so dass nach der Verzweigung, hinter der Bedachung, nun zwei (+ -) Leiterpaare in die beiden neuen Richtungen führen. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, ist das innere Stück der Y-Verzweigung als Isolierstück ausgeführt. Mit Bezug auf Figur 3b besteht eine Kreuzung aus einem doppelkreuzförmigen Isolierstück, dessen technischer Zweck das Vermeiden von Kurzschluss ist. Legende zu den Zeichnungen [0012] Fig. 1 stellt einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemässe Fahrleitung und den erfindungsgemäs-sen Stromabnehmer dar. Fig. 2 stellt schematisch den erfindungsgemässen Stromabnehmer in Projektionen dar. Fig. 3 stellt schematisch die Realisierung von Verzweigungen und Kreuzungen mit der erfindungsgemässen Fahrleitung und dem erfindungsgemässen Stromabnehmer dar. [0013] Die Darstellungen in den Zeichnungen sind als schematische Illustrationen zu verstehen, ohne limitierende Wirkung auf Ausführungsformen anderer Geometrie. Die vorliegende Erfindung beansprucht die aus der Beschreibung hervorgehende Funktionalität in ihrer vollen Breite. PatentansprücheThe end of the pantograph, but the latter, with the carbon or graphite shoes (7, 7 '), is at the front and rear ends, i. in the direction of travel, tapers and ends in the front and rear in the insulating body (6). When the current collector is rotated, this can cause no short-circuit on the contact line, but the current collector slides downwards out of the contact gap of the contact line. The pantograph is carried by a single insulating rod, which extends from the vehicle obliquely backwards and upwards to the contact line, and through which the two discharge cables run down to the engine. Apart from the insulated discharge cables themselves, this means that no part of the drive rod is under electrical tension, which makes manual connection and disconnection possible. Advantageously, however, an electronically controlled automatic on-and-wiring device is also provided, which can also search for the overhead contact line and can engage the pantograph therein. The electric vehicle itself preferably has on-board electrical buffer capacity, so that short supply gaps in the power supply via the current collector have no consequences on the function of the vehicle. Preferably, the vehicle also includes storage batteries so that it has some autonomy in the wired state of the pantograph. The electric vehicle can thus operate in local traffic, in urban or agglomeration areas, where there are no overhead lines, in battery mode, and on overland routes, where a catenary exists, the pantograph and snap on to catenary operation. Trained as a pair of conductors with inner tap (contact gap) catenary is also ideal for the realization of branches and intersections with a minimum of circuit complexity. Referring to Fig. 3a, there is a Y-shaped branch in a roof which has the purpose of holding the pantograph at the correct height by depressing the insulating body (6). Under the roof, the (+ -) pair of conductors expands, and a (-) conductor joins the (+) conductor, and also a (+) conductor to the (-) conductor, so that after the branch, behind the Roofing, now lead two (+ -) conductor pairs in the two new directions. To avoid a short circuit, the inner piece of the Y-branch is designed as an insulating piece. With reference to Figure 3b, an intersection consists of a double cross-shaped insulator, the technical purpose of which is to avoid short-circuiting. 1 shows a schematic cross section through the contact line according to the invention and the current collector according to the invention. FIG. 2 schematically shows the pantograph according to the invention in projections. FIG. 3 schematically shows the realization of branches and intersections The diagrams in the drawings are to be understood as schematic illustrations, without limiting effect on embodiments of other geometry. The present invention claims the full breadth of the functionality resulting from the description. claims 1. Fahrleitung für nicht schienengebundene Elektrofahrzeuge, dadurch gekennzeichnet dass die Fahrleitung als Leiterpaar von zueinander horizontal gegenüber montierten Fahrdrähten (1, 1 ') ausgeführt ist, die einen für den Innenabgriff der Spannung geeigneten Kontaktspalt bilden.1. catenary for non-rail electric vehicles, characterized in that the catenary is designed as a pair of conductors from each other horizontally mounted opposite contact wires (1, 1 '), which form a suitable for the inner tap of the voltage contact gap. 2. Fahrleitung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Fahrdrähte (1, 1 ') Rillenfahrdrähte sind.2. catenary according to claim 1, characterized in that the contact wires (1, 1 ') are grooved drive wires. 3. Fahrleitung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Fahrdrähte (1, 1') mittels isolierender Fahrdraht-Klammern (2, 3, 2', 3') gehalten werden.3. Catenary according to claim 1 or 2, characterized in that the contact wires (1, 1 ') by means of insulating contact wire clamps (2, 3, 2', 3 ') are held. 4. Fahrleitung gemäss Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Fahrdrähte (1, 1') an einem Haltebügel (5) montiert sind, der für den richtigen Abstand zwischen den Fahrdrähten sorgt.4. catenary according to claim 1 to 3, characterized in that the contact wires (1, 1 ') on a headband (5) are mounted, which ensures the correct distance between the contact wires. 5. Fahrleitung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass der Haltebügel eine Aufhängevorrichtung (10) umfasst, zum Aufhängen der Fahrleitung an einer Tragvorrichtung.5. catenary according to claim 4, characterized in that the headband comprises a suspension device (10) for suspending the overhead line to a support device. 6. Stromabnehmer zur Verwendung im Kontaktspalt einer Fahrleitung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Stromabnehmer eine sich nach oben verjüngende Gestalt hat und aus einem Isolierkörper (6) besteht, der zwei mit Abführungskabeln (8, 8') versehene Kohle- oder Graphit-Schuhe (7, 7') trägt, zum Kontakt mit den Fahrdrähten (1, 1 '), wobei die Spitze des Stromabnehmers die Fahrdrähte überragt.6. pantograph for use in the contact gap of a catenary according to one of claims 1 to 5, wherein the current collector has an upwardly tapering shape and consists of an insulating body (6), the two with discharge cables (8, 8 ') provided coal or Graphite shoes (7, 7 ') carries, for contact with the contact wires (1, 1'), wherein the tip of the pantograph projects beyond the contact wires. 7. Stromabnehmer gemäss Anspruch 6, worin die Länge des Stromabnehmers, in Fahrtrichtung, grösser ist als seine Breite, senkrecht zur Fahrtrichtung, und worin der Stromabnehmer in beiden Richtungen nach oben verjüngt ist und oben im blossen Isolierkörper (6) endet.7. pantograph according to claim 6, wherein the length of the pantograph, in the direction of travel, is greater than its width, perpendicular to the direction of travel, and wherein the pantograph is tapered in both directions upwards and ends in the upper insulator (6). 8. Stromabnehmer gemäss einem der Ansprüche 6 oder 7, worin der Stromabnehmer mit den Kohle- oder Graphit-Schuhen (7, 7) ebenfalls nach vorne und nach hinten, d.h. in Fahrtrichtung, verjüngt ist und vorne und hinten im blossen Isolierkörper (6) endet.A current collector according to one of claims 6 or 7, wherein the current collector with the carbon or graphite shoes (7, 7) is also forward and backward, i. in the direction of travel, is tapered and ends at the front and rear in the insulating body (6). 9. Herstellung einer Fahrleitung und/oder eines Stromabnehmers gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8.9. Production of a catenary and / or a current collector according to one of claims 1 to 8. 10. Verwendung einer Fahrleitung und/oder eines Stromabnehmers gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Betrieb eines nicht-schienengebundenen Elektrofahrzeugs.10. Use of a catenary and / or a pantograph according to one of claims 1 to 8 for operating a non-rail electric vehicle.
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