DE10012039A1

DE10012039A1 - Fahrdraht- und Stromabnehmersystem für Elektrobusse

Info

Publication number: DE10012039A1
Application number: DE2000112039
Authority: DE
Inventors: Michael Richter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: DE10012039C2

Description

Es ist bekannt, Elektrobusse über zweipolige Leitungssysteme mit Energie zu versorgen. Diese sind üblicherweise an Tragseilen elektrisch isoliert aufgehängt, wobei die Leitungen sich durchaus relativ zueinander bewegen können, solange sichergestellt ist, dass es nicht zu Berührung und Kurzschluss kommt.

Die Stromabnehmer sind üblicherweise als paarweise angeordnete V- bis U-förmige Kontakte ausgebildet, die von einer senkrecht nach oben gerichteten Kraftwirkung an die Leitungen angedrückt werden, so dass der elektrische Kontakt während der Fahrt erhalten bleibt. Solche Systeme sind seit Jahrzehnten im Einsatz. Entsprechende Schutzrechte existieren unseres Wissens nicht.

Die bekannten Systeme sind dafür konzipiert, dass der Stromabnehmer über die gesamte Fahrstrecke hinweg angelegt bleibt. Da die Leitungsnetze für durchgängige Energieversorgung nicht nur aufwändig zu konstruieren und zu warten sind, sondern auch erhebliche Beeinträchtigungen des Stadtbildes mit sich bringen, erscheint es wünschenswert, die Fahrzeuge auf kurzen Teilstrecken drahtlos zu betreiben.

Dies bedingt einerseits eine zusätzliche autonome Energiebereitstellung im Fahrzeug, z. B. Batterien, Generator, Brennstoffzelle, Schwungrad, andererseits ein Stromabnehmersystem, das automatisiert, schnell und sicher an die Leitungen angelegt werden kann. Es sind verschiedene Entwicklungen bekannt, die sich auf die Frage der Energiebereitstellung im Fahrzeug beziehen, so z. B. der sog. DUO-Bus, ein Zweisystemfahrzeug, das einen Akkumulator an Bord mitführt, oder der im Patent Nr. 30 15 754 beschriebene Schwungradspeicher der Daimler-Benz AG, Stuttgart.

Auch zum Problem der automatisierten Zuführung der Stromabnehmer zu den Leitungen wurden Lösungsvorschläge veröffentlicht: Dornier Systems, Friedrichshafen schlägt in ihrem Patent Nr. 24 60 843 vor, die beiden Abnehmer auf einem gemeinsamen Träger zu montieren und links und rechts des Trägers Einspurhilfen, "Fahnen", zu installieren, die das Einspuren erleichtern sollen und bei Erreichen des Kontaktes nach unten abgeklappt werden. Der naheliegende Gedanken, beide Kontakte auf einem einzigen Unterbau zu montieren, wird in diesem Patent ebenso verfolgt wie in dem Vorschlag von Etab. André Bardet SA, St. Etienne, Frankreich, Patent Nr. 81 10831.

Diesen Vorschlägen ist gemein, dass sie keinen Lösungsansatz bieten hinsichtlich einer verringerten notwendigen Zielgenauigkeit, die für ein automatisches Zuführungsystem wünschenswert ist. Vor allem das System der Fa. Dornier, das sich explizit mit der Frage des Einspurens auseinandersetzt, lässt keine grössere Abweichung der Stromabnehmer nach links oder rechts von der Fahrzeuglängsachse zu als das konventionelle Abnehmersystem. Konsequenterweise hat es auch keines dieser Systeme zum Praxiseinsatz gebracht, wie z. B. in "stadtverkehr" 5/96 und 6/96 (Hondius: Übersicht über die technische Entwicklung der Obusse und Duobusse in der westlichen Welt) beschrieben: Entweder wird die gesamte Linienlänge von einer durchgehenden Oberleitung versorgt, oder die Fahrzeuge fahren auf bestimmten Abschnitten rein elektrisch, z. B. in Tunnels, und ansonsten konventionell mit Diesel. Konzeptionen, die an der Oberleitung ansetzen und von vornherein nur wenige hundert Meter lange durchgehende Streckenabschnitte elektrifizieren, Kreuzungen, Unterführungen, Linksabbieger, Bergabfahrten etc. konsequent aussparen und von daher auf ein sicheres und vor allem schnelles automatisches Wiederanlegen der Stromabnehmer angewiesen sind existieren nicht.

Um das Leitungs-Stromabnehmer-System so zu konfigurieren, dass es möglich wird, den Stromabnehmer während Fahrtunterbrechungen im Stand oder sogar während der Fahrt anzulegen erscheint es notwendig, neben dem Stromabnehmer auch die Leitungen und ihre Aufhängungen zu modifizieren und somit Abnehmer und Leitungen unter dem Gesichtspunkt ihres Zusammenwirkens als Gesamtsystem zu betrachten.

Der formulierte Patentanspruch beschreibt ein Stromabnehmersystem, das diese Aufgabe erfüllt. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass

- die Breite des Korridors, in den der Stromabnehmer eingespurt werden muss, um sich zwischen den Leitungen zu zentrieren bzw. das Intervall, in dem der Abnehmer von der idealen Position abweichen darf, systembedingt dem Abstand der Leitungen entspricht (Abb. 2 und 7), während dieses Intervall bei Nutzung der konventionellen Konfiguration höchstens ½ dieses Abstandes betragen kann (Abb. 10).
- das Verfehlen des Zielkorridors über einfache, dem Stand der Technik entsprechende Massnahmen festgestellt werden kann, z. B. Polaritätserkennung oder Verarbeitung spezifischer überlagerter Signale, und der Anlegevorgang automatisch abgebrochen werden kann, bevor es zu Kollisionen und Beschädigungen der Systemelemente kommt (vgl. Abb. 5 und 8). Je nach Auslegung der Kontaktplatten auf dem Abnehmer kann die Weite, innerhalb derer das System gegen Havarie gesichert werden kann, bis ca. 3x der Breite des Einspurkorridors betragen.
- der Einsatz von Zweisystemfahrzeugen (Netz-/Batteriebetrieb) auf Linien, die mit konventionellen Abnehmersystemen betrieben werden, mit geringem Umrüstaufwand des Leitungsnetzes möglich wird (vgl. Abb. 10).

Darstellungen

Die Bauelemente werden wie folgt nummeriert:

1. I Tragstreben
2. II Führungsstreben
3. III Stromabnehmer mit Kontaktplatten
4. IV Halter
5. V Leitung

Folgende Abkürzungen finden Anwendung:

1. h Hubbewegung um eine horizontale Achse
2. s Schwenkbewegung um eine vertikale Achse
3. p Positionierbewegung um eine vertikale Achse
4. g zusammengesetzte Gesamtbewegung
5. i Ideallinie

Die Abb. 1 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel, das als "Seitenbauform" bezeichnet werden kann.

Abb. 1 zeigt ein Fahrzeug in Front- sowie Seitenansicht mit eingespurtem, an die Leitungen kontaktschlüssig angelegtem Abnehmer, der in der skizzierten Weise auf einem Ausleger montiert ist.

Abb. 2 zeigt die Weite des Korridors, in den der Abnehmer eingespurt werden muss, hier d = 1,41 × a.

Abb. 3 stellt das Zusammenwirken des Hub- und des Schwenkmomentes dar, wodurch die bei dieser Bauform notwendige schräg aufwärts gerichtete Gesamtbewegung beim Einspuren zustande kommt, wobei die Ideallinie der Mittelebene zwischen den Leitungen entspricht.

Abb. 4 zeigt den korrekt eingespurten, mit den Kontaktplatten an den Leitungen anliegendem Abnehmer (der Einfachheit halber ohne die Auslegerkonstruktion dargestellt).

Abb. 5 zeigt, dass selbst bei Verfehlen des Zielkorridors noch keine Havarie des Gesamtsystems eintreten muss. Wie in der Beschreibung dargestellt kann der Kontakt einer Leitung mit der falschen Kontaktplatte als Fehlermeldung interpretiert und als Signal zum Abbruch des Anlegevorganges verarbeitet werden (Abb. 5: A = zu hoch zugeführt, Fehlermeldung am senkrechten Kontakt; B = zu niedrig zugeführt, Fehlermeldung am waagerechten Kontakt). Die Abb. 6 bis 10 zeigen eine Ausführung, die als "Oberleitungsbauform" bezeichnet werden kann.

Abb. 6 zeigt analog zu Abb. 1 das Fahrzeug in zwei Ansichten.

Abb. 7 zeigt die Breite des Einspurkorridors (hier = a).

In Abb. 8 wird dargestellt, dass auch diese Ausführung die Erkennung von fehlerhaften Einspurversuchen zulässt: A = zu weit links positioniert, Fehlermeldung am rechten Kontakt; B = zu weit rechts positioniert, Fehlermeldung am linken Kontakt.

Abb. 9 zeigt, dass im Gegensatz zur eingangs beschriebenen Bauform hier keine zwei Momente wirken müssen, um den Abnehmer zu zentrieren, da das Hubmoment allein schon einen gleichmäßigen Andruck an beiden Polen gewährleistet. Beim Einspuren allerdings ist die Positionierung um die senkrechte Drehachse herum unabdingbar, so dass es auch hier bei einer Steuerung der Bewegung um zwei Achsen bleibt, auch wenn eine nach Beendigung des Einspurvorganges antriebslos laufen kann.

In Abb. 10 schliesslich wird gezeigt, dass die Oberleitungsbauform zulässt, die konventionellen Abnehmer mit je einem Tragarm auch unter einer solchen Leitung einzusetzen, so dass sich die Möglichkeit auftut, auf einer Trasse Fahrzeuge mit verschiedenen Abnehmersystemen zu betreiben.

*: Die in Abb. 10 dargestellte Stromabnehmerbauform entspricht dem Stand der Technik

Hydraulische Hebe- und Schwenkvorrichtung für Stromabnehmer gemäss Unteranspruch Beschreibung

Es ist bekannt, die Andruckkraft, die der Kontaktschuh des Stromabnehmers benötigt, über am Fuss des Stromabnehmers montierte Federn oder über Biegevorspannung der Stromabnehmerstange selbst zu erzeugen (Patent Nr. 26 32 935 Maschinenfabrik Augsburg- Nürnberg). Der Nachteil dieser Bauformen für die Anwendung auf das im Hauptanspruch beschriebene Stromabnehmersystem liegt darin, dass beim automatischen Einspuren entweder ein Antrieb kontrolliert gegen die gesamte Federwirkung anarbeiten müsste, oder aber die Aufhängung des Abnehmers mitsamt der Federn auf einer beweglichen, angetriebenen Konsole montiert werden müsste. Beide Bauformen sind aufwändig, mit hohem Gewicht verbunden und liefern im Falle des Arbeitens mit elastischen Andruckstangen nicht das geforderte Ergebnis einer exakt kontrollierten Bewegung des Auslegerendes.

Tatsächlich leiten sich aus dem Hauptanspruch zwei verschiedene Anforderungen ab: Zum Einen soll der Ausleger in beiden Achsen (Heben wie Schwenken) exakt geführt werden können, d. h. vor allem die Stellung des Auslegers soll kontrolliert werden. Zum Anderen soll bei angelegten Kontakten deren Andruckkraft möglichst unabhängig von der jeweiligen Stellung des Auslegers zum Fahrzeug konstant bleiben.

Um diese beiden Anforderungen an den Stromabnehmer zu erfüllen wird vorgeschlagen, die Abnehmerstange über Hydraulikzylinder zu heben und zu schwenken. Beim Zuführen der Stange zum Fahrdraht hin soll die Arbeit von einem Elektromotor (vorzugsweise ein Schrittmotor oder ein Motor mit Zählwerk) auf einen Geberzylinder und von dort auf den auf die Stange einwirkenden Zylinder übertragen werden. Wird der Kontakt zwischen Abnehmer und Leitung geschlossen, so kann das gleiche elektrische Signal, das gemäß Hauptanspruch zur Verifizierung des korrekten Anlegens dient, dazu genutzt werden, den Nehmerzylinder vom Geberzylinder auf einen Druckspeicher umzuschalten.

Wenn das Fassungsvermögen des Druckspeichers ausreichend hoch gewählt wird im Verhältnis zum Volumen des Druckraumes des Zylinders, so wirkt dieser über seinen gesamten Arbeitshub hinweg als vorgespanntes Federelement mit sehr flacher Kennlinie, da sich der Druck innerhalb des Speichers abhängig von der Lage des Kolbens im Zylinder nur geringfügig ändert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen zum Einen darin, dass zwei Antriebseinheiten mit entgegengesetzten, aber den beiden eingangs beschriebenen Forderungen entsprechenden Charakteristiken auf ein und dasselbe Arbeitselement geschaltet werden können. Dadurch wird der Aufbau des Gesamtsystems vereinfacht.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Antriebs-, Speicher- und Messeinheiten witterungsgeschützt und gewichtsgünstig im Bodenraum des Fahrzeugs untergebracht werden können. Dies wirkt sich auch auf die Statik der Dachkonstruktion des Fahrzeuges günstig aus.

Der Einsatz von Motoren, deren Drehzahl in einem gewissen Band regelbar ist, ermöglicht es, die aus zwei Bewegungen zusammengesetzte Zuführbewegung (vor allem bei der Seiten bauform) mit verschiedenen Steigungen zu realisieren und so eine präzise, ruckelfreie Zuführung zu erreichen.

Darstellungen

Die Abb. 11 bis 14 illustrieren die Erfindung.

Die Abb. 11 bis 13 zeigen schematisch, aus welchen hydraulischen Komponenten eine Grundversion des beschriebenen Systems zusammengefügt werden kann und wie diese zusammenwirken. Nicht dargestellt sind Vorrichtungen wie eine Füllleitung zum Korrigieren des Speicherdruckes, eine Ablassleitung zwischen Ventil und Nehmerzylinder zum Kalibrieren des Systems in Nullstellung, der Anschluss an das bordeigene Hydrauliksystem, Rückholfedern und andere für das Funktionsprinzip nicht direkt relevante Zusatzkomponenten.

Abb. 11 zeigt das System im Ruhezustand, d. h. mit eingefahrenem Ausleger.

Abb. 12 zeigt des System mit angehobenem Ausleger am Ende des Hubvorganges

Abb. 13 zeigt das System mit aufgeschaltetem Druckspeicher, der Nehmerzylinder überträgt eine Federwirkung auf den Ausleger.

Abb. 14 zeigt ein Einbaubeispiel für die im Hauptanspruch beschriebene Seitenbauform. Die Tragkonstruktion für den Abnehmer ist hier als Türholm ausgeführt. Der Schwenkzylinder dreht am Fuss der Säule ein Innenrohr, der Hubzylinder befindet sich am oberen Ende der Säule.

Es erscheint möglich, diesen Zylinder ebenfalls ins Fahrzeuginnere zu verlegen und die Betätigungskraft über eine Schub- oder Zugstange innerhalb der Säule wirken zu lassen, wenn dies z. B. mit weiteren Vorteilen bei der Gewichtsverteilung verbunden wäre.

Nicht in Abb. 14 dargestellt sind Geberzylinder, Speicher, Ventile und andere für die Darstellung der geometrischen Anordnung nicht direkt relevante Komponenten.

Verwendete Benennungen

1. I Elektromotor
2. II Geberzylinder
3. III Umschaltventil
4. IV Speicher
5. V Nehmerzylinder
6. VI Abnehmerstange
7. VII Rückholfeder

Es folgen sechs Seiten Zeichnungen.

Claims

1. Fahrdraht- und Stromabnehmersystem für Elektrobusse (Trolleybusse) und andere Elektrofahrzeuge, die

- spurungebunden bewegt werden oder
- in bzw. auf einer nicht leitenden Spur bewegt werden oder
- deren leitende (metallische) Spur nicht für den versorgenden Stromkreis genutzt werden kann,

dadurch gekennzeichnet,
dass die parallelen elektrischen Leitungen (V) in periodischen Abständen in Haltern (IV) fixiert sind, die eine Relativbewegung der Leitungen zueinander nur in dem Maße zulassen, wie es durch die gewählten elastischen Eigenschaften der Halter und Leitungen sowie die gewählte Vorspannung der Leitungen gewünscht ist,
und der Stromabnehmer (III) in einer Weise ausgeformt ist, die ihn bei Einwirken einer entsprechenden Kraft zwischen den beiden Leitern zentriert und gleichzeitig elektrischen Kontakt zwischen den Leitern und den jeweiligen Kontaktplatten herstellt.

2. Hydraulische Hebe- und Schwenkvorrichtung für Stromabnehmer, dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftübertragungselement zwischen Antrieb und der zu bewegenden Auslegerstange ein Geberzylinder, eine Leitung und ein Nehmerzylinder vorhanden sind und in der Leitung sich ein Umschaltventil befindet, so dass durch ein externes Signal der Geberzylinder als Kraftquelle ab- und ein Druckspeicher zugeschaltet werden kann.