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Die
Erfindung betrifft eine Oberleitungsanlage mit mindestens einer
Leitung, die insbesondere der Fahrdraht oder das Tragseil ist, wobei
eine maximal zulässige mechanische Zugspannung in der Leitung
vorhanden ist, die durch einen Faktor, der bei höherer
Temperatur niedriger ist, von der maximal zulässigen Temperatur
der Leitung abhängt.
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Wie
groß die zulässige mechanische Zugspannung oder
Zugbelastung eines Fahrdrahtes und entsprechend auch eines Tragseiles
sein darf, geht aus Abschnitt 5.2.4 mit der Überschrift „Fahrdrähte” aus DIN
EN 50119 vom Januar 2002, Seiten 16 bis 18, hervor. Die
zulässige mechanische Zugspannung σ ist ein Produkt
aus einer Zugspannung bei neuwertigem Fahrdraht und mehreren Faktoren,
von denen ein Faktor (Ktemp) den Einfluss
der Temperatur auf die Zugspannung beschreibt. In der Tabelle 2
auf Seite 17 ist aufgeführt, welchen Wert der Faktor Ktemp bei bestimmtem Fahrdrahtmaterial und
bestimmter höchster Betriebstemperatur annimmt. Der Faktor Ktemp wird also zunächst konstant
gehalten und nur stufenweise verändert.
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Der
Fahrdraht erwärmt sich durch den in ihm fließenden
elektrischen Strom und auch durch die Umwelteinflüsse.
Bisher wurde daher meistens für den Fahrdraht eine maximal
zulässige Temperatur von 80°C erlaubt. Nur bei
bestimmten Materialien konnten auch 100°C zugelassen werden.
Es war daher bisher bei größerer Stromstärke
notwendig, einen vergrößerten Leitungsquerschnitt
für den Fahrdraht zu wählen, um eine nicht zulässige
zu hohe Temperatur zu vermeiden. Ein größerer
Leitungsquerschnitt führt aber zu einem höheren
Gewicht des Fahrdrahtes und der gesamten Oberleitung und folglich
auch zu aufwändigeren Stützen (Stützpunkten). Von
einer Temperatur über 100°C wurde bisher auch deshalb
abgesehen, weil das übliche Material, nämlich
Kupfer oder Kupferlegierung, wenn es über längere
Zeiträume höheren Temperaturen als üblich
bei gleich zeitiger mechanischer Belastung ausgesetzt ist, mechanische
Festigkeit verliert und folglich nur noch eine geringere mechanische
Zugspannung aushält. Schließlich kann eine hohe
Temperatur bedingt durch die Wärmedehnung des Fahrdrahtes dazu
führen, dass die maximal zulässige seitliche Auslenkung
des Fahrdrahtes infolge von Seitenwind überschritten wird,
so dass der Stromabnehmer eines Fahrzeuges mit dem Fahrdraht nicht
mehr in Kontakt kommt, also „entgleist”.
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Es
hat sich herausgestellt, dass eine erhöhte zulässige
Temperatur der Leitung, die zum Beispiel der Fahrdraht oder das
Tragseil ist, erwünscht ist. Je höher die Umgebungstemperatur
ist, um so geringer ist die Belastbarkeit der Oberleitung, da die
bis zum Erreichen der zulässigen Temperatur noch vorhandene
Temperaturspanne, die die maximal mögliche Stromstärke
in der Oberleitung bestimmt, abnimmt. Falls z. B. maximale Umgebungstemperaturen
von 35°C auftreten, bleibt bei einer maximalen Betriebstemperatur
von 80°C nur ein zu geringer Temperaturunterschied von
45°C, der durch den Stromfluss in der Leitung und von der
Leitung in den Stromabnehmer eines Fahrzeuges verursacht werden
darf.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Oberleitungsanlage
anzugeben, die dauerhaft eine maximal zulässige Temperatur
der Leitung zulässt, die über 100°C liegt
und z. B. bis 150°C betragen kann.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
dass die maximal zulässige Temperatur größer
als 100°C ist und dass der Faktor, durch den die maximal
zulässige mechanische Zugspannung von der maximal zulässigen
Temperatur abhängt, eine in einem Vorversuch bestimmte
stetige Funktion der Temperatur und der Zeit ist.
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Ein
wesentlicher Unterschied zum Bekannten besteht darin, dass der Faktor,
der Ktemp genannt wird, nicht einfach einer
Tabelle entnommen ist, sondern mittels einer zuvor bestimmten Funktion
ermittelt ist.
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Damit
wird der Vorteil erzielt, dass die maximal zulässige mechanische
Zugspannung besser als es bisher möglich war zu bestimmen
ist, so dass eine überdimensionierte Leitung, die z. B.
ein Fahrdraht ist, nicht mehr notwendig ist und dass trotzdem eine Einschränkung
der mechanischen Festigkeit der Leitung, die eine Beschädigung
nach sich ziehen könnte, nicht zu befürchten ist.
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Obwohl
die maximal zulässige Temperatur größer
als 100°C ist, erzielt man eine hohe Festigkeit der Leitung
und eine hohe Strombelastbarkeit, ohne dass die Leitung einen überdimensionierten
Querschnitt haben muss. Man kommt mit weniger Material als bisher
aus, so dass die Oberleitungsanlage kostengünstig ist.
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Beispielsweise
ist jeweils eine stetige Funktion für jedes Leitungsmaterial
in Vorversuchen bestimmt oder über Analogien aus durchgeführten
Vorversuchen abgeleitet. Damit wird der Vorteil erzielt, dass eine
Oberleitungsanlage, die bei einer hohen Temperatur zuverlässig
und stabil ist und trotzdem wenig Material benötigt, bei
Bedarf aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein kann.
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Beispielsweise
berücksichtigt die maximal zulässige mechanische
Zugspannung in der Leitung den Verschleiß der Leitung.
Damit wird der zusätzliche Vorteil erzielt, dass die Zugspannung
an den tatsächlich vorhandenen Leitungsquerschnitt angepasst
werden kann. Es werden damit vorteilhaft Material und Kosten gespart.
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Beispielsweise
ist die maximal zulässige Temperatur für Fahrdraht
und Tragseil unterschiedlich. Damit wird der Vorteil erzielt, dass
die Stromtragfähigkeit von Fahrdraht und Tragseil trotz
unterschiedlicher induktiv bedingter Stromverteilungen vollständig
ausgenutzt werden kann.
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Beispielsweise
ist eine maximal zulässige Längenänderung
der Leitung vorhanden, die von der mechanischen Zugspannung in der
Leitung, der thermischen Dehnung der Leitung und von der in einem Vorversuch
bestimmten Kriechdehnung der Leitung abhängt.
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Es
wird der Vorteil erzielt, dass durch diese Beachtung einer zusätzlichen
Einflussgröße, nämlich der Kriechdehnung,
die gesamte Längenänderung, die dann aus der Kriechdehnung,
der durch die mechanische Zugspannung verursachten Längenänderung
und der temperaturbedingten Längenänderung besteht,
genauer als bisher zu erfassen ist. Damit sind Zustände
vermeidbar, die zum Entgleisen der Stromabnehmer aufgrund eines
zu starken Schwenkens der Ausleger führen.
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Beispielsweise
ist bei größerer maximal zulässiger Längenänderung
der Leitung die Seitenlage der im Zick-Zack verlegten Leitung kleiner.
Dadurch kann es bei einer Längendehnung nicht dazu kommen,
dass die Leitung soweit seitlich versetzt wird, dass ein Stromabnehmer
entgleist oder keinen Kontakt mehr bekommt. Die Seitenlage, die
auch b-Maß genannt wird, ist der maximale seitliche Abstand
einer zick-zack-verlegten Leitung von einer gedachten Mittellinie.
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Beispielsweise
sind bei größerer maximal zulässiger
Längenänderung der Leitung die Leitung tragende
Ausleger länger. Dadurch schwenken die Ausleger und mit
ihnen die Leitung weniger in Seitenrichtung. Der Fahrdraht bleibt
im Bereich des Stromabnehmers.
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Beispielsweise
ist die Seitenlage einer im Zick-Zack verlegten Leitung von einem
Festpunkt ausgehend bis zu einer Nachspanneinrichtung kleiner werdend
ausgebildet. Dadurch schwenken die Ausleger weniger.
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Beispielsweise
sind die Leitung tragende Ausleger von einem Festpunkt ausgehend
bis zur Nachspanneinrichtung jeweils länger als der vorherige
Ausleger. Dadurch schwenkt der Ausleger und damit die Leitung auch
bei größter temperaturbedingter Längenänderung
weniger in der Seitenrichtung und die Leitung bleibt im Bereich
eines Stromabnehmers eines Fahrzeugs, obwohl eine Temperatur über 100°C
zugelassen ist.
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Beispielsweise
sind die Leitung tragende Ausleger nicht schwenkbar. Dadurch werden
unerwünschte seitliche Bewegungen der Leitung vermieden.
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Zum
Erkennen einer Längenänderung der Leitung ist
beispielsweise mindestens ein Sensor vorhanden, der mit einer Auswerteeinheit
verbunden ist zum Erkennen einer von einem Sollwert abweichenden
Längenänderung.
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Mit
Hilfe solcher Sensoren kann eine zu große Belastung einer
Leitung rechtzeitig erkannt werden. Zum Beispiel kann bei einer
erkannten zu großen mechanischen Zugspannung ein Gewichtsstein von
der Spannvorrichtung weggenommen werden, um die Zugspannung zu verkleinern.
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Beispielsweise
kann bei vom Sollwert abweichender Längenänderung
durch die Auswerteeinheit Alarm auslösbar oder ein Zug
zu verlangsamen oder anzuhalten sein.
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Mit
der beschriebenen zusätzlichen Überwachung der
Längenänderung der Leitung und den sich daraus
ergebenden Maßnahmen wird die Zuverlässigkeit
der Oberleitungsanlage weiter erhöht.
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Mit
der Oberleitungsanlage nach der Erfindung wird insbesondere der
Vorteil erzielt, dass mit gleichbleibendem oder sogar verringertem
Materialeinsatz und bei ausreichender Festigkeit eine maximal zulässige
Temperatur über 100°C ermöglicht ist. Eine
solche Oberleitungsanlage ist besonders für Länder
mit sehr hoher Umgebungstemperatur von großer Bedeutung.
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Die
Oberleitungsanlage nach der Erfindung ermöglicht es vorteilhaft,
trotz erhöhter Temperatur der Leitung, insbesondere des
Fahrdrahtes, und trotz vergrößerter Längendehnung
der Leitung ein „Entgleisen” eines Stromabnehmers
zu verhindern, indem das seitliche Schwenken des Fahrdrahtes zumindest
in kritischen Abschnitten reduziert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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