DE102008035541A1 - Oberleitungsanlage - Google Patents

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DE200810035541
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Andre Dr. Dölling
Axel Dr. Schmieder
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Siemens AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60MPOWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/13Trolley wires

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Oberleitungsanlage mit mindestens einer Leitung, die insbesondere der Fahrdraht oder das Tragseil ist. Dabei ist eine maximal zulässige mechanische Zugspannung in der Leitung vorhanden, die durch einen Faktor, der bei höherer Temperatur niedriger ist, von der maximal zulässigen Temperatur der Leitung abhängt. Es ist vorgesehen, 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.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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”.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beispielsweise sind die Leitung tragende Ausleger nicht schwenkbar. Dadurch werden unerwünschte seitliche Bewegungen der Leitung vermieden.
  • 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.
  • 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.
  • Beispielsweise kann bei vom Sollwert abweichender Längenänderung durch die Auswerteeinheit Alarm auslösbar oder ein Zug zu verlangsamen oder anzuhalten sein.
  • Mit der beschriebenen zusätzlichen Überwachung der Längenänderung der Leitung und den sich daraus ergebenden Maßnahmen wird die Zuverlässigkeit der Oberleitungsanlage weiter erhöht.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - DIN EN 50119 [0002]

Claims (11)

  1. 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, dadurch gekennzeichnet, 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.
  2. Oberleitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine stetige Funktion für jedes Leitungsmaterial in Vorversuchen bestimmt oder über Analogien aus durchgeführten Vorversuchen abgeleitet ist.
  3. Oberleitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zulässige Temperatur für Fahrdraht und Tragseil unterschiedlich ist.
  4. Oberleitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximal zulässige Längenänderung der Leitung vorhanden ist, die von der mechanischen Zugspannung in der Leitung, der thermischen Dehnung der Leitung und von der in einem Vorversuch bestimmten Kriechdehnung der Leitung abhängt.
  5. Oberleitungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei größerer maximal zulässiger Längenänderung der Leitung die Seitenlage der im Zick-Zack verlegten Leitung kleiner ist.
  6. Oberleitungsanlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei größerer maximal zulässiger Längenänderung der Leitung die Leitung tragende Ausleger länger sind.
  7. Oberleitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenlage einer im Zick-Zack verlegten Leitung von einem Festpunkt ausgehend bis zur einer Nachspanneinrichtung kleiner werdend ausgebildet ist.
  8. Oberleitungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung tragende Ausleger von einem Festpunkt ausgehend bis zur Nachspanneinrichtung jeweils länger sind als der vorherige Ausleger.
  9. Oberleitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung tragende Ausleger nicht schwenkbar sind.
  10. Oberleitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erkennen einer Längenänderung der Leitung mindestens ein Sensor vorhanden ist, der mit einer Auswerteeinheit verbunden ist zum Erkennen einer von einem Sollwert abweichenden Längenänderung.
  11. Oberleitungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei vom Sollwert abweichender Längenänderung durch die Auswerteeinheit Alarm auslösbar oder ein Zug zu verlangsamen oder anzuhalten ist.
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