-
Die Erfindung betrifft einen Isolator, insbesondere für einen Pantografen eines Schienenfahrzeuges. Derartige Isolatoren werden im Dachbereich eines Schienenfahrzeuges verbaut und dienen zur isolierten Abstützung.
-
Während des Betriebseinsatzes muss der Isolator hohen mechanischen Wechselbelastungen bestehen. Insbesondere sind die durch den Pantografen induzierten Biegebeanspruchungen aufzunehmen. Weiterhin muss der Isolator eine ausreichende elektrische Widerstandsfähigkeit aufweisen, um ein Durchschlagen von Hochspannungen, wie sie bspw. durch einen Blitzeinschlag bewirkt werden, zu verhindern.
-
Weiterhin werden hohe Anforderungen an die Wetterfestigkeit der Isolatoren gestellt, sodass sie sowohl in sehr heißen als auch in sehr kalten Klimazonen eingesetzt werden können.
-
Bekannte Langstabisolatoren in Hochspannungs-Freileitungsnetzen weisen in der Regel einen Vollkern aus glasfaserverstärktem Kunststoff auf und eine Schirmung aus Silikon. In der Bahntechnik werden auf dem Dach von Schienenfahrzeugen seit Jahren aus Gründen der Gewichtseinsparung Verbund-Isolatoren nach diesem Prinzip eingesetzt. Ein großer Nachteil dieser Isolatoren ist, dass diese Isolatoren insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten nicht mechanisch formstabil sind. Zur Erfüllung der mechanischen Eigenschaften werden die Isolatoren daher üblicherweise massiv ausgebildet.
-
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Isolatoren aus Epoxydharzvollverguss bzw. aus Porzellan bekannt. Diese Bauteile weisen ein sehr hohes Eigengewicht auf, das insbesondere im Kopfbereich eines Schienenfahrzeuges unerwünscht ist.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Isolator der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, der bei geringem Gewicht den gestellten hohen Anforderungen an die elektrische und mechanische Stabilität sowie die Wetterfestigkeit gerecht wird.
-
Diese Aufgabe wird mit einem Isolator gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Demgemäß weist der Isolator ein Kopf- und ein Fußteil auf, die gegeneinander elektrisch isoliert sind und jeweils ein Anschlussstück aufweisen. Am Anschlussstück des Kopfteils lässt sich der Stromabnehmer ankoppeln. Das Fußteil dient zur Verbindung mit dem Schienenfahrzeug. Kopf- und Fußteil sind mittels eines als Hohlprofil ausgebildeten Tragteils miteinander verbunden. Der Abstandsbereich zwischen dem Kopf- und dem Fußteil ist auf der Außenseite des Tragteils mittels eines Isoliermantels überdeckt. Das Tragteil kann als Bauteil mit geringem Eigengewicht hergestellt werden, wobei es eine ausreichende Stabilität aufweist. Insbesondere haben Hohlprofile ein hohes Widerstandsmoment gegen Biegung, sodass sie sich für den vorliegenden Einsatzfall optimal eignen. Der Isoliermantel vervollständigt den Isolator und garantiert eine ausreichende Durchschlagfestigkeit, um die elektrischen Anforderungen zu erfüllen.
-
Gemäß einer bevorzugten Erfindungsvariante kann es vorgesehen sein, dass das Tragteil aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff besteht. Dieses Material zeichnet sich durch ein geringes Eigengewicht und eine sehr hohe mechanische Stabilität aus.
-
Bevorzugt ist das Tragteil als Rohrprofilabschnitt ausgebildet. Damit hat es in der Querschnittsebene unabhängig von der Belastungsrichtung stets dasselbe äquatoriale Widerstandsmoment gegen Biegung. Es kann so die wechselnden Beanspruchungen während des Bahnbetriebes zuverlässig aufnehmen.
-
Eine denkbare Erfindungsalternative ist derart, dass das Kopfteil einen Ansatz aufweist, der das Tragteil an seinem Außenumfang umfasst. Auf diese Weise wird eine stabile, quer zur Mittellängsachse des Tragteils, formschlüssige Verbindung zwischen Kopfteil und Tragteil hergestellt. Darüber hinaus kann der Ansatz im Bereich des Übergriffes dicht mit dem Tragteil verbunden werden, sodass auch eine elektrische Dichtigkeit herstellbar ist. Vorzugsweise ist der Innenquerschnitt des Ansatzes auf den Außenquerschnitt des Tragteils im Verbindungsbereich angepasst ausgelegt, sodass hier eine luftdichte Verbindung herstellbar ist. Diese Luftdichtigkeit garantiert, dass während des Betriebes keine schädlichen, durch Stromfluss wirkenden Erosionen auftreten können.
-
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist der Gestalt, dass das Fußteil einen Stützabschnitt aufweist, der das Tragteil quer zu dessen Längserstreckung formschlüssig abstützt. Dieser Formschluss garantiert auf einfache Weise quer zur Hauptbelastungsrichtung, eine sichere Fixierung zwischen Tragteil und Fußteil. Darüber hinaus fängt der Stützabschnitt das Tragteil zusätzlich in dem Bereich ab, in dem die höchste Biegespannung während des Betriebes auftritt. Auf diese Weise ist eine festigkeitsoptimierte Auslegung des Isolators erreicht.
-
Ähnlich wie bei dem Kopfteil kann auch der Stützabschnitt das Tragteil an dessen Außenumfang umfassen. Dabei kann die maßliche Auslegung von Stützabschnitt und Tragteil derart sein, dass wieder eine elektrische und luftdichte Verbindung herstellbar ist.
-
Eine bevorzugte Ausgestaltung eines Isolators ist dabei derart, dass das Tragteil in dem Ansatz des Kopfteils und/oder in dem Stützabschnitt des Fußteils stoffschlüssig festgelegt, insbesondere verklebt ist. Über den Stoffschluss (die Verklebung) wird eine Luftdichtigkeit im Verbindungsbereich zwischen dem Tragteil und dem Kopf-/Fußteil garantiert. Darüber hinaus ist die stoffschlüssige Verbindung in diesem Bereich eine besonders geeignete Verbindungsmethode, denn sie wird hier auf Schub belastet, was bei stoffschlüssigen Verbindungen die bevorzugte Belastungsvariante ist. Weiterhin wird über die stoffschlüssige Verbindung ein materialoptimierter Übergang zwischen dem Tragteil und dem Kopf- und dem Fußteil möglich, denn über die Materialwahl der stoffschlüssigen Verbindung kann eine Anpassung des Übergangswiderstandes zwischen den beiden Bauteilen erreicht werden.
-
Ein erfindungsgemäßer Isolator kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das Tragteil mittels eines Isolierstückes stirnseitig gegenüber dem Kopf- und/oder Fußteil abgestützt ist. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Isolation erreicht, die die Schlaglänge vergrößert. Dabei soll das Isolierstück so ausgelegt werden, dass die Schlaglänge durch das Tragteil hindurch länger ist als die Schlaglänge über dem Isoliermantel. Dann wird eine Stromableitung über den Isoliermantel garantiert. Das Isolierstück kann bevorzugt aus einem Silikonmaterial oder EPDM bestehen, das hohe Widerstandseigenschaften aufweist. Zudem ist Silikonmaterial flexibel, sodass es die stirnseitig offene Fläche des Tragprofils umlaufend luftdicht abdichtet und so den elektrischen Widerstand garantiert.
-
Eine bevorzugte Erfindungsvariante sieht vor, dass der Isoliermantel aus Gießharz besteht. Beispielsweise kann als Schirmmaterial ein Gießharzsystem basierend auf Epoxydharz oder wahlweise auch Silikon eingesetzt werden, wobei Gießharz besonders gute. Eigenschaften in Bezug auf die Formstabilität bei hohen Geschwindigkeiten aufweist.
-
Das Gießharz kann auf das Tragteil, und auf ggf. das Kopf- bzw. Fußteil aufgegossen werden. Dabei werden in den Übergangsbereichen luftdichte Abschlüsse bewirkt, die die Dauerfestigkeit des Isolators garantieren (Erosion siehe oben). Weiterhin bildet der aufgegossene Isolatormantel einen flüssigkeitsdichten Abschluss, sodass ein Eindringen von Feuchtigkeit in die Zwischenbereiche zwischen Isolatormantel und Trag- bzw. zwischen Isolatormantel und Kopf-/Fußteil verhindert ist. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Isoliermantel gegenüber dem Kopf- und/oder Fußteil mittels eines Dichtelementes abgedichtet ist.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in Seitenansicht einen Isolator;
-
2 den Isolator gemäß 1 längs des in 1 mit II-II gekennzeichneten Schnittverlaufes;
-
3 eine Baugruppe des Isolators gemäß 1 in Seitenansicht;
-
4 die Baugruppe gemäß 3 längs des in 3 mit IV-IV gekennzeichneten Schnittverlaufes; und
-
5 die Baugruppe gemäß 3 in Ansicht von unten.
-
Wie die 1 zeigt, weist der Isolator ein oberes Kopfteil 30 und ein unteres Fußteil 20 auf. Im Bereich zwischen dem Fußteil 20 und dem Kopfteil 30 ist ein Isolatormantel 10 angeordnet, der einen Kopfabschnitt 11 und einen Fußabschnitt 13 aufweist. Zwischen Kopf- und Fußabschnitt 11, 13 sind, Schirme 12 angeordnet, die zur Vergrößerung der elektrischen Kriechlänge dienen.
-
2 zeigt den Isolator im Vertikalschnitt. Wie aus dieser Darstellung deutlich wird, sind das Kopfteil 30 und das Fußteil 20 mittels eines Tragteils 40 zueinander beabstandet gehalten. Das Tragteil 40 besteht vorwiegend aus einem abgelenkten Profilabschnitt auf GFK-Material.
-
3 und 4 lassen eine Baugruppe bestehend aus Fußteil 20, Kopfteil 30 und Tragteil 40 näher im Detail erkennen. Wie diese Darstellungen zeigen, weist das Tragteil 40 einen oberen und einen unteren Verbindungsabschnitt 41, 42 auf. Der obere Verbindungsabschnitt 41 dient zur Ankopplung des Kopfteils 30, der untere Verbindungsabschnitt 42 dient zur Ankopplung des Fußteils 20. Das Tragteil 40 umschließt einen Innenraum 43 mit kreisförmigem Querschnitt. Das Kopfteil 30 besitzt ein Anschlussstück 31, in das eine Befestigungsaufnahme 32 eingebracht ist. Das Anschlussstück 31 läuft in einem Stützflansch 33 aus, der radial zur Mittellängsachse der Befestigungsaufnahme 32 ausgerichtet ist. An dem Anschlussstück 31 und dem Stützflansch 33 kann der Pantograph eines Schienenfahrzeugs angekoppelt werden. Der Pantograph wird dann über die Befestigungsaufnahme 32 mit dem Isolator verbunden.
-
Unterhalb des Stützflansches 33 besitzt das Kopfteil 30 eine umlaufende Nut, die als Dichtungsaufnahme 34 einen O-Ring aufnehmen kann. An seinem dem Anschlussstück 31 abgewandten Ende trägt das Kopfteil 30 einen zylindrischen Ansatz 35, der eine Innenaufnahme für das Tragteil 40 umschließt. Dabei ist der Innenquerschnitt des Ansatzes 35 auf den Außenquerschnitt des Tragteils 40 angepasst.
-
Das Fußteil 20 weist wiederum ein Anschlussstück 21 auf, das mit einer ebenen Aufstandsfläche 22 versehen ist. Die Aufstandsfläche 22 steht senkrecht zur Mittellängsachse des Tragteils 40. An das Anschlussstück 21 schließt sich über einen Übergangsabschnitt 24 ein Stützabschnitt 25 an. Der Stützabschnitt 25 umschließt eine Innenaufnahme, in die das Tragteil 40 eingesetzt ist. Dabei ist wiederum die Innenaufnahme in ihrem Querschnitt an die Außengeometrie des Tragteils 40 angepasst ausgebildet.
-
Zur Montage der in den 3 und 4 gezeigten Baueinheit wird zunächst in das Fußteil 20 ein Isolierstück 50 in Form einer Scheibe bestehend aus Silikonmaterial oder EPDM eingelegt. Dabei wird zwischen dem Isolierstück 50 und der zugewandten Bodenfläche im Fußteil 20 eine dünne Schicht aus flüssigem Silikonmaterial aufgestrichen, um eine luftdichte Verbindung zwischen Isolierstück 50 und Fußteil 20 zu garantieren. Anschließend wird das Tragteil 40 an seinem Außenumfang im Bereich seiner Einsatzlänge in die Innenaufnahme des Stützabschnittes 25 mit einem Kleber bestrichen. Das aus Metall bestehende Fußteil 20 ist maßlich so dimensioniert, dass ein Presssitz zwischen Tragteil 40 und Stützabschnitt 25 vorhanden ist. Aus diesem Grund wird vor der Montage das Fußteil 20 erwärmt. Es dehnt sich dann aus, sodass das Tragteil 40 weitgehend kraftlos in den Stützabschnitt 25 gefügt werden kann. Dann verbindet sich das Tragteil 40 über die Klebeschicht formschlüssig mit dem Fußteil 20.
-
Wie 4 erkennen lässt, ist das Tragteil 40 so in den Stützabschnitt 25 eingesetzt, dass das Isolierstück 50 komprimiert wird. Damit wird eine luftdichte Verbindung in diesem Bereich zwischen der Stirnseite des Tragteils 40 und dem Isolierstück 50 hergestellt.
-
Anschließend wird das Kopfteil 30 angekoppelt. Hierzu wird wieder ein Isolierstück 50 in Form einer Silikonscheibe in den Ansatz 35 eingeklebt. Anschließend wird das Kopfteil 30 erwärmt und über das mit Klebstoff bestrichene Tragteil 40 gestülpt. Anschließend wird das Kopfteil 30 zur Bildung einer Pressverbindung zwischen dem Außenumfang des Tragteils 40 und der Innenfläche 36 des Ansatzes 35 abgekühlt. Während des Abkühlvorganges und der einsetzenden Verklebung zwischen den Fügepartnern wird ein Montagedruck aufrechterhalten, der garantiert, dass die offene Stirnseite des Tragteils 40 das Isolierstück 50 zur Bildung einer dichten Verbindung komprimiert.
-
Die gemäß 3 bzw. 4 hergestellte Baueinheit wird anschließend in eine Form gegeben und darin mittels Gießharz ummantelt. Das Gießharz bildet dann den Isoliermantel 10.
-
5 zeigt die Bodenansicht der Baugruppe gemäß den 3 und 4. Wie diese Darstellung erkennen lässt, sind zwei Bohrungen vorgesehen, die Eintrittsöffnungen für das Gießharz bilden, das in die Gießform eingebracht wird.
-
Im Bereich der Eintrittsöffnungen 23 bilden sich Angüsse 14, wie dies die 2 erkennen lässt. Diese Angüsse 14 schließen die Eintrittsöffnungen 23 dicht ab. Um 90° versetzt zu den Eintrittsöffnungen 23 sind in dem Fußteil 20 Befestigungsaufnahmen 27 in Form von Bohrungen vorgesehen. Über diese Befestigungsaufnahmen 27 kann das Fußteil 20 mit einer Dachbaugruppe des Schienenfahrzeugs verschraubt werden.
