DE102011089688B4

DE102011089688B4 - Stromabnehmersystem mit elektrischer Leitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011089688B4
Application number: DE102011089688.0A
Authority: DE
Inventors: Guntram Fleischhauer
Original assignee: Schunk Bahn und Industrietechnik GmbH Germany
Current assignee: Schunk Transit Systems GmbH Germany
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: DE102011089688A1

Abstract

Stromabnehmersystem bestehend aus beweglichen und festen Baugruppen, mit einer elektrischen Leitungsvorrichtung (2), die zwischen den beweglichen Baugruppen und den festen Baugruppen des Stromabnehmersystems angeordnet ist und die einen flexiblen Stromleiter (4) und eine als Schmelzsicherung (6) ausgeführte Überstromschutzeinrichtung aufweist, wobei
der flexible Stromleiter (4) und die Schmelzsicherung (6) eine flexible, kabelförmige bauliche Einheit (2) bilden, die die Funktion der Stromübertragung mit einer elektrischen Absicherung vereint, wobei die elektrische Leitungsvorrichtung (2) für Nennstromstärken bis zu 2 kA und Nennspannungen von etwa 750 Volt ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Leitungsvorrichtung (2) einen Sicherungsabschnitt ausbildet, in welchem der flexible Stromleiter einen verringerten Leiterquerschnitt (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromabnehmersystem mit einer elektrischen Leitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Dabei ist die elektrische Leitungsvorrichtung zwischen beweglichen Baugruppen und festen Baugruppen des Stromabnehmersystems angeordnet. So ist eine Stromübertragung beispielsweise zu Überbrückung von Gelenkverbindungen mit gleichzeitiger elektrischer Absicherung des Stromkreises möglich. Als besonders geeignet erweist sich der Einbau der erfindungsgemäßen elektrischen Leitungsvorrichtung in ein Stromabnehmersystem mit einer Stromzuführung über eine Stromschiene (dritte Schiene).
Flexible elektrische Leiter finden in Verbindung mit einer als Schmelzsicherung ausgeführten Überstromschutzeinrichtung zur Absicherung elektrischer Stromkreise überall dort Verwendung, wo mobile oder beweglich miteinander verbundene Teile einer elektrischen Anlage mit Energie versorgt werden müssen oder wo elektrische Leitungen nicht fest verlegt werden können. Beispiele hierfür sind Stromversorgungssysteme aus dem Bereich der Fahrzeug- und der Bahntechnik.
So geschieht die Einbindung des Fahrzeuggenerators und der Energiespeicher in das Energiebordnetz eines Automobils vornehmlich über flexible elektrische Leitungen, die mit entsprechenden Überstromschutzeinrichtungen abgesichert sind. Dabei befinden sich die Sicherungen oder der angeschlossene Verbraucher in der Regel räumlich getrennt von der Stromeinspeisestelle, wobei elektrische Sicherungen dabei meist zentral in einer Sicherungsbox angeordnet sind. Tritt in dem elektrisch nicht abgesicherten Kabelabschnitt zwischen der Stromeinspeisestelle und einer räumlich entfernt angeordneten Anschlussstelle, z.B. der Sicherungsbox, ein Kurzschluss zur Fahrzeugmasse auf, so kann ein beträchtlicher Kurzschlussstrom über die Zuleitung fließen und schlimmstenfalls einen Kabelbrand auslösen.
Um diesen Gefahren vorzubeugen, ist in der Offenlegungsschrift DE 39 13 712 A1 sowie in der Patentschrift DE 41 16 983 C2 eine elektrische Sicherungseinrichtung für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen worden, bei der eine Schmelzsicherung in das Verbindungskabel zwischen Batterie und Verbraucher eingesetzt ist. Dabei ist der Schmelzleiter in einem starren, zylindrisch geformten Gehäuse angeordnet, das in besonderer Weise gasdicht ausgeführt ist ( DE 39 13 712 A1 ) oder eine Zugentlastung aufweist ( DE 41 16 983 C2 ).
Die Druckschrift US 1 947 503 A beschreibt Schutzmaßnahmen für ein aufwickelbares Versorgungskabel (Schleppkabel) einer elektrischen Grubenlokomotive, welches auf einer Trommel aufgerollt ist. Das Schleppkabel besitzt eine Kupplung (Gehäuse), mittels der es über den aus leitfähig gebildetem Material ausgebildeten Haken an einer Stromzuführung beweglich befestigt werden kann. In dem Gehäuse ist eine Sicherung angeordnet.
Aus dem Anwendungsbereich der Bahntechnik ist aus der US-Patentschrift US 3 740 498 ein Stromabnehmersystem für eine dritte Schiene bekannt, das einen flexiblen Stromleiter zwischen Schleifstück und der feststehenden Baugruppe des Stromabnehmersystems zeigt, wobei der flexible Stromleiter über eine Stromschiene mit einer konventionellen, an der festen Baugruppe angeordneten elektrischen Sicherung verbunden ist. Die internationale Veröffentlichung WO 2007/050183 A1 (entspricht der europäischen Veröffentlichung EP 1943123 ) zeigt einen Stromabnehmer mit einer Sicherungsbox, in die ein Fahrgestellkabel über eine schraubbare Hülse eingeführt ist und dadurch einen schnellen Austausch des Sicherungselementes ermöglicht.
Bei letztgenannten Stromabnehmersystemen stellen die Sicherungselemente stets separate bauliche Einheiten dar, die außerhalb der flexiblen Kabelstrecke in den Stromkreis geschaltet sind und einen deutlichen konstruktiven und wirtschaftlichen Mehraufwand bedeuten. Selbst die oben aus dem Bereich der Automobiltechnik vorgeschlagenen Lösungen sind trotz des Einbaus der Sicherungseinrichtung in das Kabel mit Nachteilen behaftet, da sie einen aufwändigen konstruktiven Aufbau der in die elektrische Leitung eingefügten Sicherungseinrichtung aufweisen und wegen des starr ausgeformten Sicherungsgehäuses die Beweglichkeit der Zuleitung stark eingeschränkt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Stromabnehmersystem mit einem flexiblen Stromleiter und einer als Schmelzsicherung ausgeführten Überstromschutzeinrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die Funktion der flexiblen elektrischen Verbindung und die elektrische Sicherungsfunktion in konstruktiv einfacher Weise auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten und in beengten Installationsumgebungen erfüllt werden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die elektrische Leitungsvorrichtung einen Sicherungsabschnitt ausbildet, in welchem der flexible Stromleiter einen verringerten Leiterquerschnitt aufweist.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht darauf, die beiden Baugruppen flexibler Stromleiter und Sicherungseinrichtung weitest möglich miteinander zu integrieren, den konstruktiven und wirtschaftlichen Aufwand damit zu senken und insbesondere auf den Einbau einer separat angeordneten Sicherungsbox verzichten zu können. Erfindungsgemäß ist daher die gesamte Anordnung durchgängig als flexible, kabelförmige bauliche Einheit ausgebildet, die sowohl die Funktion als flexibler Stromleiter als auch die Funktion eines Sicherungselements erfüllt. Auf Grund der durchgängigen Ausgestaltung als flexibles, kabelförmiges Bauteil sind der fertigungstechnische Aufwand und die Montagekosten im Vergleich zu einer Ausführung mit separaten Baugruppen weitaus geringer. Zudem erlaubt diese Ausgestaltung eine unproblematische Kabelverlegung auch mit kleinen Biegeradien und bei beengten Einbauverhältnissen.
Die elektrische Leitungsvorrichtung weist mindestens einen Leitungsabschnitt und einen Sicherungsabschnitt mit elektrischer Sicherungsfunktion auf. Das Bauteil besteht somit aus mindestens einem Leitungsabschnitt, der wie eine konventionelle elektrische Leitung aus geflochtener Kupferlitze ausgeführt sein kann, und einem Sicherungsabschnitt, der einen Schmelzleiter zur Unterbrechung des Stromflusses im Falle eines Überstroms aufweist. Dabei kann der Sicherungsabschnitt an beliebiger Stelle angeordnet sein, also beispielsweise zwischen zwei Leitungsabschnitten oder nur einseitig begrenzt von einem Leitungsabschnitt an einem Leitungsende.
Der Sicherungsabschnitt ist erfindungsgemäß durch den flexiblen Stromleiter mit verringertem Leiterquerschnitt gebildet. In dem Sicherungsabschnitt arbeitet der flexible Stromleiter als Schmelzleiter, wobei der Leiterquerschnitt des Leitungsabschnitts weitgehend nahtlos in einen verringerten Leiterquerschnitt übergeht. Infolge des verringerten Leitungsquerschnitts und der damit verbundenen erhöhten Stromdichte wirkt diese Strecke als elektrische Sicherung, die bei Überschreiten einer bestimmten Stromstärke den Stromkreis auftrennt. Eine Querschnittsverringerung kann beispielsweise durch Pressen der geflochtenen Kupferlitze oder durch Umformverfahren wie Drahtziehglühen bewerkstelligt werden.
Alternativ zu einer reinen Leiterquerschnittsverringerung könnte der Sicherungsabschnitt aus einer eingearbeiteten Baugruppe mit Schmelzleiter bestehen. In diesem Fall ist es möglich, das Auslöseverhalten der elektrischen Sicherungsfunktion durch gezielte Auslegung des Schmelzleiters an den jeweiligen Einsatzzweck anzupassen. Dies kann durch bestimmte Formgebung oder durch eine bestimmte Materialwahl des Schmelzleiters geschehen.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung weist die elektrische Leitungsvorrichtung eine flexible Schutzummantelung mit Isolierkörper auf. Die flexible Schutzummantelung umgibt einen Isolierkörper, der beispielsweise aus Quarzsand besteht und den Schmelzleiter aufnimmt. Die flexible Schutzummantelung gibt dabei die äußere kabelförmige Gestalt des erfindungsgemäßen Bauteils vor. In vereinfachter Ausführung kann die Schutzummantelung unmittelbar den Leitungs- und Sicherungsabschnitt umgeben und auf diese Weise gleichzeitig die Funktion des Isolierkörpers erfüllen.
Mit Vorteil weist die elektrische Leitungsvorrichtung endseitig elektrische Anschlusseinrichtungen auf. Die Anschlusseinrichtungen können beispielsweise als Anschlussösen ausgeführt sein, um die elektrische Verbindung mit weiteren elektrischen Aggregaten, z.B. mit Batteriepolen oder mit Stromabnehmeranschlüssen, herzustellen.
Das Stromabnehmersystem ist erfindungsgemäß für Nennstromstärken bis zu 2 kA und Nennspannungen von etwa 750 Volt ausgelegt und könnte für den Einsatz im Bereich der Bahntechnik verwendet werden, insbesondere, wenn das Stromabnehmersystem zur Stromzuführung über eine Stromschiene ausgeführt ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand eines Beispiels erläutert.
Die 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Leitungsvorrichtung 2, wie sie bei der Stromübertragung zwischen beweglichen Baugruppen eines Stromabnehmers und fest installierten Baugruppen eines Schienenfahrzeugs oder zwischen der Batterie und räumlich entfernt angeordneten Aggregaten eines Automobils zum Einsatz kommen kann. Die erfindungsgemäße Leitungsvorrichtung 2 besteht in dieser Ausführungsform aus zwei elektrischen Leitungsabschnitten 4, zwischen denen ein Sicherungsabschnitt 6 angeordnet ist. Der Sicherungsabschnitt 6 weist einen gegenüber dem Leiterquerschnitt 7 in den Leitungsabschnitten 4 verringerten Querschnitt 8 auf und erfüllt die Funktion eines Schmelzleiters. In diesem Bereich vollzieht sich bei einer Überstrombelastung die Auftrennung des Stromkreises. Dabei kann der verringerte Leiterquerschnitt 8 in dem Sicherungsabschnitt 6 durch einfache Verjüngung des Leiterquerschnitts 7 der Leitungsabschnitte 4 erfolgen. Möglich ist aber auch der Einbau spezieller an die jeweiligen Strom- und Spannungsverhältnisse angepasster Schmelzleiter in den Sicherungsabschnitt 6.
Ein im Auslösefall entstehender Lichtbogen wird durch den Isolierkörper 12 gelöscht. Dabei kann der Isolierkörper 12 über die Leitungsvorrichtung 2 in ihrer gesamten Länge aus dem gleichen Material bestehen, er kann aber auch im Bereich des Sicherungsabschnitts 6 aus einem besonders zur Löschung eines Lichtbogens geeigneten Stoff, z.B. Quarzsand ausgebildet sein.
Der Isolierkörper 12 ist weiterhin von einer flexiblen Schutzummantelung 14 umgeben. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Schutzummantelung 14 gleichzeitig als Isolierkörper 12 ausgebildet ist und sowohl formgebend für die äußere Gestalt ist, als auch die Isolierfunktion übernimmt. In diesem Fall kann die als Isolierkörper 12 dienende Schutzummantelung 14 beispielsweise extrudiertes Silikon sein.
An einem Ende der Leitungsvorrichtung 2 ist eine elektrische Anschlusseinrichtung 16 in Form einer Anschlussöse zur Kontaktierung elektrischer Betriebsmittel angebracht.

Claims

Stromabnehmersystem bestehend aus beweglichen und festen Baugruppen, mit einer elektrischen Leitungsvorrichtung (2), die zwischen den beweglichen Baugruppen und den festen Baugruppen des Stromabnehmersystems angeordnet ist und die einen flexiblen Stromleiter (4) und eine als Schmelzsicherung (6) ausgeführte Überstromschutzeinrichtung aufweist, wobei der flexible Stromleiter (4) und die Schmelzsicherung (6) eine flexible, kabelförmige bauliche Einheit (2) bilden, die die Funktion der Stromübertragung mit einer elektrischen Absicherung vereint, wobei die elektrische Leitungsvorrichtung (2) für Nennstromstärken bis zu 2 kA und Nennspannungen von etwa 750 Volt ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitungsvorrichtung (2) einen Sicherungsabschnitt ausbildet, in welchem der flexible Stromleiter einen verringerten Leiterquerschnitt (8) aufweist.
Stromabnehmersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitungsvorrichtung (2) eine flexible Schutzummantelung (14) mit Isolierkörper (12) aufweist.
Stromabnehmersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektrische Leitungsvorrichtung (2) endseitig angeordnete elektrische Anschlusseinrichtungen (16) aufweist.