DE102012002748A1

DE102012002748A1 - Vorrichtung und Verfahren für das wahlfreie motorische Positionieren von Stangenstromabnehmern eines Oberleitungsfahrzeuges

Info

Publication number: DE102012002748A1
Application number: DE201210002748
Authority: DE
Inventors: Jan Messerschmidt
Original assignee: DIALOGIKA GES fur ANGEWANDTE INFORMATIK MBH; Dialogika Gesellschaft fur Angewandte Informatik Mbh
Current assignee: Libroduct & Co Kg De GmbH
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: DE102012002748B4

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung für das wahlfreie motorische Positionieren von Stangenstromabnehmern eines Oberleitungsfahrzeuges bestehend aus motorisch angetriebenen Seilwinden mit regelbarer Kraft und gegebenenfalls einem zusätzlichen Drehaktor. Dabei greifen die Seile der Seilwinden bei nur einer Seilwinde von der Mitte, oder, bei zwei Seilwinden, von den Seiten des Fahrzeugdaches aus an den hinteren Teil des Stangenstromabnehmers und bewegen diesen gemäß der an den Winden beaufschlagten Energie. Als Gegenkraft wirkt die Kraft der Anpressfeder des Stangenstromabnehmers. Der bei zwei Winden fakultativ, bei einer Winde obligatorisch vorhandene Drehaktor wird insbesondere dazu benutzt, um die weiter außen liegenden Positionen des Stangenstromabnehmers anfahren zu können, bei denen sich der Anlenkpunkt der Seilwinden am Stangenstromabnehmer außerhalb des Bereichs zwischen den Seilwinden befindet.

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung bestehend aus einer oder mehreren motorisch betriebenen Winden und gegebenenfalls einem Drehaktor, mit der ein ansonsten im Wesentlichen marktüblicher Stangenstromabnehmer eines Oberleitungsfahrzeuges und damit der an seiner Spitze befindliche Schleifschuh an eine in weiten Maßen beliebige, vorgegebene Zielposition und damit insbesondere an die Oberleitung punktgenau und mit relativ hoher Positioniergeschwindigkeit bewegt werden kann.
Elektrisch betriebene Fahrzeuge haben viele Vorteile im Vergleich zu solchen, die primär ihre Energie aus Verbrennungsmotoren beziehen. Da die bekanntlich weitgehend CO₂-freie Erzeugung von Strom mittels Brennstoffzellen wie auch die Speicherung von elektrischer Energie in ausreichender Menge, insbesondere für die Versorgung des öffentlichen Personen- und des Lastverkehrs, nach wie vor nicht hinreichend effizient möglich sind, stellt die Stromversorgung über Ober- oder sonstige Leitungen beziehungsweise Stromschienen eine wichtige Alternative dar.
Bei spurgebundenen Fahrzeugen wie Eisenbahnen oder Straßenbahnen sind die schon seit über hundert Jahren bekannten Verfahren ausreichend praxistauglich und weit verbreitet. Bei nicht spurgebundenen Fahrzeugen, insbesondere bei den Elektrobussen, die auch als Obusse, Oberleitungsbusse oder Trolleybusse bezeichnet werden, sind bei den bekannten Verfahren jedoch die Einschränkungen so groß, dass in vielen Städten sogar existierende Obus-Systeme rückgebaut und durch dieselbetriebene Busse ersetzt wurden. Die wichtigste Einschränkung bekannter Trolleybus-Verfahren besteht in der mangelnden Flexibilität, das heißt der fehlenden oder nur mit unverhältnismäßigem Aufwand zu erreichenden Möglichkeit, den Trolleybus kurzzeitig auch ohne Oberleitung zu betreiben. Diese Möglichkeit jedoch erfordert unter anderem eine bisher nicht gegebene Funktion der punktgenauen, schnellen und in einem größeren Bereich wahlfreien motorischen Positionierung der Stangenstromabnehmer.
Trolleybusse werden primär über zweipolige Leitungssysteme in Form von Oberleitungen mit Energie versorgt. Diese Leitungen werden mit einer für jedes Streckennetz individuell definierten Höhen- und Seiten-Toleranz grundsätzlich mittig über der vorgesehenen Spur geführt, in der konkreten Verkehrssituation kann aber auch eine Abweichung um mehrere Meter auftreten.
Aus diesem Grund können Stangenstromabnehmer sich an ihrem Befestigungspunkt an der Basis um eine Vertikalachse drehen und zusätzlich über ein auch nahe der Basis befindliches Gelenk vertikal schwenken und damit in der seitlichen Position und in der Höhe, relativ zum Fahrzeug, variiert werden.
Die aktuelle Abweichung von der mittigen Idealposition ist beim Andrahten, das heißt beim Verbinden des am Ende des Stangenstromabnehmers angebrachten Schleifschuhs mit der Oberleitung, zu berücksichtigen. Das Andrahten wird bisher grundsätzlich manuell über an den Stangenstromabnehmern angebrachte Seile im Stand vorgenommen.
Ausnahmen von dieser Regel können nur in den Fällen gemacht werden, in denen sichergestellt werden kann, dass sich das Fahrzeug an einer definierten Stelle und dort exakt mittig, das heißt in einem stark reduzierten Toleranzbereich, unter der Oberleitung befindet, die zudem noch im entsprechenden Abschnitt mit einer als Trichter bezeichneten Einspurhilfe versehen ist. Diese Situation wird als halbautomatisches Andrahten bezeichnet.
Für ein motorisches Andrahten für den Fall, dass das Fahrzeug sich möglicherweise auch in einem erweiterten Toleranzbereich befindet, ist damit insbesondere eine Vorrichtung notwendig, die eine gesteuerte Bewegung der Stangenstromabnehmer und damit eine punktgenaue Positionierung des an seiner Spitze befestigten Schleifschuhs in einem weiteren Bereich erlaubt. Dieser Schleifschuh ist üblicherweise U-förmig ausgebildet und seinerseits wieder um eine vertikale und eine horizontale Achse schwenkbar, um nach dem Verlauf der Oberleitung ausgerichtet werden zu können.
Für das motorische Andrahten von Stangenstromabnehmern sind aktuell ausschließlich pneumatische Aktoren in Gebrauch, die auch lediglich in der oben beschriebenen Situation mit dem stark reduzierten Toleranzbereich zum Einsatz kommen, was auch halbautomatisches Andrahten genannt wird ( EP 0 015 854 ). Diese Aktoren bilden zum einen die regelbare Gegenkraft gegen die Anpressfedern, die den Stangenstromabnehmer permanent vertikal nach oben drücken oder ziehen. Durch Erhöhen oder Erniedrigen der genannten Gegenkraft kann der Stangenstromabnehmer gesenkt oder hochgefahren werden. Zum anderen sorgt ein weiteres pneumatisches Drehaktorsystem für die, in der Regel mittige, Ausrichtung des Stangenstromabnehmers um die Vertikalachse.
Für das Abdrahten, beziehungsweise insbesondere für das Einholen eines entgleisten Stangenstromabnehmers, kommt neben der Bewegung über genau diese pneumatischen Aktoren alternativ auch traditionell das Retriever-Verfahren zur Anwendung. Bei diesem in EP 0 224 983 beschriebenen Verfahren holt der Retriever, ein Federspeicher, beim Auslösen durch eine besonders schnelle Vertikalbewegung des Stangenstromabnehmers ein an diesem angebrachtes Seil ein und befördert ihn damit in eine gesenkte und mittig ausgerichtete Position.
Die genannten Verfahren sind jedoch nicht dafür vorgesehen, den Stangenstromabnehmer und damit den Schleifschuh in eine für den erweiterten Toleranzbereich benötigte beliebige Position zentimetergenau zu bewegen. Wegen der notwendigerweise basisnahen Anlenkpunkte der Aktoren und dem hohen Trägheitsmoment und der Biegeelastizität der Stangenstromabnehmer wäre eine zentimetergenaue Positionierung zudem auf diese Weise nur mit einer vergleichsweise geringen Positioniergeschwindigkeit und damit insbesondere nicht während der Fahrt möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu beschreiben, mit der das schnelle und wahlfreie motorische Positionieren von Stangenstromabnehmern eines Oberleitungsfahrzeuges realisiert werden kann.
Bezogen auf einen einzelnen Stangenstromabnehmer wird die Aufgabe durch eine oder zwei regelbar motorgetriebene Seilwinden und beziehungsweise oder einen Drehaktor, der insbesondere pneumatisch betrieben sein kann, gelöst.
Das Seil der Winde beziehungsweise die Seile der Winden sind mit der Stange des Stangenstromabnehmers verbunden, auf den in dessen Basis auch der fakultativ vorhandene Drehaktor wirkt.
In der Konstellation mit zwei Winden und einem Drehaktor sind die Winden zur Erhöhung der Hebelwirkung möglichst nahe zu den Außenseiten, etwa im hinteren, seitlich äußeren Bereich des Dachs des Fahrzeuges angebracht, so dass die Winden und der Befestigungspunkt der Seile an der Stange im angehobenen Zustand in Form eines möglichst großen Dreiecks angeordnet sind. Damit reduziert sich auch der Einfluss des Biegemomentes der Stange.
Auf den Stangenstromabnehmer wirkt ansonsten permanent die Kraft der zugehörigen Anpressfeder beziehungsweise des Anpressfedersystems. Gegen diese Kraft, mit der im angedrahteten Zustand der Kontakt zwischen Schleifschuh und Oberleitung aufrechterhalten wird, wirkt während des Positionierens die Kraft der Winden, indem sie die Seile geeignet einholen, das heißt zurückziehen. Dadurch kann der Befestigungspunkt der Seile und damit der Stangenstromabnehmer selbst beliebig positioniert werden, solange der durch den Befestigungspunkt und damit der Spitze des genannten Dreiecks definierte Lotfußpunkt sich echt innerhalb des durch die Basis des Dreiecks definierten Bereichs befindet, also zwischen den Positionen der Winden (spitzwinkliges Dreieck).
Insbesondere um darüber hinaus weiter ausgeschwenkte Positionen ansteuern zu können, kann der genannte Drehaktor hinzukommen, der auf den Stangenstromabnehmer eine zusätzliche Kraft zum seitlichen Ausschwenken ausübt. Der Drehaktor ist dazu an der Basis des Stangenstromabnehmers und derart angeordnet, dass er eine Drehkraft auf die Vertikalachse des Stangenstromabnehmers ausüben kann. Damit ist es auch möglich, dass die Winden und der Befestigungspunkt ein Dreieck bilden, bei dem die Spitze außerhalb des Bereichs liegt, der durch die Winden begrenzt wird. Ähnlich wie die Anpressfeder für die Vertikalbewegung braucht der Drehaktor aber auch nur eine relativ grob bemessene, elastische nach außen wirkende Kraft auszuüben, da erst die von den Seilwinden ausgeübte fein geregelte Gegenkraft den Stangenstromabnehmer an die definierte Zielposition bringt. Ohne Drehaktor kann der Befestigungspunkt am Stangenstromabnehmer entsprechend auch nur im Rahmen des spitzwinkligen Dreiecks positioniert werden. Bei Einsatz eines Drehaktors, jedoch mit entsprechend feiner Regelbarkeit, ist umgekehrt aber auch eine Konstellation mit pro Stangenstromabnehmer nur einer Winde, die dann auch eher im Bereich der Fahrzeuglängsachse angebracht ist, möglich.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Die bis zeigen die Verwendung der Erfindung im Kontext eines Oberleitungsbusses.
zeigt dazu die mechanischen Komponenten, die aus zwei Seilwinden und einem Drehaktor in Form eines doppelt wirkenden Linearaktors bestehen, im Zusammenhang mit dem Dach des Obusses in der Rückansicht.
zeigt dieselbe Situation in der Draufsicht.
zeigt die Einbindung eines Drehaktors, der unter Verwendung eines einfach wirkenden Linearaktors aufgebaut ist, in der Seitenansicht.
zeigt die Situation von , jedoch in der Sicht von unten.
Beschrieben wird die Situation zunächst für einen der beiden Stangenstromabnehmer in beziehungsweise .
Der Stangenstromabnehmer (1) mit dem an seiner Spitze angebrachten Schleifschuh (2) ist über ein Horizontaldrehgelenk (10) mit einer senkrechten Achse (4) verbunden. Diese wird in einem Drehlager (11) geführt, und damit kann sich der Abnehmer auch um diese Vertikalachse drehen. Das Drehlager (11) ist mit dem Wagendach (7) starr verbunden.
Durch die Anpressfeder (5) wird auf den Stangenstromabnehmer eine elastische Kraft ausgeübt, die umso geringer ist, je starker er angehoben ist. Im Befestigungspunkt (9) der Seile (6) der Winden (3) wirkt sie senkrecht zur gedachten Achse durch den Stangenstromabnehmer und den Horizontaldrehpunkt nach oben.
Zusätzlich wird durch die beiden zur Erfindung gehörenden Winden (3) links und rechts über die beiden Seile (6) auf den Befestigungspunkt (9) und damit auf den Stangenstromabnehmer (1) eine ebenfalls elastische Kraft entsprechend der geregelten Energieeinspeisung in Richtung zur jeweiligen Winde ausgeübt. Durch den in diesem Beispiel pneumatischen Drehaktor (8), der die weitere Komponente der Erfindung darstellt, wird auf die durch das Drehgelenk (11) geführte Vertikalachse (4) im Bereich der Basis des Stangenstromabnehmers eine wiederum elastische und in Stärke und Orientierung regelbare Drehkraft ausgeübt, die entsprechend im genannten Befestigungspunkt (9) nach links oder nach rechts wirkt. Die Positionen der Winden (3) und des Befestigungspunktes (9) sind so gewählt, dass sie im angehobenen Zustand die Ecken eines möglichst großen Dreiecks bilden.
Die in und dargestellte Variante unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen dadurch, dass der Drehaktor auf der Basis eines lediglich einfach wirkenden, zum Beispiel pneumatisch betriebenen Linearaktors (8) aufgebaut ist, welcher angeordnet ist zwischen dem Widerlagerzapfen (13), der auf einer starren Montageplatte (15) befestigt ist, und dem Kurbelzapfen (14), der auf einer auf der Vertikalachse (4) angebrachten Kurbel (12) sitzt. Diese Teile bilden in diesem Fall zusammen mit dem genannten Linearaktor den Drehaktor.
In dieser Variante ist die durch den Drehaktor ausübbare Drehkraft in Mittelstellung der Kurbel gleich Null. Bei Auslenkung aus dieser Mittelstellung, die grundsätzlich auch die Mittelstellung bezüglich Horizontaldrehung des Stangenstromabnehmers bildet, wird bei vorgegebener konstanter Druckluftbeaufschlagung, das heißt fixer Kraft des Linearaktors, eine zunächst mit steigender Auslenkung stärker werdende Kraft in Richtung der Auslenkung ausgeübt, ab einem gewissen Punkt, dieser bildet den Beginn des Arbeitsbereichs der Zielpositionen, nimmt er jedoch bei steigender Auslenkung wieder ab.
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 Patentliteratur

EP 0015854 [0009]
EP 0224983 [0010]

Claims

Vorrichtung für das Positionieren von Stangenstromabnehmern (1) eines für den Betrieb an mindestens einer Oberleitung ausgelegten Fahrzeuges dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine am Fahrzeug angebrachte motorisch betriebene Seilwinde (3) mit regelbarer Kraft umfasst, deren Seil mit der Stange (1) eines Stangenstromabnehmer des Fahrzeuges (7) so verbunden ist, dass sie, insbesondere in Normalstellung des Stangenstromabnehmers, eine wirksame Bewegungskraft auf die Stange ausüben kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie auch mindestens einen am Fahrzeug angebrachten regelbaren motorischen Drehaktor (8 mit 12, 13 und 14) umfasst, der auf die vertikale Drehachse (4) des Stangenstromabnehmers wirkt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie sogar mindestens zwei motorisch betriebene Seilwinden (3) mit regelbarer Kraft umfasst, die so an der Stange eines Stangenstromabnehmers angebracht sind, dass die Seile, insbesondere in Normalstellung des Stangenstromabnehmers, eine in Fahrtrichtung gesehen nach links-unten beziehungsweise nach rechts-unten orientierte wirksame Kraft auf die Stange ausüben können.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich einen durch einen Linearaktor (8) und eine Kurbel (12) gebildeten Drehaktor umfasst, wobei der Linearaktor mit seiner einen Seite mit einem festen Punkt am Fahrzeug, dem Widerlagerzapfen (13), und mit der anderen, über den Kurbelzapfen (14), mit einer an der Vertikalachse (4) des Stangenstromabnehmers angebrachten Kurbel (12) derart verbunden ist, dass der Kurbelzapfen in einer Grundposition des Stangenstromabnehmer sich in der 0°- oder 180°-Stellung im Verhältnis zum Widerlagerzapfen befindet, so dass bei jedem Drehen nach links oder rechts aus dieser Grundstellung heraus die durch den Aktor ausübbare Linearkraft als Drehkraft verstärkend auf weiteres Drehen wirkt.
Verfahren zum Positionieren eines Stangenstromabnehmers (1) eines für den Betrieb an mindestens einer Oberleitung ausgelegten Fahrzeugs mit einer Winde mit regelbarer Kraft, deren Seil mit der Stange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Winde (3) ausgeübte Kraft in Zusammenwirkung mit einer gleich- oder andersartig erzeugten regelbaren Kraft und der nach oben wirkenden elastischen Kraft der Anpressfeder (5) des Stangenstromabnehmers derart Positionierkräfte auf diesen ausübt, dass als Reaktion auf die wirkenden Kräfte der Stangenstromabnehmer und damit insbesondere der an dessen Spitze befindliche Schleifschuh (2) in Richtung auf die zuvor bestimmte, in weiten Bereichen beliebige Zielposition bewegt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß Anspruch 2 oder 4 ausgeführte Drehaktor (8 mit 12, 13 und 14) ein Positionieren auf eine vorgegebene Zielposition auch dann ermöglicht, wenn in der Ausgangssituation alle zur Seite wirkenden Kraftkomponenten der durch die Windenseile ausgeübten Kräfte in die der Zielposition entgegengesetzten Richtung weisen.
Verfahren gemäß Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß Anspruch 4 ausgeführte Drehaktor (8 mit 12, 13 und 14) erst ab dem Auslenkungsgrad mit Energie beaufschlagt wird, ab dem bei konstanter Kraft des Linearaktors (8) die ausgeübte Drehkraft mit Wachsen der Auslenkung wieder abnimmt, und bis zu diesem Grad die seitliche Auslenkung ausschließlich über die von den Seilwinden (3) erzeugten Kräfte erfolgt.