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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 B1 . 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.
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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 B1 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.
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In
CH 558 265 A ist zudem eine Anordnung beschrieben, bei der statt einer Feder ein elektrischer Motor für das Einholen des Seils benutzt wird. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass damit im Wesentlichen nur die Elevation beeinflusst wird.
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In einer weiteren Patentanmeldung, nämlich
DE 125 555 A , wird zudem eine Anordnung beschrieben, bei der ein Seil einen Stromabnehmer (der jedoch auch lediglich die Eigenschaften eines Pantographen aus dem Schienenbereich widerspiegelt) in Elevationsrichtung bewegt und ein zweites in Rotationsrichtung. Letzteres greift jedoch an der Basis an, so dass das bei Stangenstromabnehmern gegebene Problem des Schwingens der Stange nicht gelöst wird. In
DE 125 555 A ist dies unproblematisch, da es nur um den Kontakt zwischen Pantograph und Oberleitung geht, was eine ungleich höhere Toleranz bei der Positionierung erlaubt als im Fall des Stangenstromabnehmers.
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In der weiteren Patentanmeldung
DE 137 191 A , in der auch eine Anordnung von mittels Seilen bewegten Stromabnehmern beschrieben wird, wird auch ein zweites Seil benutzt, das in diesem Fall aber nur für eine Relativbewegung, nämlich den horizontalen Abstand zwischen zwei Stangen, zuständig ist, bei der es zudem nicht auf exakte Maße ankommt. Damit ist
DE 137 191 A für eine zentimetergenaue Positionierung ungeeignet.
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Das zuvor genannte Problem des Schwingens wird in der hier beschriebenen Erfindung hingegen dadurch gelöst, dass zwei Seile an einem relativ weit am Ende der Stange liegenden Punkt befestigt sind, wobei ein wesentlicher Unterschied zu
DE 125 555 A genau wie zu
DE 137 191 A auch darin besteht, dass hier beide Seile sowohl Elevations- wie Rotationsaufgaben erfüllen.
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Auch in
FR 2 540 801 A1 wird eine Anordnung beschrieben, bei der zwei Aktoren einen Stromabnehmer, der eine Mischung aus Pantograph und Stangenstromabnehmer darstellt, in Elevations- und Rotationsrichtung bewegen können. In diesem Fall jedoch nicht mit Seilen, sondern mit Hydraulik oder direkt-motorisch realisiert. Wichtiger Unterschied auch hier, dass der Angriffspunkt für die Rotationskraft nicht die Stange, sondern die Basis ist, so dass - zumindest in dieser Dimension - die Stange komplett frei schwingen kann, was insbesondere das Andrahten während der Fahrt deutlich erschwert, wenn nicht sogar verhindert. Auch der Aktor für die Elevation kann bei
FR 2 540 801 A1 nur an einem - was die Verhinderung von Schwingbewegungen angeht - ungünstigen Punkt der Stange relativ nahe zum Gelenk angreifen.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die genannten Verfahren nicht dafür vorgesehen und damit auch nicht dafür geeignet sind, einen Stangenstromabnehmer und damit einen Schleifschuh in eine für den erweiterten Toleranzbereich benötigte beliebige Position zentimetergenau zu bewegen. Wegen der in allen Fällen basisnahen Anlenkpunkte von zumindest einem Aktor und dem hohen Trägheitsmoment und der Biegeelastizität der Stangenstromabnehmer wäre eine zentimetergenaue Positionierung zudem, wenn nicht gänzlich andere Verfahren zur Anwendung kommen, auf diese Weise nur mit einer vergleichsweise geringen Positioniergeschwindigkeit und damit insbesondere nicht während der Fahrt möglich.
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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.
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Bezogen auf einen einzelnen Stangenstromabnehmer wird die Aufgabe durch zwei regelbar motorgetriebene Seilwinden und in einer weiteren Ausführungsform einen zusätzlichen Drehaktor, der insbesondere pneumatisch betrieben sein kann, gelöst.
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Die Seile der Winden sind mit der Stange des Stangenstromabnehmers verbunden, auf den in dessen Basis auch der fakultativ vorhandene Drehaktor wirkt.
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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.
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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).
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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.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
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Die 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 2.
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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.
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Durch die Anpressfeder (5) wird auf den Stangenstromabnehmer eine elastische Kraft ausgeübt, die umso geringer ist, je stärker er angehoben ist. Im Befestigungspunkt (9) der Seile (6L und 6R) der Winden (3L und 3R) wirkt sie senkrecht zur gedachten Achse durch den Stangenstromabnehmer und den Horizontaldrehpunkt nach oben.
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Zusätzlich wird durch die beiden zur Erfindung gehörenden Winden (3L und 3R) links und rechts über die beiden Seile (6L und 6R) 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 (3L und 3R) und des Befestigungspunktes (9) sind so gewählt, dass sie im angehobenen Zustand die Ecken eines möglichst großen Dreiecks bilden.
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Die in 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.
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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.
