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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Für Fahrzeuge, insbesondere Busse oder Schienenfahrzeuge, kann während der Fahrt eine externe elektrische Leistungsversorgung über eine stationäre Leitung, insbesondere eine Oberleitung, erfolgen, entlang welcher ein mit dem Fahrzeug elektrisch verbundener Stromabnehmer unter Ausbildung eines elektrischen Kontakts während der Fahrt gleitet. Der Stromabnehmer ist üblicherweise Bestandteil einer Stromabnehmereinrichtung, mittels welcher dieser zur Gewährleistung des elektrischen Kontakts mit der Leitung über eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit mit einer Anpresskraft gegen die Leitung gedrückt wird, wobei der Stromabnehmer, insbesondere für einen Querausgleich und/oder zum Ausgleich eines Höhenunterschieds, relativ zu dem Fahrzeug bewegbar sein muss. Während dieser relativen Bewegung soll durch die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit eine vorgegebene Charakteristik der Anpresskraft, bspw. eine konstante Anpresskraft, gewährleistet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit, eine Stromabnehmereinrichtung sowie eine Verwendung einer Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit.
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STAND DER TECHNIK
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DE 31 24 849 C2 beschreibt als bekannt eine Stromabnehmereinrichtung in Scherenbauweise, wobei hier der Stromabnehmer über eine oder zwei Hubfedern nach oben in Richtung einer Oberleitung beaufschlagt wird. Parallel zu den Hubfedern ist ein einseitig wirkender, hydraulischer Dämpfer mit geschwindigkeitsproportionaler Dämpfungscharakteristik geschaltet, der Schwingungen des Stromabnehmers verhindern soll. Gemäß einer weiteren als bekannt beschriebenen Ausführungsform soll in einem Dämpfer die Dämpferkennlinie über ein Stellglied einstellbar sein, wobei das Stellglied hier als Fliehkraftregler ausgebildet ist. Gemäß
DE 31 24 849 C2 wird zur Herbeiführung einer möglichst konstanten Anpresskraft des Stromabnehmers an die Oberleitung vorgeschlagen, dass der Dämpfer mit einer über ein Stellglied einstellbaren Dämpferkennlinie ausgestattet wird, wobei über das Stellglied mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit eine weichere Dämpfereinstellung herbeigeführt werden soll mit dem Ziel, die Dämpferkraft unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit zumindest annähernd konstant zu halten. Hierzu wird ein hydraulischer Stoßdämpfer eingesetzt, dessen Dämpfung über einen elektropneumatischen Regelkreis veränderbar ist. Für eine weitere Ausführungsform gemäß
DE 31 24 849 C2 wirkt zusätzlich zu dem verstellbaren hydraulischen Dämpfer auf den Stromabnehmer ein pneumatischer Hubaktuator ein. Eine Druckkammer dieses Hubaktuators ist über eine Drossel gekoppelt mit einem pneumatischen Druckausgleichsgefäß, dessen Volumen zur Beeinflussung der Drosselwirkung durch eine Steuereinrichtung (gleichzeitig mit der Beeinflussung der Dämpfungscharakteristik des hydraulischen Dämpfers) veränderbar ist.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit und eine Stromabnehmereinrichtung vorzuschlagen, welche insbesondere hinsichtlich des Bauraums und/oder einer Gewährleistung, Beeinflussung und/oder Vorgabe einer angestrebten Anpresskraftcharakteristik, Federcharakteristik und/oder Dämpfercharakteristik verbessert sind. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung einer derartigen Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit vorzuschlagen.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit, welche als integrale singuläre Baueinheit ausgebildet ist. Die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit ist bestimmt für eine Stromabnehmereinrichtung eines beliebigen Bautyps, welche eine externe elektrische Leistungsversorgung eines Fahrzeugs während einer Fahrt gewährleisten soll, indem ein Stromabnehmer unter Beeinflussung der Kraftverhältnisse durch die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit gegen eine Leitung gedrückt wird. Die erfindungsgemäße Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit besitzt eine Kolbenfläche. Diese Kolbenfläche verdrängt in Abhängigkeit von einem Stellweg der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit ein Hydraulikfluid von einer mit der Kolbenfläche begrenzten Druckkammer in eine Ausgleichskammer. Die Ausgleichskammer besitzt eine Begrenzung, die über eine Federeinrichtung abgestützt ist. Das Volumen der Ausgleichskammer ist veränderbar durch eine Bewegung der Begrenzung gegen die Wirkung der Federeinrichtung. Hierbei erfolgt die Bewegung der Begrenzung in Abhängigkeit von einem Druck und/oder Volumen des verdrängten Hydraulikfluids in der Ausgleichskammer. Erfindungsgemäß führ ein Stellweg der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit somit zu einer Veränderung der Hydraulikverhältnisse, nämlich einer Verdrängung von Hydraulikfluid von der Druckkammer in die Ausgleichskammer, sowie zu einer veränderten Beaufschlagung der Federeinrichtung, welche mit der Veränderung des Volumens der Ausgleichskammer einhergeht. Die Wirkung der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit für die Kraftverhältnisse an der Stromabnehmereinrichtung wird somit erfindungsgemäß einerseits durch die Hydraulikverhältnisse und andererseits die Federeinrichtung beeinflusst.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Ausgleichskammer und deren Begrenzung an beliebiger Stelle angeordnet sein, solange die Ausgleichskammer und die Begrenzung in Wechselwirkung mit dem Hydraulikfluid treten können. Um lediglich einige nicht beschränkende Beispiele zu nennen, kann die Ausgleichskammer ohnehin als Verbindungskanal in der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit ausgebildet sein oder von einem Kanal oder einer Kammer über einen Stichkanal abzweigen. Möglich ist durchaus, dass die Druckkammer und die Ausgleichskammer als eine gemeinsame Kammer ausgebildet sind, welche einerseits von der Kolbenfläche und andererseits von der über die Federeinrichtung abgestützten Begrenzung begrenzt ist. Vorzugsweise ist aber die Ausgleichskammer räumlich von der mit der Kolbenfläche begrenzten Druckkammer getrennt.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, bei welchen das über den Stellweg verdrängte Hydraulikfluid vollständig von der Druckkammer in die Ausgleichskammer verdrängt wird. Für eine Ausführungsform der Erfindung wird das über den Stellweg von der Kolbenfläche verdrängte Hydraulikfluid teilweise in die Ausgleichskammer und teilweise in eine weitere Druckkammer verdrängt, womit die Möglichkeiten für eine Beeinflussung der Kraftverhältnisse und der Strömungswege des Hydraulikfluids erweitert sind.
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Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung ist die genannte weitere Druckkammer durch eine weitere Kolbenfläche begrenzt. Somit sind in der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit zwei Kolbenflächen vorhanden. Diese beiden Kolbenflächen wirken entgegengesetzt zueinander und haben unterschiedliche Größen. Vorzugsweise absolvieren beide Kolbenflächen gleichermaßen den Stellweg, wozu diese miteinander gekoppelt sind. Im einfachsten Fall handelt es sich um entgegengesetzt wirkende Kolbenflächen an einem gemeinsamen doppelt wirkenden Kolben. Kommt es für diesen Vorschlag der Erfindung zu einem Stellweg der beiden Kolbenflächen, haben die unterschiedlichen Größen der Kolbenflächen die Folge, dass sich die Summe der Volumina der beiden von den Kolbenfläche begrenzten Druckkammern um ein Differenzvolumen verändert. Dieses Differenzvolumen kann zumindest teilweise, insbesondere vollständig, unter Veränderung der Beaufschlagung der Federeinrichtung durch eine Veränderung des Volumens der Ausgleichskammer aufgenommen werden. Auf diese Weise ergeben sich weitere Beeinflussungsmöglichkeiten für die Kraftverhältnisse an der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit:
- – Sind für eine Extremüberlegung die beiden Kolbenflächen gleich groß, ergibt sich für den Stellweg kein Differenzvolumen, was zur Folge hat, dass die Ausgleichskammer ihr Volumen nicht verändern muss und somit auch die Federeinrichtung nicht wirksam wird. Somit ist für diese extreme Auslegungsvariante die Federeinrichtung unwirksam und leistet keine Federkraft zu der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit unabhängig von dem Stellweg. Für diese Extremüberlegung kann die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit (ohne weitere etwaige Feder-Dämpfer-Elemente) metastabil sein mit einer reinen Dämpfungswirkung gegen die Herbeiführung eines Stellweges.
- – Ist hingegen für eine andere Extremüberlegung eine Kolbenfläche verschwindend klein, muss die Ausgleichskammer das gesamte Volumen des Hydraulikfluids aufnehmen, welches in der anderen Druckkammer von der vorhandenen Kolbenfläche verdrängt wird. Dies entspricht einer maximalen Beaufschlagung der Federeinrichtung, so dass diese einen großen Federbeitrag zur Charakteristik der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit liefert.
- – Durch konstruktive Vorgabe der Größenverhältnisse der beiden Kolbenflächen kann beliebig der Einfluss der Federeinrichtung auf die Charakteristik der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit vorgegeben werden, woraus sich eine Erweiterung der Möglichkeiten ergibt.
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Darüber hinaus kann eine Erweiterung der Möglichkeiten der Beeinflussung der Charakteristik der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit erzielt werden, wenn die Verdrängung des Hydraulikfluids durch eine Kolbenfläche aus einer Druckkammer in eine andere Druckkammer und/oder die Ausgleichskammer (teilweise mit einem zusätzlichen Bypass oder vollständig ohne einen vorhandenen Bypass) über eine Drossel erfolgt. Über die Drosselcharakteristik kann insbesondere eine Dämpfungskraft erzeugt werden, welche die Charakteristik der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit mit beeinflusst. Es versteht sich, dass auch mehrere Drosseln in den Wegen des Hydraulikfluids angeordnet sein können, wobei diese Drosseln eine feste Drosselcharakteristik besitzen können oder eine veränderbare Drosselcharakteristik besitzen können, welche beispielsweise werkseitig manuell veränderbar ist oder sogar über eine geeignete Steuereinrichtung im Betrieb der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit veränderbar sein kann.
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Für die Ausgestaltung der Federeinrichtung gibt es vielfältige Möglichkeiten. Beispielsweise kann die Federeinrichtung mit einer mechanischen Feder, insbesondere einer Druckfeder ausgebildet sein, an welcher die Begrenzung abgestützt ist. Ebenfalls möglich ist, dass die Federeinrichtung über einen elastischen Elastomerkörper verfügt, welcher unmittelbar die Begrenzung ausbildet oder an welchem die Begrenzung abgestützt ist. Möglich ist auch, dass mehrere Feder- und/oder Dämpferelemente vorhanden sind, was auch zusätzlich zu der zuvor erläuterten Federeinrichtung der Fall sein kann.
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Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung ist die Federeinrichtung als Gas-Federeinrichtung ausgebildet. Eine derartige Gas-Federeinrichtung nutzt die Kompressibilität eines Gases zur Erzeugung einer Federwirkung. Unter Umständen ist eine derartige Gas-Federeinrichtung besonders robust gegenüber einem Versagen, auch bei einer hohen Zahl von Lastwechseln, insbesondere da ein Federbruch vermieden werden kann, wie dieser für eine Festkörperfeder auftreten kann. Andererseits ergibt sich unter Umständen für eine Gas-Federeinrichtung die Möglichkeit, über einen Gasdruck werkseitig die Federcharakteristik und die Federsteifigkeit vorzugeben, eine bedarfsgerechte Nacheinstellung der Federcharakteristik vorzunehmen und/oder durch eine Veränderung des Drucks in der Gas-Federeinrichtung im Betrieb des Fahrzeugs über einen geeigneten Gasdrucksteuerkreis oder Gasdruckregelkreis bedarfsgerecht Einfluss auf die Federcharakteristik zu nehmen.
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Für die Ausgestaltung der Gas-Federeinrichtung sowie der Begrenzung und der Kopplung der Begrenzung mit der Gas-Federeinrichtung gibt es grundsätzlich vielfältige Möglichkeiten. Für eine erfindungsgemäße Ausgestaltung ist die Begrenzung von einer bewegbaren Begrenzungswandung einer Begrenzungseinrichtung ausgebildet. Die Begrenzungseinrichtung besitzt einen Gas-Aufnahmeraum, in welchem ein Gas angeordnet ist. Der Gas-Aufnahmeraum ist von der Begrenzungswandung begrenzt. Eine Seite der Begrenzungswandung ist mit dem verdrängten Hydraulikfluid beaufschlagt, während die andere Seite der Begrenzungswandung mit dem Gas des Gas-Aufnahmeraums beaufschlagt ist. Die Begrenzungswandung trennt somit das Hydraulikfluid und das Gas. Eine Verdrängung von Hydraulikfluid durch die Kolbenfläche mit einem Stellweg geht mit einer Bewegung der Begrenzungswandung einher, welche wiederum eine Veränderung des Volumens des Gas-Aufnahmeraums und eine Veränderung des Drucks des Gases in dem Gas-Aufnahmeraum zur Folge hat.
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Durchaus möglich ist, dass die Begrenzungswandung als starre, aber infolge der federnden Abstützung bewegbare Begrenzungswandung ausgebildet ist. Für einen weiteren Vorschlag der Erfindung ist die Begrenzungswandung aber flexibel. Hierbei kann die Begrenzungswandung biegeweich in der Art einer Membran ausgebildet sein, so dass die elastische Abstützung durch Maßnahmen außerhalb der Begrenzungswandung getroffen sind. Ebenfalls möglich ist aber, dass die Begrenzungswandung selber elastisch ist, so dass eine Formänderung der Begrenzungswandung eine elastische Rückstellkraft herbeiführt, über welche zusätzlich der den federnden Eigenschaften des Gases die Charakteristik der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit beeinflusst.
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Für eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist die Begrenzungswandung von einem Schlauch ausgebildet, wobei es sich hierbei sogar um einen einfachen handelsüblichen Fahrradschlauch oder einen für andere Zwecke handelsüblichen Schlauch handeln kann.
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Die Erfindung schlägt auch vor, dass eine besonders kompakte Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit gebildet werden kann, indem mindestens eine Kolbenfläche, eine Kolbenstange und/oder mindestens eine Druckkammer radial innenliegend von der Federeinrichtung angeordnet ist/sind. Beispielsweise kann, insbesondere mit der Ausbildung der Begrenzungswandung mit einem Schlauch, die Federeinrichtung in Form der Gas-Federeinrichtung mit einem Gas-Aufnahmeraum ausgebildet sein, welcher als Ringraum ausgebildet ist. In diesem Fall kann dann die Anordnung weiterer Bauelemente wie der Kolbenfläche, der Kolbenstange, einer Druckkammer u. ä. radial innenliegend von dem Ringraum erfolgen. Unter Umständen wird dann das verdrängte Hydraulikfluid zwischen mindestens einer Druckkammer und der Ausgleichskammer über geeignete Strömungskanäle radial nach außen und innen geführt.
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Ist der Gas-Aufnahmeraum als Ringraum ausgebildet, so kommt beispielsweise ein hohlzylindrischer Ringraum zum Einsatz. Bei der erläuterten kompakten Bauweise kann der Ringraum angesichts seines verhältnismäßig großen Durchmessers ein verhältnismäßig großes Volumen besitzen, so dass sich ein großes Volumen des kompressiblen Gases ergibt mit der hierdurch bedingten Erweiterung der Möglichkeiten der Beeinflussung der Federsteifigkeit der elastischen Abstützung der Begrenzung.
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In dem Gas-Aufnahmeraum kann das Gas mit einem Umgebungsdruck oder mit einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten oder verringerten Druck angeordnet sein. Somit muss der Gas-Aufnahmeraum im Betriebszustand der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit grundsätzlich gasdicht ausgebildet sein. Für eine Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Gas-Aufnahmeraum einen Gasanschluss. Dieser kann zum Befüllen des Gas-Aufnahmeraums mit dem Gas und der Herbeiführung eines gewünschten Drucks in dem Gas-Aufnahmeraum dienen. Möglich ist auch, dass über den Gasanschluss im Betrieb der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit über einen dem Gasanschluss vorgeordneten pneumatischen Steuer- oder Regelkreis der Druck in dem Gas-Aufnahmeraum konstant gehalten wird oder zur Veränderung der Charakteristik an Fahrbedingungen, den Zustand der Leitung oder des Fahrwegs, veränderbar ist. Im einfachsten Fall kann der Gasanschluss mit einem Rückschlagventil ausgestattet sein, wobei es sich hierbei sogar um ein Fahrrad- oder Autoreifen-Ventil herkömmlicher Bauart oder ein für andere Einsatzzwecke handelsübliches Ventil handeln kann.
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Während grundsätzlich ein beliebiges Gas in dem Gas-Aufnahmeraum angeordnet sein kann, ist der Gas-Aufnahmeraum in bevorzugter Ausgestaltung mit einem Edelgas, insbesondere Stickstoff, gefüllt. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein zur Vermeidung einer Korrosion der beteiligten Bauelemente und/oder für eine Verringerung der Diffusionsgeschwindigkeit des Gases, wodurch auch für lange Betriebsdauern der Innendruck in dem Gas-Aufnahmeraum gewährleistet werden kann.
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Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist gegeben durch eine Stromabnehmereinrichtung, die Einsatz findet für ein Fahrzeug mit einer während der Fahrt über einen Stromabnehmer erfolgenden externen elektrischen Leistungsversorgung. Der Stromabnehmer der Stromabnehmereinrichtung dient hierbei der Ausbildung eines elektrischen Kontakts mit einer Leitung. Des Weiteren verfügt die Stromabnehmereinrichtung über eine Befestigungseinrichtung, über die die Stromabnehmereinrichtung an dem Fahrzeug befestigbar ist. Zwischen dem Stromabnehmer und der Befestigungseinrichtung wirkt eine Anpresseinrichtung, welche die Anpressung des Stromabnehmers an die Leitung gewährleistet. Erfindungsgemäß verfügt die Anpresseinrichtung über eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit der zuvor erläuterten Art.
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Eine weitere Lösung der Erfindung stellt eine Verwendung einer Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit der zuvor erläuterten Art für eine Stromabnehmereinrichtung eines Fahrzeugs dar.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einer Druckkammer, einer Drossel oder einer Federeinrichtung die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Druckkammer, eine Drossel oder eine Federeinrichtung, zwei Druckkammern, Drosseln oder Federeinrichtungen oder mehr Druckkammern, Drosseln oder Federeinrichtungen vorhanden sein können. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
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1 zeigt in einer räumlichen Darstellung eine Stromabnehmereinrichtung.
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2 zeigt stark schematisiert eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit.
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3 zeigt in einer Seitenansicht eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit, wie diese Einsatz findet in einer Stromabnehmereinrichtung gemäß 1, wobei sich die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit in eingefahrenem Zustand befindet.
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4 zeigt die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit gemäß 3 in einem Längsschnitt.
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5 zeigt die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit gemäß 3 und 4 in einem Längsschnitt, wobei sich hier die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit in ausgefahrenem Zustand befindet.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt in räumlicher Darstellung eine Stromabnehmereinrichtung 1, über welche elektrische Leistung von einer hier nicht dargestellten Oberleitung (oberhalb der Stromabnehmereinrichtung 1) zu einem hier ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeug (unterhalb der Stromabnehmereinrichtung 1) übertragen wird. Hierzu werden Stromabnehmer 2, welcher an einer Stromabnehmerplatte 3 gehalten sind, mit einer Anpresskraft in Kontakt mit der Oberleitung gebracht. Die Stromabnehmereinrichtung 1 verfügt über eine Befestigungsplatte 4, über welche die Stromabnehmereinrichtung 1 an dem Fahrzeug befestigt werden kann. Die Stromabnehmerplatte 3 und die Befestigungsplatte 4 sind über einen Kopplungsmechanismus 5 miteinander gekoppelt, welcher für das dargestellte Ausführungsbeispiel mit zwei parallelen Schwingen 6, 7 gebildet ist und einen vertikalen Freiheitsgrad für eine Relativbewegung der Stromabnehmerplatte 3 gegenüber der Befestigungsplatte 4 bereitstellt. Zur Vorgabe der Anpresskraft ist die Stromabnehmerplatte 3 über eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 nach oben beaufschlagt. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel wirkt die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 unter einem spitzen Winkel gegenüber der Vertikalen, wobei dieser Winkel von dem Abstand der Stromabnehmerplatte 3 und der Befestigungsplatte 4 abhängen kann, wodurch sich eine Nichtlinearität der Wirkung der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 in der Stromabnehmereinrichtung 1 ergeben kann. Die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 ist als Art Zylindereinheit ausgebildet, wobei eine Kolbenstange 9 mit einem in einem Endbereich angeordneten Lagerauge 10 über einen Querbolzen in einem Lagerauge 11 angelenkt ist, welches an der Befestigungsplatte 4 befestigt ist. Im anderen Endbereich verfügt die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 im Bereich eines Gehäuses 12 über ein weiteres Lagerauge 13, über welches die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 an der Stromabnehmerplatte 3 angelenkt ist. Die elektrische Leistungsversorgung erfolgt im Betrieb von der Oberleitung über die Stromabnehmer 2, mindestens ein flexibles Versorgungskabel 14 zu der Befestigungsplatte 4 und von dieser unter geeigneter Isolation gegenüber der Umgebung an Kontaktelemente des Fahrzeugs.
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2 zeigt stark schematisiert eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8. Ein Stellweg 15 entspricht hierbei dem Einfahren der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8, für welches sich der Abstand der Lageraugen 10, 13 verringert, während gestrichelt ein Stellweg 16 für ein Ausfahren der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 gekennzeichnet ist, für welches sich der Abstand der Lageraugen 10, 13 vergrößert. Die Kolbenstange 9 trägt einen Kolben 17, der auf der der Kolbenstange 9 abgewandten Seite eine Kolbenfläche 18 ausbildet sowie auf der der Kolbenstange 9 zugewandten Seite eine Kolbenfläche 19 ausbildet. Die Kolbenfläche 19 ist um den Querschnitt der Kolbenstange 9 kleiner als die Kolbenfläche 18. Der Kolben 17 ist unter radialer Abdichtung (hier nicht näher dargestellt) in einer zylindrischen Innenfläche 20 des Gehäuses 12 entlang einer Längsachse 21 verschiebbar. Eine zylindrische Druckkammer 22 ist von dem Gehäuse 12 im Bereich der Innenfläche 20, dem Kolben 17 im Bereich der Kolbenfläche 18 und einem Deckel 37 begrenzt. Auf der anderen Seite des Kolbens 17 befindet sich eine hohlzylindrische Druckkammer 23, welche radial außenliegend von der Innenfläche 20, radial innenliegend von der Mantelfläche der Kolbenstange 9 und in axialer Richtung von der Kolbenfläche 19 sowie einem Boden 24 begrenzt ist. Die Kolbenstange 9 erstreckt sich durch den Boden 24 des Gehäuses 12 im Bereich einer Ausnehmung 25 unter Zwischenordnung einer Dicht- und Führungseinheit 26 hindurch und nach außen. Hingegen ist das Gehäuse 12 im Bereich des Deckels 37 geschlossen. Die beiden Druckkammern 22, 23 sind über einen Verbindungskanal 27 miteinander verbunden. Der Verbindungskanal 27 steht in fluidischer Verbindung, hier über einen Stichkanal 28, mit einer Ausgleichskammer 29. Die Ausgleichskammer 29 verfügt über eine Begrenzung 30. Die Begrenzung 30 ist über eine Federeinrichtung 31, hier eine mechanische Druckfeder 32, abgestützt. Die Begrenzung 30 ist unter Veränderung der Beaufschlagung der Federeinrichtung 31 bewegbar, womit sich das Volumen der Ausgleichskammer 29 verändert. Auf die Fläche der Begrenzung 30 wirkt hierzu der Druck des Hydraulikfluids in der Ausgleichskammer 29, womit eine Kraft auf die Federeinrichtung 31 ausgeübt wird, die dem Produkt aus dem Druck des Hydraulikfluids mit der Fläche der Begrenzung 30 entspricht. Für das hier dargestellte Ausführungsbeispiel ist die Begrenzung 30 von einem starren Begrenzungskolben 33 ausgebildet, an dessen einer Seite sich die Federeinrichtung 31 abstützt, während die andere Seite mit dem Hydraulikfluid in der Ausgleichskammer 29 beaufschlagt ist. Der Begrenzungskolben 33 ist unter radialer Abdichtung in einem Ausgleichszylinder 34 geführt. Alternativ oder zusätzlich zu der mechanischen Druckfeder 32 kann auf der der Ausgleichskammer 29 abgewandten Seite ein gasdichter Gas-Aufnahmeraum 60 wirken, so dass die Steifigkeit der Federeinrichtung 31 von oder mit der Kompressibilität des in dem Gas-Aufnahmeraum 60 angeordneten Gases bereitgestellt ist. Mit der Befestigungsplatte 4 ist eine Befestigungseinrichtung 68 gebildet, welche der Befestigung der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 an dem Fahrzeug dient. Zwischen die Befestigungsplatte 4 und die Stromabnehmerplatte 3 ist eine Anpresseinrichtung 69 zwischengeordnet, welche mit den Schwingen 6, 7 und der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 gebildet ist.
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Die Funktionsweise der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 lässt sich wie folgt erläutern:
Zunächst sollen sämtliche Drosselwirkungen vernachlässigt werden. In diesem Fall gibt die Beaufschlagung der Federeinrichtung 31 über die Begrenzung 30 den Druck in der Ausgleichskammer 29 und damit auch in den Druckkammern 22, 23 vor. Infolge der unterschiedlichen Größen der Kolbenflächen 18, 19 wird auf die Kolbenstange 9 eine Expansionskraft ausgeübt, welche dem Produkt aus der Differenz der Kolbenflächen 18, 19 mit dem Druck in den Druckkammern 22, 23 entspricht. Diese Expansionskraft kann genutzt werden als Anpresskraft des Stromabnehmers 2 an die Oberleitung, ggf. unter Übersetzung durch den Kopplungsmechanismus. Je nach Position des Kolbens 17 in dem Gehäuse 12 ändert sich infolge der unterschiedlichen Größen der Kolbenflächen 18, 19 das Volumen des Hydraulikfluids, welches in den Druckkammern 22, 23 angeordnet ist. Für den Stellweg 15 muss somit Hydraulikfluid durch den Kolben 17 im Bereich der Kolbenfläche 18 verdrängt werden. Von diesem verdrängten Hydraulikfluid gelangt ein Teil des Hydraulikfluids auf die gegenüberliegende Seite zu der Druckkammer 23, während der verbleibende Teil des verdrängten Hydraulikfluids in der Ausgleichskammer 29 aufgenommen werden muss. Somit erfordert der Stellweg 15, dass sich das Volumen der Ausgleichskammer 29 in dem Ausmaß verändert, wie sich das Gesamtvolumen der Druckkammern 22, 23 verändert. Die Veränderung des Volumens der Ausgleichskammer 29 geht einher mit einer Bewegung der Begrenzung 30 und damit einer Veränderung der Beaufschlagung der Federeinrichtung 31. Letztendlich ergibt sich je nach Stellung des Kolbens 17 eine veränderte Expansionskraft oder Anpresskraft des Stromabnehmers 2 an der Oberleitung. Das Ausmaß der Veränderung der Expansionskraft (und damit auch eine Federkonstante einer Federcharakteristik der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8) hängt ab insbesondere von dem Unterschied der Größen der Kolbenflächen 18, 19, der Fläche der Begrenzung 30, welche dem verdrängten Hydraulikfluid ausgesetzt ist, und der Charakteristik der Federeinrichtung 31.
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Wie in 2 ersichtlich ist, können die Strömungswege für das verdrängte Hydraulikfluid eine Drosselwirkung beinhalten, welche zusätzlich die Charakteristik der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 beeinflusst. In 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem in dem Verbindungskanal 27 zusätzliche Drosseln 35, 36 angeordnet sind, um gezielt eine Dämpfungswirkung herbeizuführen.
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3 zeigte eine Seitenansicht einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 in eingefahrenem Zustand. In dem entsprechenden Längsschnitt gemäß 4 verfügen der Boden 24 und der Deckel 36 auf den einander zugewandten Seiten über einen hülsenartigen Ansatz 38 sowie einen zylindrischen Ansatz 39. Auf den Außenflächen der Ansätze 38, 39 stützt sich unter Zwischenordnung von Dichtelementen 40, 41 ein hohlzylindrisches Gehäuserohr 42 ab. Der Deckel 37 verfügt über einen weiteren, über den Ansatz 39 hinausgehenden hülsenartigen Ansatz 43 mit einem kleineren Durchmesser. Auf der Mantelfläche dieses Ansatzes 43 stützt sich unter Abdichtung ein Schlauch 44 ab. Eine zusätzliche Sicherung des Schlauchs 44 an dem Ansatz 43 erfolgt über ein Anpress- oder Klemmelement 45, bei welchem es sich um einen elastischen Ring oder eine Schelle handeln kann und welches den Schlauch 44 radial auf den Ansatz 43 presst und welches innerhalb des Gehäuserohrs 42 angeordnet ist. Im Bereich des Bodens 24 stützt sich der andere Endbereich des Schlauchs 44 ebenfalls an einem hülsenartigen Ansatz 46 ab, welcher hier aber nicht einstückig mit dem Boden 24 ausgebildet ist, sondern als Einsatzkörper 47 ausgebildet ist, der unter Zwischenordnung eines Dichtelements 48 in den Ansatz 38 eingesetzt ist.
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Radial innenliegend von dem Schlauch 44 erstreckt sich ein Zylinderrohr 49. Dieses ist endseitig gehalten einerseits an dem Deckel 37 und andererseits an dem Einsatzkörper 47, wozu das Zylinderrohr 49 in einer entsprechenden Bohrung des Deckels 37 und des Einsatzkörpers 47 aufgenommen ist. In dem Zylinderrohr 49 ist gleitend und unter Abdichtung infolge des Einsatzes von hier mehreren Dichtelementen 50 im Bereich der Mantelfläche des Kolbens 17 der Kolben 17 geführt. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel sind der Kolben 17, die Kolbenstange 9 und das Lagerauge 10 mehrstückig ausgebildet und miteinander wie dargestellt verschraubt.
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Für das Ausführungsbeispiel gemäß 3 bis 5 ist der Verbindungskanal 27 gemäß 2 gebildet mit den Verbindungskanälen 54, 55 und der im Ringraum zwischen dem Schlauch 44 und dem Zylinderrohr 49 gebildeten Ausgleichskammer 29. In diesem Fall fehlt somit die Stichleitung 28 gemäß 2, so dass die Begrenzung 30 unmittelbar den Verbindungskanal 27 begrenzt und auf diesen einwirkt.
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Die Druckkammern 23, 22 erstrecken sich hier radial innenliegend von der Ausgleichskammer 29. Das Zylinderrohr 49 besitzt im Bereich der Ansätze 43, 46 jeweils mindestens eine radial orientierte Bohrung 52, 53, wobei diese auch als Drosseln 35, 36 ausgebildet sein können. Die Druckkammer 23 ist über die Bohrung 52 sowie einen zwischen dem Zylinderrohr 48 und dem Ansatz 46 ausgebildeten Verbindungskanal 54 mit der Ausgleichskammer 29 fluidisch verbunden. Entsprechend ist die Druckkammer 22 über die Bohrung 53 und einen zwischen dem Ansatz 43 und dem Zylinderrohr 49 gebildeten Verbindungskanal 55 mit der Ausgleichskammer 29 verbunden. Um zu vermeiden, dass der Kolben 17 die Bohrung 53 des Zylinderrohrs 52 in einem Endbereich der Stellbewegung überfährt und damit verschließt, ist für das dargestellte Ausführungsbeispiel der Kolben 17 auf der dem Deckel 37 zugewandten Seite mit einer Querschnittsverringerung 56 ausgestattet.
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Ein angedichteter fluidischer Aufnahmeraum 57, in dem das Hydraulikfluid angeordnet ist, ist somit gebildet mit der Druckkammer 23, der Bohrung 52, dem Verbindungskanal 54, der Ausgleichskammer 29, dem Verbindungskanal 55, der Bohrung 53 und der Druckkammer 22. Mit einer Bewegung des Stellkolbens 17 kann in diesem Aufnahmeraum 57 Hydraulikfluid verdrängt und bewegt werden. Angesichts unterschiedlicher Kolbenflächen 18, 19 ändert sich die Summe der Volumina der Druckkammern 22, 23 je nach Position des Kolbens 17, wobei die Veränderung der Summe der Volumina der Differenz der Flächen der Kolbenfläche 18 und der Kolbenfläche 19 multipliziert mit dem Stellweg entspricht. Diese Veränderung der Summe der Volumina wird ermöglicht durch eine Vergrößerung der Ausgleichskammer 29, welche durch eine flexible Formänderung des Schlauches 44 bewerkstelligt wird. Der Schlauch 44 ist gebildet mit einer elastomeren Begrenzungswandung 58. Eine Veränderung der Summe der Volumina der Ausgleichskammer 29 wird ermöglicht, indem eine Begrenzung der Ausgleichskammer 29 bewegbar ist, was hier durch flexible Bewegung der Begrenzungswandung 58 erfolgt. Die Begrenzungswandung 58 ist auf ihrer Innenseite beaufschlagt mit dem hydraulischen Fluid der Ausgleichskammer 29. Der hier im Wesentlichen hohlzylindrische Gas-Aufnahmeraum 60 ist radial innenliegend begrenzt durch die Außenfläche der Begrenzungswandung 58, radial außenliegend durch das Gehäuserohr 42 sowie in den axialen Endbereich durch die Ansätze 38, 39, wobei die Klemmelemente 45 in dem Gas-Aufnahmeraum 60 angeordnet sein können. Das in dem Gas-Aufnahmeraum 60 angeordnete Gas ist kompressibel, so dass eine Veränderung der Summe der Volumina der Druckräume 22, 23 in der Ausgleichskammer 29 ermöglicht wird unter Bewegung der Begrenzungswandung 58 radial nach außen oder innen und einer damit einhergehenden Erhöhung oder Verringerung des Drucks in dem Gas in dem Gas-Aufnahmeraum 60. Die Begrenzungseinrichtung 59 und der Gas-Aufnahmeraum 60 sind radial außenliegend von der Ausgleichskammer 29 und koaxial zu dieser angeordnet, wobei für das dargestellte Ausführungsbeispiel der Gas-Aufnahmeraum 60 und die Ausgleichskammer 29 überlappende oder sogar dieselben Axialerstreckungen besitzen. Somit sind die Begrenzungseinrichtung 59 und der Gas-Aufnahmeraum 60, die Ausgleichskammer 29 und die Druckkammern 22, 23, der Stellkolben 17 und die Kolbenstange 9 radial in der genannten Reihenfolge ineinander geschachtelt, wodurch sich eine sehr kompakte Ausgestaltung ergibt.
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Der Aufnahmeraum 57 verfügt über dicht verschließbare Anschlüsse 61, 62, über welche der Aufnahmeraum 57 mit dem Hydraulikfluid befüllt werden kann und eine Entlüftung des Hydraulikfluids möglich ist. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse 61, 62 mit axialen abgestuften und mit einem Gewinde ausgestatteten Bohrungen des Bodens 24 gebildet, welche in die Druckkammer 23 münden und durch eine abdichtende Verschlussschraube verschließbar sind. Des Weiteren verfügt die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 über einen Gasanschluss 63, über welchen der Gas-Aufnahmeraum 60 mit einem beliebigen Gas unter einem gewünschten Druck beaufschlagt werden kann. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel mündet der Gas-Anschluss 63 über Bohrungen 64 in dem Deckel 37 stirnseitig in den Gas-Aufnahmeraum 60. Hier ist der Gasanschluss 63 mit einem Einsatz 65 in ein Innengewinde 66 des Deckels 37 ausgebildet, wobei in den Einsatz 65 ein herkömmliches Ventil 67 (vgl. 3) für ein Fahrrad oder Auto einsetzbar oder einschraubbar ist.
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Je nach Anforderungen können unterschiedliche Dimensionierungen der Bauelemente des Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit gewählt werden. Entsprechendes gilt für die Wahl der Wandstärke und Steifigkeiten des Schlauchs 44. Für eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Druckkammer 23 einen Außendurchmesser von 20 mm, während der Innendurchmesser (also der Außendurchmesser der Kolbenstange 9) 16 mm beträgt. Hingegen besitzt die Druckkammer 22 einen Durchmesser von 20 mm. Die Länge des Gehäuses 12 beträgt beispielsweise 250 mm. Das Gehäuserohr 42 kann einen Innendurchmesser von 50 mm besitzen bei einer Wandstärke von 2,5 mm. Der Schlauch 44 kann einen Außendurchmesser von 41 mm besitzen bei einer Wandstärke von 2 mm. Das Zylinderrohr 49 kann einen Außendurchmesser von 25 mm besitzen bei einer Wandstärke von 2,5 mm. Durchaus möglich sind aber auch Abweichungen einzelner oder sämtlicher Abmessungen von den zuvor erläuterten Abmessungen um ±5, ±10 oder ±20%.
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Vorzugsweise ist die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 passiv ausgebildet, also ohne elektronische Steuer- oder Regeleinrichtung. Je nach Auslegung und Einstellung der Drücke kann für das dargestellte Ausführungsbeispiel in dem Gas-Aufnahmeraum 60 ein Über- oder Unterdruck wirken und sich der Schlauch 44 radial nach innen einbeulen oder radial nach außen ausbeulen. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ergibt sich die Differenz der beiden Kolbenflächen 18, 19 aus der Fläche der Kolbenstange 9. Im Rahmen der Erfindung können weiter Maßnahmen zur konstruktiven Vorgabe der Differenz der beiden wirksamen Kolbenflächen 18, 19 getroffen werden, beispielsweise die Ausbildung der beiden Kolbenflächen 18, 19 an zwei unabhängigen Kolben oder an einem Stufenkolben.
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Während in der Figurenbeschreibung die Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit 8 und die Stromabnehmereinrichtung 1 im Zusammenhang mit der elektrischen Leistungsversorgung des Fahrzeugs über einen Kontakt der Stromabnehmer 2 mit einer Oberleitung beschrieben worden ist, sind die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen auch einsetzbar im Zusammenhang mit einer beliebigen anderen Kontaktierung, bspw. einer Kontaktierung einer Leitung im Bereich der Schiene.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromabnehmereinrichtung
- 2
- Stromabnehmer
- 3
- Stromabnehmerplatte
- 4
- Befestigungsplatte
- 5
- Kopplungsmechanismus
- 6
- Schwinge
- 7
- Schwinge
- 8
- Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit
- 9
- Kolbenstange
- 10
- Lagerauge (Kolbenstange)
- 11
- Lagerauge (Befestigungsplatte)
- 12
- Gehäuse
- 13
- Lagerauge (Gehäuse)
- 14
- Versorgungskabel
- 15
- Stellweg
- 16
- Stellweg
- 17
- Kolben
- 18
- Kolbenfläche
- 19
- Kolbenfläche
- 20
- Innenfläche
- 21
- Längsachse
- 22
- Druckkammer
- 23
- Druckkammer
- 24
- Boden
- 25
- Ausnehmung
- 26
- Dicht- und Führungseinheit
- 27
- Verbindungskanal
- 28
- Stichkanal
- 29
- Ausgleichskammer
- 30
- Begrenzung
- 31
- Federeinrichtung
- 32
- mechanische Druckfeder
- 33
- Begrenzungskolben
- 34
- Ausgleichszylinder
- 35
- Drossel
- 36
- Drossel
- 37
- Deckel
- 38
- Ansatz
- 39
- Ansatz
- 40
- Dichtelement
- 41
- Dichtelement
- 42
- Gehäuserohr
- 43
- Ansatz
- 44
- Schlauch
- 45
- Klemmelement
- 46
- Ansatz
- 47
- Einsatzkörper
- 48
- Dichtelement
- 49
- Zylinderrohr
- 50
- Dichtelement
- 51
- Ringraum
- 52
- Bohrung
- 53
- Bohrung
- 54
- Verbindungskanal
- 55
- Verbindungskanal
- 56
- Querschnittsverringerung
- 57
- Aufnahmeraum
- 58
- Begrenzungswandung
- 59
- Begrenzungseinrichtung
- 60
- Gas-Aufnahmeraum
- 61
- Anschluss
- 62
- Anschluss
- 63
- Gasanschluss
- 64
- Bohrungen
- 65
- Einsatz
- 66
- Innengewinde
- 67
- Ventil
- 68
- Befestigungseinrichtung
- 69
- Anpresseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3124849 C2 [0002, 0002, 0002]
- DE 19856636 C2 [0003]
