DE102014111262A1

DE102014111262A1 - Stromabnehmervorrichtung, Verfahren zum Bewegen einer Stromabnehmervorrichtung sowie Verwendung einer Stromabnehmervorrichtung

Info

Publication number: DE102014111262A1
Application number: DE102014111262.8A
Authority: DE
Inventors: Reto Hügli; Jan Messerschmidt
Original assignee: Kummler and Matter AG
Current assignee: Kummler and Matter AG
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2016-02-11
Also published as: EP3177476A1; WO2016020302A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromabnehmervorrichtung für fahrleitungsbetriebene Fahrzeuge mit einem einends zum schwenkbaren Vorsehen auf einem Dachabschnitt (10) eines fahrleitungsbetriebenen Fahrzeugs ausgebildeten und anderenends einen zum elektrisch Strom abnehmenden Zusammenwirken mit einem Fahrdraht ausgebildeten Stromabnehmerkopf (15) aufweisenden Arm (14), dem Elevationsmittel (44, 32) zum gesteuerten Heben und Absenken zugeordnet sind, wobei die Elevationsmittel elektromotorisch angetriebene Hebemittel (32, 38) zum Bewirken des Hebens und des Absenkens über zumindest einen Wegabschnitt des Arms zwischen einer Ablageposition und einer Kontaktposition sowie Pneumatik- oder Hydraulikmittel (44) aufweisen, die zum Aufbringen einer Andruckkraft des Stromabnehmerkopfes an den Fahrdraht in der Kontaktposition ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromabnehmervorrichtung für fahrleitungsbetriebene Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer derartigen Stromabnehmervorrichtung, und die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewegen einer Stromabnehmervorrichtung eines fahrleitungsbetriebenen Fahrzeugs.
Gattungsgemäße Stromabnehmervorrichtungen sind aus dem Stand der Technik für die Stromversorgung insbesondere von Bussen, Straßenbahnen oder Bahnen im öffentlichen Personennahverkehr allgemein bekannt. Dabei setzen insbesondere sogenannte Trolleybusse, schienenlos auf Straßen fahrend, derartige zum Kontaktieren (Andrahten) bzw. Dekontaktieren (Abdrahten) des Stromabnehmerkopfes an den bzw. vom Fahrdraht ein, als Reaktion auf jeweilige Fahrzeugsbetriebszustände bzw. zu Beginn und zur Beendigung eines Fahrbetriebs.
Die 8 zum gattungsbildenden Stand der Technik verdeutlicht schematisch die wesentlichen Funktionskomponenten einer als bekannt vorausgesetzten Stromabnehmervorrichtung, am Beispiel einer auf einem Dachabschnitt 10 eines Trolleybusses schwenkbar gelagerten Stromabnehmervorrichtung mit einem um ein erstes Lager 12 schwenkbar angelegten Arm 14, welcher an seinem freien (nicht gezeigten) Ende einen Stromabnehmerkopf zum Zusammenwirken mit einem (gleichermaßen nicht gezeigten) Fahrdraht trägt. Eine schematisch dargestellte Zugfeder 16, einends angreifend an einen stationären Lagerblock 18 auf dem Dachabschnitt 10 und anderenends mit dem Arm 14 verbunden, spannt in bekannter Weise den Arm mit dem endseitigen Stromabnehmerkopf gegen den Fahrdraht vor, so dass eine Andruckkraft des Stromabnehmerkopfes von den mechanischen Eigenschaften der Feder 16, insbesondere der Federkraft (sowie der dort vorhandenen Geometrie), bestimmt wird.
Die Schemadarstellung der 8 zum vorausgesetzten Stand der Technik weist zusätzlich eine pneumatisch betätigte Zylindereinheit 20 auf, welche, parallel zur als Elevationsmittel wirkenden Feder 16, angesteuert und betrieben werden kann, um den in der gezeigten Weise Federkraftbeaufschlagten und durch die Federkraft gegen den Fahrdraht vorgespannten Arm in eine Nicht-Kontaktposition, also eine abgedrahtete bzw. Ruheposition zu verbringen. Zu diesem Zweck wird die schematisch dargestellte Zylindereinheit 20 (welche in einem Andrahtungs- bzw. Fahrzustand deaktiviert ist und damit zu einer Entstehung der Andruckkraft des Stromabnehmerkopfes am Fahrdraht nicht beiträgt) mit Pneumatikdruck beaufschlagt, sodass mittels Schubwirkung des schematisch in der Baugruppe 20 gezeigten Kolbens 22 der Arm 14 abwärts (d. h. in der Figurenebene der 8 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Drehlagerung 12 schwenkend) geführt wird. Dabei wird die Zylindereinheit 20 so angesteuert, dass der pneumatische Druck die Federkraft 16 überwindet und, mit Expansion der Feder 16, den Arm 14 der gattungsgemäßen Stromabnehmervorrichtung bis hinunter zu einer Ruheposition auf den Dachabschnitt 10 verbringt. Hier kann der Arm dann ggf. durch (nicht gezeigte) Arretiermittel verriegelt werden, um ein unbeabsichtigtes Aufsteigen bzw. Andrahten zu verhindern.
Bei der in 8 gezeigten gattungsgemäßen Technologie erfolgt dann, etwa zu Beginn des Fahrleitungs-Fahrbetriebs, das Andrahten entweder durch Lösen der erwähnten Arretierung, ergänzend oder alternativ durch Absenken oder Entlüften des Pneumatikdrucks in der Zylindereinheit 20; Ergebnis ist, dass durch Kontraktionswirkung der Zugfeder 16 die Stange 14 (Arm) um das Dreh- bzw. Schwenklager 12 herum in Aufwärtsrichtung beschleunigt wird und mit dem Auftreffen des Stromabnehmerkopfes an den Fahrdraht die stromversorgende Kontaktposition erreicht wird.
Allerdings ist eine derartige Technologie sowohl in mechanischer, als auch in betriebstechnischer Sicht potentiell nachteilig und verbesserungsbedürftig. So ist zunächst, für eine zuverlässige elektrische Kontaktgabe des Stromabnehmerkopfes am Fahrdraht, eine Mindest-Federkraft erforderlich. Um in der in 8 gezeigten Konfiguration dann den Arm durch Wirkung der Pneumatikeinheit 20 in die abgedrahtete Ruhelage zu verbringen, muss damit nicht nur diese Federkraft überwunden werden, sondern – durch zusätzliche Expansion der Federeinheit 16 – auch die zusätzliche Federkraft überwunden werden, so dass die Pneumatikeinheit 20 zur entsprechend starken Krafterzeugung ausgelegt sein muss. Hinzu kommt der potentielle Nachteil, dass beim Abdrahten und Verbringen des Arms 14 in eine Ruheposition am bzw. auf dem Dachabschnitt eine Positionierung dieses Arms nicht unproblematisch ist; typischerweise gestattet eine gezeigte pneumatische Druckbeaufschlagung der Zylindereinheit 20 nur sehr begrenzt eine ausreichend präzise und feinfühlige Positionierung bzw. Ablage der Stange (des Arms) 14, sodass es zusätzlich als aus dem Stand der Technik bekannt ist, nötig sein kann, dass eine derartige Ablage-Positionierung mit weiteren Hilfsmitteln, etwa mit Hilfe von Seilen oder Hilfsstangen samt der hierfür notwendigen Betätigung, erfolgen muss. Auch beim weiteren Andrahten nach dem Entsperren des Arms 14 bzw. einem Entlüften der Zylindereinheit 20 zeigt die in 8 schematisch illustrierte, als aus dem Stand der Technik bekannt vorausgesetzte Vorrichtung Nachteile, denn die (für die zuverlässige Kontaktgabe notwendige) Mindest-Federkraft der Zugfeder 16 sorgt für eine Beschleunigung des Arms 14 beim Aufsteigen, welche einen nicht unbeträchtlichen (und potentiell materialschädlichen) Anschlagimpuls des Stromabnehmerkopfes am Fahrdraht bewirkt. Im Ergebnis ist damit die exemplarisch und schematisch anhand der 8 beschriebene bekannte Technologie sowohl im Hinblick auf eine (nachteilig hohe) Krafterzeugung beim Abdrahten und Herunterführen des Arms 14, als auch im Hinblick auf die Positionierung dieses Arms mit dem erforderlichen zusätzlichen Aufwand verbesserungsbedürftig. Zusätzlich ist das zu überwindende, nachteilige Anschlagen des Arms beim Andrahten zu verbessern.
Entsprechend ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Stromabnehmervorrichtung sowohl im Hinblick auf ihr Betriebsverhalten beim An- und Abdrahten zu verbessern, dabei gleichzeitig eine hohe Kontaktgüte im angedrahteten Zustand sicherzustellen, als auch ein Ablegen bzw. Positionieren des Arms in einem abgedrahteten Zustand an bzw. auf einem Dachabschnitt vereinfacht, insbesondere leichter bedien- und betätigbar realisiert, sein soll.
Die Aufgabe wird durch die Stromabnehmervorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Zusätzlicher Schutz im Rahmen der Erfindung wird beansprucht für ein Verfahren zum Bewegen einer Stromabnehmervorrichtung eines fahrleitungsbetriebenen Fahrzeugs relativ zu einem Fahrdraht, wobei dieses Verfahren in bevorzugter Weise den Betrieb der erfindungsgemäßen Stromabnehmervorrichtung beschreibt, jedoch auch unabhängig von dieser Vorrichtung als beansprucht und zur Erfindung gehörig gelten soll. Schließlich wird im Rahmen der Erfindung Schutz beansprucht für die Verwendung nach dem unabhängigen Patentanspruch 14 für einen elektrisch betriebenen Bus, insbesondere als Transportmittel im öffentlichen Personennahverkehr.
In erfindungsgemäß bevorzugter Weise realisieren die erfindungsgemäßen Elevationsmittel zwei miteinander zusammenwirkende bzw. geeignete Verfahrensschritte beim gesteuerten Anheben bzw. Absenken des Arms durchführende Funktionseinheiten, und einerseits weisen die Elevationsmittel erfindungsgemäß Hebemittel auf, welche elektromotorisch angetrieben und ausgebildet sind, das Heben bzw. Absenken zumindest über einen Wegabschnitt des Arms zwischen der Ablageposition und einer Kontaktposition zu bewirken. Dieser Aspekt der Erfindung nutzt die Eigenschaft elektromotorischer Antriebe aus, eine einfache und präzise Ansteuerung und Positionierung zu gewährleisten, sodass insbesondere Wegabschnitte des Arms zur Ablageposition bzw. von dieser und dann im Anheben des Arms bis zum Fahrdraht elektromotorisch angetrieben, gesteuert und positioniert sein können. Andererseits bewirken die erfindungsgemäß gleichermaßen den Elevationsmitteln zugeordneten Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel das Aufbringen der Andruckkraft an den Stromabnehmerkopf, zumindest in der Kontaktposition des Stromabnehmerkopfes an dem Fahrdraht (vorteilhaft können die Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel auch bereits einen Wegabschnitt bis zur Kontaktposition übernehmen). Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel eignen sich besonders günstig zum Herstellen einer für die elektrische Kontaktgüte notwendigen – federnden – Mindest-Andruckkraft, sodass es im Rahmen der Erfindung vorteilhaft zu einer Nutzung jeweils optimaler Stell- und Andruckprinzipien entlang des Bewegungs- bzw. Verfahrweges des Arms zwischen der Ablageposition und der Kontaktposition kommt.
Dabei ist der vorteilhaft und weiterbildungsgemäß zur Ausgestaltung der elektromotorisch angetriebenen Hebemittel vorgesehene Zahnstangenoder Spindelantrieb besonders günstig, um die gewünschte genaue, feinfühlige Positionierung und Bewegung des Arms zur Ablageposition bzw. von dieser (samt einem folgenden Anheben) zu gewährleisten, wobei ein derartiger Spindelantrieb (alternativ ist etwa auch ein geeignet mit einer Aufwickelvorrichtung versehener Seilzug oder dergleichen geeignet) wiederum weiterbildend geeignet mit Kupplungs- bzw. Freilaufmitteln versehen ist, um, geeignet angesteuert, die entsprechend realisierten elektromotorisch angetriebenen Hebemittel zum Antreiben mit dem Arm zu verbinden (anzukoppeln) bzw. von diesem zu entkoppeln.
Im Rahmen der Erfindung ist dabei der zur Lagerung des Arms und als Fixposition verwendete Begriff des „Dachabschnitts”, gleichermaßen auch zum Beschreiben der Ablageposition, weit auszulegen und beschreibt jeglichen Ort bzw. jegliche Position an oder auf einem fahrleitungsbetriebenen Fahrzeug, welche sich für das Anlenken des Arms bzw. das Ablegen des Arms eignet, sodass mit dem Begriff des Dachabschnitts nicht notwendigerweise ein (bezogen auf den Fahrdraht bzw. eine Fahrbahnoberfläche) höchster Abschnitt des Fahrzeugs gemeint sein muss.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind den elektromotorisch angetriebenen Hebemitteln Mittel zur Positions- bzw. Wegeerfassung des Arms, insbesondere in Form weiterbildungsgemäß vorgesehener Winkel- oder Wegcodiermittel, zugeordnet. Ausgestaltet als typische Winkel- oder Streckengeber und ein geeignet elektronisch verarbeitbares Signal ausgebend, gestatten es diese Detektoren, geeignete Positionssignale einer aktuellen Armposition für Zwecke einer Bewegungs- oder Positionssteuerung (bzw. Regelvorgänge betreffend geeignete Zielpositionen) vorzugeben.
Im Rahmen weiterer bevorzugter Ausführungsbeispiele, auch in Kombination mit vorstehenden weiterbildenden Merkmalen, sind die erfindungsgemäßen Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel (wobei hier wiederum Pneumatikmittel gegenüber Hydraulikmitteln bevorzugt sind) mit geeigneten Zylindern realisiert, welche an den Arm angreifen und so mit geeigneten druckübertragenden Fluiden versehen bzw. beaufschlagt sind, dass durch diese Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder dann die beabsichtigte (hohe) Andruckkraft des Stromabnehmerkopfes an den Fahrdraht gebracht werden kann; die erfindungsgemäßen elektromotorisch angetriebenen Hebemittel sind für diese federnde Andruckfunktionalität, prinzipbedingt, weniger gut geeignet, sodass Weiterbildungen der Erfindung vorsehen, dass das elektromotorisch bewirkte Heben des Arms vor oder mit dem Erreichen der Kontaktposition endet und dann die Kraftbeaufschlagung durch die Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel erfolgt.
Dabei ist es zunächst ausreichend, wenn zugeordnete Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder mit einem geeigneten Druck (des zugeführten Fluids) versehen werden; weiterbildungsgemäß kann es, insbesondere in Betriebsumgebungen mit variierenden Fahrdrahthöhen (und entsprechenden Variationen eines Fahrdrahtabstandes relativ zum Dachabschnitt) von Vorteil sein, einen Zylinderdruck durch Regelvorgänge konstant zu halten bzw. auf einen Sollwert zu regeln.
Die wie vorstehend beschrieben aufgebaute Vorrichtung eignet sich damit in deutlich verbesserter Weise zum Andrahten bzw. Abdrahten im regelmäßigen Fahrbetrieb, dergestalt, dass typischerweise die elektromotorisch angetriebenen Hebemittel das Verbringen des Arms aus der Ablageposition bzw. zurück in diese übernehmen, während die Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel bei einer Position des Stromabnehmerkopfes am Fahrdraht die notwendige Andruckkraft erzeugen (wobei typischerweise dann während dieses Betriebsmodus durch entsprechende Kupplungsbetätigung bzw. einen weiterbildungsgemäß vorteilhaften Freilauf die elektromotorisch angetriebenen Hebemittel vom Arm entkoppelt sind).
Die vorliegende Erfindung gestattet jedoch auch, in der Art eines Notfallbetriebs, ein schnelles Abdrahten des Stromabnehmerkopfes vom Draht, indem durch schnellen Druckabfall des Zylinders, etwa als Reaktion auf einen unbeabsichtigten Betriebszustand wie ein Entfernen des Stromabnehmerkopfes vom Fahrdraht, der Arm eine schnelle Abwärtsbewegung vollführt und, bei erfolgender Einkopplung der elektromotorischen Hebemittel, diese das weitere Absenken bzw. sichere Zurückführen des Arms bewirken. Gegebenenfalls und zusätzlich weiterbildend kann etwa gar mittels eines Gegendruckzylinders oder dergleichen Maßnahme vor dieses Absenken und Zurückführen unterstützt werden, um etwa bei gewissen Fahrbetriebszuständen, etwa einem starken Bremsen, die gravitative Abwärtsbewegung zu unterstützen. Auf diese Weise sind selbst bei derartigen unbeabsichtigten Fahrzuständen problemlos stabile und sichere Lagerzustände des Arms erreichbar, ohne dass etwa die Gefahr von Verletzungen oder Beschädigungen durch einen sich unkontrolliert bewegenden Arm besteht.
Gerade im Hinblick auf einen Schnell- bzw. Notabdrahtungsbetrieb ist auch eine weitere Weiterbildung der Erfindung, nämlich die dem Arm zugeordneten Drehmittel zum gesteuerten Verdrehen des Arms um eine Vertikalachse, vorteilhaft. Diese wirken nämlich insbesondere in der Situation, wenn der Arm bei seitlicher Auslegung den Fahrdrahtkontakt verliert bzw. dann (auch beim Auslösen des oben beschriebenen Zurückführens) herabfällt. Die weiterbildungsgemäß vorgesehenen und elektromotorisch angetriebenen Drehmittel gestatten es dann, den Arm um die Vertikalachse wieder einzuschwenken, sodass auch hier dann eine Ruhe- bzw. Ablageposition erreichbar ist, welche in oder weitgehend parallel der Fahrzeuglängsachse liegt. Die zu diesem Zweck weiterbildungsgemäß vorgesehene Motorik der Drehmittel würde dann in der Realisierung dieser Weiterbildung geeignet synchronisiert mit der weiteren Ansteuerung der Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder sowie der elektromotorischen Hebemittel angesteuert werden.
Im Ergebnis ermöglicht es die vorliegende Erfindung in überraschend einfacher und eleganter Weise, die Betriebseigenschaften gattungsgemäßer Stromabnehmervorrichtungen in sämtlichen Betriebszuständen, eingeschlossen eines An- und Abdrahtens sowie eines Abdrahtens unter problematischen Fahrtbedingungen, zu vereinfachen, sicherer zu gestalten und insbesondere ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Positionierungs- bzw. Hilfsmittel den den Stromabnehmerkopf tragenden Arm in eine definierte Ablageposition präzise und betriebssicher zurückzuführen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
1: eine schematische Seitenansicht der Stromabnehmervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit den schematischen Funktionskomponenten und deren Zusammenwirken miteinander;
2: ein Diagramm zum Verdeutlichen einer Spindellänge (entsprechend einer Arm- bzw. Stangenposition) einerseits und einer Fahrleitungshöhe andererseits jeweils gegenüber der Zeit mit verschiedenen Zeitabschnitten, insoweit entsprechend verschiedenen Phasen des Fahrbetriebs beim An- bzw. Aufdrahten;
3: eine Diagrammdarstellung analog 2, jedoch mit Phasen beim Abdrahten;
4: eine Schemadarstellung analog 2, 3 mit Phasen beim Schnell-Abdrahten bzw. einer Schnell-Absenkung des Stromabnehmerkopfes vom Fahrdraht;
5: ein Schemadiagramm in Draufsicht (auf einen Dachabschnitt eines fahrleitungsbetriebenen Fahrzeugs) der Stromabnehmervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Funktionskomponenten und deren Zusammenwirken zum Beschreiben eines Rotationsvorgangs um eine Vertikalachse;
6: eine Diagrammdarstellung analog 2 bis 4 zum Verdeutlichen des Betriebsvorgangs einer Schnell-Absenkung bei zusätzlicher Rotation gemäß dem weiterbildenden Ausführungsbeispiel der 5;
7: ein ergänzendes Schaubild in zeitlicher Synchronität mit 6 zum Verdeutlichen einer Rotationsauslenkung des Arms bezogen auf eine Fahrzeug-Längsachse (bzw. Fahrtrichtung) in 5 und
8: eine Schemadarstellung mit Funktionskomponenten und deren Zusammenwirken zum Verdeutlichen einer gattungsgemäßen Stromabnehmervorrichtung als technische Ausgangslage der vorliegenden Erfindung.
Die 1 zeigt in der schematischen Seitenansicht wesentliche Funktionskomponenten sowie deren Zusammenwirken bei einer Stromabnehmervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht. Bezugszeichen entsprechen denen der 8 zum eingangs diskutierten Stand der Technik, sofern gleiche oder äquivalente Funktionskomponenten betroffen sind.
So ist wiederum ein Arm 14 über ein Drehlager 12 schwenkbar auf einem Dachabschnitt gelagert, wobei das Bezugszeichen 18 insoweit wieder eine stationäre, unbewegliche Lagereinheit verdeutlicht.
Die Seitenansicht der 1 zeigt, wie zwei im Hinblick auf ihre Betätigungswirkung parallel zueinander wirkende Antriebs- bzw. Bewegungsmechanismen an den Arm 14 angekoppelt sind, nämlich einerseits elektromotorisch angetriebene Hebemittel in Form eines mit einem Elektromotor 30 betriebenen Spindelantriebs 32, welcher über einen Freilauf bzw. eine Kupplungseinheit 34 und ein Gelenk 12 mit dem Arm 14 verbunden ist. Ein Antreiben des Motors 30 über eine elektronische Regeleinheit 36 bewirkt ein Verlängern oder Verkürzen der Spindel 38, wobei eine sich verkürzende Spindel zu einem Anheben des Arms 14, mithin zu einem Verschwenken des Arms 14 in der Richtung des Uhrzeigersinns in der Figurenebene der 1, führt.
Wie die Schemadarstellung der 1 zusätzlich erkennen lässt, ist dem Arm 14 ein Drehwinkelsensor 40 zugeordnet, welcher ein einem aktuellen Dreh- bzw. Verschwenkungswinkel des Arms 14 relativ zur Lagereinheit 18 entsprechendes elektronisch auswertbares Signal erzeugt. Dieses wird als Positions-Istwert genauso von der Steuer- und Regeleinheit 36 verarbeitet, wie ein geeignet extern vorgebbarer Sollwert über einen Sollwerteingang 42.
Zusätzlich und bezogen auf den möglichen Krafteintrag in den Arm 14 parallel zum Spindelantrieb 32 geschaltet, ist beim Ausführungsbeispiel der 1 eine Pneumatikeinheit 44, bestehend aus einem in einem Pneumatikzylinder 46 gegen eine Druckkraft eines Pneumatikfluids verschiebbar gelagerten Kolben 48; diese Einheit ist beidends am Arm 14 bzw. der stationären Lagereinheit 18 schwenkbar angelenkt. Der Zylinder 46 wird über eine Druckleitung 50 mit Pneumatikfluid versorgt, welches von einem Druckspeicher 52 herangeführt und über ein von der Regel- und Steuereinheit 36 elektronisch betätigtes Schaltventil 54 zum Zylinder 46 gebracht wird.
Die Funktion im Betrieb der Vorrichtung der 1 ist wie folgt: Beim Andrahten, also der gesteuerten Bewegung des Arms 14 aus einer abgesenkten (typischerweise horizontalen) Ruheposition bis zur Kontaktposition des (in der 1 nicht gezeigten, linksseitig am Arm 14 endseitig vorzusehenden) Stromabnehmerkopfes am (nicht gezeigten, in der 1 oberhalb der Fig. horizontal verlaufenden) Fahrdraht wird zunächst durch Ansteuerung des Motors 30 der Spindelantrieb 32 aktiviert, dergestalt, dass die Spindel 38, eingekoppelt und damit mechanisch wirksam mit dem Arm 14 verbunden, eine Verkürzung erfährt. Bei kontinuierlich erfolgender Messung des aktuellen Verschwenkungswinkels bewegt sich der Arm 14 in der Figurenebene der 1 entlang der Richtung des Uhrzeigersinns aufwärts. Während dieses Betriebs ist die Ventileinheit 54 zum Entlüften der Zylinder 46 geschaltet, sodass die Pneumatikeinheit 46, 48 keinen Einfluss auf dieses elektromotorische Heben hat.
In bevorzugter Weiterbildung ist es denkbar, dass bei – begrenztem – Druckeinsatz über die Druckleitung 50 der Hebevorgang unterstützt wird.
Sobald das Andrahten erfolgt ist, nämlich der Stromabnehmerkopf den Fahrdraht erreicht und insoweit der Arm 14 um seinen maximal möglichen Schwenkwinkel (elektromotorisch) verschwenkt wurde, wird mittels der Kupplungs- und Freilaufanordnung 34 die Spindelanordnung vom Arm 14 entkoppelt; es wird der Zylinder 46 mit Druckfluid aus dem Drucktank 52 beaufschlagt, sodass durch Kolbenwirkung 48 (in der Figurenebene nach rechts) ein pneumatisch erzeugter Druck den Arm mit endseitig ansitzendem Stromabnehmerkopf an den Fahrdraht drückt und so für die notwendige, kontaktsichere Andruckkraft sorgt.
Das Schaubild der 2 mit in der Vertikalen aufgetragener Spindellänge (gestrichelte Kurve) sowie Höhe des Stromabnehmerkopfes relativ zum Dachabschnitt als Bezugshöhe illustriert diesen Ablauf. Zu Beginn des Andrahtungsprozesses und zu Beginn der zugehörigen Phase t₁ fährt, elektromotorisch angetrieben, der Arm 14 kontinuierlich aufwärts, sodass die Kopfhöhe am Ende von t₁ den Fahrdraht erreicht. Parallel verkürzt sich die Spindel 38. Während der Phase t₂ erfolgt die Druckbeaufschlagung der Pneumatikeinheit 44 durch Einleiten des Pneumatikfluids in den Druckzylinder 46; diese Druckbeaufschlagung drückt den Fahrdraht zusätzlich leicht nach oben.
Die daraufhin zugeführte (und sich verlängernde) Spindel gerät während der Zeitphase t₃ in den Freilauf und verbleibt nachfolgend in t₄ im ausgekoppelten Zustand. Die Zeitperiode t₄, insoweit repräsentativ für einen Fahrbetrieb, verdeutlicht mit dem Schwanken der Kopfhöhe (insoweit entsprechend zugehörigen Höhenveränderungen des kontaktierten Fahrdrahts) das Heben und Senken des Kopfes, bei entsprechender Druckbeaufschlagung durch die Pneumatikeinheit 44, welche kontinuierlich mit Pneumatikfluid unter Druck versorgt wird.
Da während dieser Phasen beim gezeigten Ausführungsbeispiel keine gesonderte Druckregelung des Pneumatikfluids erfolgt, ist dies gleichwohl weiterbildungsgemäß möglich, etwa durch Einsatz eines Regelventils als Ventilbaugruppe 54, welche dann, etwa entsprechend einer Regelantwort auf einen aktuellen Positions-Istwert des Arms 14 (aus dem Geber 40) in Abgleich zu einem (dann auch für den Druck wirksamen) Sollwert 42 geeignet geregelt wird. Der Fachmann wird in jedem Fall Ist- und Sollwerte geeignet wählen bzw. vorgeben. Wenn es sich etwa um Positionswerte (z. B. ein Winkel) handelt, wäre der Istwert als Regeleingangsgröße für den Druck im Zylinder heranzuziehen. Alternativ könnte etwa mit einem auf einen konstanten Wert geregelten Druck gearbeitet werden.
In zeitlicher Fortsetzung des Diagramms der 2 verdeutlicht die 3 den Abdrahtungsbetrieb der beschriebenen Ausführungsform; Phase t₄ entspricht insoweit dem angekoppelten (angedrahteten) Fahrbetrieb zum Abschluss der 3.
Zum Abdrahten wird zunächst während t₅ die Spindel durch Ansteuerung des Motors 30 verkürzt, bis sie einkoppelt bzw. der Freilauf aufgehoben ist. Daraufhin erfolgt während t₆ durch Sperren des Ventils 54 und (ggf. ein nicht näher in Detail gezeigtes) Entlüften des Kolbens 46 ein Entlasten der Pneumatikanordnung, und der Arm 14 mit endseitig ansitzendem Stromabnehmerkopf hebt nachfolgend (in t₇) vom Fahrdraht ab. Durch weitere Ansteuerung des Elektromotors 30 und entsprechende Verlängerung der Spindel 38 wird (während t₇) der Arm 14 heruntergefahren, bis dieser dann während t₈ betriebssicher auf dem Dachabschnitt in der Ablageposition positioniert ist.
Es wird aus der vorstehenden Diskussion des ersten Ausführungsbeispiels samt Betriebsablauf deutlich, dass einerseits die elektromotorische Antriebsfunktionalität mit ihrer genauen und präzisen Steuerbarkeit (sowohl mit langsamer als auch schneller Motorumdrehung) eine präzise und positionsgenaue Bewegung des Arms 14 ermöglicht. Dagegen wird speziell für den federnden Andruckbetrieb in der Kontaktposition vorteilhaft die Eignung und Eigenschaft der Pneumatikeinheit 44 genutzt, die nämlich insbesondere im auf- bzw. angedrahteten Zustand aktiviert ist und dort dann auf betriebssichere, einfache und kontaktsichere Art für die notwendige Andruckkraft des Stromabnehmerkopfes an dem Fahrdraht sorgt. Während dieses Betriebs ist der elektrische Antrieb in der beschriebenen Weise ausgekoppelt.
Vorteilhafte Wirkung dieser eleganten und technisch vorteilhaften Kombination zweier mechanischer Andruck- und Bewegungsprinzipien ist neben der beschriebenen Präzision auch die Lastunabhängigkeit insbesondere des elektrisch angetriebenen Betriebes, denn die durch den Elektromotor 30 bewirkte Funktionalität betrifft lediglich den Arm 14 bzw. den ansitzenden Stromabnehmerkopf; etwaige Rückwirkungen (bzw. Belastungen durch Schwankungen) in der relativen Fahrdrahthöhe – etwa während Phase t₄ – sind insoweit ohne potentiell schädlichen Einfluss auf die elektromotorische Funktionalität. Dagegen muss der (problemlos auch für solche Höhen- und damit Druckschwankungen geeignete) Pneumatikzylinder nicht einmal selbst regelbar sein, vielmehr wäre, insbesondere bei Einstellung eines geeigneten mittleren Drucks, auf vorteilhafte Weise durch das Pneumatikfluid eine stets ausreichende Andruckkraft sicherzustellen. Prinzipiell eignet sich auch ein hydraulisches Prinzip mit entsprechend druckbeauflagten Hydraulikfluid, wobei dies gegenüber der bevorzugten Pneumatik etwas höhere Herstellungs- und damit Kostenaufwand mit sich bringt. Hinzu kommt die Eigenschaft der Pneumatikvariante, in der vorbeschriebenen Weise federnd zu wirken, sodass dies auch aus diesem Grunde bevorzugt ist.
Anhand des Diagramms in der 4 wird nachfolgend ein alternativer Abdrahtungs- bzw. Absenkbetrieb beschrieben, nämlich eine sogenannte Schnell- oder Notabsenkung, welche insbesondere dann zum Tragen kommt, wenn der Stromabnehmerkopf in eine unbeabsichtigte Kontakt- oder Betriebsposition gerät und möglichst schnell abgesenkt werden muss. Das Hub-Zeitdiagramm der 4, insoweit wieder analog in den Achsen mit 2, 3, beginnt im angedrahteten Betrieb der Phase t₄.
Wird jetzt während der Betriebsphase t₉ ein unbeabsichtigter Betriebszustand des Stromabnehmerkopfes festgestellt, hier etwa ein sogenanntes ”Derailment” (also ein Entgleisen bzw. Entdrahten), während dem der Stromabnehmerkopf den unmittelbaren Kontakt zur Fahrleitung verliert und entsprechend, wie in 4 gezeigt, schnell stark ansteigt, wird über einen geeigneten, nicht gezeigten Detektor, alternativ über eine sonstige (z. B. auch manuell vorgenommene) Befehlsgabe ein Schnellabsenkungsbetrieb ausgelöst, damit auch ein weiteres, unbeabsichtigtes Anheben des Kopfes verhindern soll.
Zu diesem Zweck wird während der Zeitphase t₁₀ durch Ansteuerung des Motors 30 die Spindel 38 mit maximaler Geschwindigkeit verkürzt (noch ohne zu diesem Zeitpunkt eingekoppelt zu sein), gleichzeitig erfolgt durch Betätigung des Ventils 54 eine Druckabsenkung im Zylinder 46, sodass der Arm 14 abwärts fällt (also in der Figurenebene der 1 entgegen der Richtung des Uhrzeigersinns). Durch nachfolgendes Einkoppeln wird der Arm von dem Spindelbetrieb aufgenommen und nachfolgend geregelt (Zeitabschnitt t₁₁) in Richtung auf den Dachabschnitt geführt, wo er dann in t₈ zuverlässig und betriebssicher positioniert ist.
Das Schemadiagramm der 5 verdeutlicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, insoweit als Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels der 1. Die Draufsicht auf den Dachabschnitt des Fahrzeugs der 5, hier ist links und endseitig des Arms 14 der Stromabnehmerkopf mit dem Bezugszeichen 15 gezeigt, verdeutlicht, wie der Arm 14 zusätzlich zur vertikalen Verschwenkung (1) um eine vertikale Achse (nämlich senkrecht zur Figurenebene der 5 verlaufend) durch eine weitere elektromotorische Einheit 31 (ggf. auch durch denselben Elektromotor realisiert) verdreht werden kann; Pfeile 60, 61 verdeutlichen die jeweiligen, durch das Verdrehen erreichbaren Auslenkungen von ca. 15 bis 25 Grad in positiver und negativer Richtung aus der in 5 gezeigten Fahrtrichtung 62 als Nullgrad-Richtung. Normgerecht sind etwa Auslenkungen von +/– 55°.
Der Drehantrieb des Elektromotors 31 wird über eine geeignet steuerbare Kupplung 64 mit einem schematisch gezeigten Drehtisch 66 verbunden, welcher ein Drehen der Lageranordnung 18 (1) um die Vertikalachse ermöglicht. Ein Drehwinkelsensor 68 in Verbindung mit einer Drehregelung 70 (weiterbildend oder alternativ auch geeignet verbunden bzw. zusammengeführt mit der Regeleinheit 36) sorgt für ein Regeln auf einen geeignet vorgegebenen Sollwert am Sollwerteingang 72 des Reglers 70, wobei dessen Regelsignal dann geeignet den Motor 31 bzw. die Kupplung 64 erreicht.
In Erweiterung bzw. Modifikation des anhand der 4 beschriebenen Schnellabsenkungsbetriebs wird anhand der 6 und 7 erläutert, wie die Weiterbildung der 5 das zusätzliche Drehen der Stromabnehmervorrichtung um die Vertikalachse einbezieht und insoweit auch für weitergehende, komplexe Fehler- bzw. Fahrsituationen einsetzbar ist. Die 6 und 7, zeitsynchron zueinander angeordnet, verdeutlichen dabei in der 6 und analog zu den 2 bis 4, die jeweiligen Hubbewegungen bzw. -weiten in Spindel- und Kopfhöhe, während die 7, und insoweit bezogen auf die Auslenkungen 60, 61 der 5, einen aktuellen Drehwinkel des Stromabnehmerkopfes 15 in den vorbeschriebenen Phasen verdeutlicht.
Es wird wieder der Zustand des ”Derailments” während t₉ angenommen; der Kopf entfernt sich vom Fahrdraht, und dieser Zustand wird als irregulärer Fahrbetrieb detektiert. Während des vorangegangenen Fahrbetriebs (t₄) und auch noch während t₉ ist der Motor 31 durch geeignete Ansteuerung der Kupplung 64 vom Drehtisch 66 entkoppelt, sodass – um die Vertikalachse – der Arm geeignet verdreht sein kann. Zum Zeitpunkt t₁₂ erfolgt das Aktivieren der Kupplung 64 und damit das Einkoppeln und Aktivieren des Motors 31 zum Drehteller 66; eine weitere, freie Rotation ist damit blockiert. Das weitere Betreiben des Motors 31 (unter Regelung bzw. Kontrolle des Drehwinkeldetektors 68) bewirkt, dass der Arm 14, entgegen der Richtung des Schwenkpfeils 60, 61, in die Fahrtrichtung (0 Grad) als Mittelstellung geführt wird. Parallel und wie oben diskutiert laufen gemäß 6 die Betriebsschritte zum Schnellabdrahten des Arms 14 in vertikaler Richtung ab, sodass bis zum Endzustand am Ende von t₈ der Arm samt endseitig ansitzendem Stromabnehmerkopf eine komplexe, mehrdimensionale (mehrachsige) Bewegung bis zur Ablageposition vollführt hat.
Während eine Synchronisation der beiden Bewegungsabläufe (6, 7) nicht zwangsläufig ist, laufen gleichwohl beide Betriebsabläufe praktisch parallel. Vorteilhafter Effekt ist gleichwohl, dass durch alle vorbeschriebenen Maßnahmen des Abdrahtens zu keinem Zeitpunkt ein nachteiliges Aufschlagen oder anderes unkontrolliertes Verhalten des Arms 14 beim Absenken entsteht. Damit kann insbesondere auch eine mögliche Gefahr von Personen- oder Sachbeschädigung von sich im Auslenkbereich befindlichen Personen bzw. Objekten verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen samt Betriebsmodi oder gar auf den bevorzugten Verwendungsfall im Rahmen von Trolleybussen beschränkt. Vielmehr eignet sich die Erfindung auch für beliebige andere fahrdrahtgebundene Fahrzeuge auf Schienen oder Straße, andere Arm- bzw. Stangenkonfigurationen und vergleichbare Einsatz- und Betriebssituationen.

Claims

Stromabnehmervorrichtung für fahrleitungsbetriebene Fahrzeuge mit einem einends zum schwenkbaren Vorsehen auf einem Dachabschnitt (10) eines fahrleitungsbetriebenen Fahrzeugs ausgebildeten und anderenends einen zum elektrisch Strom abnehmenden Zusammenwirken mit einem Fahrdraht ausgebildeten Stromabnehmerkopf (15) aufweisenden Arm (14), dem Elevationsmittel (44, 32) zum gesteuerten Heben und Absenken zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elevationsmittel elektromotorisch angetriebene Hebemittel (32, 38) zum Bewirken des Hebens und des Absenkens über zumindest einen Wegabschnitt des Arms zwischen einer Ablageposition und einer Kontaktposition sowie Pneumatik- oder Hydraulikmittel (44) aufweisen, die zum Aufbringen einer Andruckkraft des Stromabnehmerkopfes an den Fahrdraht in der Kontaktposition ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorisch angetriebenen Hebemittel einen mit Kupplungs- und/oder Freilaufmitteln (34) versehenen Spindel- oder Zahnstangenantrieb (32) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den elektromotorisch angetriebenen Hebemitteln Winkel- (40) und/oder Wegcodiermittel zum Erfassen einer Bewegung und/oder Position des Arms zugeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorisch angetriebenen Hebemittel so ausgebildet und angesteuert sind, dass das elektromotorisch bewirkte Heben des Arms vor oder mit einem Erreichen der Kontaktposition endet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den einen an den Arm angelenkten Pneumatik- oder Hydraulikzylinder (46) aufweisenden Pneumatik- bzw. Hydraulikmitteln Mittel (54) zur gesteuerten Aktivierung oder Deaktivierung der Andruckkraft vorgeschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Aktivierung bzw. Deaktivierung zum Regeln der Andruckkraft auf einen vorbestimmten und/oder einstellbaren Sollwert ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Arm an dem einen Ende bevorzugt elektromotorisch angetriebene Drehmittel (31, 66) zum gesteuerten Verdrehen des Arms um eine Vertikalachse zugeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Elevationsmitteln Mittel zur gesteuerten Schnellabdrahtung so zugeordnet sind, dass als Reaktion auf ein Schnellabdrahtungs-Steuersignal eine Deaktivierung eines Pneumatik- bzw. Hydraulikdrucks der Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel in Verbindung mit einer ein Abfangen des abfallenden Arms bewirkenden elektromotorischen Hebe- und/oder Verdrehbewegung ausgelöst wird.
Verfahren zum Bewegen einer Stromabnehmervorrichtung eines fahrleitungsbetriebenen Fahrzeugs relativ zu einem Fahrdraht, insbesondere Verfahren zum Betreiben der Stromabnehmervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Schritte: – elektromotorisches Anheben eines einends zum schwenkbaren Vorsehen auf einem Dachabschnitt (10) eines fahrleitungsbetriebenen Fahrzeugs ausgebildeten und anderenends einen zum elektrisch Strom abnehmenden Zusammenwirken mit einem Fahrdraht ausgebildeten Stromabnehmerkopf (15) aufweisenden Arms (14) aus einer Ablageposition auf oder an dem Dachabschnitt, – Führen des angehobenen Arms in eine Kontaktposition des Stromabnehmerkopfes an dem Fahrdraht und – pneumatisches oder hydraulisches Aufbringen einer Andruckkraft des Stromabnehmerkopfes gegen den Fahrdraht durch gesteuertes Aktivieren und/oder insbesondere positionsabhängiges Regeln von an den Arm angelenkt vorgesehenen Pneumatik- bzw. Hydraulikmitteln (46).
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt des mechanischen Entkoppelns von das elektromotorische Anheben bewirkenden Hebemitteln (32, 38) von dem Arm, wenn das pneumatische oder hydraulische Aufbringen der Andruckkraft und/oder das Führen bewirkende Pneumatik- oder Hydraulikmittel, insbesondere zu einem Zweck des Andrahtens des Stromabnehmerkopfes an den Fahrdraht, aktiviert sind.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Schritte des mechanischen Einkoppelns der Hebemittel an den Arm und des Deaktivierens der Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel, insbesondere zu einem Zweck des Abdrahtens des Stromabnehmerkopfes von dem Fahrdraht.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Deaktivieren der Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel als Reaktion auf ein Detektieren eines Kontaktverlustes des Stromabnehmerkopfes am Fahrdraht erfolgt und die Hebemittel zum Verbinden mit dem Arm und einem nachfolgenden Absenken des Arms angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt des Drehens oder Verschwenkens des Arms um eine Vertikalachse nach dem Deaktivieren der Pneumatik- bzw. Hydraulikmittel als Reaktion auf das Detektieren des Kontaktverlusts.
Verwendung der Stromabnehmervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für einen elektrisch betriebenen Bus, insbesondere als Transportmittel im öffentlichen Personennahverkehr.