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Die Erfindung betrifft ein Stromabnehmersystem für nicht schienengebundene elektrisch angetriebene Fahrzeuge zum automatischen An- und Abdrahten an eine Oberleitung, die oberhalb aber auch neben der Fahrspur angeordnet ist, bei dem die auf dem Fahrzeugdach angeordneten Stromabnehmer in Form von federbelasteten Stangen mit ihren am Ende der Stangen angeordneten Stromabnehmerköpfen an die Drähte der Oberleitungen gedrückt werden.
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Nicht schienengebundene elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Elektrobusse, auch als O-Busse, Oberleitungsbusse oder Trolleybusse bezeichnet, wurden primär über zweipolige Leitungssysteme mit Energie versorgt. Derartige Fahrzeuge haben den Vorteil gegenüber solchen, die mit Verbrennungsmotoren betrieben werden, dass sie geräuscharm und lokal emissionsfrei betrieben werden.
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Das Leitungssystem (Oberleitung) ist in einer definierten Höhe, in der Regel mittig über der vorgesehenen Fahrspur angeordnet. Über mit dem Fahrzeug verbundene Stromabnehmer wird der elektrische Kontakt zwischen Oberleitung und Fahrzeug hergestellt. Dazu muss der Stromabnehmer zum An- bzw. Abdrahten unter Einhaltung spezifischer Toleranzen für die Andruckkraft zwischen den Schleifleisten und dem Fahrdraht anheb- und absenkbar sein.
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Der Stromabnehmer ist üblicherweise Bestandteil einer Stromabnehmereinrichtung, mittels derer Hilfe dieser zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit der Oberleitung über eine Stromabnehmer-Feder-Dämpfer-Baueinheit mit einer Anpresskraft gegen die Oberleitung gedrückt wird. Der Stromabnehmer muss insbesondere für einen Querausgleich und/oder zum Ausgleich eines Höhenunterschiedes relativ zum Fahrzeug bewegbar sein, denn durch Bodenwellen, Schlaglöcher usw. in den Fahrbahnen kann sich die Höhenlage der Oberleitung relativ zum Fahrzeug ändern.
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Die vorgenannten Faktoren können ein automatisches An- bzw. Abdrahten negativ beeinflussen.
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Bekannt ist aus der
DE 24 60 843 A1 ein Stromabnehmer für gleislose, elektrisch angetriebene Fahrzeuge, der mit seinem Schleifschuh mittels einer am Fahrzeugdach angelenkten, federbelasteten Stange in Richtung auf einen Fahrdraht gedrückt wird und um seine Hochachse schwenkbar ist, wobei sich über dem Schleifschuh hinausragend ein am Stromabnehmer angelenkter, verschwenkbarer Führungsbügel befindet. Da der Führungsbügel eine zur Schleifschuhmittelachse parallele Fläche bildet, werden der Führungsbügel und der mit ihm verbundene Schleifschuh bei Berühren des Fahrdrahtes so ausgerichtet, dass der Schleifschuh ohne Verkanten mit dem Fahrdraht in Berührung gelangen kann. Bei Erreichen des Kontakts werden die Führungsbügel nach unten geklappt.
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Das Aufklappen der Führungsbügel erfolgt nur, wenn die Stromabnehmer in die Parkposition auf dem Fahrzeugdach verfahren werden. Dies bedeutet, dass bei einer Störung, wenn beispielsweise der Stromabnehmer vom Fahrdraht abkommt, der Stromabnehmer zuerst in die Parkposition verfahren werden muss, ehe ein erneutes Andrahten mit Hilfe der Führungsbügel erfolgen kann.
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Aus der
DE 100 12 039 A1 ist ein Fahrdraht- und Stromabnehmersystem für Elektrobusse bekannt, bei dem die parallelen elektrischen Leitungen des Oberleitungssystems in periodischen Abständen in Haltern fixiert sind, die eine Relativbewegung der Leitungen zueinander nur in dem Maße zulassen, wie es durch die gewählten elastischen Eigenschaften der Halter und Leitungen sowie die gewählte Vorspannung der Leitungen gewünscht ist und der Stromabnehmer in einer Weise ausgeformt ist, die ihm bei Einwirken einer entsprechenden Kraft zwischen den beiden Leitern zentriert und gleichzeitig elektrischen Kontakt zwischen den Leitern und den jeweiligen Kontaktplatten herstellt.
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Für die hydraulische Hebe- und Schwenkeinrichtung für die Stromabnehmer ist als Kraftübertragungselement zwischen Antrieb und der zu bewegenden Auslegerstange ein Geberzylinder, eine Leitung und ein Nehmerzylinder vorhanden. In der Leitung befindet sich ein Umschaltventil, so dass durch ein externes Signal der Geberzylinder als Kraftquelle ab- und ein Druckspeicher zugeschaltet werden kann.
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Dieses System kann nicht bei vorhandenen Oberleitungssystemen eingesetzt werden sondern es erfordert einen Neubau des Oberleitungssystems.
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Aus der
DE 10 2012 002 748 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren für das wahlfreie Positionieren von Stangenstromabnehmern eines Oberleitungsfahrzeuges bekannt. Die Vorrichtung besteht aus motorisch angetriebenen Seilwinden mit regelbarer Kraft und gegebenenfalls einem zusätzlichen Drehaktor. Als Gegenkraft wirkt die Kraft der Anpressfeder des Stangenstromabnehmers. Der bei zwei Winden fakultativ, bei einer Winde obligatorisch vorhandene Drehaktor wird insbesondere dazu benutzt, um die weiter außen liegenden Positionen des Stangenstromabnehmers anfahren zu können, bei denen sich der Anlenkpunkt der Seilwinden am Stangenstromabnehmer außerhalb des Bereiches zwischen den Seilwinden befindet.
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Aus der
DE 10 2012 002 749 A1 ist eine Vorrichtung für die automatische oberleitungsparallele Ausrichtung der Schleifschuhe beim Andrahten der Stangenstromabnehmer bei Oberleitungsfahrzeugen bekannt. Die Vorrichtung, die einen ansonsten herkömmlichen Stromabnehmerkopf hat, ist derart ergänzt, dass eine Parallelausrichtung des Schleifschuhs des Stromabnehmerkopfes um seine Vertikaldrehachse automatisch bei seiner Annäherung an die Oberleitung erfolgt. Die Vorrichtung verfügt dazu über eine aus Drahtgebilden bestehende Fangvorrichtung, die in Grundstellung nach oben eine Trichterrinne ausbildet, die sich bei Berührung der Oberleitung automatisch nach dieser ausrichtet. Beim Andrahten wird ein Druck auf den Schleifschuh ausgeübt, wodurch ein höhenverschiebbares Formstück gegen eine Feder relativ zum Schleifschuh nach oben bewegt wird. Durch eine Hebelkonstruktion wird die Bewegung in eine Schwenkbewegung übersetzt. Damit wird erreicht, dass die Fangeinrichtung, die im abgedrahteten Zustand die Trichterrinne bildet, im angedrahteten Zustand nach unten oder nach innen geschwenkt ist und damit nicht im Kollisionsbereich mit der Oberleitungsaufhängung und -führung befindet.
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Die
DE 10 2010 053 528 A1 beschreibt ein System für das automatische An- und Abdrahten während der Fahrt eines Oberleitungsfahrzeugs. Das System besteht aus mehreren Komponenten, so dass es dem Oberleitungsfahrzeug ermöglicht, die Stromabnehmer während der Fahrt bedarfsgerecht automatisch an die Fahrleitung an- und abzudrahten. Dabei kommen eine digitale Kamera zusammen mit einer dynamischen stereo-optischen Mustererkennung mit dynamischer Zielerkennung zur Anwendung. Weitere zum System gehörende Komponenten und Verfahren sind die Standortbestimmung auf der Basis eines globalen Navigationssatellitensystems, der Abgleich mit über digitale Funkschnittstellen aktualisierten geographischen Karten und eine digitale Car-to-Car-Kommunikation.
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Mittels optischer Mustererkennung aufgrund der von den Videokameras gewonnenen Daten werden die Position der Fahrdrähte im Verhältnis zum Fahrzeug genauso wie die Position der Schleifschuhe bzw. Stromabnehmerköpfe bestimmt und mittels der intelligenten Steuerung auf der Basis der Berechnungen und der Kommunikation mit anderen Systemen Befehle für die motorische bzw. hydraulische oder pneumatische Positionierung der Stangenstromabnehmer für die erforderlichen Ab- und Andrahtungsbewegungen erzeugt.
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Der Einsatz eines optischen Systems – hier digitale Kamera – zur Erfassung der Position der Fahrdrähte ist in seiner Zuverlässigkeit aufgrund von Umwelteinflüssen wie beispielsweise Regen, Schneefall, Verschmutzung oder Gegenlicht deutlich herabgesetzt.
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Die parallele Ausrichtung der Schleifschuhe zum Fahrdraht ist ein entscheidender Schritt, um ein automatisiertes Andrahten zu realisieren. Für diese Problematik wird in der vorbeschriebenen Lösung kein Lösungsansatz offenbart.
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Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Stromabnehmersystem für nicht schienengebundene, elektrisch angetriebene Fahrzeuge so weiterzuentwickeln, dass ein automatisches An- und Abdrahten nicht nur während des Fahrzeugstillstandes sondern auch während der Fahrt ermöglicht wird. Hierin eingeschlossen ist auch die Aufgabe, den Stromabnehmerkopf auf den Verlauf des Fahrdrahtes auszurichten. Daneben soll aber auch die Anpresskraft-, die Feder- und die Dämpfungscharakteristik des Stromabnehmersystems wesentlich verbessert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen sowie dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
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Die Erfindung betrifft ein Stromabnehmersystem für das automatische An- und Abdrahten von elektrisch betriebenen nicht schienengebundenen Fahrzeugen mit einem auf dem Dach des Fahrzeuges angeordneten konventionellen Zweistangensystem. Die Stangen der Stromabnehmer sind an der Basis an ihrem Befestigungspunkt um eine Vertikalachse drehbar gelagert und können zusätzlich über ein an der Basis befindliches Gelenk verschwenkt werden, um damit in einer seitlichen Position und in der Höhe relativ zum Fahrzeug variiert werden. Dies erfolgt mittels einfach oder doppelt wirkenden Pneumatikzylindern. Damit die Schleifschuhe und mit ihnen die Schleifkohlen sich in jeder Konstellation an den Fahrdraht angelegen können, sind die Schleifschuhe über Rotationsachsen in z- und in y-Richtung schwenkbar im Stromabnehmerkopf gelagert.
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Für die Steuerung der Positionierung der Stromabnehmer mittels der Stangen in horizontaler und in vertikaler Richtung werden als Eingangsgrößen für die Regler u. a. Daten von Wegmesssensoren, welche an den Pneumatikzylindern des Hub- und Schwenksystems für die Stromabnehmerstangen angeordnet sind, verwendet. Zur Fahrdrahtdetektion wird ein Laserscanner verwendet, der den Vorteil hat, auch bei schlechten Lichtverhältnissen, beispielsweise einer Nachtfahrt, zuverlässig die Fahrdrahtdetektion zu ermöglichen.
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Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung von einfach oder doppelt wirkenden Pneumatikzylindern im Zusammenspiel mit entsprechenden Druckregelventilen für die Hub- und Schwenkbewegung der Stromabnehmerstangen ist die schwingungsdämpfende Wirkung aufgrund der schnellen Änderung der inneren Energie der Druckzylinder. Insbesondere bei Schwingungsanregungen des Stromabnehmersystems durch äußere Einflüsse, wie Fahrbahnunebenheiten, sind die Pneumatikantriebe in der Lage, Schwingungen zu kompensieren und damit ein Aufschwingen der Stromabnehmerstangen zu vermeiden.
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Dies wirkt sich auch auf die zeitliche Dauer des Andrahtvorganges vorteilhaft aus.
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Die parallele Ausrichtung der Schleifschuhe in Bezug auf den Fahrdraht ist ein entscheidender Punkt zur Realisierung des automatisierten Andrahtvorganges. Mithilfe von Leitblechen und der dazugehörigen Antriebseinheit, bestehend aus einem Pneumatikzylinder, einem Seilzug und einer Feder, ist die Parallelausrichtung der Schleifschuhe möglich. Das Leitblech kann mittels der separaten Antriebseinheit aktiv betätigt werden. Der Zeitpunkt für das Auf- bzw. Abschwenken des Leitbleches kann während des An- oder Abdrahtvorganges frei gewählt werden. Somit ist es nicht mehr erforderlich, die Stromabnehmerstangen bis in die Parkposition auf dem Fahrzeugdach zurückzufahren.
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Der am Stromabnehmerkopf zur Verfügung stehende Bauraum für die Eindrahthilfe ist sehr begrenzt. Beim erfindungsgemäßen automatisierten Stromabnehmersystem erfolgt die Lagerung von Schleifschuh und Leitblech durch Kombination einer Hohlwelle mit einer Steckwelle. Damit haben Schleifschuh und Eindrahthilfe – hier ein Leitblech – eine gemeinsame Drehachse. Dadurch ist es möglich, Leitblech und Schleifachse unabhängig voneinander um die Rotationsachse (y-Achse) zu bewegen.
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Durch diese konstruktive Ausführung wird der vorhandene Bauraum optimal ausgenutzt, ohne dabei den Funktionsumfang sowohl des Stromabnehmersystems als Ganzes als auch der Andrahteinrichtung im Besonderen zu beeinträchtigen.
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Das erfindungsgemäße automatisierte Stromabnehmersystem ist in der Lage, die Schleifschuhe bei Fahrzeugstillstand an bestehende Oberleitungsnetze anzulegen, ohne dass dafür konstruktive Änderungen am Oberleitungsnetz vorgenommen werden müssen. Das System ist somit voll kompatibel zu bestehenden Oberleitungsnetzen.
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Darüber hinaus kann auch im Fahrbetrieb angedrahtet werden, wenn im Bereich des Andrahtens eine spezielle Distanzeinrichtung zum Einsatz kommt. Die Distanzeinrichtung gewährleistet einen ausreichenden großen Abstand v zwischen der Oberkante des Leitbleches und der Unterkante der Fahrdrahtaufhängung am Auslegerstab. Ein weiteres Merkmal ist eine besondere geometrische Formgebung in der y-z-Ebene, um bei einer Schräglage des Stromabnehmerkopfes und/oder der Fahrdrahtaufhängung (Winkel ρ) einen ausreichenden horizontalen Abstand h zwischen Leitblech und der Fahrdrahtaufhängung zu gewährleisten. Durch den Einsatz der Distanzeinrichtung als Fahrdrahtaufhängung zwischen Fahrdraht und Auslegerstab kann eine Kollision des Leitbleches des Stromabnehmerkopfes mit dem Auslegerstab der Fahrdrahtaufhängung während des Andrahtvorganges vorzugsweise bei geradem Leitungsverlauf sicher vermieden werden.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1: Stromabnehmersystem als Draufsicht
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2: Stromabnehmersystem als Seitenansicht
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3: Detaillierte Seitenansicht vom Stromabnehmerkopf
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4: Detaillierte Rückansicht vom Stromabnehmerkopf
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5: Pneumatischer Teilschaltplan für die Schwenkbewegung
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6: Pneumatischer Teilschaltplan für die Hubbewegung
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7: Stromabnehmerkopf in Bezug zum Fahrdraht rechts
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8: Stromabnehmerkopf im Bezug zum Fahrdraht links
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9: Schleifschuh mittels Leitblech parallel zum Fahrdraht ausgerichtet
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10: Kontakt zwischen Schleifkohle und Fahrdraht
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11: Leitblech abgesenkt und Andrahtvorgang abgeschlossen
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12: Schnittdarstellung von Stromabnehmerkopf
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Die 1 zeigt das erfindungsgemäße Stromabnehmersystem 2, das auf dem Dach eines Fahrzeuges 1, vorzugsweise einem Oberleitungsbus, angeordnet ist. Das Stromabnehmersystem 2 besteht im Wesentlichen aus zwei Stromabnehmern 7, 32, die schwenk- und drehbeweglich auf der Basisplatte befestigt sind, wobei jeder Stromabnehmer 7, 32 aus einer Stromabnehmerstange 3, einem Stromabnehmerkopf 22, einer Antriebseinheit für die Hub- und Schwenkbewegung der Stromabnehmer 7, 32 gebildet wird. Die Stromabnehmerköpfe 22 bestehen aus Schleifschuhen 14, an denen seitlich zur Erleichterung des Andrahtens der Stromabnehmerstangen 3 an die Fahrdrähte 18 Leitbleche 15 vorgesehen sind. Gleichzeitig ist auf dem Dach des Fahrzeuges 1 ein Lasersensor 16 angeordnet. Die Antriebseinheit für die Stromabnehmer 7, 32 besteht aus den Pneumatikzylindern 4, 8 mit den integrierten Wegmesssystemen 5, 9. Die Stromzuführung für den Fahrbetrieb erfolgt über die Stromabnehmer 7 und 32.
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Jede der Stromabnehmerstangen 3 weist einen Pneumatikzylinder 12 mit zwei Luftkammern zur Bewegung der Leitbleche 15 auf. Am unteren Ende jeder Stromabnehmerstange 3 ist ein Pneumatikzylinder 4 mit einem integrierten Wegmesssystem 5, die Zugfedern 6 sowie die vordere Aufnahme 11 für den Pneumatikzylinder 8 mit zwei Luftkammern für die Schwenkbewegung und dem integrierten Wegmesssystem 9 angeordnet. Auf der anderen Seite ist der Pneumatikzylinder 8 mit der hinteren Aufnahme 10 verbunden. Angesteuert werden die Pneumatikzylinder 4, 8 und 12 über Ventile in der Ventilsteuereinheit 17.
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Die 2 zeigt das Stromabnehmersystem 2 in der Seitenansicht im Fahrbetrieb. Die Stromabnehmer 7, 32 sind mit dem den Fahrdrähten 18 des Oberleitungssystems über die Stromabnehmerköpfe 22 verbunden. Die Stromabnehmer 7, 32 sind zum einen über die Rotationsachse 36 drehbar (Hubbewegung) und zum anderen über die Rotationsachse 35 schwenkbar (Schwenkbewegung). Das Oberleitungssystem besteht aus den Fahrdrähten 18, die über die Fahrdrahtaufhängung 25 mit der Fahrdrahtklemme 20 und dem Klemmhalter 21 am Auslegerstab 19 befestigt sind.
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Die 3 zeigt eine detaillierte Seitenansicht des Stromabnehmerkopfes 22. Dieser ist am Ende der Stromabnehmerstange 3 angeordnet. In der Nähe des Stromabnehmerkopfes 22 ist der Pneumatikzylinder 12 an der Stromabnehmerstange 3 angeordnet, an dessen Kolbenstangenaufnahme ein Seilzug 13 befestigt ist. Am anderen Ende des Seilzuges 13 ist ein federbelasteter Hebel 24, der über eine Steckwelle 29 mit dem Leitblech verbunden ist. Am Hebel 24 selbst ist eine Feder 28 vorgesehen. Zum Erfassen eines bestimmten Bereiches über dem Stromabnehmerkopf 22 ist ein Ultraschallsensor 23 mit Schallumlenkwinkel am Stromabnehmerkopf 22 angeordnet.
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Die 4 zeigt eine detaillierte Rückansicht des Stromabnehmerkopfes 22. Als Beispiel soll eine nachgespannte Oberleitungsaufhängung mit Auslegerstäben 19 herangezogen werden. Das Aufhängen der Fahrdrähte 18 erfolgt mit Hilfe einer Fahrdrahtaufhängung 25, die als Distanzeinrichtung zwischen der Befestigung am Auslegerstab 19 und der Fahrdrahtklemme 20 ausgebildet ist.
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Die Distanzeinrichtung (Fahrdrahtaufhängung 25) zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen ausreichenden großen Abstand v zwischen der Oberkante des Leitbleches 15 und der Unterkante der Fahrdrahtaufhängung 25 am Auslegerstab 19 bietet. Ein weiteres Merkmal ist eine besondere geometrische Formgebung in der y-z-Ebene, um bei einer Schräglage des Stromabnehmerkopfes 22 und/oder der Fahrdrahtaufhängung 25 (Winkel ρ) einen ausreichenden horizontalen Abstand h zwischen Leitblech 15 und der Fahrdrahtaufhängung 25 zu gewährleisten. Der Winkel ρ kennzeichnet die Schräglage zwischen der Mittelachse 26 des Stromabnehmerkopfes 22 in Bezug auf die Mittelachse 27 der Fahrdrahtaufhängung 25.
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Anhand der 1 bis 12 wird nachfolgend die Funktionsweise des An- und Abdrahtens beschrieben.
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Zunächst muss das System erkennen, ob sich der Fahrdraht 18 in Reichweite des Stromabnehmersystems 2 befindet. Zur Detektion der Oberleitung wird ein Lasersensor 16 beispielsweise der Laser-Volumenstromsensor Bulkscan 16 eingesetzt. Der Lasersensor 16 tastet mit Hilfe einer optischen Laufzeitmessung die Umgebung oberhalb des Fahrzeuges ab. Die dabei entstehenden Datensätze werden auf Grundlage bekannter Kriterien bzgl. Oberleitungen gefiltert und unter Anwendung eines eigens entwickelten Algorithmus verarbeitet. Konnte mindestens ein Oberleitungspaar ermittelt werden, so erfolgt die Übergabe der Leitungspositionsdaten an nachfolgende Steuergeräte. Die Fahrdrahtdetektion allein reicht jedoch nicht aus, um einen Andrahtvorgang zu ermöglichen.
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Weiterhin müssen die aktuellen Positionen beider Stromabnehmerköpfe 22 in Bezug auf das Fahrzeug 1 bekannt sein. Dafür wird ein Wegmesssystem 5, 9 an den Pneumatikzylindern für Hub- und Schwenkbewegung 4, 8 eingesetzt. Die Wegmesssensoren der Wegmesssysteme 5, 9 an den Pneumatikzylindern 4, 8 messen die exakte Position der Kolbenstange und geben damit Auskunft über den Kolbenhub, d. h. den zurückgelegten Weg der Kolbenstange. Da die geometrischen Beziehungen am Stromabnehmersystem bekannt sind, kann auf Grundlage des Kolbenhubs die Position der Stromabnehmerköpfe 22 in der horizontalen und vertikalen Richtung berechnet werden. Auf diese Thematik wird in den folgenden Abschnitten näher eingegangen.
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Die Positionsregelung der Stromabnehmer 7, 32 des Stromabnehmersystems wird mit vier Wegeventilen pro Stromabnehmer 7, 32 realisiert. Pro Zylinderkammer werden je zwei Ventile benötigt. Dabei dient je ein Ventil der Zuführung und eins der Abführung von Luftmasse. Bei den eingesetzten 3/2-Wegeventile ist die Entlüftungsöffnung verschlossen. Die Entlüftungsschaltstellung ist die Vorzugsposition. Durch die Ventilsteuereinheit 17 kann eine Ansteuerung der Ventile mit Hilfe eines pulsweitenmodulierten Signals der Massestrom beeinflusst werden.
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Die Softwareregelung ist in einem Mikrocontroller implementiert. Der Tastgrad der Pulsweitenmodulation ist die Ausgangsgröße des Reglers. Das Steuergerät des Lasersensors 16 gibt die Führungsgrößen oder auch Sollwerte der Horizontal- und Vertikalbewegung der Stromabnehmer 7, 32 in Form von Koordinaten vor. Eine Berechnung der Ist-Koordinaten des Stromabnehmerkopfes 22 erfolgt durch eine Auswertung der Signale der Wegmesssensoren der Wegmesssysteme 5, 9 an den Pneumatikzylindern 4, 8 mit Hilfe des Mikrocontrollers. Mittels trigonometrischer Funktionen ist es möglich, die Koordinaten zu berechnen. Die Soll- und Ist-Koordinaten sind die Eingangsgrößen des Reglers.
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In der Schwenkbewegung wird ein konstanter Druck auf der Kolbenbodenseite des Pneumatikzylinders 8 benötigt. Dieser wird durch ein Druckregelventil konstant gehalten. Die Regelung der Kolbenringseite ermöglicht eine beliebige Bewegung um den Drehpunkt der Stromabnehmer 7, 32. Der pneumatische Teilschaltplan für die Schwenkbewegung ist in der 5 dargestellt.
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In der Hubbewegung ist nur die Regelung der Kolbenbodenseite nötig, da eine Gegenkraft durch die an den Stromabnehmern 7, 32 eingebauten Zugfedern 6 wirkt. Der pneumatische Teilschaltplan für die Hubbewegung ist in 6 aufgeführt.
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Das Andrahten läuft in einer definierten Bewegungsabfolge der Stromabnehmer 7, 32 und der Andrahtmechanik an den Stromabnehmerköpfen 22 ab, welche im folgenden Abschnitt erläutert wird. Für ein besseres Verständnis des Andrahtvorganges wird auf die 7 bis 11 verwiesen. Zur weiteren Vereinfachung erfolgt die nachstehende Funktionsbeschreibung für lediglich einen der beiden Stromabnehmer 7, 32.
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Der Andrahtvorgang wird eingeleitet, indem die Luftkammer des Pneumatikzylinders 4 mit Druck beaufschlagt wird, wodurch die Kolbenstange einfährt. Infolgedessen führt der Stromabnehmer 7 eine Bewegung in vertikaler Richtung aus (Hubbewegung) und wird in einer definierten Höhe angehalten. Dabei ist entscheidend, dass der Stromabnehmerkopf 22 unterhalb des Höhenniveaus der Fahrdrähte 18 zum Stillstand kommt (7). Diese Informationen werden anhand der Leitungspositionsdaten des Lasersensors 16 und der Kolbenstangenposition auf Grundlage der Wegmessdaten ermittelt.
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Im nächsten Schritt wird der Stromabnehmer 7 in der horizontalen Richtung auf den Fahrdraht 18 zubewegt (Schwenkbewegung), indem der Pneumatikzylinder 8 mit Druck beaufschlagt wird. An dieser Stelle werden beide Stromabnehmer 7 und 32 getrennt voneinander betrachtet, da die Kolbenlaufrichtung und die resultierende Bewegungsrichtung der Stromabnehmer 7 und 32 unterschiedlich sind. Dieser Zusammenhang wird in den beiden folgenden Abschnitten erläutert.
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Soll der Stromabnehmerkopf 22 des Stromabnehmers 7 ausgehend vom Koordinatenursprung in positive y-Richtung bewegt werden, muss die Kolbenstange des Pneumatikzylinders 8 einfahren. Für eine Bewegung des Stromabnehmerkopfes 22 in negative y-Richtung (ausgehend vom Koordinatenursprung) muss die Kolbenstange des Pneumatikzylinders 8 ausfahren.
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Für den Stromabnehmer 32 ist der kinematische Zusammenhang genau umgekehrt: Soll der Stromabnehmerkopf 22 des Stromabnehmers 32 ausgehend vom Koordinatenursprung in positive y-Richtung bewegt werden, muss die Kolbenstange des Pneumatikzylinders 8 ausfahren. Für eine Bewegung des Stromabnehmerkopfes 22 in negative y-Richtung (ausgehend vom Koordinatenursprung) muss die Kolbenstange des Pneumatikzylinders 8 einfahren.
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Für die Beschreibung der weiteren Bewegungsabläufe ist es erforderlich, eine Fallunterscheidung zu treffen: befindet sich der Stromabnehmerkopf 22 ausgehend von der positiven x-Richtung auf der rechten Seite des Fahrdrahtes 18 (7), muss der Stromabnehmerkopf 22 unter dem Fahrdraht 18 hindurch bewegt werden und auf der linken Seite des Fahrdrahtes 18 zum Stehen kommen (8). Befindet sich der Stromabnehmerkopf 22 bereits auf der linken Seite des Fahrdrahtes 18, muss er lediglich mit einer Schwenkbewegung der Stromabnehmerstange 3 auf den Fahrdraht 18 zubewegt werden und in einem definierten Abstand vor dem Fahrdraht 18 zum Stillstand kommen (8).
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Im nächsten Schritt wird der im Stromabnehmerkopf 22 integrierte Ultraschallsensor 23 aktiviert. Daraufhin führt der Stromabnehmer 7 eine weitere Schwenkbewegung in Richtung des Fahrdrahtes 18 aus. Zeitgleich wird das Leitblech 15 am Schleifschuh 14 um einen Bereich von ca. 90° um die Rotationsachse 34 des Schleifschuhs 14 (y-Achse) nach oben geschwenkt. Hierfür wird der Pneumatikzylinder 12 an der Stromabnehmerstange 3 mit Druck beaufschlagt, woraufhin dieser einfährt und einen Seilzug 13, welcher an der Kolbenstangenaufnahme des Pneumatikzylinders 12 befestigt ist, in Bewegung setzt. Das andere Ende des Seilzuges 13 ist mit einem federbelasteten Hebel 24 verbunden, welcher über eine Steckwelle 29 das Leitblech 15 in Drehbewegung versetzt. Dabei wird die Feder 28 des Hebels 24 gespannt (9, 12).
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Sobald das Leitblech 15 mit dem Fahrdraht 18 in Kontakt kommt, entsteht aufgrund des Kraftangriffspunktes am Leitblech 15 ein Drehmoment um die Rotationsachse 33 des Schleifschuhs (z-Achse), wodurch sich dieser parallel zum Fahrdraht 18 ausrichtet (sog. Richtfunktion des Leitbleches 15). (9)
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Mit Hilfe des Schallumlenkwinkels kann der Ultraschallsensor 23 einen bestimmten Bereich über dem Stromabnehmerkopf 22 erfassen. Sobald der Fahrdraht 18 in den Schallkeulenbereich des Ultraschallsensors 23 eintritt, wird ein Befehl generiert und der Stromabnehmer 7 wird in seiner Schwenkbewegung mit einem definierten zeitlichen Versatz gestoppt. Damit wird sichergestellt, dass das Leitblech 15 am Fahrdraht 18 flächig anliegt und eine Querkraft zwischen Leitblech 15 und Fahrdraht 18 entsteht.
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Der Einsatz des Ultraschallsensors 23 ist optional, d. h. bei ausreichender Positioniergenauigkeit mittels Lasers 16 und Wegmesssensoren der Wegmesssysteme 5 kann auf diesen verzichtet werden.
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Ist der Schleifschuh 14 parallel zum Fahrdraht 18 ausgerichtet, erfolgt eine weitere Hubbewegung des Stromabnehmers 7 in positive z-Richtung. Durch die oben erwähnte Querkraft zwischen Leitblech 15 und Fahrdraht 18 gleitet die Leitung während der Hubbewegung des Stromabnehmerkopfes 22 am Leitblech 15 entlang, wodurch der Schleifschuh 14 parallel geführt bleibt (sog. Führungsfunktion des Leitbleches 15). Sobald die Schleifkohle 31 mit dem Fahrdraht 18 in Kontakt tritt, findet eine Drehbewegung des Schleifschuhs 14 um dessen Rotationsachse 34 (y-Achse) statt. Die Hubbewegung des Stromabnehmers 7 wird gestoppt, wenn ein flächiger Kontakt zwischen Schleifkohle 31 und Fahrdraht 18 hergestellt ist. Damit ist die Kontaktbedingung erfüllt. (10)
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Im letzten Schritt des Andrahtvorganges wird das Leitblech 15 am Schleifschuh 14 um einen Winkel von ca. 90° um die Rotationsachse 34 des Schleifschuhs (y-Achse) nach unten geschwenkt. Dies geschieht, indem der Pneumatikzylinder 12 mit Druck beaufschlagt wird und infolgedessen die Kolbenstange ausfährt. Die am Hebel 24 befestigte Feder 28 entspannt sich und erzeugt ein Drehmoment um die Rotationsachse 34 des Schleifschuhs 14 (y-Achse), wodurch das Leitblech 15 nach unten schwenkt (11).
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Zeitgleich werden die Druckkammern der pneumatischen Antriebe für Hub- und Schwenkbewegung 4, 8 über die Ventile geleert, indem ein Luftmassenstrom in die Atmosphäre erfolgt. Damit wird gewährleistet, dass die Führung des Schleifschuhs 14 durch den Fahrdraht 18 nicht von den Pneumatikzylindern 4, 8 beeinträchtigt wird. Über die Zugfedern 6 wird eine Anpresskraft des Schleifschuhs 14 auf den Fahrdraht 18 von ca. 120 N erzeugt, wodurch eine sichere Kontaktierung auch während der Fahrt gegeben ist. Damit ist der Andrahtvorgang abgeschlossen.
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Der Abdrahtvorgang wird eingeleitet, indem der Pneumatikzylinder 4 mit Druck beaufschlagt wird und infolge dessen die Kolbenstange ausfährt. Damit senkt sich der Stromabnehmer 7 ab und der Kontakt zwischen Schleifkohle 31 und Fahrdraht 18 wird unterbrochen. Sobald ein definierter Sicherheitsabstand zwischen Stromabnehmerkopf 22 und Fahrdraht 18 in z-Richtung eingestellt ist, wird der Pneumatikzylinder 8 für die Schwenkbewegung mit Druck beaufschlagt und der Stromabnehmer 7 schwenkt in Richtung der Fahrzeugmitte zurück.
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Wenn der Stromabnehmer 7 parallel zum Fahrzeug ausgerichtet ist, wird er auf die Parkposition abgesenkt. Hat der Stromabnehmer 7 die Parkposition erreicht, werden die Druckkammern der pneumatischen Antriebe für Hub- und Schwenkbewegung 4, 8 über die Ventile geleert, indem ein Luftmassenstrom in die Atmosphäre erfolgt. Damit ist der Abdrahtvorgang abgeschlossen.
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Das Vorbeschriebene gilt analog für das An- und Abdrahten des anderen Stromabnehmers 32.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Stromabnehmersystem
- 3
- Stromabnehmerstange
- 4
- Pneumatikzylinder
- 5
- Wegmesssystem
- 6
- Zugfeder
- 7
- Stromabnehmer
- 8
- Pneumatikzylinder
- 9
- Wegmesssystem
- 10
- Aufnahme Pneumatikzylinder
- 11
- Aufnahme Pneumatikzylinder
- 12
- Pneumatikzylinder
- 13
- Seilzug
- 14
- Schleifschuh
- 15
- Leitblech
- 16
- Lasersensor
- 17
- Ventilsteuereinheit
- 18
- Fahrdraht
- 19
- Auslegerstab
- 20
- Fahrdrahtklemme
- 21
- Klemmhalter
- 22
- Stromabnehmerkopf
- 23
- Ultraschallsensor mit Schallumlenkwinkel
- 24
- Hebel
- 25
- Fahrdrahtaufhängung
- 26
- Mittelachse Stromabnehmerkopf
- 27
- Mittelachse Fahrdrahtaufhängung
- 28
- Feder
- 29
- Steckwelle
- 30
- Hohlwelle
- 31
- Schleifkohle
- 32
- Stromabnehmer
- 33
- Rotationsachse des Schleifschuhs (z-Achse)
- 34
- Rotationsachse des Schleifschuhs (y-Achse)
- 35
- Rotationsachse des Stromabnehmers (z-Achse)
- 36
- Rotationsachse des Stromabnehmers (y-Achse)
- h
- seitlicher Abstand zwischen Leitblech und der Fahrdrahtaufhängung
- v
- Abstand zwischen Oberkante Leitblech und Unterkante Fahrdrahtaufhängung am Auslegerstab
- ρ
- Winkel zwischen Mittelachsen Stromabnehmerkopf und Fahrdrahtaufhängung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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