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Die Erfindung betrifft ein Stromabnehmersystem mit Schleifleisten für nicht schienengebundene elektrisch angetriebene Fahrzeuge zum automatischen An- und Abdrahten sowohl bei Fahrzeugstillstand als auch im Fahrbetrieb an eine oberhalb oder neben der Fahrspur angeordnete Oberleitung, bei dem die auf dem Fahrzeugdach angeordneten in Form von Stangen ausgebildeten Stromabnehmer aufgrund Fahrdrahtdetektion durch einen Laserscanner mittels eines Linearantriebes für die Seitenschwenkbewegung in horizontaler Richtung positioniert und mittels kraftmesssensorgesteuerten elektromechanischen Linearantrieben als Aktuatoren geführten Stangen mit ihren am Ende der Stangen angeordneten Schleifleisten in vertikaler Richtung an die Drähte der Oberleitungen gedrückt und automatisch stets auf den Verlauf des Fahrdrahtes ausgerichtet 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 relativ zum Fahrzeug bewegbar sein, denn durch nicht parallelen Verlauf der Oberleitung zur Fahrspur, verkehrsbedingtem Fahrstreifenwechsel usw. kann sich die Querlage der Oberleitung relativ zum Fahrzeug ändern. Der Stromabnehmer muss alternativ wie kumulativ zum Querausgleich insbesondere auch 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. Die vorgenannten Faktoren können ein automatisches An- bzw. Abdrahten negativ beeinflussen. Ferner muss das Stromabnehmersystem in der Lage sein, den hergestellten elektrischen Kontakt zwischen Oberleitung und Fahrzeug bei Fahrzeugstillstand und insbesondere auch im Fahrbetrieb zu halten.
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Bekannt ist aus der
DE 102 56 705 A1 ein nicht schienengebundenes Fahrzeug mit Pantografen zur Energieversorgung aus einer zweipoligen Oberleitung, wo mittels eines Magnetfeldsensors, durch den über die magnetische Feldstärke des vom Strom in der Oberleitung erzeugten Magnetfeldes der Abstand von der Oberleitung bestimmbar ist. Der Fahrzeugführer wird direkt über die Position der Pantografen relativ zur Oberleitung informiert und kann dadurch seine Lenkbewegungen koordinieren, in weiterer Variante steht der Magnetfeldsensor mit einer Steuereinheit für eine automatische Lenkung des Fahrzeugs in Verbindung.
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Dieses System erfordert stets eine Orientierung des Fahrzeugs am Fahrdrahtverlauf durch einen fahrspurkorrigierenden Eingriff des Fahrzeugführers oder für den Fall einer automatischen Lenkung des Fahrzeugs mittels einer Steuereinheit.
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Aus der
DE 10 2012 223 068 A1 ist ein Fahrdraht- und Stromabnehmersystem für nicht schienengebundene Fahrzeuge bekannt, dessen Stromabnehmer für die Energieeinspeisung aus auch in größeren Bauhöhen verlaufenden Oberleitungen einsetzbar ist, wobei der Nachteil der Fahrzeuglänge und/oder Bauraumkonkurrenz begrenzten Baulänge der Stromabnehmer ausgeglichen wird durch eine mit dem Fahrzeugrahmen verbundene Vorrichtung zum zusätzlichen Höhenausgleich, mittels welcher der Stromabnehmer vertikal verfahrbar ist.
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Diese Erfindung verschafft einen vornehmlich vertikalen Ausgleich durch Kombination von Stellausleger und Hubbewegung im durch die jeweiligen Hubendpositionen definierten Bereich. Hingegen wird ein horizontaler Ausgleich durch die Hubbewegung im durch die jeweiligen Hubendpositionen definierten Bereich nicht verschafft.
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Aus der
DE 10 2013 201 534 A1 ist eine Erfindung zur Lageerfassung des Kontaktpunktes zwischen Fahrdraht und Schleifenleiste bei elektrisch betriebenen Schienenfahrzeugen aber auch bei nicht schienengebundenen Straßenfahrzeugen bekannt, wobei an definierten Abfragepositionen längs der Schleifleiste Sensorelemente, beispielsweise als magnetoresistive Sensoren zur jeweils lokalen Erfassung eines sich in der Schleifleiste zwischen einem Kontaktpunkt und einem Anschlusspunkt ausbildenden Stromflusses angeordnet sind. Aus der Anordnung der Sensorelemente und dem Abfrageergebnis kann auf die Lage des Kontaktpunktes in Bezug auf die Abfrageposition der Sensorelemente zu Inspektions- und Wartungszwecken geschlossen werden.
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Dieses System erfordert zur Erfassung des Kontaktpunktes zwischen Fahrdraht und Schleifleiste stets einen Stromfluss bei grundsätzlicher negativer Auswirkung der unmittelbaren Nähe eines hochspannungsführenden Fahrdrahtes auf Niederspannungselemente, insbesondere Sensoren.
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Aus der
DE 692 15 698 T2 ist ein Stromabnehmer für eine automatische und sichere Handhabung der Stromzufuhr aus Kontaktleitungen für elektrisch getriebene Fahrzeuge bekannt. Der Stromabnehmer ist am oberen Ende eines auf dem Fahrzeugdach befestigten, in Längsrichtung vertikal versetzbaren, Trägers aus zwei steifen Stäben welche mit gelenkten Ecken zu einem Parallelogramm verbunden sind, befestigt. Der Stromabnehmer ist hier eine Einheit aus Abnehmer und mit diesem am oberen Ende aus zwei oder mehr, vielleicht nicht mehr als 4 voneinander isolierten, mechanisch verbundenen Kontaktschuhen, wobei der Abnehmer mittels Federn durch geeigneten Druck gegen das Leitungspaar beim normalen Betrieb frei herauf und herunter zwischen den Endlagen federn kann. Der Träger ist mit einem Geber versehen, der den Druck des Abnehmers seitlich gegen den Träger indikiert und in Abhängigkeit dessen durch Steuerung des Trägers den Seitendruck der Kontaktschuhe minimiert. Zur Suche der richtigen Lage des Leitungspaares beim Andrahten werden zur Abfühlung des elektromagnetischen Feldes kapazitive, alternativ induktive, Geber verwendet.
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Eine Positionierung des Stromabnehmers in vertikaler Richtung ist auf zwei definierte Lagen beschränkt. Eine stufenlose Regulierung der Anpresskraft im wie auch außerhalb des definierten Bereiches der beiden Lagen ist nicht möglich.
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Sämtliche vorgenannten Systeme sind für eine Nutzung mittels kamerabasierter intelligenter Erkennung von Straßenverkehrszeicheninformationen nicht tauglich.
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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 unabhängig vom Kontakt zwischen Schleifschuh und Fahrdraht ein automatisches An- und Abdrahten nicht nur während des Fahrzeugstillstandes sondern auch während der Fahrt ermöglicht wird. Hierin eingeschlossen ist auch die Aufgabe, unabhängig vom Kontakt zwischen Schleifschuh und Fahrdraht und unabhängig von einem elektrischen Stromfluss den Stromabnehmerkopf ohne Fahrspurkorrektur auf den Verlauf des Fahrdrahtes durch aktive Führung des Stromabnehmersystems stets auszurichten. Auch soll die Anpresskraftcharakteristik des Stromabnehmersystems wesentlich verbessert werden. Daneben soll für die Erfindung der Vorteil einer kamerabasierten intelligenten Erkennung von Straßenverkehrszeicheninformationen nutzbar gemacht 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 Zweistangenstromabnehmsystem. Die Stangen der Stromabnehmer sind über zwei Verbindungsstangen miteinander gekoppelt, bilden ein Parallelogramm und sind an der Basis an ihrem Befestigungspunkt mit Hilfe von zwei Lagern drehbar gegenüber einer mit dem Fahrzeug fest verbundenen Grundplatte zur Positionierung in horizontaler Richtung gelagert. An den Enden der Stromabnehmerstangen befindet sich eine Stromabnehmerpalette mit Schleifleisten die über eine Verbindungsstange gelenkig miteinander gekoppelt und immer rechtwinklig zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet sind.
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Für die exakte Positionierung der Stromabnehmer in vertikaler Richtung sowie für die aktive Nachführung der Stromabnehmer in vertikaler Richtung im angedrahteten Zustand während der Fahrt ist jeweils ein Linearmotor mit zusätzlichem Kraftmesssensor angeordnet. Hierdurch können die Stromabnehmer in vertikaler z-Richtung bewegt und exakt positioniert werden, wodurch ein gleichermaßen schnelles sowie sanftes Anlegen der Schleifleisten an die Oberleitung bzw. ein zügiges Absenken der Stromabnehmer von der Oberleitung ermöglicht wird. Zum anderen kann das System die Schleifleisten mit annähernd gleichbleibender Anpresskraft von unten gegen die Oberleitung drücken. Der Kraftmesssensor überwacht die Anpresskraft zwischen Schleifleisten und Fahrdraht. Bei Überschreitung eines definierten Bereiches wird der Linearmotor eingefahren bis die eingestellte Kraft erreicht ist. Bei Unterschreitung der eingestellten Kraft wird der Linearmotor ausgefahren.
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Der Vorteil hierbei ist eine stufenlose Regulierung zur optimalen Anpresskraft der Schleifleisten an die Oberleitung mit der Folge der Minimierung des Kohleverschleißes. Ein weiterer Vorteil ist die Unterbindung von Kontaktunterbrechungen zwischen Fahrdraht und Schleifkohle im Fahrbetrieb.
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Für die exakte Positionierung beider Stromabnehmer in horizontaler Richtung ist zur Fahrdrahtdetektion ein Laserscanner, welcher an der Stromabnehmerstange befestigt ist vorgesehen. Der Laserscanner misst in definierten zeitlichen Abständen die Position der Fahrdrähte. Mithilfe eines eigens entwickelten Algorithmus zur Fahrdrahtdetektion kann eine Lageabweichung der Stromabnehmerposition zu den Fahrdrähten gemessen werden. Sobald sich eine Differenz zu einem definierten Bereich einstellt, beginnt der Linearmotor die Stromabnehmer in negative oder positive y-Richtung nachzuführen. Ein Steuergerät dient für die Positionsregelung der Stromabnehmer in horizontaler und vertikaler Richtung. Durch diese konstruktive Ausführung erfolgt ein stufenloser horizontaler Ausgleich ohne Notwendigkeit einer Fahrspurkorrektur durch einen Fahrzeugführer oder auch automatisch.
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Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, dass mit der erfindungsgemäßen Ausführung unabhängig vom Kontakt zwischen Schleifschuh und Fahrdraht der Stromabnehmer stets auf den Verlauf des Fahrdrahtes ausgerichtet und positioniert wird.
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Vorteilhaft ist, dass mit der erfindungsgemäßen Ausführung unabhängig von einem elektrischen Stromfluss der Stromabnehmer stets auf den Verlauf des Fahrdrahtes ausgerichtet und positioniert wird.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die ungünstige Verwendung von Niederspannungselementen wie beispielsweise Sensoren in unmittelbarer Nähe zum hochspannungsführenden Fahrdraht entbehrlich ist und damit mögliche Funktionsbeeinträchtigungen vermieden werden.
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Ein Kamerasystem am Fahrzeug dient der Erkundung von Straßenverkehrszeichen als Informationsgrundlage für die Einleitung des An- und Abdrahtvorganges. Das Fahrzeug ist in der Lage, bei Verwendung von zwei weiteren Straßenverkehrszeichen für das An- bzw. Abdrahten den entsprechenden Vorgang allein anhand der Verkehrszeichen Information auszulösen.
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Ein Vorteil liegt darin, dass zum Stand der Technik der notwendige An- bzw. Abdrahtvorgang ohne Zutun des Fahrzeugführers automatisch erfolgt.
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Das erfindungsgemäße automatisierte Stromabnehmersystem sieht für den Fall einer Fehlfunktion des Laserscanners eine horizontale Seitenschwenkbewegung in eine integrierte Rückfallebene vor, indem sich der jeweilige Endanschlag der Schleifleisten an die Fahrdrähte bewegt.
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Dies hat den Vorteil, dass bei Ausfall des Laserscanners die Folgesteuerung der Stromabnehmer in horizontaler Richtung in Betrieb gehalten werden.
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Bei Nichterkennen der Fahrdrähte durch den Laserscanner über einen definierten Zeitraum wird der elektrische Kontakt zwischen Schleifkohle und Oberleitung durch Absenken der Stromabnehmer zum Erreichen der endgültigen Position auf dem Fahrzeugdach mit abschließender Stangenverriegelung unterbrochen.
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Dies hat den Vorteil, dass bei Nichterkennen der Fahrdrähte durch den Laserscanner über einen definierten Zeitraum präventiv mögliche Gefahrsituationen vermieden werden.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1: Aufbau des Zweistangenstromabnehmersystems mit Schleifleisten – Draufsicht
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2: Aufbau des Zweistangenstromabnehmersystems mit Schleifleisten – Seitenansicht
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3: Aufbau der Stromabnehmerpalette mit Schleifleisten
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4: Aufbau der Stromabnehmerpalette mit Schleifleisten – Schnittdarstellung
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5: Funktionsweise des Zweistangenstromabnehmersystems mit Schleifleisten
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6: Ablaufschema der Folgesteuerung der Stromabnehmer in horizontaler Richtung bei Fehlfunktion der Laserscannereinheit
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Die 1 und 2 zeigen das erfindungsgemäße Stromabnehmersystem 2, das auf dem Dach eines Fahrzeuges 1, vorzugsweise einem Oberleitungsbus, angeordnet ist, in der Draufsicht und in der Seitenansicht. Die 3 und 4 zeigen den Aufbau der Stromabnehmerplatten mit Schleifleistung bzw. eine Schnittdarstellung der Stromabnehmerpalette.
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Anhand der 1 bis 4 wird der Aufbau des Zweistangenstromabnehmersystems mit Schleifleistung näher beschrieben.
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Jeweils ein Linearmotor (17) mit zusätzlichem Kraftmesssensor (18) für Bewegung und exakte Positionierung der Stromabnehmer (3, 4) in vertikaler Richtung (Hubbewegung) sowie für eine aktive Nachführung der Stromabnehmer (3, 4) in vertikaler Richtung im angedrahteten Zustand während der Fahrt. Der Kraftmesssensor (18) ist am hinteren Ende des Läufers von Linearmotor (17) befestigt. Am vorderen Bereich des Stromabnehmers ist das Linearmotorgehäuse mit dem Stromabnehmergestell (26) drehbar um die Rotationsachse (22) befestigt. Der Läufer des Linearmotors (17) ist über die Kraftmessdose (18) mit dem Stangenfuß (27) drehbar um die Rotationsachse (23) gelagert. Die Stromabnehmerstangen von konventionellen Systemen wie bspw. für Trolleybusse werden mit Hilfe paarweise angeordneter Zugfedern nach oben bewegt, wobei je nach Ausbaustufe pneumatische oder elektromechanische Aktuatoren zur Bewegungssteuerung eingesetzt werden. Darüber hinaus haben die Zugfedern die Aufgabe, die Schleifschuhe mit einer fest eingestellten Anpresskraft gegen die Fahrdrähte zu drücken. Abhängig vom Aufbau der Zugfedereinheit, Federkennlinie, Federvorspannung, Fahrdrahthöhe und anderer Faktoren variiert die Anpresskraft in einem gewissen Bereich.
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Bei ungünstigen Konstellationen der oben genannten Einflussfaktoren kann es dazu kommen, dass die momentane Anpresskraft von der vorgegebenen Kraft zu stark abweicht. Wird die Anpresskraft zu groß, nimmt der Kohleverschleiß stark zu. Wird die Anpresskraft hingegen zu klein, unterbricht der elektrische Kontakt zwischen Kohle und Fahrdraht und es kommt zur Funkenbildung oder sogar zu einer Entgleisung des Schleifschuhs von der Oberleitung. Mit der hier beschriebenen Erfindung wird ein anderes Konzept verfolgt, indem auf die Zugfedereinheit verzichtet wird. Stattdessen kommt ein System bestehend aus einem elektromechanischen Linearmotor (17) in Verbindung mit einem Kraftmesssensor (18) zum Einsatz. Diese Funktionseinheit übernimmt folgende Aufgaben: Zum einen können die Stromabnehmer in vertikaler Richtung (z) bewegt und exakt positioniert werden, wodurch ein gleichermaßen schnelles wie sanftes Anlegen der Schleifleisten an die Oberleitung bzw. ein zügiges Absenken der Stromabnehmer von der Oberleitung ermöglicht wird. Zum anderen kann das System die Schleifleisten mit annähernd gleichbleibender Anpresskraft von unten gegen die Oberleitung drücken.
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Der Kraftmesssensor (18) überwacht die Anpresskraft zwischen Schleifleiste und Fahrdraht. Bei Überschreitung eines definierten Betrages wird der Linearmotor (17) eingefahren (Läufer bewegt sich nach unten), bis die eingestellte Kraft erreicht ist. Bei Unterschreitung der eingestellten Kraft wird der Linearmotor ausgefahren (Läufer bewegt sich nach oben), bis die eingestellte Kraft erreicht ist. Diese Funktion erlaubt es, den Kohleverschleiß zu minimieren sowie Kontaktunterbrechungen zwischen Fahrdraht und Schleifkohle im Fahrbetrieb zu unterbinden.
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Ein Linearmotor (12) ist für die exakte Positionierung beider Stromabnehmer (3, 4) in horizontaler Richtung (Seitenschwenkbewegung) vorgesehen. Das Gehäuse von Linearmotor (12) ist fest mit der Schwenkplatte (9) verbunden. Die Schwenkplatte (9) ist mit Hilfe von zwei Gleitlagern (10, 11) um die Rotationsachse (45) drehbar gegenüber einer Grundplatte (8) gelagert. Am vorderen Ende des Läufers von Linearmotor (12) ist der Anlenkhebel (14) über ein Gelenk drehbar um die Rotationsachse (50) gelagert. Der Anlenkhebel (14) ist wiederum mit dem Stromabnehmergestell (26) von Stromabnehmer (4) steif verbunden. Die Stromabnehmer (3, 4) sind mittels zweier Verbindungsstangen (15, 31) derart miteinander verbunden, dass beim Auslenken des einen Stromabnehmers (4) der andere Stromabnehmer (3) mitgeführt wird. Verbindungsstange (15) ist um die Rotationsachse (44) drehbar mit dem jeweiligen Stromabnehmergestell (26) verbunden. Am hinteren Ende des Stromabnehmersystems sind die beiden Stromabnehmerstangen (6, 6') über die Verbindungsstange (31) miteinander gekoppelt. Mit dieser Konstruktion sind beide Stromabnehmer (3, 4) in der x-y-Ebene stets parallel zueinander ausgerichtet.
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Eine Stromabnehmerpalette (5), ist am hinteren Ende der Stromabnehmerstangen (6, 6') befestigt. Die Stromabnehmerpalette besteht aus zwei Schleifleisten (28, 28') und einer Verbindungsstange (31) aus elektrisch nichtleitenden Material. Die Verbindungsstange (31) ist mit den Schleifleisten über die Gelenkplatten (29) und den Gelenkbolzen 2 (32) verbunden. Hierbei ist die Verbindungsstange (31) drehbar um die Rotationsachse (46) in den Gelenkplatten gelagert. Die Stromabnehmerstange (6, 6') kann sich gegenüber der Schleifleiste (28, 28') um die jeweilige Rotationsachse (24) drehen. Die drehbare Verbindung zwischen Schleifleiste und Gelenkplatte wird über den jeweiligen Gelenkbolzen 1 (30) hergestellt. Der obere Teil der Schleifleiste setzt sich aus der Schleifkohlenaufnahme (41), der Schleifkohle (37), dem Gegenhalter (36) und den beiden Endanschlägen (40) zusammen. Diese Baugruppe ist auf der Lagerplatte (35) befestigt. Auf der Gelenkplatte (29) befinden sich zwei Lagerböcke (33, 34), welche durch den Gelenkbolzen 3 (38) mit der Lagerplatte (35) um die Rotationsachse (25) drehbar verbunden sind. Wird die Schleifleiste gegen die Oberleitung gedrückt, legt sich die Schleifkohle flächig an den Fahrdraht an. Dabei wird die Feder (39), welche mit dem Lagerbock (34) verbunden ist gespannt. Der elektrische Kontakt zwischen Schleifkohle (37) und der Stromabnehmerstange (6') wird über das Stromband (42) hergestellt.
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Eine federbelastete Stangenverriegelung (47) mit elektromagnetisch betätigter Entriegelungsfunktion, fixiert die Stromabnehmerstangen (6, 6') sowohl in der y-Richtung als auch in der z-Richtung auf dem Fahrzeugdach (1).
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Ein Laserscanner (7), ist über einen Halter (16) an der Stromabnehmerstange (6') des Stromabnehmers (4) befestigt und realisiert mit Hilfe eines eigens entwickelten Algorithmus für die Auswertung der Leitungspositionsdaten die Fahrdrahtdetektion. Die Mittellinie des Laserfächers (43) ist stets parallel zu den beiden Stromabnehmern (3, 4) ausgerichtet. Die Laseroptik ist entlang der Stromabnehmerstangen (6, 6') in Richtung der Schleifleisten (28, 28') ausgerichtet.
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Ein Steuergerät (49) dient für die Positionsregelung der Stromabnehmer (3, 4) in horizontaler und vertikaler Richtung.
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Ein Kamerasystem (48) an der Fahrzeugfront (1) dienst der Erkennung von Straßenverkehrszeichen als Informationsgrundlage für die Einleitung des An- und Abdrahtvorganges. Kameragesteuerte Fahrerassistenzsysteme wie bspw. zur Verkehrszeichenerkennung werden seit einigen Jahren in Personen- und Lastkraftwagen sowie auch in Bussen eingesetzt, um die Verkehrssicherheit zu erhöhen. Durch Ergänzung der Systemdatenbank um zwei weitere Straßenverkehrszeichen für An- bzw. Abdrahtung ist das Oberleitungsfahrzeug in der Lage, den entsprechenden Vorgang allein anhand der Verkehrszeicheninformationen auszulösen. Im Linienverkehr von Trolleybussen sind solche Straßenverkehrszeichen bereits seit Jahren im Einsatz und weisen den Fahrer auf das notwendige An- bzw. Abdrahten der Stromabnehmer hin.
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Mit den beschriebenen Unterscheidungsmerkmalen gegenüber konventionellen Stromabnehmersystemen wie etwa für Trolleybusse ist das Zweistangenstromabnehmersystem mit Schleifleisten in der Lage, sowohl im Fahrzeugstillstand als auch während der Fahrt ohne zusätzliche Hilfsmittel an der Oberleitung (z. B. Eindrahttrichter) anzudrahten.
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Anschließend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Zweistangenstromabnehmersystems mit Schleifleistung erläutert. Hierbei wird zwischen den folgenden Betriebszuständen unterschieden. Die im folgenden beschriebene Funktionsweise des Systems bezieht sich auf die 1 und 2 sowie auf die 5 und 6.
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Ein Kamerasystem (48) an der Fahrzeugfront (1) erfasst die Straßenverkehrszeichen vor dem Fahrzeug. Sobald das entsprechende Verkehrszeichen zum Andrahten erkannt wird, schickt das System ein Signal an das Steuergerät (49), woraufhin der Befehl zum Starten des Andrahtvorganges generiert wird. Zunächst wird die Stangenverriegelung (47) auf dem Fahrzeugdach geöffnet. Im folgenden Schritt bewegen sich die Läufer der beiden Linearmotoren (17) zeitgleich um einen definierten Betrag in negative x-Richtung (nach vorn) und bewegen damit die Stromabnehmer (3, 4) auf eine entsprechende Höhe über dem Fahrzeugdach. Sobald die Höhe erreicht ist, sendet das Steuergerät (49) ein Signal an die Laserscannereinheit, woraufhin der Laserscanner (7) aktiviert wird. Der Laserscanner (7) erfasst die exakte Position der Fahrdrähte im Bezug zum Fahrzeug in der y-z-Ebene und sendet diese Informationen an das Steuergerät (49). Im Steuergerät (49) werden die Positionsdaten des Laserscanners (7) ausgewertet und ein entsprechender Befehl an den Linearmotor (12) geschickt. Hierbei muss folgende Fallunterscheidung getroffen werden: Wird der Fahrdraht gegenüber der Fahrzeugmittelachse in positiver y-Richtung detektiert, bewegt sich der Läufer des Linearmotors (12) in negative x-Richtung (nach vorn), woraufhin die Stromabnehmer (3, 4) in positive y-Richtung (nach rechts) geschwenkt werden. Wird hingegen der Fahrdraht gegenüber der Fahrzeugmittelachse in negativer y-Richtung detektiert, bewegt sich der Läufer des Linearmotors (12) in positive x-Richtung (nach hinten), woraufhin die Stromabnehmer (3, 4) in negative y-Richtung (nach links) geschwenkt werden. Sobald die Fahrdrähte jeweils mittig über den Schleifleisten (28, 28') sind, wird der Läufer des Linearmotors (12) angehalten.
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Im letzten Schritt werden die Stromabnehmer (3, 4) mit Hilfe der Linearmotoren (17) weiter nach oben in Richtung der Fahrdrähte (19) bewegt, bis ein Kontakt zwischen Schleifkohle (37) und Fahrdraht (19) hergestellt ist. Die Kraftmesseinrichtung (18) an den jeweiligen Linearmotoren (17) registriert anhand der Messwerte den Kontakt zwischen Schleifkohle und Fahrdraht.
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Werden die Läufer der Linearmotoren (17) weiterbewegt, nimmt die Druckkraft zwischen Schleifkohle und Fahrdraht weiter zu, bis ein definierter Wert erreicht ist. Dieser Zustand wird von der Kraftmesseinrichtung (18) erfasst, woraufhin ein Signal an das Steuergerät (49) gesendet wird. Das Steuergerät generiert einen Befehl zum Anhalten der Linearmotoren (17). Damit ist die elektrische Kontaktierung zwischen den Stromabnehmern und den Fahrdrähten hergestellt und der Andrahtvorgang ist abgeschlossen. Damit die Stromabnehmerstangen in ihrer derzeitigen Position gehalten werden, erzeugen die Linearmotoren (17) fortlaufend eine sog. Haltekraft.
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Der Abdrahtvorgang wird eingeleitet, sobald das Kamerasystem (48) an der Fahrzeugfront das Verkehrszeichen für die Abdrahtung erkennt. Dieser Zustand wird dem Steuergerät (49) mitgeteilt, woraufhin der Linearmotor (17) betätigt wird. Die Läufer der Linearmotoren (17) bewegen sich in positive x-Richtung (nach hinten), bis eine definierte Position erreicht ist. Infolgedessen senken sich die Stromabnehmer (3, 4) nach unten ab und der elektrische Kontakt zwischen Schleifkohle (37) und Oberleitung (19) wird unterbrochen. Sobald der eingestellte Sicherheitsabstand zwischen Schleifkohle und Oberleitung hergestellt ist, werden die Linearmotoren (17) angehalten. Dieser Zustand wird vom Steuergerät (49) erfasst.
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Die Linearmotoren (17) erzeugen weiterhin eine definierte Haltekraft, um die Stromabnehmerpalette (5) in einer definierten Sicherheitshöhe über dem Fahrzeugdach zu halten. Im nächsten Schritt wird der Linearmotor (12) für die Seitenschwenkbewegung aktiviert, woraufhin sich der Läufer in Bewegung setzt und die Stromabnehmer (3, 4) in die Fahrzeugmitte zurückgeschwenkt werden. Sobald die Stromabnehmerstangen (6, 6') parallel zur Fahrzeugmittelachse ausgerichtet sind, wird Linearmotor (12) gestoppt. Im letzten Schritt werden die Stromabnehmer (3, 4) bis auf das Fahrzeugdach abgesenkt, indem die Läufer der Linearmotoren (17) weiter in positive x-Richtung bewegt werden. Haben die Stromabnehmer (3, 4) ihre endgültige Position auf dem Fahrzeugdach erreicht, wird die Stangenverriegelung (47) geschlossen und der Abdrahtvorgang ist beendet.
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Im Folgenden wird das Prinzip der Folgesteuerung des Zweistangenstromabnehmersystems beschrieben. Hierbei wird zwischen der Folgesteuerung für die Seitenschwenkbewegung (y-Richtung) und der Folgesteuerung für die Hubbewegung (z-Richtung) unterschieden.
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Die funktionale Beschreibung der Folgesteuerung für die Seitenschwenkbewegung bezieht sich auf 5.
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Die Notwendigkeit einer Folgesteuerung für ein Stromabnehmersystem mit Schleifleisten ergibt sich zum einen aus der Fahrdynamik eines nichtschienengebundenen Oberleitungsfahrzeuges und zum anderen aus dem Zick-Zack-Verlauf der Fahrdrähte. Darüber hinaus kann eine gleichmäßige Abnutzung der Schleifkohlen realisiert werden, was sowohl Wartungsaufwand als auch Kosten reduziert.
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Bei konventionellen Stromabnehmersystemen für Trolleybusse werden die Stromabnehmer über den Kontakt zwischen Schleifschuh und Fahrdraht geführt. Im Falle des Zweistangenstromabnehmersystems mit Schleifleisten findet eine aktiv arbeitende Folgesteuerung der Stromabnehmer mit Hilfe von elektromechanischen Aktuatoren statt. Die automatische Nachführung der Stromabnehmer findet ausschließlich im angedrahteten Zustand während der Fahrt statt.
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Der Laserscanner (7), welcher über den Halter (16) an der Stromabnehmerstange (6') befestigt ist, misst in definierten zeitlichen Abständen die Position der Fahrdrähte (19) gegenüber der Mittellinie des Laserfächers (43). Mit Hilfe eines eigens entwickelten Algorithmus zur Fahrdrahtdetektion kann eine Lageabweichung zwischen der Mittellinie des Laserfächers (43) und den Fahrdrähten gemessen werden. Die Folgesteuerung der Stromabnehmer in horizontaler Richtung wird mit dem Linearmotor (12) realisiert.
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Im Ausgangszustand (Antrieb in Nullstellung) befinden sich die Fahrdrähte mittig zwischen den Schleifleisten (s. 5 linke Darstellung) und die Abstände a und b sind gleich groß. Bewegen sich die Fahrdrähte gegenüber den Stromabnehmern in negative y-Richtung (s. 5 mittlere Darstellung) wird der Abstand a kleiner und der Abstand b größer. Sobald sich ein definierter Differenzwert zwischen a und b einstellt, beginnt der Linearmotor (12) die Stromabnehmer (3, 4) in negative y-Richtung nachzuführen. Hat die Lagedifferenz zwischen a und b den Wert 0 mm erreicht (Fahrdrähte liegen wieder mittig zwischen den Schleifleisten), wird der Linearmotor (12) abgeschaltet.
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Für eine Nachführung der Stromabnehmer in positive y-Richtung (s. 5 rechte Darstellung) läuft die Steuerung entsprechend umgekehrt ab.
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Damit die Betriebssicherheit des Systems auch bei einer Fehlfunktion des Laserscanners sichergestellt ist, hat die Folgesteuerung für die Schwenkbewegung eine integrierte Rückfallebene. Sobald der Laserscanner die Oberleitung für eine kurze Zeitspanne nicht erkennt, bewegen sich die Fahrdrähte an den jeweiligen Endanschlag (40) der Schleifleisten (28, 28'). Dabei wird eine zunehmende Kraft zwischen dem Endanschlag (40) und dem Fahrdraht (19) aufgebaut, welche mit einer entsprechenden Hebelübersetzung ebenso am Läufer des Linearmotors (12) wirkt. Sobald die wirkende Kraft auf den Linearmotor (12) größer wird als die definierte Haltekraft, gibt der Läufer nach und bewegt sich abhängig von der Kraftrichtung nach vorn oder nach hinten. Dieser Zustand wird vom Steuergerät (49) erfasst, woraufhin der Läufer des Linearmotors (12) um einen definierten Wert in die entsprechende Richtung fährt. Das Ablaufschema zu der oben beschriebenen Thematik ist in 6 aufgeführt.
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Sollte die Oberleitung über einen längeren Zeitraum nicht erkannt werden, gibt das Steuergerät (49) das Signal zum Abdrahten. Daraufhin bewegen sich die Stromabnehmer zurück auf das Fahrzeugdach.
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Während der Fahrt im angedrahteten Zustand wird die Schleifkohle mit einer definierten Kraft gegen die Fahrdrähte gedrückt. Damit wird eine gute elektrische Kontaktierung ermöglicht. Bei konventionellen Zweistangenstromabnehmersystemen werden die Kräfte über paarweise angeordneter Zugfedern erzeugt. Im Falle des Zweistangenstromabnehmersystems mit Schleifleisten werden die Anpresskräfte von den Linearmotoren (17) aufgebracht, indem eine definierte Haltekraft eingestellt wird. Eine Kraftmessdose (18), welche zwischen Läufer des Linearmotors (17) und Stangenfuß (27) montiert ist, misst fortlaufend die Haltekraft. Bei zunehmender Fahrdrahthöhe nimmt die Haltekraft ab. Sobald die Haltekraft einen definierten Wert unterschreitet, wird der Läufer des Linearmotors (17) nachgeführt (Linearmotor fährt ein). Der Läufer wird angehalten, sobald der Soll-Ist-Wert-Ausgleich der Haltekraft erfolgt ist. Nimmt die Fahrdrahthöhe wiederum ab, erhöht sich die Haltekraft am Linearmotor. Sobald die Haltekraft einen definierten Wert überschreitet, wird der Läufer des Linearmotors (17) nachgeführt (Linearmotor fährt aus). Der Läufer wird angehalten, sobald der Soll-Ist-Wert-Ausgleich der Haltekraft erfolgt ist.
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Die Folgesteuerung ist für verschiedene Fahrmanöver wie bspw. Fahrstreifenwechsel oder das Umfahren eines auf der Fahrbahn befindlichen Hindernisses ausgelegt. Darüber hinaus ist das System in der Lage, die Stromabnehmer sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung bis zu einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit präzise nachzuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Zweistangenstromabnehmersystem
- 3
- Stromabnehmer 1
- 4
- Stromabnehmer 2
- 5
- Stromabnehmerpalette
- 6
- Stromabnehmerstange
- 7
- Laserscanner
- 8
- Grundplatte für Schwenkantrieb
- 9
- Schwenkplatte
- 10
- Gleitlager 1
- 11
- Gleitlager 2
- 12
- Linearantrieb mit Steuereinheit für Schwenkbewegung
- 13
- Linearführung
- 14
- Anlenkhebel
- 15
- Verbindungsstange 1
- 16
- Halter
- 17
- Linearantrieb mit Steuereinheit für Hubbewegung
- 18
- Kraftmesssensor
- 19
- Fahrdraht
- 20
- Rotationsachse des Stromabnehmers 1 bzw. 2 um die z-Achse (Schwenkbewegung)
- 21
- Rotationsachse des Stromabnehmers 1 bzw. 2 um dessen y-Achse (Hubbewegung)
- 22
- Rotationsachse 1 des Linearantriebes (17)
- 23
- Rotationsachse 2 des Linearantriebes (17)
- 24
- Rotationsachse der Stromabnehmerpalette (5) um die z-Achse
- 25
- Rotationsachse der Stromabnehmerpalette (5) um die y-Achse
- 26
- Stromabnehmergestell
- 27
- Stangenfuß
- 28
- Schleifleiste
- 29
- Gelenkplatte
- 30
- Gelenkbolzen 1
- 31
- Verbindungsstange 2
- 32
- Gelenkbolzen 2
- 33
- Lagerbock außen
- 34
- Lagerbock innen
- 35
- Lagerplatte
- 36
- Gegenhalter
- 37
- Schleifkohle
- 38
- Gelenkbolzen 3
- 39
- Feder
- 40
- Endanschlag
- 41
- Schleifkohlenaufnahme
- 42
- Stromband
- 43
- Mittellinie des Laserfächers
- 44
- Rotationsachse der Verbindungsstange (15) um die z-Achse
- 45
- Rotationsachse der Schwenkplatte (9) um die z-Achse
- 46
- Rotationsachse der Schleifleiste um die x-Achse
- 47
- Stangenverrieglung
- 48
- Kamerasystem zur Erkennung von Straßenverkehrszeichen
- 49
- Steuergerät
- 50
- Rotationsachse der Gelenkverbindung zwischen Anlenkhebel und Läufer des Linearmotors (12)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10256705 A1 [0005]
- DE 102012223068 A1 [0007]
- DE 102013201534 A1 [0009]
- DE 69215698 T2 [0011]
