DE102016105689B4 - Overhead wire for railway vehicles, method for processing the trolley wire and device for nanostructuring of at least part of the outer surface of the trolley wire - Google Patents

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Abstract

Oberleitungsdraht (20) für Schienenfahrzeuge, der aufrollbar oder auftrommelbar und auf mindestens einem Teil seiner Außenoberfläche (21, 22, 23) mit einer mittels Laserstrahlung erzeugten Nanostrukturierung versehen ist.Overhead wire (20) for rail vehicles, which is rollable or reelable and on at least part of its outer surface (21, 22, 23) provided with a laser radiation generated by nanostructuring.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Oberleitungsdraht für Schienenfahrzeuge, einem Verfahren zum Bearbeiten eines Oberleitungsdrahts für Schienenfahrzeuge und einer Vorrichtung zur Bearbeitung eines Oberleitungsdrahts für Schienenfahrzeuge.The present invention relates to a railroad catenary wire, a method for processing a catenary wire for railway vehicles and a device for processing a catenary wire for railway vehicles.

Seit geraumer Zeit ist die Materialbearbeitung mittels ultrakurzer Laserimpulse Gegenstand der Forschung. Durch diese Art der Materialbearbeitung können nanostrukturierte Oberflächentopografien erzeugt werden, die gegenüber herkömmlich bearbeiteten Materialoberflächen signifikante Vorteile aufweisen. Diese Materialoberflächen erhalten durch diese spezielle Art der Laserbearbeitung multifunktionale Eigenschaften, die hinsichtlich dieser Eigenschaften denen von biologischen Oberflächen sehr nahe kommen. So sind bereits vielversprechende Studien veröffentlicht worden, die die Nachahmung des auf biologischen Oberflächen natürlich vorkommenden Lotus-Effektes auf nicht biologischen Oberflächen demonstrieren (z. B. veröffentlicht in A. Y. Vorobyev and C. Guo, Phys. Rev. B 72, 195422 (2005)). Zu diesen multifunktionalen Eigenschaften gehören aber nicht nur der Lotus-Effekt, sondern vielmehr auch die Korrosionsbeständigkeit, die Vereisungsfreiheit sowie die Selbstreinigung der betreffenden Oberflächen, wenngleich diese zusätzlichen Eigenschaften teilweise mit dem Lotus-Effekt einhergehen.For quite some time, material processing by means of ultrashort laser pulses has been the subject of research. This type of material processing can produce nanostructured surface topographies that have significant advantages over conventionally processed material surfaces. These material surfaces obtain multifunctional properties by this special type of laser processing, which come very close to those of biological surfaces in terms of these properties. Promising studies have already been published which demonstrate the mimicking of the naturally occurring lotus effect on biological surfaces on non-biological surfaces (eg published in AY Vorobyev and C. Guo, Phys. Rev. B 72, 195422 (2005)). ). These multifunctional properties include not only the lotus effect, but also the corrosion resistance, freedom from icing and the self-cleaning of the surfaces in question, although these additional properties are partly associated with the lotus effect.

EP 1 019 578 B1 beschreibt die Behandlung von Industriegeweben. Dies schließt alle Formen von Geweben für Papierherstellungsmaschinen ein. Es wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mittels eines Lasers die Oberfläche eines Industriegewebes modifiziert wird. Dadurch können Details erzeugt werden, die in der Größenordnung unterhalb des Mikrometerbereichs liegen. EP 1 019 578 B1 describes the treatment of industrial fabrics. This includes all forms of fabrics for papermaking machines. A method is described in which the surface of an industrial fabric is modified by means of a laser. This allows details to be generated that are on the order of less than the micrometer range.

WO 2006/034522 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von Streckmaterial und eine Schneideinrichtung hierfür. Das Streckmaterial wird aus einer folienartigen Materialbahn erzeugt. WO 2006/034522 A1 describes a method for producing expanded material and a cutting device therefor. The expanded material is produced from a film-like material web.

DE 40 26 250 A1 beschreibt eine Koordinatenschneid- oder -trennvorrichtung zum automatischen Schneiden oder Trennen von abgepasstem, flächenförmigem Schneidgut, wie Strick-, Wirkwaren, gewebten Waren, Papier oder Folien. DE 40 26 250 A1 describes a coordinate cutting or separating device for automatically cutting or separating a cut sheet material such as knits, knits, woven goods, paper or foils.

DE 27 51 522 C2 beschreibt eine Vorrichtung zum Herstellen einer Zone gewünschter Luftdurchlässigkeit in einem Hüllmaterialstreifen für sternförmige Artikel der tabakverarbeitenden Industrie. DE 27 51 522 C2 describes an apparatus for producing a zone of desired air permeability in a wrapping material strip for star-shaped articles of the tobacco processing industry.

EP 2 394 774 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen nanostrukturierter Oberflächen. Die Schrift erwähnt Anwendungen im Bereich der Halbleiterindustrie sowie der Astronomie. EP 2 394 774 A2 describes a method and an apparatus for producing nanostructured surfaces. The document mentions applications in the field of semiconductor and astronomy.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nutzungsdauer und Funktion eines Oberleitungsdrahtes für Schienenfahrzeuge zu verbessern und seine Montierbarkeit zu erleichtern.An object of the present invention is to improve the service life and function of a trolley wire for railway vehicles and to facilitate its mountability.

Die Erfindung macht sich die Vorteile der an sich bekannten Nanostrukturierung bei biologischen Substraten zu Nutze, die eine Abmessung aufweisen, welche labortypischen Proben entsprechen.The invention makes use of the advantages of the known nanostructuring in biological substrates, which have a dimension corresponding to laboratory-typical samples.

Die Aufgabe wird einerseits durch eine Vorrichtung zur Nanostrukturierung von mindestens einer Seitenoberfläche eines relativ zu einem Laser kontinuierlich bewegten Oberleitungsdrahts gemäß dem Patentanspruch 6 gelöst. Optionale Merkmale dieser Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche 7 bis 21. Andererseits wird diese Aufgabe durch einen Oberleitungsdraht gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Optionale Merkmale dieses Oberleitungsdrahts sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 4 angegeben. Ein Verfahren wird in Anspruch 5 definiert.On the one hand, the object is achieved by a device for nanostructuring of at least one side surface of a trolley wire continuously moved relative to a laser according to patent claim 6. Optional features of this device are the subject of the dependent claims 7 to 21. On the other hand, this object is achieved by a trolley wire according to claim 1. Optional features of this trolley wire are given in the dependent claims 2 to 4. A method is defined in claim 5.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Nanostrukturierung von mindestens einer Seitenoberfläche eines relativ zu einem Laser kontinuierlich bewegten Substrats, nämlich eines Oberleitungsdrahts bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Laser, der so angeordnet ist, dass dessen Laserstrahl auf die mindestens eine Seitenoberfläche des Substrats auftrifft, und der zur Nanostrukturierung der mindestens einen Seitenoberfläche eingerichtet ist. Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erste Positioniereinrichtung, mit Hilfe derer das Substrat in eine vorbestimmte Lage relativ zu dem Laser bringbar ist, und eine erste Fördereinrichtung, die eine Relativbewegung des Substrats zu dem Laser bewirkt, um so beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung das Substrat auf der mindestens einen Seitenoberfläche kontinuierlich mit einer Nanostrukturierung zu versehen.According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for nano-patterning at least one side surface of a substrate continuously moving relative to a laser, namely a trolley wire. The device according to the invention comprises a laser, which is arranged such that its laser beam impinges on the at least one side surface of the substrate, and which is set up for nanostructuring of the at least one side surface. Furthermore, the device according to the invention comprises a first positioning device, by means of which the substrate can be brought into a predetermined position relative to the laser, and a first conveying device, which causes a relative movement of the substrate to the laser, so as to use the substrate when the device is used as intended continuously provided with a nanostructuring on the at least one side surface.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bewegt die erste Fördereinrichtung das Substrat mit einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit entlang einer ersten Richtung relativ zu dem Laser.According to a preferred embodiment of the invention, the first conveyor moves the substrate at a first predetermined speed along a first direction relative to the laser.

Gleichzeitig oder alternativ kann die erste Fördereinrichtung den Laser mit einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit entlang einer ersten Richtung relativ zu dem Substrat bewegen.Simultaneously or alternatively, the first conveyor may move the laser at a first predetermined speed along a first direction relative to the substrate.

Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann die Vorrichtung des Weiteren eine Führungseinrichtung umfassen, welche eine geführte Relativbewegung des Substrats oder des Lasers entlang der ersten Richtung bewirkt.According to an advantageous embodiment of the invention, the device may further a Guiding device which causes a guided relative movement of the substrate or the laser along the first direction.

Noch vorteilhafter ist es, wenn die Führungseinrichtung ein Teil der Positioniereinrichtung oder der ersten Fördereinrichtung ist.It is even more advantageous if the guide device is part of the positioning device or of the first conveyor device.

Bevorzugt ist die erste Fördereinrichtung stromaufwärts des Lasers angeordnet.Preferably, the first conveyor is arranged upstream of the laser.

Noch bevorzugter ist die erste Positioniereinrichtung ein Teil der ersten Fördereinrichtung. Mit anderen Worten, die erste Positioniereinrichtung und die erste Fördereinrichtung können eine bauliche Einheit bilden.More preferably, the first positioning device is a part of the first conveyor. In other words, the first positioning device and the first conveyor can form a structural unit.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste Positionier- und/oder Fördereinrichtung mindestens eine drehbewegliche Rolle.According to a further preferred embodiment of the invention, the first positioning and / or conveying device comprises at least one rotatable roller.

Bevorzugt wird die drehbewegliche Rolle motorisch angetrieben.Preferably, the rotatable roller is driven by a motor.

Gemäß Anspruch 6 ist die Positionier- und/oder Fördereinrichtung ein Turmwagen.According to claim 6, the positioning and / or conveyor is a tower car.

Vorteilhaft ist es, wenn eine zweite Fördereinrichtung stromabwärts des Lasers angeordnet ist.It is advantageous if a second conveyor is arranged downstream of the laser.

Bevorzugt ist eine Laseroptik vorgesehen, die so angeordnet und ausgebildet ist, dass drei Seitenoberflächen des Substrats gleichzeitig nanostrukturierbar sind.Preferably, a laser optics is provided, which is arranged and designed so that three side surfaces of the substrate are nanostructured at the same time.

Weiterhin bevorzugt ist das Substrat draht-, seil-, faden- oder folienförmig.Further preferably, the substrate is wire, rope, thread or foil-shaped.

Das Substrat ist gemäß Anspruch 1 ein Oberleitungsdraht für Schienenfahrzeuge. Wenn auch nicht zur Erfindung gehörend und nicht beansprucht, könnte das Substrat auch eine Kunststofffolie für einen glasfaserverstärkten Oberleitungsmasten oder auch ein Textilmaterial sein.The substrate is according to claim 1 a trolley wire for rail vehicles. Although not part of the invention and not claimed, the substrate could also be a plastic film for a fiberglass towers or a textile material.

Der Laser ist bevorzugt ein Kurzpuls- oder Ultrakurzpulslaser.The laser is preferably a short-pulse or ultra-short pulse laser.

Noch bevorzugter ist der Laser ein Femtosekunden-Laser.More preferably, the laser is a femtosecond laser.

Vorteilhaft ist es, wenn der Femtosekunden-Laser ein Ti: Saphir Laser ist, der eine Laserimpulslänge von 65 fs und eine mittlere Wellenlänge von 800 nm aufweist.It is advantageous if the femtosecond laser is a Ti: sapphire laser having a laser pulse length of 65 fs and a mean wavelength of 800 nm.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung des Weiteren eine erste Wickelvorrichtung, die stromaufwärts des Lasers angeordnet ist.Preferably, the apparatus further comprises a first winding device disposed upstream of the laser.

Weiterhin bevorzugt umfasst die Vorrichtung des Weiteren eine zweite Wickelvorrichtung, die stromabwärts des Lasers angeordnet ist.Further preferably, the apparatus further comprises a second winding device disposed downstream of the laser.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Substrat bereitgestellt, das aufrollbar oder auftrommelbar und auf mindestens einer Seitenoberfläche mit einer Nanostrukturierung versehen ist.According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate that is rollable or reelable and provided with a nanostructuring on at least one side surface.

Wie erwähnt und gemäß den Ansprüchen ist das Substrat eine Oberleitung für ein Schienenfahrzeug.As mentioned and according to the claims, the substrate is a catenary for a railway vehicle.

Wenn auch nicht zur Erfindung gehörend und nicht beansprucht, könnte das Substrat auch ein Textilmaterial sein.Although not belonging to the invention and not claimed, the substrate could also be a textile material.

Die Erfindung wird nun rein beispielhaft anhand der beigefügten Figur erläutert, die eine Vorrichtung zur Nanostrukturierung von mindestens einer Seitenoberfläche eines Substrats darstellt.The invention will now be elucidated purely by way of example with reference to the attached figure, which shows a device for nanostructuring of at least one side surface of a substrate.

In der folgenden Beschreibung bedeutet Substrat einen Oberleitungsdraht und somit einen nicht biologischen Werkstoff, der für den industriellen Einsatz bestimmt ist. Substrat in diesem Zusammenhang ist also nicht mit einer Probe gleichzusetzen, die gewöhnlich in Forschungslaboratorien Gegenstand von labortechnischen Untersuchungen ist, und die gewöhnlich Abmessungen von einigen Mikrometern bis einigen Zentimetern besitzt. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Substrat aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.In the following description, substrate means a trolley wire and thus a non-biological material intended for industrial use. Substrate in this context is therefore not to be equated with a sample which is usually the subject of laboratory investigations in research laboratories and which usually has dimensions of a few micrometers to a few centimeters. The substrate according to the invention is preferably made of copper or a copper alloy.

Unter einer Seitenoberfläche des Substrats wird hier eine Oberfläche des Substrats verstanden, die einen Teil der gesamten Außenoberfläche des Substrats darstellt und die, in einem Querschnitt betrachtet, sich entlang einer Achse eines kartesischen Koordinatensystems erstreckt. Eine Seitenoberfläche kann also auch eine Unter- oder eine Oberseite des Substrats sein.Here, a side surface of the substrate is understood to mean a surface of the substrate which forms part of the entire outer surface of the substrate and, viewed in a cross section, extends along an axis of a Cartesian coordinate system. A side surface can therefore also be a lower or an upper side of the substrate.

Zur Verdeutlichung wird rein beispielhaft ein Würfel mit gleichbleibender Kantenlänge betrachtet, der einen quadratischen Querschnitt besitzt. Eine Seitenoberfläche dieses Würfels würde der hier verwendeten Terminologie folgend einer Seitenkante des Quadrats entsprechen.For clarity, a cube with a constant edge length, which has a square cross-section, is considered purely by way of example. A side surface of this cube would conform to the terminology used here, following a side edge of the square.

Lediglich vorzugsweise wird die gesamte Seitenoberfläche des Substrats mit Hilfe der in der Figur gezeigten Vorrichtung mit einer Nanostrukturierung versehen. Es ist daher auch denkbar, lediglich Teilbereiche bzw. Abschnitte einer Seitenoberfläche zu strukturieren.Only preferably, the entire side surface of the substrate is provided with a nanostructuring by means of the apparatus shown in the figure. It is therefore also conceivable to structure only partial areas or sections of a side surface.

Vorteile einer Nanostrukturierung eines Oberleitungsdrahtes für Schienenfahrzeuge werden im Folgenden beschrieben. Gerade bei Oberleitungsdrähten stellt die Vereisung und Verschmutzung ein Problem dar, das in der Vergangenheit mehr oder weniger akzeptiert werden musste mit samt den damit einhergehenden Nachteilen.Advantages of nanostructuring of a trolley wire for rail vehicles described below. Especially with overhead line wires, icing and pollution is a problem that in the past had to be more or less accepted along with the associated disadvantages.

Aus der Vereisung und Verschmutzung resultieren ein verstärkter Abrieb des Oberleitungsdrahtes und des Stromabnehmers (Pantograph) des Schienenfahrzeugs. Des Weiteren erhöht sich der Stromverbrauch durch die sogenannte Lichtbogenbildung, bei der ein Lichtbogenplasma entsteht, das wiederum zur Verschmutzung der Umwelt durch die Bildung von umweltschädlichen Gasen führt. Um die mit der Vereisung und der Verschmutzung einhergehenden Nachteile zumindest zu minimieren, wurden in der Vergangenheit die Oberleitungsdrähte mit Chemikalien besprüht oder gar aufgeheizt. Diese Behelfsmaßnahmen führten zu enormen zusätzlichen Kosten, da die hierfür notwendigen Wartungsschritte eine spezielle Expertise erforderlich machten. Überdies konnten sie nachteilige Folgen für die Umwelt nach sich ziehen. Ein weiterer sicherheitsrelevanter Nachteil der Eisbildung entsteht durch dynamische Lasten am Oberleitungsdraht, die beispielsweise bei stärkeren Windkräften auftreten. Des Weiteren kann es zu elektrischen Fehlern aufgrund der Verschmutzung des Oberleitungsdrahtes kommen, da diese Verschmutzungen nicht oder nur selten entfernt wurden. Auch optische und ästhetische Effekte der Verschmutzung stellen mitunter ein Problem dar, insbesondere im Zusammenhang mit Oberleitungsmasten, die aus glasfaserverstärkten Kunststoffen und ohne Folienbewicklung hergestellt sind.The icing and contamination result in increased abrasion of the trolley wire and the pantograph of the rail vehicle. Furthermore, the power consumption is increased by the so-called arcing, which produces an arc plasma, which in turn leads to pollution of the environment by the formation of environmentally harmful gases. To at least minimize the disadvantages associated with icing and soiling, in the past the overhead wires were sprayed or even heated with chemicals. These remedial measures resulted in enormous additional costs, as the necessary maintenance steps required special expertise. In addition, they could have negative environmental consequences. Another safety-relevant disadvantage of ice formation is caused by dynamic loads on the overhead wire, which occur, for example, in stronger wind forces. Furthermore, it can lead to electrical errors due to the contamination of the trolley wire, as these contaminants were not or rarely removed. Also, optical and aesthetic effects of pollution are sometimes a problem, especially in the context of trolley masts, which are made of glass fiber reinforced plastics and without Folienbewicklung.

All diese Nachteile können durch die Nanostrukturierung des jeweiligen Substrats (Oberleitungsdrahtes) vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Falle eines Oberleitungsdrahtes dieser auf seiner gesamten Oberfläche mit Ausnahme seiner dem Pantographen zugewandten Seitenoberfläche nanostrukturiert ist.All these disadvantages can be avoided by the nanostructuring of the respective substrate (trolley wire). It is particularly advantageous if, in the case of a trolley wire, it is nanostructured on its entire surface except for its side surface facing the pantograph.

Die hier in der Figur rein beispielhaft dargestellte Vorrichtung 10 zur Nanostrukturierung von mindestens einer Seitenoberfläche eines Substrats 20 eignet sich insbesondere für aufwickelbare bzw. auftrommelbare Substrate. Zu diesem Zweck weist die in der Figur dargestellte Vorrichtung vorzugsweise eine erste Wickelvorrichtung 1 auf, auf der ein drahtförmiges Substrat 20 aufgewickelt ist. Die Vorrichtung könnte auch ein seil-, faden- oder folienförmiges Substrat aufwickeln.The device shown here purely by way of example in the figure 10 for nanostructuring of at least one side surface of a substrate 20 is particularly suitable for windable or aufommelelbare substrates. For this purpose, the device shown in the figure preferably has a first winding device 1 on top of which a wire-shaped substrate 20 is wound up. The device could also wind a rope, thread or foil shaped substrate.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die drahtförmige Gestalt des Substrats nicht auf zylindrische Strukturen beschränkt ist. So weist beispielsweise ein Oberleitungsdraht im Querschnitt, d. h. quer zu seiner Längserstreckung, eine Form auf, die an einen Schneemann erinnert. Die Querschnittsform des Oberleitungsdrahtes umfasst sozusagen einen Basisabschnitt und einen im Vergleich zum Basisabschnitt verkleinerten Kopfabschnitt, die über einen relativ schmalen Halsabschnitt miteinander verbunden sind. Im Unterschied zu einer drahtförmigen Gestalt des Substrats soll der hier verwendet Begriff ”folienförmige Substrat” zum Ausdruck bringen, dass das folienförmige Substrat zwei einander gegenüberliegende, im Wesentlich planare Oberflächen besitzt.In this connection, it should be noted that the wire-like shape of the substrate is not limited to cylindrical structures. For example, a trolley wire in cross section, i. H. transverse to its longitudinal extent, a shape reminiscent of a snowman. The cross-sectional shape of the trolley wire comprises, as it were, a base portion and a reduced compared to the base portion head portion, which are interconnected via a relatively narrow neck portion. In contrast to a wireform shape of the substrate, the term "sheet-like substrate" as used herein is intended to express that the sheet-like substrate has two opposing, substantially planar surfaces.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung 10 weist des Weiteren eine Förder- und/oder Positioniereinrichtung 3 auf, mit Hilfe derer das aufgewickelte bzw. aufgetrommelte Substrat 20 abgewickelt wird. Die Förder- und/oder Positioniereinrichtung 3 bewegt das Substrat 20 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und entlang einer vorbestimmten Richtung in eine vorbestimmte Lage relativ zu einem Laser 6 bzw. dessen Laseroptik 5.The device shown in the figure 10 further comprises a conveying and / or positioning device 3 on, with the help of which the wound up or tumbled substrate 20 is handled. The conveying and / or positioning device 3 moves the substrate 20 at a predetermined speed and along a predetermined direction to a predetermined position relative to a laser 6 or its laser optics 5 ,

Der Laser 6 ist vorzugsweise ein Kurzpuls- oder Ultrakurzpulslaser. Noch bevorzugter ist der Laser 6 ein Femtosekunden-Laser, der besonders bevorzugt eine Laserimpulslänge von 65 fs und eine mittlere Wellenlänge von 800 nm aufweist. Der Femtosekunden-Laser ist vorzugsweise ein Ti: Saphir Laser.The laser 6 is preferably a short pulse or ultrashort pulse laser. Even more preferred is the laser 6 a femtosecond laser, which more preferably has a laser pulse length of 65 fs and a mean wavelength of 800 nm. The femtosecond laser is preferably a Ti: sapphire laser.

Hat das Substrat 20 seine vorbestimmte Lage relativ zu dem Laser 6 erreicht, kann beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Lasers mindestens eine Seitenoberfläche 21, 22, 23 des Substrats 20 nanostrukturiert werden.Has the substrate 20 its predetermined position relative to the laser 6 can reach, at the intended use of the laser at least one side surface 21 . 22 . 23 of the substrate 20 be nanostructured.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 10 eine Laseroptik 5, mit Hilfe derer der Laserstrahl gleichzeitig auf drei Seitenoberflächen 21, 22, 23 des Substrats 20 gerichtet werden kann. Diese Laseroptik 5 kann vorzugsweise eine spezielle Linsenanordnung mit Linsen, Strahlteilern, Prismen, Lichtwellenleitern etc. umfassen.Preferably, the device comprises 10 a laser optics 5 , with the help of which the laser beam simultaneously on three side surfaces 21 . 22 . 23 of the substrate 20 can be directed. This laser optics 5 may preferably comprise a special lens arrangement with lenses, beam splitters, prisms, optical waveguides, etc.

Es kann auch für jede Seitenoberfläche 21, 22, 23 des Substrats 20 ein separater Laser 6 vorgesehen sein.It can also work for any page surface 21 . 22 . 23 of the substrate 20 a separate laser 6 be provided.

Durch die Förder- und/oder Positioniereinrichtung 3 wird sozusagen das Substrat 20 kontinuierlich relativ zu dem Laser 6 bewegt und an diesem vorbeigeführt. Das Substrat wird also kontinuierlich nanostrukturiert, und zwar auf mindestens einer seiner Seitenoberflächen 21, 22, 23. Eine zweite Förder- und/oder Positioniereinrichtung 4 führt das nanostrukturierte Substrat einer zweiten Wickeleinrichtung 2 zu, auf der das nanostrukturierte Substrat 20 sodann aufgewickelt bzw. aufgetrommelt wird.By the conveying and / or positioning 3 becomes, so to speak, the substrate 20 continuous relative to the laser 6 moved and passed this. The substrate is thus continuously nanostructured, on at least one of its side surfaces 21 . 22 . 23 , A second conveying and / or positioning device 4 leads the nanostructured substrate of a second winding device 2 to, on the nanostructured substrate 20 then wound or tumbled.

Die auf das Substrat aufgebrachte Nanostruktur weist vorzugsweise eine hierarchische Struktur auf, die superhydrophobe Eigenschaften zeigt. Solche hierarchischen Strukturen weisen bei geeigneter Parameterwahl des zum Einsatz kommenden Lasers 6 Strukturgrößen bis etwa einem Zehntel der Wellenlänge des Laserstrahls auf. Rein beispielhaft seien hier Mikro-Strukturen in einem Bereich von 10 bis 50 μm und feinere Strukturen in einem Bereich von 200 nm bis 2 μm erwähnt.The nanostructure applied to the substrate preferably has a hierarchical structure that exhibits superhydrophobic properties. Such hierarchical structures have a suitable parameter selection of the laser used 6 Structure sizes up to about one tenth of the wavelength of the laser beam on. By way of example only microstructures in a range of 10 to 50 microns and finer structures in a range of 200 nm to 2 microns may be mentioned here.

Alternativ kann auch der Laser 6 relativ zu einem stationär gehaltenen Substrat 20 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und entlang einer vorbestimmten Richtung bewegt werden. Eine gleichzeitige Bewegung des Lasers und des Substrats ist ebenso denkbar.Alternatively, the laser can 6 relative to a stationary held substrate 20 be moved at a predetermined speed and along a predetermined direction. A simultaneous movement of the laser and the substrate is also conceivable.

Die Positionier- und/oder Fördereinrichtung ist gemäß Anspruch 1 ein Turmwagen. Auch die Führungseinrichtung und/oder die zweite Fördereinrichtung kann ein Turmwagen sein.The positioning and / or conveyor is according to claim 1, a tower car. Also, the guide device and / or the second conveyor may be a tower car.

Claims (19)

Oberleitungsdraht (20) für Schienenfahrzeuge, der aufrollbar oder auftrommelbar und auf mindestens einem Teil seiner Außenoberfläche (21, 22, 23) mit einer mittels Laserstrahlung erzeugten Nanostrukturierung versehen ist.Trolley wire ( 20 Rolling stock or reelable and on at least part of its outer surface ( 21 . 22 . 23 ) is provided with a generated by laser radiation nanostructuring. Oberleitungsdraht (20) nach nach Anspruch 1, wobei der Oberleitungsdraht (20) im Querschnitt einen Basisabschnitt und einen im Vergleich zum Basisabschnitt verkleinerten Kopfabschnitt hat, die über einen schmalen Halsabschnitt miteinander verbunden sind.Trolley wire ( 20 ) according to claim 1, wherein the trolley wire ( 20 ) has in cross section a base portion and a reduced compared to the base portion head portion which are interconnected via a narrow neck portion. Oberleitungsdraht (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Oberleitungsdraht (20) auf seiner gesamten Oberfläche mit Ausnahme seiner während des Fahrbetriebes von Schienenfahrzeugen dem Pantographen des Schienenfahrzeugs zugewandten Seitenoberfläche nanostrukturiert ist.Trolley wire ( 20 ) according to claim 1 or 2, wherein the trolley wire ( 20 ) is nanostructured on its entire surface except for its side surface facing the pantograph of the rail vehicle during travel of rail vehicles. Verfahren zum Bearbeiten eines Oberleitungsdrahts (20) für Schienenfahrzeuge, wobei eine Außenoberfläche (21, 22, 23) des Oberleitungsdrahts (20) mittels mindestens eines Lasers (6), dessen Laserstrahl auf den mindestens einen Teil der Außenoberfläche (21, 22, 23) des Oberleitungsdrahts (20) trifft nanostrukturiert wird.Method for processing a trolley wire ( 20 ) for rail vehicles, an external surface ( 21 . 22 . 23 ) of the trolley wire ( 20 ) by means of at least one laser ( 6 ) whose laser beam is directed onto the at least one part of the outer surface ( 21 . 22 . 23 ) of the trolley wire ( 20 ) meets nanostructured. Vorrichtung (10) zur Nanostrukturierung von mindestens einem Teil der Außenoberfläche (21, 22, 23) eines relativ zu einem Laser (6) kontinuierlich bewegten Oberleitungsdrahts (20) für Schienenfahrzeuge, umfassend: einen Laser (6), der so angeordnet ist, dass dessen Laserstrahl auf mindestens einen Teil der Außenoberfläche (21, 22, 23) des Oberleitungsdrahts (20) auftrifft, und der zur Nanostrukturierung des mindestens einen Teils der Außenoberfläche (21, 22, 23) eingerichtet eine erste Positioniereinrichtung (3), mit Hilfe derer der Oberleitungsdraht (20) in eine vorbestimmte Lage relativ zu dem Laser (6) bringbar ist, und eine erste Fördereinrichtung, die eine Relativbewegung des Oberleitungsdrahts (20) zu dem Laser (6) bewirkt, um so beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vorrichtung den Oberleitungsdraht (20) auf dem mindestens einen Teil der Außenoberfläche (21, 22, 23) kontinuierlich mit einer Nanostrukturierung zu versehen, wobei die erste Positioniereinrichtung (3) und/oder die erste Fördereinrichtung ein Turmwagen ist.Contraption ( 10 ) for the nanostructuring of at least part of the outer surface ( 21 . 22 . 23 ) relative to a laser ( 6 ) continuously moving overhead conductor wire ( 20 ) for rail vehicles, comprising: a laser ( 6 ) arranged so that its laser beam is directed onto at least a part of the outer surface ( 21 . 22 . 23 ) of the trolley wire ( 20 ) and the nanostructuring of the at least part of the outer surface ( 21 . 22 . 23 ) establishes a first positioning device ( 3 ), by means of which the trolley wire ( 20 ) in a predetermined position relative to the laser ( 6 ) can be brought, and a first conveyor, the relative movement of the trolley wire ( 20 ) to the laser ( 6 ), so as to the intended use of the device the trolley wire ( 20 ) on the at least part of the outer surface ( 21 . 22 . 23 ) to be provided with a nanostructuring continuously, wherein the first positioning device ( 3 ) and / or the first conveyor is a tower car. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Fördereinrichtung den Oberleitungsdraht (20) mit einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit entlang einer ersten Richtung relativ zu dem Laser (6) bewegt.Apparatus according to claim 5, wherein the first conveyor means the trolley wire ( 20 ) at a first predetermined speed along a first direction relative to the laser ( 6 ) emotional. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Fördereinrichtung den Laser (6) mit einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit entlang einer ersten Richtung relativ zu dem Oberleitungsdraht (20) bewegt.Apparatus according to claim 5, wherein the first conveyor means the laser ( 6 ) at a first predetermined speed along a first direction relative to the trolley wire (10). 20 ) emotional. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, des Weiteren umfassend eine Führungseinrichtung, welche eine geführte Relativbewegung des Oberleitungsdrahts (20) oder des Lasers (6) entlang der ersten Richtung bewirkt.Apparatus according to claim 6 or 7, further comprising guide means which provide guided relative movement of the trolley wire (10). 20 ) or the laser ( 6 ) along the first direction. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Führungseinrichtung ein Teil der Positioniereinrichtung (3) oder der ersten Fördereinrichtung ist.Device according to claim 8, wherein the guide device forms part of the positioning device ( 3 ) or the first conveyor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die erste Fördereinrichtung stromaufwärts des Lasers (6) angeordnet ist.Device according to one of claims 5 to 9, wherein the first conveyor upstream of the laser ( 6 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die erste Positioniereinrichtung (3) ein Teil der ersten Fördereinrichtung ist.Device according to one of claims 5 to 10, wherein the first positioning device ( 3 ) is a part of the first conveyor. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Fördereinrichtung mindestens eine drehbewegliche Rolle umfasst.The apparatus of claim 11, wherein the first conveyor comprises at least one rotatable roller. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die drehbewegliche Rolle motorisch angetrieben ist.Apparatus according to claim 12, wherein the rotatable roller is motor-driven. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, ferner umfassend eine zweite Fördereinrichtung (4), die stromabwärts des Lasers (6) angeordnet ist.Device according to one of claims 5 to 13, further comprising a second conveyor ( 4 ), downstream of the laser ( 6 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei der Laser (6) ein Kurzpuls- oder Ultrakurzpulslaser ist. Device according to one of claims 5 to 14, wherein the laser (6) is a short-pulse or ultrashort pulse laser. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, wobei der Laser (6) ein Femtosekunden-Laser ist.Device according to one of claims 5 to 15, wherein the laser ( 6 ) is a femtosecond laser. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Femtosekunden-Laser (6) ein Ti: Saphir Laser ist, der eine Laserimpulslänge von 65 fs und eine mittlere Wellenlänge von 800 nm aufweist.Apparatus according to claim 16, wherein the femtosecond laser ( 6 ) is a Ti: sapphire laser having a laser pulse length of 65 fs and a center wavelength of 800 nm. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, ferner umfassend eine erste Wickelvorrichtung (1), die stromaufwärts des Lasers (6) angeordnet ist.Device according to one of claims 5 to 17, further comprising a first winding device ( 1 ), the upstream of the laser ( 6 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 18, ferner umfassend eine zweite Wickelvorrichtung (2), die stromabwärts des Lasers (6) angeordnet ist.Device according to one of claims 5 to 18, further comprising a second winding device ( 2 ), downstream of the laser ( 6 ) is arranged.
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