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Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer zweipoligen Oberleitung für ein nicht schienengebundenes Fahrzeug, insbesondere Lastkraftfahrzeug, wobei ein Hin- und Rückleiter der Oberleitung mittels mindestens jeweils einer quer zur Fahrzeuglängsrichtung orientierten Schleifleiste elektrisch leitfähig kontaktierbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein nicht schienengebundenes Fahrzeug mit einem solchen Stromabnehmer.
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Elektrisch oder elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Fahrzeuge werden zur betriebsenergetischen Versorgung beispielsweise mit einem Stromabnehmer ausgerüstet. Der Stromabnehmer stellt hierbei eine elektrisch leitfähige Verbindung zu einem Fahrdraht, einer Stromschiene oder einer anderen, elektrischen Strom führenden Einrichtung her. So weisen beispielsweise schienengebundene Fahrzeuge, wie zum Beispiel elektrische Lokomotiven, Züge und Straßenbahnen, zur Versorgung mit Betriebsenergie Stromabnehmer auf, welche zur Einspeisung elektrischer Energie in das Fahrzeug den Fahrdraht einer Fahrleitungsanlage beschleifen. Aufgrund der Spurführung der Schiene kann hierbei stets eine definierte, relative Lage und Positionierung zwischen dem Fahrdraht und dem Schienenfahrzeug gewährleistet werden, so dass eine elektrisch leitende und betriebssichere Kontaktierung mittels eines Schleif- oder Gleitkontakts zwischen dem Stromabnehmer und dem Fahrdraht sichergestellt ist.
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Im Zuge einer fortschreitenden Reduzierung von Schadstoffemissionen werden auch nicht schienengebundene Fahrzeuge zunehmend häufiger mit elektrischen oder elektromotorischen Antrieben versehen. Hierbei ist es beispielsweise möglich, Lastkraftwagen oder Busse mit einem Hybridantrieb auszustatten, wobei der elektromotorische Antriebsteil des Hybridantriebs mittels des Stromabnehmers mit elektrischer Energie versorgbar ist. Für die Elektrifizierung solcher Straßenfahrzeuge ist es beispielsweise denkbar, eine zweipolige Oberleitung als Fahrleitungsanlage oberhalb einer Fahrbahn zu positionieren. Dadurch ist es möglich, dass nicht schienengebundene Fahrzeuge im Bereich dieser Oberleitungen rein elektrisch mittels des Stromabnehmers angetrieben werden. Dadurch ist ein effizienter, ökonomischer und Umwelt schonender Betrieb für nicht schienengebundene Fahrzeuge ermöglicht.
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Die Stromabnehmer sind hierbei beispielsweise als Scheren- oder Pantographen-Stromabnehmer ausgebildet, bei welchen eine Gestängemechanik jeweils einen quer zur Fahrtrichtung montierten Schleifbügel an einen Hin- und Rückleiter der Oberleitung federnd anpresst und horizontal ausrichtet. Die Schleifbügel sind hierbei von sogenannten Paletten oder Wippen getragen, welche an der Gestängemechanik befestigt sind. Zum Ausgleich von möglichen, unterschiedlichen Abständen der Hin- und Rückleiter zu den jeweiligen Wippen, beispielsweise durch beidseitige Toleranzen oder aufgrund eines schräg stehenden Fahrzeugs, sind die beiden Wippen vorzugsweise relativ zueinander beweglich an dem Fahrzeug oder der Gestängemechanik angeordnet.
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Aufgrund der relativen Beweglichkeit der Wippen tritt hierbei jedoch das Problem auf, dass einer der beiden Oberleiter in den zwischen den Wippen gebildeten Zwischenraum hinein gleiten und sich dort verhaken kann. In Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit können hierbei mitunter erhebliche Schäden an dem Stromabnehmer und/oder an der Oberleitung entstehen, welche in der Folge eine Gefährdung für den umliegenden Verkehr sowie das eigentliche Fahrzeug bewirken können.
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Zur Vermeidung eines solchen Hineingleitens einer Oberleitung zwischen die Wippen ist es beispielsweise möglich, gebogene, isolierende Endhörner zwischen den Schleifleisten bzw. den Wippen derart anzuordnen, dass unabhängig von der Relativposition der beiden Wippen kein freier Zwischenraum gebildet wird, in welchen ein Oberleiter gleiten könnte.
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Nachteiligerweise wird durch die zumindest teilweise überlappende Anordnung der Endhörner ein vorhandener Bauraum zwischen den Wippen reduziert. In diesem Zwischenbereich sind häufig Sensoren (inner horn detection, IHD) angeordnet, welche eine betriebssichere Kontaktierung zu dem jeweiligen Oberleiter sicherstellen sollen. Durch die Endhörner wird der für die Sensoren benötigte Bauraum hierbei nachteilig eingeschränkt.
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Weiterhin ist es beispielsweise denkbar, dass zwischen den Wippen eine isolierende Verbindung eingefügt wird. Eine solche Verbindung weist hierbei beispielsweise einen Freiheitsgrad auf, mit welchem der sich ändernde Abstand zwischen den Wippen bei einer vertikalen Änderung der Wippenposition ausgleichbar ist. Durch die Verbindung wird jedoch einerseits das Baugewicht des Stromabnehmers erhöht sowie andererseits der Bauraum zwischen den Strombügeln bzw. Wippen belegt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 076 620 A1 ist ein Stromabnehmer zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer zweipoligen Oberleitung für ein nicht schienengebundenes Fahrzeug, insbesondere eines Lastkraftfahrzeuges bekannt. Ein Hin- und Rückleiter der Oberleitung ist mittels mindestens jeweils einer quer zur Fahrzeuglängsrichtung orientierten Schleifleiste elektrisch leitfähig kontaktierbar. Die Schleifleisten für den Hin- und Rückleiter sind entlang der Fahrzeugquerrichtung koaxial zueinander angeordnet und von jeweils einer Wippe getragen. Isolierstücke zwischen den Schleifleisten können als Kette ausgebildet sein.
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Zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs ist es notwendig, dass die kontaktierenden Schleifflächen oder Schleifleisten der Schleifbügel einen ausreichenden Abstand zur gegenseitigen galvanischen Isolierung aufweisen. Durch die Montage von Endhörnern und/oder isolierenden Verbindungen zwischen den Wippen wird die Länge der Schleifleisten, und somit der mögliche Kontaktbereich, an welchem der Stromabnehmer angedrahtet werden kann, nachteilig verkürzt. Dies wirkt sich negativ auf die wirtschaftliche Verfügbarkeit eines solchen nicht schienengebundenen Fahrzeugs aus. Die Verfügbarkeit wird hierbei insbesondere aufgrund einer beispielsweise witterungs- oder toleranzbedingten Positionsvarianz bezüglich der Oberleitungen und den Wippen weiter reduziert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Stromabnehmer anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes nicht schienengebundenes Fahrzeug mit einem solchen Stromabnehmer anzugeben.
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Hinsichtlich des Stromabnehmers wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Stromabnehmer ist zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer zweipoligen Oberleitung (Fahrleitungsanlage) für ein nicht schienengebundenes Fahrzeug, insbesondere einem Lastkraftfahrzeug oder einem Bus, geeignet und eingerichtet. Zum Zwecke der Einspeisung ist ein Hin- und Rückleiter (Fahrdraht) der Oberleitung mittels mindestens jeweils einer quer zur Fahrzeuglängsrichtung, also entlang einer Fahrzeugquerrichtung orientierten Schleifleiste elektrisch leitfähig kontaktiert oder kontaktierbar.
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Der elektrisch leitfähige Kontakt zwischen der Schleifleiste und dem Hin- bzw. Rückleiter wird hierbei mittels eines Berührungskontakts, insbesondere mittels eines Schleif- oder Gleitkontakts, gebildet. Die Oberleitung ist hierbei zweckmäßigerweise oberhalb einer Fahrbahn des Fahrzeugs angeordnet. Der Stromabnehmer ist geeigneterweise im Bereich eines Fahrzeugdachs, beispielsweise oberhalb einer Fahrerkabine, angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fahrzeug hierbei um ein Lastkraftfahrzeug oder einen Bus, sodass der mittels des Stromabnehmers zu überbrückende Abstand zwischen dem Fahrzeugdach und der Oberleitung vergleichsweise gering ist. Das Fahrzeug weist vorzugsweise einen elektrischen oder elektromotorischen Antrieb, insbesondere einen Hybridantrieb, auf, wobei der Stromabnehmer zur Einspeisung elektrisch leitfähig an diesen Antrieb oder einen fahrzeuginternen Energiespeicher gekoppelt ist.
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Die Schleifleisten für den Hin- und Rückleiter sind entlang der Fahrzeugquerrichtung koaxial, das bedeutet fluchtend benachbart, zueinander angeordnet und jeweils an einer Wippe (Palette) getragen. Die insbesondere geradlinigen Schleifleisten der Wippen sind an den einander zugewandten Leistenenden mittels einer Gelenkverbindung gelenkig miteinander gekoppelt. Durch die Gelenkverbindung ist in konstruktiv einfacher Art und Weise ein Ausgleich von Relativbewegungen der Schleifleisten bzw. der Wippen zueinander ermöglicht. Des Weiteren wird durch die Gelenkverbindung ein zwischen den Leistenenden gebildeter Zwischenraum geschlossen, sodass die Gefahr eines Hineingleitens des Hin- und/oder Rückleiters zwischen die Schleifleisten bzw. Wippen des Stromabnehmers vorteilhaft und einfach vermieden ist. Dadurch ist ein besonders geeigneter Stromabnehmer für ein nicht schienengebundenes Fahrzeug gebildet.
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Erfindungsgemäß ist die Gelenkverbindung durch fünf aneinander gekoppelte Drehgelenke (Scharniergelenke) gebildet. Die Drehgelenke bilden hierbei eine flexible kinematische Kette, welche die Schleifleisten miteinander gelenkig koppelt. Durch die Ausgestaltung mittels lediglich Drehgelenken ist eine Gelenkverbindung gebildet, welche konstruktiv besonders einfach und somit kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere ist es hierbei möglich, kostengünstige Fertigungs- und Normteile zur Herstellung der Gelenkverbindung zu verwenden.
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Die Gelenkverbindung ist hierbei vorzugsweise flexibel genug ausgestaltet, um sich an alle möglichen (relativen) Stellungen der beiden Wippen im Fahrbetrieb zueinander anzupassen. Die Gelenkverbindung weist hierbei einen besonders geringen Bauraumbedarf auf, sodass es möglich ist, die Schleifleisten zu den zwischen den beiden Wippen gebildeten Zwischenraum hin zu verlängern, wodurch der mögliche Kontaktbereich mit der Oberleitung vergrößert wird. Dies überträgt sich in der Folge vorteilhaft auf die wirtschaftliche Verfügbarkeit des Stromabnehmers bzw. des Fahrzeugs.
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Des Weiteren wird somit eine optimale Nutzung der zur Verfügung stehenden Länge für die Schleifleisten ermöglicht. Dies ermöglicht es insbesondere, dass die beiden Pole (Hinleiter, Rückleiter) der Oberleitung nicht zwingend mittig über den jeweiligen Schleifleisten angeordnet sind. Dadurch sind die Dimensionierungen von außenseitigen Endhörnern der Schleifleisten sowie zwischen den Wippen angeordneter Innenstrukturen an die möglichen Schwankungen der Oberleitung anpassbar, wodurch die Verfügbarkeit weiter verbessert wird.
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Die Gelenkverbindung ist insbesondere derart ausgeführt, dass sie eine translatorische Bewegung und/oder Verschiebung der beiden Wippen relativ zueinander in entlang jeder Raumrichtung zulässt. Im Nachfolgenden sind Angaben hinsichtlich der Raumrichtungen insbesondere in einem Koordinatensystem des Fahrzeugs (Fahrzeugkoordinatensystem) angegeben.
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Die Abszissenachse (X-Achse) ist hierbei entlang der Fahrzeuglängsrichtung und die Ordinatenachse (Y-Achse) entlang der Fahrzeugquerrichtung sowie die Applikatenachse (Z-Achse) entlang der Fahrzeughöhe orientiert. Zusätzlich zur relativen translatorischen Verschiebung der Wippen zueinander wird mittels der Gelenkverbindung auch eine relative Verdrehung der Wippen bzw. Schleifleisten gegeneinander entlang der Fahrzeuglängsrichtung (Fahrrichtung) ermöglicht.
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Durch die Gelenkverbindung zwischen den Schleifleisten wird ein Hineingleiten des Hin- und/oder Rückleiters zwischen die Schleifleisten bzw. den Wippen physisch verhindert. Dadurch werden keine weiteren Endhörner zur berührungsfreien Beabstandung der Wippen zueinander benötigt. In der Folge wird ein zusätzlicher Bauraum zwischen den Schleifleisten geschaffen, welcher sich positiv auf die wirtschaftliche Verfügbarkeit des Stromabnehmers auswirkt. Ferner wird ein zusätzlicher Bauraum für eine Sensorik oder Sensorelemente des Stromabnehmers bereitgestellt.
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Zusätzlich zur Einspeisung ist es denkbar, dass im Zuge eines generatorischen oder rekuperativen Betriebs des Fahrzeugs, beispielsweise während eines Bremsvorgangs, elektrische Energie von dem Fahrzeug über den Stromabnehmer in die Oberleitung eingespeist wird.
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In einer geeigneten Weiterbildung weist die Gelenkverbindung zwischen den Schleifleisten fünf (Bewegungs-)Freiheitsgrade auf. Dadurch ist eine besonders flexible und gelenkige Verbindung zwischen den Schleifleisten realisiert, wodurch relative Bewegungen der Schleifleisten und/oder der Wippen zueinander auf konstruktiv einfache Art und Weise ausgleichbar sind. In einer bevorzugten Weiterbildungsform weist die Gelenkverbindung hierbei lediglich rotatorische Freiheitsgrade auf. Dies bedeutet, dass die Gelenkverbindung im Wesentlichen keine translatorischen Freiheitsgrade, beispielsweise in Form von Linearlagern, aufweist. Dadurch wird ein Wartungsaufwand der Gelenkverbindung reduziert und die Lebensdauer erhöht. Des Weiteren ist eine Gefahr von Klemmstellen zwischen den Schleifleisten reduziert.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Gelenkverbindung zwei erste Koppelteile und zwei zweite Koppelteile sowie zwei dritte Koppelteile auf. Die ersten Koppelteile sind als Befestigungsplatten mechanisch fest an den jeweiligen Schleifleisten befestigt. Insbesondere sind die ersten Koppelteile hierbei seitlich an den Leistenenden der Schleifleisten montiert.
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Die zweiten Koppelteile sind mittels eines jeweiligen ersten Drehgelenks mit einer entlang einer parallel zur Fahrzeuglängsrichtung orientierten Drehachse an das jeweils zugeordnete erste Koppelteil gekoppelt. Dies bedeutet, dass die zweiten Koppelteile gelenkig mit den ersten Koppelteilen verbunden sind und in einer von der Fahrzeugquerrichtung und der Fahrzughöhenrichtung aufgespannten Ebene verschwenkbar sind.
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Die dritten Koppelteile sind etwa plattenartig oder plattenförmig ausgebildet und weisen an einer ersten (Platten-) Stirnseite jeweils ein zweites Drehgelenk auf, mittels denen sie mit den zweiten Koppelteilen gekoppelt sind. An der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite sind die dritten Koppelteile mittels eines dritten Drehgelenks miteinander gekoppelt. Die Drehachsen der zweiten und dritten Drehgelenke sind hierbei zueinander parallel und senkrecht zur Drehachse des ersten Drehgelenks orientiert. Mit anderen Worten sind die zweiten Koppelteile gelenkig mit dem ersten Koppelteil und wiederum mit den dritten Koppelteilen quer dazu ebenfalls drehbar gelagert. Durch das dritte Drehgelenk greifen die dritten Koppelteile jeder Schleifleiste effektiv ineinander.
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Die dadurch gebildete Gelenkkette (Kettenzug) aus den ersten Koppelteilen und zweiten Koppelteilen sowie dritten Koppelteilen weist somit fünf Freiheitsgrade auf, sodass eine besonders hohe Beweglichkeit zwischen den Schleifleisten bzw. Wippen ermöglicht ist.
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Während die Wippen beispielsweise vertikal, also entlang der Fahrzeughöhenrichtung, zueinander verschoben sind, richtet sich die durch die Drehgelenke gebildete Gelenkverbindung in Abhängigkeit der dadurch bewirkten Verformung aus und wird hierdurch gestreckt. Im Zuge einer solchen Streckung werden die dritten Koppelteile mittels des dritten Drehgelenks gegeneinander verschwenkt und somit der zwischen ihnen eingeschlossene Winkel vergrößert. Bei einer relativen Verschiebung einer Wippe entlang der Fahrzeugquerrichtung wird durch eine Drehung der zweiten und dritten Koppelteile um die zweite und dritte Drehachse ausgeglichen. Hierbei ist der Zwischenbereich zwischen den Schleifleisten bzw. Wippen stets mit der Gelenkverbindung verbunden, sodass zu keinem Zeitpunkt die Hin- und/oder Rückleitung in diesen Zwischenbereich hinein gleiten kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens eines der Koppelteile der Gelenkverbindung aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt. Durch die Ausgestaltung mit einem elektrisch isolierenden und vorzugsweise spannungsfesten Werkstoff, beispielsweise einem Kunststoff, wird ein elektrischer Kurzschluss zwischen den beiden Schleifleisten sicher vermieden. In einer denkbaren Ausgestaltungsform ist das oder jedes Koppelteil beispielsweise aus Polyoxymethylen (POM) oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder auch aus einem eloxierten Aluminium hergestellt.
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In einer alternativen Ausgestaltungsform ist es hierbei denkbar, dass eines oder mehrere Koppelteile aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind. Beispielsweise ist es möglich, dass die ersten und zweiten Koppelteile aus elektrisch isolierendem Material und die dritten Koppelteile aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sind. Durch die isolierenden Komponenten wird hierbei der Kurzschluss der Schleifleisten vermieden, wobei die leitenden Komponenten der Gelenkverbindung beispielsweise im Zuge der Sensorik (inner horn detection, IHD) des Stromabnehmers genutzt werden können. So ist es beispielsweise denkbar, dass ein elektrischer Widerstand der leitenden dritten Koppelteile erfasst wird, sodass beispielsweise die Situation einer zwischen die Schleifleisten - also auf die Gelenkverbindung - geglittenen Oberleitung zuverlässig erfasst wird.
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In einer vorteilhaften Ausführung sind zwischen den koaxial ausgerichteten Schleifleisten zwei gleichartige Gelenkverbindungen vorgesehen. Mit anderen Worten sind die Leistenenden entlang der Fahrzeugquerrichtung mittels zweier Gelenkverbindungen gekoppelt. Dadurch ist eine besonders stabile und zuverlässige gelenkige Verbindung zwischen den Schleifleisten hergestellt.
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In einer denkbaren Betriebssituation sind die beiden Schleifleisten an in unterschiedlichen Höhen verlaufenden Hin- und Rückleitern angedrahtet. Im Falle eines hinreichend großen Höhenunterschieds ergibt sich somit ein vergleichsweise steiler Neigungswinkel der Gelenkverbindung. Die Oberleitung ist geeigneterweise mittels Aufbauten oberhalb einer Fahrspur angeordnet. Bei einem großen Neigungswinkel der Gelenkverbindung kann hierbei das Problem auftreten, dass die Schleifleisten die an der Oberleitung befestigten Aufbauten touchieren und somit die Aufbauten und/oder der Stromabnehmer beschädigt werden. In einer geeigneten Weiterbildung ist hierbei zur Reduzierung des möglichen Neigungswinkels vorgesehen, dass die beiden Gelenkverbindungen zwischen den Schleifleisten entlang der Fahrzeugquerrichtung, also der Schleifleistenlängsrichtung, versetzt zueinander an den Schleifleiste gekoppelt und angeordnet sind. Insbesondere sind hierbei die ersten Koppelteile der Gelenkverbindung zueinander versetzt angeordnet. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die ersten Koppelteile der beiden Gelenkverbindungen abwechselnd zueinander versetzt an den Schleifleisten angebracht sind. Die Gelenkverbindungen sind dadurch länger ausführbar, wodurch ein möglicher Neigungs- oder Steigungswinkel reduziert wird. Im Falle eines relativen vertikalen Höhenversatzes zwischen den beiden Wippen liegen die korrespondierenden ersten Koppelteile jeweils in einer gemeinsamen Ebene, wobei die Ebenen der beiden Gelenkverbindungen zueinander parallel versetzt angeordnet sind.
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Durch die versetzte Anordnung wird die Verfügbarkeit um einen Betrag reduziert, um welchen sich die Gelenkverbindungen vor dem inneren Leistenende der jeweiligen Schleifleiste über diese hinaus erheben. Vorzugsweise sind die Fahrdrähte der Oberleitung, also der Hinleiter und der Rückleiter, parallel zur Fahrbahn angeordnet, sodass die Gesamtverfügbarkeit über große Streckenabschnitte lediglich geringfügig reduziert wird. Gleichzeitig ist die Sicherheit und Langlebigkeit der Schleifleiste und Oberleitung durch weichere vertikale Übergänge und damit einhergehende geringere Kräfte besser gewährleistet. Dadurch ist es möglich, die Kontaktbereiche der Schleifleisten besonders dicht beieinander anzuordnen, also die Schleifleisten besonders lang auszuführen, ohne die gewünschte Grundverfügbarkeit maßgeblich einzuschränken. Des Weiteren wird durch die versetzte Anordnung der Gelenkverbindungen die gelenkige Beweglichkeit in Fahrzeuglängsrichtung und Fahrzeugquerrichtung nicht nachteilig eingeschränkt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung trägt jede Wippe zwei parallel entlang der Fahrzeuglängsrichtung zueinander beabstandete Schleifleisten. Mit anderen Worten ist jede Wippe mit einer Doppelschleifleistenanordnung versehen. Dadurch wird der elektrische Kontaktbereich zur Oberleitung effektiv verdoppelt. Dies überträgt sich in der Folge vorteilhaft auf eine besonders effektive und zuverlässige Energieeinspeisung. Vorzugsweise ist hierbei jeweils mindestens eine Gelenkverbindung zwischen den Schleifleistenpaaren der Wippe vorgesehen.
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In einer geeigneten Ausbildung ist die oder jede Wippe an eine Scheren- oder Pantographenmechanik gekoppelt. Mit anderen Worten ist der Stromabnehmer vorzugsweise als ein Einholmstromabnehmer mit einem Traggestänge oder Traggestell ausgeführt, welches fahrzeugseitig, insbesondere an einem Fahrzeugdach, befestigt oder befestigbar ist. Das Traggestänge weist beispielsweise zwei angelenkte Tragarmausleger auf, an denen oberleitungsseitig die Wippen befestigt sind. Durch diese Scheren- oder Pantographenmechanik ist eine zuverlässige und betriebssichere Kontaktierung der Schleifleisten an der Oberleitung gewährleistet. Die Wippen sind hierbei vorzugsweise federnd gegen die Oberleitung anpressbar und horizontal ausrichtbar.
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In einer bevorzugte Anwendung ist der Stromabnehmer Teil eines nicht schienengebundenen Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist hierbei vorzugsweise einen elektrischen oder elektromotorischen Antrieb, insbesondere einen Hybridantrieb, auf, welcher mittels des Stromabnehmers durch Kontaktierung zu einer zweipoligen Oberleitung mit elektrischer Energie speisbar ist.
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Das Fahrzeug ist insbesondere ein Lastkraftfahrzeug oder beispielsweise ein Bus.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung ein nicht schienengebundenes Fahrzeug mit einem an eine zweipolige Oberleitung kontaktierten Stromabnehmer,
- 2 in perspektivischer Darstellung ausschnittsweise eine Wippenanordnung des Stromabnehmers in einer ersten Ausführungsform mit zwei Wippen und daran gehaltenen Schleifleisten,
- 3 in perspektivischer Darstellung ausschnittsweise eine Gelenkverbindung zwischen den Schleifleisten der beiden Wippen,
- 4 in Seitenansicht die Schleifleisten mit der dazwischen angeordneten Gelenkverbindung,
- 5 in perspektivischer Darstellung ein erstes und ein zweites sowie ein drittes Koppelteil der Gelenkverbindung,
- 6 bis 8 in perspektivischer Darstellung den Stromabnehmer für unterschiedliche Relativpositionen der Wippen, und
- 9 in schematischer Draufsicht eine zweite Ausführungsform des Stromabnehmers mit jeweils zwei Gelenkverbindungen zwischen den Schleifleisten.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung einen Lastkraftwagen als nicht schienengebundenes Fahrzeug 2. Das Fahrzeug 2 weist einen Fahrzeugrahmen 4 mit einer Fahrzeugkabine 6 und einen Fahrzeugaufbau 8 zur Aufnahme und Tragen von zu transportierender Ladung auf. Im Fahrzeugrahmen 4 ist ein nicht näher dargestellter Traktionsantrieb zum Betreiben des Fahrzeugs 2 angeordnet. Der Traktionsantrieb ist hierbei insbesondere als ein rein elektrischer oder hybridelektrischer Antrieb ausgeführt.
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In der 1 ist weiterhin eine zweipolige Oberleitung 10 mit einem Hinleiter 12 und mit einem zu diesem parallel verlaufenden Rückleiter 14 gezeigt. Die Oberleitung 10 dient zur Elektrifizierung einer Fahrspur 16, beispielsweise einer rechten Fahrspur einer mehrspurigen Autobahn. Die Oberleitung 10 ist hierbei zum Beispiel mittels Masten, Auslegern, Hängern oder dergleichen etwa mittig oberhalb der Fahrspur 16 verlaufend angeordnet.
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Das Fahrzeug 2 kann zur Energieübertragung einen elektrischen Kontakt zu dem Hinleiter 12 und dem Rückleiter 14 herstellen. Hierbei wird elektrische Energie in das Fahrzeug 2 beziehungsweise dessen Traktionsantrieb eingespeist oder auch Bremsenergie des Fahrzeugs 2 in die Oberleitung 10 zurückgespeist.
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Zur Energieübertragung weist das Fahrzeug 2 einen Stromabnehmer 18 auf, welcher an einem Fahrzeugdach 20 der Fahrzeugkabine 6 angeordnet ist. Der Stromabnehmer 18 weist eine Scheren- oder Pantographenmechanik 22 mit einem an das Fahrzeugdach 20 gekoppelten Unterarm 24 und mit einem daran angelenkten Oberarm 26 auf.
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Der Oberarm 26 trägt an dessen oberleitungsseitigen Freiende eine Wippenanordnung 28 mit zwei benachbart angeordneten Wippen 30. Jede Wippe 30 trägt hierbei zwei parallel zueinander in Fahrtrichtung oder Fahrzeuglängsrichtung 32 beabstandete Schleifleisten 34. Die länglichen und geradlinigen Schleifleisten 34 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise einem gepressten Kohlestaub, hergestellt.
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In den 2 bis 8 ist eine erste Ausführungsform der Wippenanordnung 28 des Stromabnehmers 18 in vergleichsweise detaillierten Darstellung gezeigt, und nachfolgend näher erläutert.
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Bei einer regulären Fahrt liegen die vier Schleifleisten 34 in einer horizontalen Ebene mit den Hin- und Rückleitern 12, 14. Eine solche relative Positionierung der beiden Wippen 30 ist in 2 ausschnittsweise dargestellt. Die Ebene ist hierbei im Wesentlichen zwischen der Fahrzeuglängsrichtung 32 und einer hierzu senkrecht orientierten Fahrzeugquerrichtung 36 aufgespannt. Die Schleifleisten 34 der Wippen 30 sind bei einer solchen regulären Fahrt entlang der Fahrzeugquerrichtung 36 koaxial fluchtend zueinander angeordnet. Mit anderen Worten sind die Schleifleisten 34 der Wippen 30 benachbart nebeneinander angeordnet.
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Im angedrahteten oder kontaktierten Zustand ist jeweils ein elektrisch leitender Schleif- oder Gleitkontakt zwischen den zwei Schleifleisten 34 einer Wippe 30 und dem Hinleiter 12 beziehungsweise dem Rückleiter 14 hergestellt.
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Die Schleifleisten 34 weisen an den fahrzeugaußenseitigen Freienden jeweils ein Endhorn 38 aus einem isolierenden, also elektrisch nicht leitenden, Material auf. Die Schleifleisten 34 und Endhörner 38 bilden hierbei jeweils einen nicht näher bezeichneten Schleifbügel des Stromabnehmers 18.
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Die Endhörner 38 sind hierbei nach unten gebogen ausgeführt. Dies bedeutet, dass die Endhörner 38 entlang einer senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung 32 und Fahrzeugquerrichtung 36 orientierten Fahrzeughöhenrichtung 40 in Richtung der Fahrspur 16, also von der Oberleitung 10 weg, gebogen sind. Durch die Endhörner 38 wird verhindert, dass der Hin- und/oder Rückleiter 12, 14 ungewollt von außen unter die Schleifleisten 34 gleiten und dadurch den Schleif- oder Gleitkontakt mit diesen gelöst wird.
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An den den Endhörnern 38 gegenüberliegenden (Leisten-)Ende der Schleifleisten 34, also dem den jeweils in Fahrzeugquerrichtung 36 koaxial fluchtend zur jeweils benachbarten Schleifleiste 34 zugewandten Leistenende sind jeweils zwei Gelenkverbindungen 42 vorgesehen.
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Die Gelenkverbindungen 42 sind hierbei derart ausgeführt, dass sie ausreichend flexibel sind, um sich an alle möglichen relativen Stellungen der beiden Wippen 30 zueinander (6, 7, 8) anzupassen. Mit anderen Worten ist mittels der Gelenkverbindungen 42 eine gelenkige Verbindung zwischen den entlang der Fahrzeugquerrichtung 36 benachbart angeordneten Schleifleisten 34 realisiert. Durch die Gelenkverbindungen 42 ist eine durchgehende Verbindung zwischen den Schleifleisten 34 gebildet, welche ein Hineingleiten der Hin- und/oder Rückleiter 12, 14 in den freigestellten Zwischenraum zwischen den Schleifleisten 34 beziehungsweise den Wippen 30 physisch in konstruktiv einfacher Art und Weise verhindert.
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Wie anhand der Seitenansicht der 4 deutlich wird, ist die Gelenkverbindung 42 besonders bauraumkompakt. In der 4 sind zwei vertikale, horizontal zueinander beabstandete, Linien 44, 46 gezeigt, welche die Positionen der Leistenenden der Schleifleisten 34 zeigen, falls zwischen den Schleifleisten 34 ebenfalls Endhörner 38 zur Vermeidung eines Hineingleitens der Oberleitung 10 angeordnet wären. In einer derartigen Ausgestaltung, welche dem Stand der Technik entspricht, weisen die Leistenenden der Schleifleisten 34 entlang der Fahrzeugquerrichtung 36 einen vergleichsweise großen horizontalen Abstand 48 auf.
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In der 4 sind zwei weitere vertikale Linien 50, 52 gezeigt, welche die Endposition der Leistenenden bei der Verwendung der Gelenkverbindung 42 zeigen. Wie anhand der Seitenansicht der 4 vergleichsweise deutlich wird, weisen die Leistenenden einen besonders geringen Abstand 54 auf. Mit anderen Worten sind die Schleifleisten 34 zur Mitte hin länger ausgeführt als bei einer Verwendung von innenseitigen Endhörnern. Dies bedeutet, dass die Schleifleisten 34 der Wippenanordnung 28 in dieser Ausführungsform eine besonders große Kontaktfläche aufweisen, was der wirtschaftlichen Nutzbarkeit und Verfügbarkeit des Stromabnehmers 18 beziehungsweise des Fahrzeugs 2 zuträglich ist.
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Der Aufbau der Gelenkverbindung 42 ist nachfolgend anhand der 3 und 5 näher erläutert. In der 3 sind die Gelenkverbindungen 42 zwischen zwei Schleifleisten 34 ausschnittsweise dargestellt. Die Gelenkverbindung 42 ist derart ausgeführt, dass eine translatorische Verschiebung der beiden Wippen 30 beziehungsweise der Schleifleisten 34 zueinander im Wesentlichen entlang aller drei Raumrichtungen 32, 36, 40 ermöglicht ist. Des Weiteren ist zusätzlich auch eine relative Verdrehung der beiden Wippen 30 zueinander in Fahrtrichtung 32 möglich.
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Zu diesem Zwecke weist die Gelenkverbindung 42 einen mehrteiligen Aufbau auf. Die Gelenkverbindung 42 weist hierbei insbesondere zwei erste Koppelteile 56 und zwei zweite Koppelteile 58 sowie zwei dritte Koppelteile 60 auf. Jeweils eines der Koppelteile 56, 58, 60 ist in der 5 einzeln dargestellt.
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Das Koppelteil 56 ist im Wesentlichen als eine etwa konvexe fünfeckig-polygonale Geometrie auf. Das Koppelteil 56 ist im Montagezustand als eine starre Befestigungsplatte an das jeweilige Leistenende einer Schleifleiste 34 befestigt. Das Koppelteil 56 weist hierbei eine lange Grundseite 62 auf, welche im Montagezustand entlang der Schleifleiste 34 beziehungsweise der Fahrzeugquerrichtung 36 orientiert ist. Senkrecht zur Grundseite 62 ist stirnseitig eine erste, vergleichsweise kurze, Vertikalseite 64 angeordnet. An der gegenüberliegenden Stirnseite ist eine Vertikalseite 66 vorgesehen, welche hinsichtlich der Vertikalseite 64 vergleichsweise lang ausgeführt ist. Die Vertikalseiten 64, 66 sind im Montagezustand entlang der Fahrzeughöhenrichtung 40 orientiert. In dem zwischen der Grundseite 62 und der Vertikalseite 64 gebildeten Eckbereich ist eine zylindrische Befestigungsöffnung 68 als Durchgangsöffnung eingebracht. Entlang der Vertikalseite 66 sind zwei weitere Befestigungsöffnungen 68 und 70 in das Koppelteil 56 eingebracht. Die beiden an der Grundseite 62 angeordneten Befestigungsöffnungen 68 dienen zur Befestigung des Koppelteils 56 an der jeweiligen Schleifleiste 34, wobei die Befestigungsöffnung 70 zur rotierbaren oder drehbaren Befestigung des Koppelteils 58 dient.
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An dem der Grundseite 62 abgewandten Ende der Vertikalseite 62 ist eine vergleichsweise kurze Horizontalseite 72 vorgesehen, welche parallel zur Grundseite 62 verläuft. Die Horizontalseite 72 übergreift hierbei im Wesentlichen die Befestigungsöffnungen 68 und 70 an der Vertikalseite 66. Die Horizontalseite 72 ist über eine geneigte Schrägseite 74 mit der Vertikalseite 64 verbunden. Dadurch weist das Koppelteil 56 eine besonders stabile Geometrie zur Befestigung an den Schleifleisten 34 und zur Lagerung der Koppelteile 58 auf.
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Das in 5 einzeln dargestellte Koppelteil 58 weist eine etwa neunförmige Querschnittsform auf. Der vertikale Neunschenkel ist hierbei als eine planparallele Platte 76 mit einer zentral eingebrachten Befestigungsöffnung 78 ausgeführt. An die Platte 76 ist eine hohlzylindrische Aufnahme 80 als Neunbogen angeformt.
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Wie in der Darstellung der 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich wird, ist die Aufnahme 80 im Montagezustand fluchtend mit der Befestigungsöffnung 70 des Koppelteils 56 angeordnet. Geeigneterweise sind die Koppelteile 56 und 58 hierbei mittels eines die Befestigungsöffnung 70 und die Aufnahme 80 durchsetzenden - nicht näher dargestellten - Bolzenelements gekoppelt. Die Längsachse des Bolzenelements definiert hierbei ein Drehgelenk mit einer Drehachse 82, um welche das Koppelteil 58 gegenüber dem feststehenden Koppelteil 56 verschwenkbar gelagert ist. Die Drehachse 82 ist hierbei im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsrichtung 32 orientiert.
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Das Koppelteil 60 weist eine rechteckige Platte 84 auf. An den beiden gegenüberliegenden Schmalseiten der Platte 84 sind zwei Befestigungsöffnungen 86, 88 eingebracht. Im Montagezustand ist die Befestigungsöffnung 86 fluchtend mit der Befestigungsöffnung 78 des Koppelteils 58 angeordnet. Die Befestigungsöffnungen 86, 78 sind hierbei mittels eines Befestigungsbolzens unter Ausbildung eines Drehgelenks mit einer Drehachse 90 durchsetzt. Das Koppelteil 60 ist gegenüber dem Koppelteil 58 um die Drehachse 90 herum drehbar oder rotierbar gelagert. Die Drehachse 90 ist hierbei senkrecht zu der Drehachse 82 orientiert.
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Die Koppelteile 60 der einander zugewandten Schleifleisten 34 sind hierbei zur Vervollständigung der Gelenkverbindung 42 miteinander über deren jeweilige Befestigungsöffnungen 88 gekoppelt. Die Befestigungsöffnungen 88 der beiden Koppelteile 60 sind hierbei fluchtend übereinander angeordnet und unter Bildung eines Drehgelenks mit einer Drehachse 92 drehbar gegeneinander mittels eines Befestigungsbolzens gekoppelt. Die Drehachse 92 ist hierbei senkrecht zu der Drehachse 82 und parallel zu den Drehachsen 90 der Gelenkverbindung 42 orientiert.
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Die Koppelteile 58 und 60 der Gelenkverbindung 42 sind hierbei im Montagezustand übereinander gestapelt angeordnet. In den Figuren sind die Koppelteile 58 und 60 zur verbesserten Übersicht jedoch stets in einer gemeinsamen Ebene gezeigt. Geeigneterweise sind die Koppelteile 58 und 60 im Bereich der Befestigungsöffnungen 78, 86, 88 jedoch beispielsweise mit Absätzen, Aussparungen, Vertiefungen oder dergleichen versehen, sodass eine ebene Anordnung der Koppelteile 56 an den Schleifleisten 34 ohne gegenseitigen vertikalen Höhenversatz entlang der Fahrzeughöhenrichtung 40 möglich ist.
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In einer geeigneten Ausführungsform sind die Koppelteile 56, 58 der Gelenkverbindung 42 aus einem elektrisch nicht leitenden und spannungsfesten Material, wie beispielsweise Polyoxymethylen (POM) oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), hergestellt, sodass die Schleifleisten 34 der Wippen 30 gegeneinander elektrisch isoliert sind. Dadurch ist die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses vorteilhaft und einfach vermieden. Des Weiteren ist eine besonders kostengünstige und aufwandsarme Herstellung der Gelenkverbindung 42 gewährleistet.
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Die Koppelteile 60 sind beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Material, wie zum Beispiel Aluminium, gefertigt. Die Koppelteile 60 sind hierbei insbesondere im Zuge einer Sensorik des Stromabnehmers 18 mittels einer Widerstandsmessung überwacht, sodass ein Hineingleiten der Hin- und/oder Rückleiter 12, 14 zwischen die Schleifleisten 34 beziehungsweise auf die Gelenkverbindung 42 zuverlässig und aufwandsarm erfassbar ist.
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Wie in den 2 bis 8 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, sind die Koppelteile 56 der Gelenkverbindung 42 seitlich an den Leistenenden der jeweiligen Schleifleiste 34 befestigt. Die Koppelteile 58 sind über die Drehachsen 82 gelenkig an die Koppelteile 56 gekoppelt und wiederum mit den Koppelteilen 60 quer hierzu über die Drehachsen 90, 92 drehbar gelagert. Die Koppelteile 60 greifen über die Befestigungsöffnungen 88 effektiv ineinander. Der dadurch gebildete Kettenzug der Gelenkverbindung 42 weist somit fünf Drehachsen 82, 90, 92 beziehungsweise fünf (Bewegungs-)Freiheitsgrade auf, welche die Beweglichkeit der Wippen 30 der Wippenanordnung 28 ermöglicht.
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In der in 2 dargestellten regulären Fahrsituation sind die Wippen 30 der Wippenanordnung 28 im Wesentlichen auf einer gleichen vertikalen Höhe entlang der Fahrzeughöhenrichtung 40 angeordnet. Die Gelenkverbindungen 42 sind hierbei entlang der Fahrzeugquerrichtung 36 zusammengefaltet, sodass ein besonders geringer Abstand 54 zwischen den Schleifleisten 34 realisiert ist.
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Die 6 zeigt eine Fahrsituation, in welcher eine der Wippen 30 entlang der Fahrzeugquerrichtung 36 relativ zu der jeweils anderen Wippe 30 versetzt ist. Hierbei wird die Gelenkverbindung 42 durch das Verschwenken oder Aufklappen der Koppelteile 58, 60 gestreckt, das bedeutet entlang der Fahrzeugquerrichtung 36 auseinandergezogen. Dies bedeutet, dass der Abstand 54 aufgeweitet wird.
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Die 7 zeigt eine Fahrsituation, in welcher eine der Wippen 30 sowohl entlang der Fahrzeuglängsrichtung 32 als auch entlang der Fahrzeughöhenrichtung 40 gegenüber der jeweils anderen Wippe 30 versetzt angeordnet ist. Durch die Gelenkverbindungen 42 ist hierbei stets sichergestellt, dass die Oberleitung 10 zu keinem Zeitpunkt, also in keiner möglichen Fahrsituation, zwischen die Schleifleisten 34 beziehungsweise Wippen 30 gleiten kann.
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In der 8 ist eine Fahrsituation mit einem vertikalen Versatz der Wippen 30 entlang der Fahrzeughöhenrichtung 40 dargestellt. Dies entspricht beispielsweise einer Fahrsituation, in welcher die Schleifleisten 34 der Wippen 30 an in unterschiedlichen Höhen liegenden Hinleiter 12 und Rückleiter 14 angedrahtet sind. In dem Ausführungsbeispiel der 8 weisen die Gelenkverbindungen 42 hierbei eine besonders hohe Beweglichkeit und Flexibilität auf, sodass auch vergleichsweise steile Neigungswinkel der Gelenkverbindung 42 zwischen den Schleifleisten 34 realisierbar sind.
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In der 9 ist in schematischer und vereinfachter Weise eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Wippenanordnung 28 gezeigt. Zwischen den entlang der Fahrzeugquerrichtung 36 koaxial angeordneten Schleifleisten 34 sind hierbei wie im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Gelenkverbindungen 42a, 42b vorgesehen, wobei die Gelenkverbindungen 42a, 42b in diesem Ausführungsbeispiel entlang der Fahrzeugquerrichtung 36 versetzt zueinander an den Schleifleisten 34 gekoppelt und angeordnet sind. Insbesondere sind hierbei die jeweiligen Koppelteile 56 der Gelenkverbindungen 42a, 42b zueinander versetzt an den Schleifleisten 34 befestigt.
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Wie in der Darstellung der 9 vergleichsweise deutlich ersichtlich wird ist hierbei das erste Koppelteil 56 der Gelenkverbindung 42a beispielsweise an dem Leistenende der ersten Schleifleiste 34 befestigt, wobei das zweite Koppelteil 56 der Gelenkverbindung 42a entlang der Fahrzeugquerrichtung 36 beabstandet zum gegenüberliegenden Leistenende der benachbarten Schleifleiste 34 befestigt ist. Bei der Gelenkverbindung 42b ist entsprechend das erste Koppelteil 56 horizontal von dem Leistenende der ersten Schleifleiste 34 befestigt, wobei das zweite Koppelteil 56 an dem Leistenende der zweiten Schleifleiste 34 angebracht ist. Dadurch weisen die Gelenkverbindungen 42a und 42b auch in einer regulären Fahrsituation bereits eine gewisse (Vor-)Streckung auf, welche durch den Abstand zwischen den Koppelteilen 56 vorgegeben ist.
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Mit anderen Worten sind die vier Koppelteile 56 der Gelenkverbindungen 42a, 42b abwechselnd oder alternierend zueinander versetzt an den jeweils zwei Schleifleisten 34 angebracht. Durch die somit realisierte Streckung der Gelenkverbindungen 42a, 42b werden beispielsweise deren Neigungswinkel bei einem vertikalen Versatz der Wippen 30 zueinander begrenzt.
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Bei einem solchen vertikalen Versatz der Wippen 30 entlang der Fahrzeughöhenrichtung 40 liegen somit stets ein korrespondierendes Gelenkverbindungspaar in einer gemeinsamen Ebene, diese Ebenen weisen jedoch im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der 2 bis 8 einen parallelen Versatz zueinander auf. Dadurch bilden beispielsweise die Gelenkverbindungen 42a bei einem relativen Höhenversatz der einen Wippe 30 zur anderen Wippe 30 eine Überleitung zwischen den Schleifleisten 34 für die Oberleitung 10, wobei die Gelenkverbindungen 42b nicht von den Hin- und/oder Rückleiter 12, 14 berührt werden können. Entsprechend bilden die Gelenkverbindungen 42b die Überleitung wenn der relative Höhenversatz der Wippen 30 vertauscht wird.
