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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromschiene mit einer von einem Schleifkontakt eines Stromabnehmers kontaktierbaren Schleiffläche eines Leiterstrangs.
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Derartige Stromschienen sind bekannt und finden in vielfältiger Weise dort Einsatz, wo entlang einer vorgegebenen Strecke oder Trasse bewegliche Verbraucher mit Strom versorgt werden sollen. Der Verbraucher läuft dabei üblicherweise über Rollen oder Gleitelemente an einer Schleifleitung, die die Stromschiene aufnimmt, oder an einer parallelen Tragschiene entlang oder bewegt sich selbstständig entlang der Strecke oder Trasse. Dabei greifen die üblicherweise an einem Wagen gelagerten Stromabnehmer in die Schleifleitung ein und kontaktiert ihnen jeweils zugeordnete Leiterstränge mit ihrem Schleifkontakt oder ihren Schleifkontakten. Die Lagerung der Stromabnehmer ist meistens so gestaltet, dass die Schleifkontakte mittels Federn gegen die Leiterstränge gedrückt werden und/oder verschwenkbar am Stromabnehmer gelagert sind. Dies ist notwendig, da die Schleifkontakten Verschleiß unterworfen sind und in der Folge mit der Zeit kürzer werden, so dass sie regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Aufgrund von Verschmutzungen oder Beschädigungen an der Stromschiene oder dem Schleifkontakt kann sich der Verschleiß erhöhen, so dass die Dauer, die der Schleifkontakt bis zum Erreichen seiner Verschleißgrenze benutzt werden kann, nicht vorausgesagt werden kann. Derartige Stromschienen und die verwendeten Stromabnehmer mit ihren Schleifkontakten werden daher regelmäßig überprüft, gewartet und gereinigt. Nachteilig ist dies sehr arbeitsintensiv und somit teuer.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Arbeitsaufwand zur Überwachung der Stromschienen und der Schleifkontakte zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird mit einer Stromschiene mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird diese Aufgabe mit einem Stromabnehmer, der die Merkmale des Anspruchs 5 aufweist, und durch ein Verfahren nach Anspruch 9 oder 12 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist der Leiterstrang mindestens eine von dem übrigen Leiterstrang elektrisch isolierte Kontaktfläche auf, wobei zusätzlich Mittel zum Erfassen des gleichzeitigen Kontakts des Schleifkontakts mit der isolierten Kontaktfläche und der Schleiffläche vorgesehen sind. So kann die Dauer des Kontakts eines vorbeifahrenden Schleifkontakts mit der Kontaktfläche erfasst werden. Ist dann die Verfahrgeschwindigkeit des Schleifkontakts bekannt, kann aus den erfassten und den bekannten Größen die Länge der Schleifkontaktfläche des Schleifkontakts berechnet werden, welche an dem Leiterstrang anliegt. Die Schleifkontakte sind dabei so gestaltet, dass sich mit zunehmendem Verschleiß die Länge der Fläche, mit der sie den Leiterstrang kontaktieren verändert, insbesondere vergrößert. Die von dem Kontaktelement erfasste Länge der Kontaktfläche des Schleifkontakts ermöglicht dann eine Berechnung des Verschleißgrades des Schleifkontakts. Anhand der Messung kann der Verschleiß des Schleifkontakts beobachtet werden, womit frühzeitig festgestellt werden kann, wann ein Wechsel des Schleifkontakts bzw. der Schleifkontakte nötig wird. Die anfallenden Arbeiten können dann so geplant werden, dass der Betriebsausfall möglichst gering ausfällt und beispielsweise mit anderen Wartungsarbeiten gebündelt werden kann.
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Eine Erfassung des Verschleißgrades des Schleifkontakts kann dauerhaft und insbesondere automatisiert passieren. Dafür können die Mittel zum Erfassen des Kontakts mit einer Datenverarbeitungseinheit verbunden und/oder gekoppelt sein. Besonders bevorzugt kann dann eine Warnung ausgegeben werden, wenn sich der Verschleiß des Schleifkontakts einem kritischen Wert nähert. Die erfassten Werte können zudem auch in einer Speichereinheit aufgezeichnet und über längere Zeit abrufbar gespeichert werden. So kann nicht nur der aktuelle Verschleißgrad beobachtet werden, sondern auch die Entwicklung des Verschleißes über die Zeit. Steigt die Verschleißgeschwindigkeit zu einem Zeitpunkt merklich an, so kann dies aus den erfassten Daten kurze Zeit später abgelesen werden. Ein solcher Anstieg kann ein Hinweis auf eine Störung oder Verschmutzung sein, so dass eine Wartung der Stromschiene und des Stromabnehmers angezeigt ist. Bevorzugt kann eine Warnung erfolgen, wenn die Geschwindigkeit der Veränderung des Verschleißgrads signifikant zunimmt oder einen gewissen Grad überschritten hat.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktfläche fluchtend mit der Schleiffläche des Leiterstrangs angeordnet. Es entstehen dann keine vorstehenden oder zurückstehenden Kanten oder anders geartete Störstellen, an denen der mindestens eine Schleifkontakt anschlagen oder entlangschaben und beschädigt werden könnte.
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An der Stromschiene können auch mehrere, insbesondere zwei isolierte Kontaktflächen, welche auch voneinander elektrisch isoliert sind, in Längserstreckungsrichtung des Leiterstrangs hintereinander angeordnet sein. Vorteilhaft kann dann aus den erfassten Daten der zeitliche Abstand zwischen der Kontaktierung der ersten Kontaktfläche und der Kontaktierung der zweiten Kontaktfläche bestimmt werden und so bei bekanntem Abstand zwischen den beiden Kontaktflächen die Verfahrgeschwindigkeit bestimmt werden. Vorteilhaft muss die Verfahrgeschwindigkeit dann nicht mehr vorab bekannt sein oder über andere Mittel gemessen oder berechnet werden.
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In einer Ausführungsform ist zwischen den zwei isolierten Kontaktflächen ein Bereich der Schleiffläche angeordnet, welcher von den beiden isolierten Kontaktflächen elektrisch isoliert und leitend mit dem übrigen Leiterstrang verbunden ist. Der zeitliche Abstand zwischen dem Kontaktieren der beiden Kontaktflächen ist dann vorteilhaft relativ groß, sodass eine sichere Berechnung der Verfahrgeschwindigkeit erfolgen kann. Auch ist so sicher verhindert, dass durch eine Störung die beiden Kontaktflächen leitend verbunden werden können.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Erfassen des gleichzeitigen Kontakts durch eine galvanische Verbindung zwischen der mindestens einen isolierten Kontaktfläche und dem Leiterstrang gebildet, wobei bei gleichzeitigem Kontakt ein Messstrom durch die mindestens eine Kontaktfläche, den Leiterstrang und den Schleifkontakt fließt. Auf diese Weise ist eine sichere, einfache und kostengünstige Möglichkeit geschaffen, den Kontakt zu erfassen. Durch entsprechende elektrische Schaltungen können die Mittel zum Erfassen des Kontakts so ausgebildet sein, dass eine scharfe Trennung zwischen dem Bestehen des Kontakts und dem Nichtbestehen des Kontakts erfasst wird. Weiterhin kann bei einer solchen Anordnung auf mechanisch bewegliche Teile verzichtet werden, die potenziell den Verschleiß des Schleifkontakts vergrößern könnten. Alternativ können beispielsweise mechanische, kapazitive, induktive, optische oder auf Ultraschall basierende Messmittel verwendet werden. Mittel zum Schließen einer galvanischen Verbindung stellen jedoch das einfachste und sicherste Messmittel dar.
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Um mit der erfindungsgemäßen Stromschiene den Verschleiß an einem Schleifkontakt zu erfassen, muss der Schleifkontakt eine erfassbare Eigenschaft aufweisen, die durch den Verschleiß einer Veränderung unterliegt. Diese Voraussetzungen sind bei einem Stromabnehmer mit einem Schleifkontakt zum Kontaktieren der Schleiffläche des Leiterstrangs erfüllt, bei dem der Schleifkontakt derart geformt ist, dass sich seine Auflagefläche auf der Schleiffläche des Leiterstrangs mit zunehmendem Verschleiß verändert und insbesondere vergrößert. Der Schleifkontakt kann dafür einen entsprechenden Querschnitt aufweisen, der von der anfangs an der Schleiffläche anliegenden Ebene bis hin zur Ebene, in der die Verschleißgrenze liegt, anwächst. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schleifkontakt etwa von der Seite betrachtet trapezförmig ausgebildet sein. Von den Mitteln zum Erfassen des Kontakts an dem Leiterstrang der erfindungsgemäßen Stromschiene wird dann die Länge in Fahrtrichtung der Kontaktfläche des Schleifkontakts erfasst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei hintereinander laufende, gleich geformte Schleifkontakte an dem Stromabnehmer angeordnet. Eine solche Anordnung ermöglicht einerseits eine redundante Kontaktierung des Leiterstrang, sodass die Stromversorgung des Verbrauchers sichergestellt ist. Andererseits kann bei einem bekannten Abstand zwischen den beiden Schleifkontakten, insbesondere bei einem festen Abstand, aus dem zeitlichen Abstand der Kontaktierung des ersten Schleifkontakts mit der Kontaktfläche und der Kontaktierung des zweiten Schleifkontakt mit der Kontaktfläche die Verfahrgeschwindigkeit des Stromabnehmers berechnet werden. Die Messung des Verschleißgrades ist dann auch sichergestellt, wenn die Verfahrgeschwindigkeit nicht vorab bekannt ist oder über andere Mittel gemessen oder berechnet wird. Der Verschleißgrad selbst nimmt keinen Einfluss auf den zeitlichen Abstand zwischen diesen beiden Kontaktierungen, denn die gleich geformten Schleifkontakte verschleißen in gleichem Maße.
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Sofern festgestellt wird, dass die Schleifkontaktflächen der hintereinander angeordneten Schleifkontakte unterschiedlich lang sein, so ist dies ein Hinweis darauf, dass eine schräge Abnutzung vorliegt.
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Bevorzugt weist der Stromabnehmer mindestens eine Feder auf, welche den Schleifkontakt gegen die Schleiffläche des Leiterstrang drückt. So ist eine sichere Kontaktierung der mindestens einen Kontaktfläche sichergestellt. Weiterhin ist der galvanische Kontakt zwischen Schleifkontakt und Leiterstrang auch mit Blick auf die Versorgungssicherheit des Verbrauchers gewährleistet.
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Mit der erfindungsgemäßen Stromschiene und dem erfindungsgemäßen Stromabnehmer kann ein Verfahren zur Messung des Verschleißes mindestens eines Schleifkontakts des Stromabnehmers durchgeführt werden. Dabei schleift der mindestens eine Schleifkontakt auf einer Schleiffläche eines Leiterstrangs einer Stromschiene und wird in einer Fahrtrichtung mit einer Verfahrgeschwindigkeit verfahren, wobei der gleichzeitige Kontakt zwischen dem mindestens einen Schleifkontakt und der Schleiffläche und zwischen dem mindestens einen Schleifkontakt und der mindestens einen, vom übrigen Leiterstrang elektrisch isolierten, Kontaktfläche erfasst und aufgezeichnet wird, insbesondere erfasst wird, indem der mindestens eine Schleifkontakt zusammen mit dem Leiterstrang und der mindestens einen Kontaktfläche ein Stromkreis schließt und ein Messstrom in diesem Stromkreis gemessen wird, und dass die Länge des mindestens einen Schleifkontakts mit der zeitlichen Dauer des erfassten Kontakts und der Verfahrgeschwindigkeit berechnet wird. Insoweit für dieses Verfahren die Verfahrgeschwindigkeit bekannt ist, kann die Länge des Schleifkontakts sicher bestimmt werden und so der Verschleiß ermittelt werden. Üblicherweise sind an dem Stromabnehmer, oder an mit dem Stromabnehmer bewegten Teilen bereits Mittel zum Erfassen der Verfahrgeschwindigkeit vorgesehen. Diese von diesen Mitteln erfassten Informationen können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingebracht und verwendet werden.
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Alternativ können in einer Ausführungsform des Verfahrens entweder die Mittel zum Erfassen des Kontakts oder der Stromabnehmer derart ausgebildet sein, dass eine Ermittlung der Verfahrgeschwindigkeit des Stromabnehmers aus den erfassten Daten möglich ist. Dafür können entweder zwei Kontaktflächen vorgesehen sein, die mindestens ein Schleifkontakt nacheinander passiert. Oder es können zwei Schleifkontakte an einem oder mehreren Stromabnehmern in einem festen Abstand zueinander vorgesehen sein und mindestens eine Kontaktfläche hintereinander passieren. In beiden Fällen kann aus dem zeitlichen Abstand entweder der Kontaktierung mit der ersten und mit der zweiten Kontaktfläche oder der Kontaktierung durch den ersten und den zweiten Schleifkontakt die Verfahrgeschwindigkeit berechnet werden. Im zweiten Fall ist dafür eine Voraussetzung, dass die Schleifkontakte neben ihrer Anordnung in einem festen Abstand zueinander, auch gleich geformt sind, sodass sie in gleichem Maße Verschleiß unterworfen sind. Dann verschiebt sich der jeweilige Punkt des ersten Kontakts zwischen jeweiligem Schleifkontakt und der Kontaktfläche in gleichem Maße und der Abstand der beiden Punkte zueinander bleibt gleich.
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Ein Erfassen der Länge des Schleifkontakts ist jedoch bei einem Stromabnehmer mit zwei hintereinander angeordneten und gleich geformt Schleifkontakten auch dann möglich, wenn die Verfahrgeschwindigkeit unbekannt ist und auch nicht erfasst wird bzw. nicht aus den erfassten Daten bestimmt wird. Dafür wird einerseits der zeitliche Abstand zwischen dem Kontaktieren der mindestens einen Kontaktfläche mit dem ersten Schleifkontakt und dem Abbruch des Kontakts der mindestens einen Kontaktfläche mit dem ersten Schleifkontakt erfasst bzw. bestimmt und der zeitliche Abstand zwischen dem Kontaktieren der mindestens einen Kontaktfläche mit dem ersten Schleifkontakt und dem Kontaktieren der mindestens einen Kontaktfläche mit dem zweiten Schleifkontakt erfasst bzw. bestimmt. Aus dem Verhältnis dieser Werte lässt sich die Länge des ersten Schleifkontakts insofern ohne die Verfahrgeschwindigkeit berechnen, als das der Abstand zwischen den beiden Schleifkontakten sich in gleichem Maße verkleinert, wie sich die Schleifflächen der Schleifkontakt vergrößern. Das Verhältnis der Länge der Schleifflächen der Schleifkontakte zu dem Abstand der beiden Schleifkontakte zueinander wächst also mit zunehmendem Verschleiß proportional an und stellt insofern ein von der Verfahrgeschwindigkeit unabhängiges Maß für den Verschleiß der Schleifkontakte dar. Vorteilhaft lässt sich mit diesem Verfahren unabhängig von und ohne Erfassung der Verfahrgeschwindigkeit der Verschleiß der Schleifkontakte berechnen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen, in denen Ausführungsformen gezeigt sind, näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine erfindungsgemäße Stromschiene mit daran schleifenden Schleifkontakten eines Stromabnehmers in einer ersten Ausführungsform;
- 1a: ein Diagramm des am Mittel zum Erfassen des Kontakts gemessenen elektrischen Widerstand im Verlaufe des Verfahrens des Stromabnehmers an der Stromschiene gemäß 1 im neuen und im verschlissenen Zustand der Schleifkontakte;
- 2: eine erfindungsgemäße Stromschiene mit einem daran schleifenden Schleifkontakt eines Stromabnehmers in einer zweiten Ausführungsform;
- 2a: ein Diagramm des am Mittel zum Erfassen des Kontakts gemessenen elektrischen Widerstand im Verlaufe des Verfahrens des Stromabnehmers an der Stromschiene gemäß 2 im neuen und im verschlissenen Zustand der Schleifkontakte;
- 3: einen erfindungsgemäßen Stromabnehmer in einer Ausführungsform wie in 1.
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1 zeigt einen Leiterstrang 1a einer Stromschiene 1 mit einer daran angeordneten Kontaktfläche 2 zum Erfassen eines Kontakts von Schleifkontakten 3a, 3b mit einer Schleiffläche 1b des Leiterstrangs 1a und der Kontaktfläche 2. Die Schleifkontakte 3a, 3b sind dabei an einem in 3 gezeigten Stromabnehmer 4 angeordnet, der eine erste mögliche Ausführungsform des Stromabnehmers 4 mit zwei Schleifkontakten 3a, 3b darstellt. Die Kontaktfläche 2 ist gegenüber dem Leiterstrang 1a mittels einer Isolierung 5 isoliert und über eine galvanische Verbindung 6f in Form eines Leiters einer Meßeinrichtung 7 verbunden. Die Meßeinrichtung ist wiederum mittels eines elektrischen Leiters 6 mit dem Leiterstrang 1a leitend verbunden. Besteht nun ein Kontakt zwischen einem der Schleifkontakte 3a, 3b und sowohl dem Leiterstrang 1a also auch der Kontaktfläche 2, wird der Stromkreis geschlossen, so dass ein Messstrom fließen kann, welche mittels der Meßeinrichtung 7 ermittelbar ist.
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Die Schleifkontakte 3a, 3b sind in ihrem unverschlissenen Neuzustand abgebildet. Sie kontaktieren den Leiterstrang 1a in diesem Zustand über Längen L1a und L3a, wobei zwischen den beiden Kontaktflächen 3a' und 3b' der Schleifkontakte 3a, 3b ein Abstand L2a besteht, welcher sich bei Verschleiß der Schleifkontakte vergrößert. Sobald die Schleifkontakte 3a, 3b bis zu einer Verschleißgrenze 8 verschlissen sind, kontaktieren sie den Leiterstrang 1a über Längen L1b und L3b , wobei dann der Abstand zwischen ihnen L2b ist. Die Längen L1a , L3a, L1b , L3b der beiden Schleifkontakte 3a, 3b, die aufgrund der Trapezform der Schleifkontakte 3a, 3b ein direktes Maß für deren Verschleißgrad sind, können über die Erfassung der Kontaktzeit t1a , t3a, t1b , t3b des jeweiligen Schleifkontakts 3a, 3b mit der Kontaktfläche 2 berechnet werden, wenn die Verfahrgeschwindigkeit in Fahrtrichtung F bekannt ist.
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1a zeigt ein Diagramm, in dem die Zeiten t, in und zu denen während der Vorbeifahrt der Schleifkontakte 3a, 3b der Stromkreis geschlossen bzw. geöffnet ist bzw. wird erfasst wurde, dargestellt sind. Es ist klar zu erkennen, dass die Kontaktzeiten t1a , t3a im oben dargestellten, unverschlissenen Zustand der Schleifkontakte 3a, 3b wesentlich kürzer sind als die Kontaktzeiten t1b , t3b im unten dargestellten, verschlissenen Zustand, da die Kontaktflächen 3a' und 3b' aufgrund des noch nicht vorhandenen Verschleißes am kürzesten sind.
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Die Verfahrgeschwindigkeit kann, sollte diese nicht bekannt sein, auch aus den erfassten Daten berechnet werden, da der Stromabnehmer 4 zwei in einem festen Abstand zueinander angeordnete und gleich geformte Schleifkontakte 3a, 3b aufweist. Wie aus 1a zu erkennen ist, ist der zeitliche Abstand zwischen dem Kontaktierungszeitpunkt 10a, 10b des ersten Schleifkontakts 3a und dem Kontaktierungszeitpunkt 11a, 11b des zweiten Schleifkontakts 3b, nicht von dem Verschleißgrad der Schleifkontakte 3a, 3b abhängig, da diese gleich geformt sind und im gleichen Maße verschleißen. Dieser zeitliche Abstand ist folglich nur von der Verfahrgeschwindigkeit des Stromabnehmers 4 abhängig, so dass aus dem erfassten zeitlichen Abstand t1a+ t2a bzw. t1b + t2b sowie dem bekannten Abstand L1b+L2b die Verfahrgeschwindigkeit ermittelt werden kann.
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Die Zeiten t2a, t2b , in denen zwischenzeitlich keiner der beiden Schleifkontakte 3a, 3b die Kontaktfläche 2 kontaktiert, werden mit zunehmendem Verschleiß kürzer und zwar genau in dem Maße, wie die beiden Schleifkontakte 3a, 3b, sowie auch deren Kontaktzeiten t1a , t1b , t2a, t2b mit dem Kontaktelement 2 länger werden. Tatsächlich kann aus diesem Umstand auch der Verschleißgrad der Schleifkontakte 3a, 3b ermittelt werden, ohne dass die Verfahrgeschwindigkeit bekannt ist. Und zwar, indem das Verhältnis der Zeiten t1a/t2a oder t3a/t2a und t1b/t2b oder t3b/t2b ausgewertet wird.
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In einer Ausführungsform gemäß 2 weist der Stromabnehmer 4 nur einen Schleifkontakt 3 auf, der Leiterstrang 1a der Stromschiene 1 weist dafür zwei Kontaktflächen 2a, 2b auf. Ebenso wie in 1, weist jede Kontaktfläche 2a, 2b eine Isolierung 5 auf und ist über eine galvanische Verbindung 6e, 6f jeweils mit einer Messeinrichtung 7a, 7b verbunden. Die Meßeinrichtungen 7a, 7b sind mittels der elektrischen Leiter 6a, 6b, 6c bei 6d elektrisch mit dem Leiterstrang 1a verbunden. Bei gleichzeitiger Kontaktierung des Schleifkontakts 3 mit der jeweiligen Schleiffläche 2a, 2b und dem Leiterstrang 1a wird somit der Messstromkreis geschlossen und es kann ein Messstrom fließen, welcher von der jeweiligen Meßeinrichtung 7a, 7b erfasst wird. Durch das Vorsehen der beiden Kontaktflächen 2a, 2b kann auch bei einem Stromabnehmer 4 mit nur einem Schleifkontakt 3, die Verfahrgeschwindigkeit ermittelt werden, wie in 2a dargestellt ist. So kann der zeitliche Abstand t3 zwischen der Kontaktierung der ersten Kontaktfläche 2a und der Kontaktierung der zweiten Kontaktfläche 2b erfasst werden, der lediglich von der Verfahrgeschwindigkeit abhängt. Mit bekanntem Abstand zwischen den Kontaktflächen 2a, 2b kann dann aus dem zeitlichen Abstand t3 die Verfahrgeschwindigkeit berechnet werden. Der Verschleißgrad des Schleifkontakts 2 ergibt sich dann durch die Kontaktzeiten t1a , t2a und t1b , t2b , die mit zunehmendem Verschleiß länger werden, wie in 2a dargestellt. Der zeitliche Abstand t3 hängt, sofern die Fahrgeschwindigkeit konstant ist, nicht vom Verschleißgrad des Schleifkontakts 2 ab.
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Der in 3 dargestellte Stromabnehmer 4, der der teilweise in 1 dargestellten Ausführungsform entspricht, besteht aus einem Lagergehäuse 13, mit dem der Stromabnehmer an einer Halterung 14 gehalten wird, aus einem Arm 16 und den am vorderen Ende des Arms 16 angebrachten Schleifkontakten 3a, 3b. Der Arm ist über eine erste Feder 17 gegenüber dem Lagergehäuse 13 beweglich. Die Schleifkontakte 3a, 3b, die von Schleifkontaktfassungen 18a, 18b gehalten werden, sind gegenüber dem Arm 16 mittels einer zweiten Feder 19 beweglich gelagert. Beide Federn 17, 19 wirken so auf die Schleifkontakte 3a, 3b, dass diese gegen einen Leiterstrang 1a gedrückt werden, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist. Weiterhin sind die Schleifkontakte 3a, 3b gegenüber den Federn 17, 19 auch in alle Raumrichtungen beweglich gelagert, um bei Schlägen gegen mögliche Hindernisse unbeschadet zu bleiben.
