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Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Ein derartiger Stromabnehmer ist für ein elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenes Straßenfahrzeug zur Einspeisung von Traktionsenergie aus einer zweipoligen, je Kontaktpol einen Fahrdraht aufweisenden Oberleitungsanlage ausgebildet und vorgesehen. Er umfasst ein aufstellbares Traggestell mit einem fahrzeugseitigen Ende zu seiner gelenkigen Abstützung auf dem Straßenfahrzeug und mit einem fahrdrahtseitigen Ende, an dem es je Kontaktpol mindestens eine Schleifleiste zur elektrischen Kontaktierung eines Fahrdrahtes trägt. Jede Schleifleiste weist ein längliches, elektrisch leitendes Verbundteil aus einem Schleifstück und einem mit diesem verbundenen Trägerprofil auf. Beidendseitig des Verbundteils und dieses verlängernd ist je ein gebogenes, elektrisch isolierendes Endhorn am Trägerprofil befestigt.
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Straßenfahrzeuge mit solchen Stromabnehmern können auf einer Fahrbahn mit elektrifizierter Fahrspur, oberhalb der die Fahrdrähte der Oberleitungsanlage verlaufen, während der Fahrt Traktionsenergie einspeisen, indem die Schleifleisten durch einen Hubantrieb des Stromabnehmers von unten an die Fahrdrähte gedrückt werden, sodass sich ein elektrischer Schleifkontakt zur Energieübertragung ausbildet. Die Straßenfahrzeuge sind jedoch nicht spurgebunden und können zum Überholen oder an Ausfahrten die elektrifizierte Fahrspur verlassen. Ein seitliches Verlassen der Fahrstreifenmitte kann auch abrupt, beispielsweise durch gefahrenbedingte Ausweichmanöver ausgelöst werden. Dabei laufen die beiden Fahrdrähte - genauer gesagt die Kontaktpunkte zwischen Fahrdrähten und Schleifstücken - aus der Mitte der Schleifstücke in gleiche Richtung zu deren seitlichen Enden.
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Die
CN 1 08 790 832 A zeigt einen Stromabnehmer für ein Schienenfahrzeug mit einer drehbaren Schleifleiste und einem feststehenden Ablaufbauteil.
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Die Patentschrift
DE 127 416 A offenbart einen Stromabnehmer für elektrische Bahnen mit Kugel- oder Rollenlagern, die von den elektrisch leitenden Teilen der ruhenden oder bewegten Organe oder von beiden elektrisch isoliert sind, oder selbst aus nichtleitendem Material bestehen. Dabei dienen besondere Kontakte zur Wiederherstellung des durch erwähnte Isolation unterbrochenen Stromkreises.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2018 215 593 A1 ist es bekannt, beidendseitig des Verbundteils am Übergang vom Schleifstück zu den Endhörnern je ein keilförmiges, elektrisch leitendes Ablaufteil anzuordnen. Die Außenflächen der Ablaufkeile sind derart ausgebildet, dass sie in einer Auflagekontur für den Fahrdraht einen stufenlosen Übergang vom Schleifstück auf das jeweilige Endhorn bilden. Der Übergang ist elektrisch leitend und führt den seitlich ablaufenden Fahrdraht mechanisch vom Schleifstück auf ein Endhorn.
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Besonders im Bereich der Ablaufkeile kann es zu elektrischen Kontaktabrissen vom Fahrdraht und dabei zur Ausbildung von Lichtbögen kommen. Diese erzeugen elektrischen Verschleiß in Form von massiven Oberflächenbeschädigungen, insbesondere der Ablaufkeile. Die verschleißbedingt geringen Standzeiten der Ablaufkeile verursachen einen hohe Wartungsaufwand durch kurze Austauschintervalle mit hohem Personaleinsatz.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stromabnehmer der eingangs genannten Art mit längerer Betriebsfestigkeit bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen gattungsgemäßen Stromabnehmer mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
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Demnach ist bei einem gattungsgemäßen Stromabnehmer das Ablaufteil kegelförmig ausgebildet, wobei eine Kegelmantellinie einen Abschnitt der Auflagekontur bildet. Dies schließt ein, dass das Ablaufteil insbesondere als Kegelstumpf ausgebildet sein kann. Der Kegelstumpf ist so angeordnet und bemessen, dass seine Randkante mit dem größeren Durchmesser auf Höhe des Schleifstückes endet, seine Randkante mit kleinerem Durchmesser dagegen auf Höhe des Endhornes. Dadurch ist ein stufenloser Übergang beim Ablaufen des Fahrdrahts vom Schleifstück über den Kegelstumpf bis zum Endhorn und zurück möglich. Das Ablaufteil ist außerdem um seine Kegelachse beziehungsweise Kegelstumpfachse drehbar gelagert, wobei diese parallel zum länglichen Verbundteil der Schleifleiste angeordnet ist. Das Ablaufteil kann beispielsweise eine Durchgangsbohrung zur Durchführung einer sich entlang der Kegelachse erstreckenden Welle aufweisen. Läuft nun ein Fahrdraht vom Schleifstück, welches vorzugsweise aus Grafit besteht, auf das Ablaufteil, so führt die Relativgeschwindigkeit zwischen Stromabnehmer und Fahrdraht dazu, dass das Ablaufteil vom aufliegenden Fahrdraht in Rotation versetzt wird, solange dieser mechanischen Kontakt zu ihm hat. Löst sich der Fahrdraht vom Ablaufteil, so kann sich ein Lichtbogen ausbilden. Aufgrund der Rotation des Ablaufteils, der statistischen Streuung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der unterschiedlichen Ausgangslagen des Ablaufteils bei Rotationsbeginn und der verschiedenen Kontaktabrisspunkte verteilen sich die durch Lichtbögen erzeugten Oberflächenschäden mit der Zeit über die gesamte Mantelfläche des Ablaufteils. Die hierdurch erzielte Vergleichmäßigung der Degradation über die ganze Mantelfläche verlängert die Standzeit des Ablaufteils erheblich. Gleichzeitig ist ein kegelförmiges Ablaufteil als Halbzeug verfügbar oder als Drehteil herstellbar und günstiger als keilförmige Frästeile zu fertigen. Es ist also zusätzlich mit einer Herstellkostenreduktion der Ablaufteile zu rechnen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers sind am Ablaufteil Lagerzapfen angeformt, welche in Lagerblöcken drehbar gelagert sind. Die Welle ist hierbei in das Ablaufteil integriert, da die Lagerzapfen und as Ablaufteil als einstückiges Drehteil gefertigt werden können. Die Lagerzapfen sind in einem inneren Lagerblock und einem äußeren Lagerblock drehbar gelagert, welche am Endhorn befestigt sind. Die Rotationsachse ist dabei längs zum länglichen Verbundteil der Schleifleiste, also quer zur Fahrzeuglängsachse, ausgerichtet. Durch geringe Spaltmaße am Übergang der Lagerzapfen in die Lagerblöcke und durch das Eigengewicht des Ablaufteils ist immer eine Durchtrittsfläche für einen vom Ablaufteil durch Lagerzapfen und Lagerblock zum Schleifstück fließenden elektrischen Strom gewährleistet, so dass Kontaktabrisse und damit Lichtbögen immer nur auf der Kegelmantelfläche des Ablaufteils auftreten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers sind die Lagerblöcke jeweils an einer Unterseite des Endhornes befestigt. Unter der Unterseite wird hier die dem Fahrdraht abgewandte Seite des Endhornes verstanden. Das Endhorn weist dabei eine Ausnehmung auf, durch die hindurch das Ablaufteil aus einer Oberseite des Endhornes nach oben hinausragt. Es genügt dabei, wenn das Ablaufteil soweit übersteht, dass eine Mantellinie der Mantelfläche aus der Oberseite des Endhornes herausragt. Unter Oberseite wird hier die dem Fahrdraht zugewandte Seite eines Endhornes verstanden. Hierdurch ist die Lagerung des Ablaufteils auf einer vor dem Fahrdraht geschützten Unterseite des Endhornes angeordnet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers sind zur Verbindung eines der Lagerblöcke mit dem Endhorn und zur Verbindung des Endhornes mit dem Trägerprofil gemeinsame Befestigungsmittel vorgesehen. Der innere Lagerblock kann gemeinsam mit dem Endhorn am Trägerprofil beispielsweise durch Schrauben befestigt werden. Er kann - wie die Welle beziehungsweise Lagerzapfen und das Ablaufteil - aus elektrisch leitendem Material, insbesondere aus Aluminium gefertigt sein. Auf diese Weise ist eine elektrisch Verbindung vom Ablaufteil über die Welle beziehungsweise Lagerzapfen und den inneren Lagerblock über die Befestigungsschrauben zu Trägerprofil und Schleifstück gegeben.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromabnehmers weist die Außenfläche des Ablaufteils eine verschleißfeste Beschichtung auf. Das Ablaufteil kann aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit, seines geringen Gewichts sowie seiner guten Zerspanbarkeit aus Aluminium gefertigt werden. Um die Standfestigkeit des Ablaufteils zu erhöhen, wird dessen Mantelfläche mit einer widerstandsfähigen Legierung, zum Beispiel einer Stahllegierung, beschichtet. Hierdurch wird vermieden, dass die Aluminiumoberfläche durch die Lichtbogeneinflüsse starke Oxidschichten ausbildet, welche die elektrische Leitfähigkeit vermindern und dadurch den elektrischen Widerstand erhöhen würden. Einer dadurch bedingten Verstärkung des Verschleißprozesses wird durch die Beschichtung entgegengewirkt und eine merklich längere Betriebsfestigkeit eines Ablaufteils erzielt.
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Die Erfindung betrifft auch ein elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenes Straßenfahrzeug, welches mit einem Stromabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgestattet ist.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stromabnehmers ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, in deren
- 1 ein Straßenfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Stromabnehmer in Fahrtrichtung,
- 2 einen Ausschnitt einer Schleifleiste des Stromabnehmers aus 1 in Fahrtrichtung und
- 3 einen Ausschnitt der Schleifleiste des Stromabnehmers aus 1 in Draufsicht
schematisch veranschaulicht sind.
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Gemäß 1 wird ein erfindungsgemäßes Straßenfahrzeug 1, wie zum Beispiel ein schweres Nutzfahrzeug, auf einer elektrifizierten Fahrspur 2 betrieben, welche beispielsweise durch den äußeren Fahrstreifen einer mehrstreifigen Autobahn gebildet sein kann. Mittig über der elektrifizierten Fahrspur 2 sind die als Hin- und Rückleiter ausgebildeten Fahrdrähte 3 einer zweipoligen Oberleitungsanlage angeordnet. Deren Komponenten sind an sich bekannt und daher nicht dargestellt: Die Fahrdrähte 3 sind über Hänger an Tragseilen aufgehängt und bilden zusammen je Kontaktpol ein Kettenwerk, welche nebeneinander von an Masten angebrachten Quertrageinrichtungen gehalten und durch Spanneinrichtungen abgespannt werden. Über Unterwerke wird an die Fahrdrähte eine Versorgungsspannung angelegt. Zur Einspeisung von Traktionsenergie für einen elektrischen oder hybridelektrischen Traktionsantrieb des Straßenfahrzeugs 1 umfasst das Straßenfahrzeug 1 einen Stromabnehmer 4, mittels dessen ein elektrischer Kontakt zu den Fahrdrähten 3 herstellbar ist. Der Stromabnehmer 4 umfasst ein aufstellbares Traggestell 5, welches einen Unterarm 6 und einen Oberarm 7 aufweisen und mittels eines nicht dargestellten Hubantriebs nach Art eines Pantographen aufstell- und absenkbar sein kann. Mit einem fahrzeugseitigen Ende 8 stützt sich das Traggestell 5 gelenkig auf dem Straßenfahrzeug 1 ab. Mit einem fahrdrahtseitigen Ende 9 trägt es je Kontaktpol mindestens eine Schleifleiste 10 zur elektrischen Kontaktierung eines Fahrdrahtes 3. Je Kontaktpol können entweder eine einzige Schleifleiste 10 oder auf einer Wippe zwei bezüglich einer Fahrzeuglängsachse 11 hintereinander liegende Schleifleisten 10 vorgesehen sein. Die Schleifleisten 10 sind quer zur Fahrzeuglängsachse 11 ausgerichtet.
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Jede Schleifleiste 10 weist gemäß 2 und 3 ein längliches, elektrisch leitendes Verbundteil 12 aus einem Schleifstück 13, etwa aus Grafit hergestellt, und einem mit diesem verbundenen Trägerprofil 14, etwa aus Aluminium gefertigt, auf. Beidendseitig des Verbundteils 12 und dieses nach außen verlängernd ist je ein nach unten gebogenes, elektrisch isolierendes Endhorn 15 am Trägerprofil 14 befestigt. Beidendseitig des Verbundteils 12 sind am Übergang vom Schleifstück 13 zu den Endhörnern 15 je ein kegelförmiges, elektrisch leitendes Ablaufteil 16 angeordnet. Dieser in 1 markierte Übergang II ist in 2 vergrößert und detaillierter dargestellt.
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Das Ablaufteil 16 ist gemäß 2 und 3 kegelstumpfförmig ausgebildet. Der Kegelstumpf ist so angeordnet und bemessen, dass seine Randkante D mit dem größeren Durchmesser auf Höhe des Schleifstückes 13 endet, seine Randkante d mit kleinerem Durchmesser dagegen auf Höhe des Endhornes 15. Dadurch ist ein stufenloser Übergang in einer Auflagekontur K des Fahrdrahtes 3 beim Ablaufen vom Schleifstück 13 über eine Mantellinie M des kegelförmigen Ablaufteils 16 bis zum Endhorn 15 und zurück möglich. Die Auflagekontur K für den Fahrdraht 3 ist durchgängig, wobei die Lücke zwischen den nebeneinanderliegenden Schleifleisten 10 der beiden Kontaktpole gemäß 1 durch ein gelenkig verbundenes Brückenglied 17 geschlossen ist. Das Brückenglied 17 dient als Eintauchschutz zur Verhinderung eines Eintauchens und Verhakens eines Fahrdrahtes 3 unter eine Schleifleiste 10. Unter stufenlosem Übergang wird hierbei verstanden, dass die Auflagekontur K keine Stufen oder Sprünge aufweist, an welchen ein elektrischer Kontaktabriss eines über die Stufe oder den Sprung fallender Fahrdraht 3 ausgelöst wird. Stumpfwinklige Knicke oder kleinste, spaltbedingte Unterbrechungen der Auflagekontur K, die beim Ablaufen eines Fahrdrahtes 3 keine oder kaum elektrische Kontaktabrisse verursachen, können hingegen toleriert werden.
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Das Ablaufteil 16 ist außerdem um seine Achse R drehbar gelagert. Die Rotationsachse R ist parallel zum länglichen Verbundteil 12 der Schleifleiste 10 ausgerichtet ist. Am Ablaufteil 16 sind Lagerzapfen 18 angeformt, welche in einem inneren Lagerblock 19 und in einem gegenüberliegenden, äußeren Lagerblock 20 drehbar gelagert sind. Die Lagerblöcke 19 und 20 sind jeweils an einer Unterseite 21 des Endhornes 15, die dem Fahrdraht 3 abgewandt ist, befestigt. Zur Verbindung des inneren Lagerblocks 19 mit dem Endhorn 15 und zur Verbindung des Endhornes 15 mit dem Trägerprofil 14 sind gemeinsame Befestigungsmittel 22, etwa in Form von Schraubverbindungen, vorgesehen. Er kann wie die Ablaufteil 16 mit Lagerzapfen 18 aus elektrisch leitendem Material, insbesondere aus Aluminium, gefertigt sein. Auf diese Weise ist eine elektrisch Verbindung vom Ablaufteil 16 über die Lagerzapfen 18 und den inneren Lagerblock 19 über die Befestigungsschrauben 22 zu Trägerprofil 14 und Schleifstück 13 gegeben.
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Das Endhorn 15 weist eine Ausnehmung 23 auf, durch die hindurch das Ablaufteil 16 aus einer Oberseite 24 des Endhornes 15 nach oben hinausragt. Es genügt dabei, wenn das Ablaufteil 16 soweit übersteht, dass die Mantellinie M der Mantelfläche aus der Oberseite 24 herausragt. Hierdurch ist die Lagerung des Ablaufteils 16 auf einer vor dem Fahrdraht 3 geschützten Unterseite 21 des Endhornes 15 angeordnet.
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Läuft nun ein Fahrdraht 3 vom Schleifstück 13 auf das Ablaufteil 16, so wird es vom aufliegenden Fahrdraht 3 während der Fahrt in Drehbewegung um seine Rotationsachse R versetzt. Löst sich der Fahrdraht 3 vom Ablaufteil 16, so kann sich ein Lichtbogen ausbilden. Aufgrund der Rotation des Ablaufteils 16, der statistischen Streuung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der unterschiedlichen Ausgangslagen des Ablaufteils 16 bei Rotationsbeginn und der verschiedenen Kontaktabrisspunkte verteilen sich die durch Lichtbögen erzeugten Oberflächenschäden mit der Zeit über die gesamte Mantelfläche des Ablaufteils 16. Die hierdurch erzielte Vergleichmäßigung der Degradation über die ganze Mantelfläche verlängert die Standzeit des Ablaufteils 16 erheblich. Gleichzeitig ist ein kegelförmiges Ablaufteil 16 als Halbzeug verfügbar oder als Drehteil herstellbar und günstiger als keilförmige Frästeile zu fertigen.
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Eine merkliche Verlängerung der Betriebsfestigkeit des Ablaufteils wird dadurch erzielt, dass die Mantelfläche des Ablaufteils 16 mit einer verschleißfesten Beschichtung aus einer widerstandsfähigen Legierung, zum Beispiel einer Stahllegierung, versehen ist.
