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Die Erfindung betrifft einen Stromabnehmer mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stromabnehmer kommen beispielsweise bei schienenungebundenen Baumaschinen zum Einsatz, zum Beispiel bei Fahrzeugen für den obertägigen Tagebau. Derartige Stromabnehmer besitzen einen fahrzeugseitigen Grundrahmen, der beispielsweise auf einem Führerhaus eines LKWs befestigt ist. An dem Grundrahmen ist eine Unterschere befestigt, die wiederum mit einer Oberschere verbunden ist. Über Lenkerstangen werden die Oberschere und die Stromabnehmerwippe an der Oberschere geführt. Die Stromabnehmerwippe weist Schleifleisten zur Kontaktierung einer stromführenden Oberleitung auf. Das Anheben des Stromabnehmers erfolgt über eine elektromechanische oder auch fluidmechanische Höhenvorstellung am Grundrahmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromabnehmer, bei welchem die Höhenverstellung mittels eines elektrischen Linearantriebs erfolgt, weiterzuentwickeln.
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Der Gegenstand des Patentanspruchs 1 betrifft einen Stromabnehmer mit einem fahrzeugseitigen Grundrahmen und mit einer am Grundrahmen befestigten Unterschere, eine an der Unterschere befestigten Oberschere und mit jeweiligen Lenkerstangen zur Führung. Eine Stromabnehmerwippe ist an der Oberschere befestigt. Schleifleisten der Stromabnehmerwippe sind zur Kontaktierung einer stromführenden Oberleitung vorgesehen. Am Grundrahmen ist eine Höhenverstellung angeordnet, um die Unterschere gegenüber dem Grundrahmen zu verschwenken. Die Höhenverstellung weist einen elektrischen Linearantrieb auf. Der Linearantrieb ist mit einem Schlitten verbunden, der an dem Grundrahmen translatorisch verschiebbar gelagert ist. Der Schlitten ist mittels des Linearantriebes von einer Parkposition in eine Hubposition verlagerbar. Die Hubposition korrespondiert mit der angehobenen Position der Unterschere. Die Parkposition korrespondiert mit der abgesenkten Position der Unterschere. Der Schlitten ist über eine Zugfeder mit der Unterschere verbunden, um eine Schwenkbewegung der Unterschere in die angehobene Position einzuleiten.
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Die Erfindung zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass die Höhenverstellung ausschließlich elektrisch erfolgt. Der Stromabnehmer ist frei von Fluidmedien. Insbesondere bei Minen-Fahrzeugen, die von oben beladen werden, ist es von Vorteil, im Dachbereich, in welchem der Grundrahmen befestigt wird, keine medienführenden Leitungen zu platzieren. Mit der Erfindung kann ausgeschlossen werden, dass grundwassergefährdende Medien im Bereich des Stromabnehmers austreten können.
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Der Linearantrieb ist mit einem Schlitten verbunden. Der Schlitten ist wiederum über eine Zugfeder mit der Unterschere gekoppelt. Bei der Erfindung ist der Schlitten nicht unmittelbar mit der Unterschere verbunden, sondern nur mittelbar über die wenigstens eine Zugfeder. Mithin erfolgt das Anheben der Unterschere nur über die von der wenigstens einen Zugfeder ausgeübten Kraft und nicht durch die unmittelbare Krafteinwirkung des Linearantriebs. Die Zugrichtung der Zugfeder kann von der Längsrichtung des Linearantriebs abweichen. Die Zugfeder und der Linearantrieb sind bevorzugt nebeneinander angeordnet.
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Der translatorisch verlagerbare Schlitten ist insbesondere linear verlagerbar. Translatorisch im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der Schlitten hin und her bewegbar ist. Die Bahnkurve des Schlittens ist nicht auf lineare Bewegungen beschränkt. Der Schlitten kann auch auf einer gekrümmten Bahnkurve geführt werden. Vorteilhaft wird der Schlitten linear bewegt. Die Bewegungsrichtung des Schlitten muss nicht mit der Orientierung der Zugfeder übereinstimmen und auch nicht mit der Orientierung des Linearantriebs. Die jeweilige Verbindung zur Zugfeder und zum Linearantrieb ist bevorzugt gelenkig.
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Der Grundrahmen soll eine geringe Aufbauhöhe haben. Der Schlitten wird vorzugsweise parallel zum Grundrahmen verlagert. Auch der Linearantrieb ist vorzugsweise im Wesentlichen horizontal an dem Grundrahmen befestigt. Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, dass der Grundrahmen im Wesentlichen horizontal montiert ist und die Ober- und Unterscheren im Wesentlichen vertikal angehoben werden. In diesem Sinne erfordert ein horizontal verlagerbarer Schlitten nur eine geringe Bauhöhe. Der Schlitten befindet sich bevorzugt auf der Oberseite des Grundrahmens.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird die Zugfeder, die für das Anheben der Unterschere vorgesehen ist, durch weitere Zugfedern unterstützt, die an dem Grundrahmen angeordnet sind und mit der Unterschere verbunden sind. Wenn die erste Zugfeder mittels des Schlittens gespannt wird, wird eine initiale Kraft auf die Unterschere ausgeübt, die eine erste Bewegung der Unterschere bewirkt. Ein Großteil der Hubkraft zum Anheben der Stromabnehmerwippe kann von den weiteren Zugfedern aufgebracht werden. Beispielsweise können zwei bis vier parallel geschaltete Zugfedern, insbesondere insgesamt drei Zugfedern, verwendet werden. Wenn die erste Zugfeder gelängt wird und dadurch eine erhöhte Kraft bzw. ein Drehmoment auf die Unterschere ausübt, ist diese initiale Kraft groß genug, um zusammen mit den weiteren Zugmitteln die gesamte Stromabnehmerwippe anzuheben. Wenn die eine Zugfeder wieder entspannt wird, indem der Schlitten in seine Ausgangsposition verlagert wird, kann der gesamte Stromabnehmer wieder in die abgesenkte Position verlagert werden und zwar gegen die Kraft der weiteren Zugfedern, die in diesem Fall die Absenkgeschwindigkeit reduzieren.
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Das rasche Absenken des Stromabnehmers ist wichtig für einen Notbetrieb, beispielsweise bei einer Störung im Bereich der Oberleitung, oder auch, wenn die Spannungsversorgung an Bord des Kraftfahrzeuges ausfällt. Um den Stromabnehmer in der angehobenen Position zu halten, ist es erforderlich, den Schlitten in der ausgefahrenen Position zu halten. Es kann der elektrische Linearantrieb blockiert werden, beispielsweise durch eine Bremsvorrichtung, die vorzugsweise elektrisch betrieben wird. Fällt der Strom aus, öffnet die Bremse der Bremsvorrichtung und der elektrische Linearantrieb wird eingefahren. Zu diesem Zweck kann bevorzugt ein Linearantrieb mit einer nicht-selbsthemmenden Spindel verwendet werden. Wird die Spindel eingefahren bzw. die Bremse gelöst, kann der elektrische Linearantrieb den Schlitten freigeben, so dass er in die Parkposition gelangt und der Stromabnehmer abgesenkt wird.
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Damit der Stromabnehmer nicht schlagartig abgesenkt wird, wenn der Schlitten eingefahren wird, kann zusätzlich ein Dämpfungselement zwischen dem Grundrahmen und der Unterschere wirksam sein, um die Absenkgeschwindigkeit der Unterschere beim Absenken zu reduzieren. Ein in zwei Bewegungsrichtungen wirkendes Dämpfungselement könnte auch die Hubgeschwindigkeit des Stromabnehmers reduzieren. Während des Betriebes des Stromabnehmers kann das Dämpfungselement vertikale Schwingungen im Stromabnehmer reduzieren.
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Der Schlitten ist relativ zum Grundrahmen verlagerbar. Entweder befindet sich wenigstens ein Linearlager auf wenigstens einer Führungsschiene, die mit dem Grundrahmen verbunden ist oder der Schlitten weist wenigstens eine Führungsschiene auf, die in wenigstens einem Linearlager am Grundrahmen gelagert ist.
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Bevorzugt sind mehrere Linearlager entweder am Grundrahmen und/oder am Schlitten vorgesehen. Dadurch können an dem Schlitten angreifende Momente aufgefangen werden. Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Schlitten auf zwei im Abstand zueinander angeordneten Führungsschienen des Grundrahmens gelagert ist. Bei zwei Linearlagern je Führungsschiene wird der Schlitten an vier Punkten gelagert. Die Linearlager können Kräfte aus mehreren räumlichen Richtungen aufnehmen. Über die Führungsschienen hat der Schlitten nur einen einzigen Freiheitsgrad, nämlich die translatorische Verlagerung in Richtung der Führungsschienen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Feder und der Linearantrieb zwischen den Führungsschienen angeordnet und auch dort mit dem Schlitten verbunden. Führungsschienen, die in einem größeren Abstand als die Feder und der Linearantrieb angeordnet sind, werden dadurch mit kleineren Kräften belastet und können zur Reduzierung des Gesamtgewichts des Kraftfahrzeugs kleiner und damit auch leichter ausfallen, wodurch das Nutzgewicht des Nutzfahrzeuges erhöht wird. Ein geringer Abstand der Zugfeder vom Linearantrieb erzeugt zudem geringere Drehmomente im Schlitten. Von den Führungsschienen und von dem Schlitten müssen dann auch nur geringere Kräfte aufgenommen werden.
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Der Schlitten ist vorzugsweise parallel zum Grundrahmen von der Parkposition in die Hubposition verlagerbar. Die Anordnung parallel zum Grundrahmen ermöglicht es, den Schlitten auch dann zu bewegen, wenn der Stromabnehmer abgesenkt ist. Der Schlitten an sich besitzt eine sehr geringe Bauhöhe und muss sich nicht zwangsläufig oberhalb von Führungsschienen des Grundrahmens befinden, sondern kann auch in Bezug auf die vertikale Höhe überwiegend zwischen den Führungsschienen angeordnet sein. Der Schlitten hat maßgeblich die Funktion, die Kraft des elektrischen Linearantriebs auf die Zugfeder zu übertragen. Die Hubposition des Schlittens befindet sich vorzugsweise auf derselben Höhe wie die Parkposition des Schlittens, d. h. in demselben Abstand zum Grundrahmen.
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Der Schlitten kann mit einer Arretierung verbunden sein, die in der abgesenkten Position mit der Unterschere, der Oberschere oder der Stromabnehmerwippe in Eingriff steht. Der Stromabnehmer wird in der abgesenkten Position arretiert und kann sich nicht selbsttätig öffnen, beispielsweise beim Überfahren einer Bodenwelle. Durch das Verlagern des Schlittens von der Parkposition in die Hubposition gelangt die Arretierung außer Eingriff mit der Unterschere, der Oberschere oder der Stromabnehmerwippe. Der Schlitten leitet die Hubbewegung ein und hat die Funktion, eine Arretierung zu betätigen. Betätigen heißt, dass die Arretierung von dem Schlitten außer Eingriff oder in Eingriff gebracht werden kann. Es besteht eine Wirkverbindung zwischen Schlitten und Arretierung. Die Arretierung kann Getriebeelemente aufweisen, wie beispielsweise einen Schwenkhaken, der über eine Schubstange mit dem Schlitten verbunden ist.
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Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Zugfeder mit einem Zugmittel verbunden ist, das auf einer Kurvenscheibe geführt wird. Die Kurvenscheibe ist an der Unterschere angeordnet bzw. an einem Querholm der Unterschere. Durch die Kurvenscheibe ist der Hebelarm zur Übertragung der Kraft auf die Unterschere im abgesenkten Zustand klein und nimmt kontinuierlich zu, bis sich der Stromabnehmer in der angehobenen Position befindet. Als Zugmittel sind insbesondere Ketten geeignet, aber auch jedes weitere um seine Längsachse biegsame Zugmittel, das auf einer Kurvenscheibe geführt werden kann.
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Der erfindungsgemäße Stromabnehmer eignet sich insbesondere für den Einsatz auf einem nicht schienengebundenen Fahrzeug, beispielsweise auf einem Lkw für den Mineneinsatz, d. h. für den Transport von großen Mengen von Schüttgütern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in rein schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Stromabnehmer in einer perspektivischen Ansicht im angehobenen Zustand;
- 2 eine perspektivische Ansicht auf den Grundrahmen des angehobenen Stromabnehmers der 1;
- 3 eine weitere perspektivische Ansicht auf den Grundrahmen des angehobenen Stromabnehmers der 1;
- 4 eine perspektivische Ansicht auf den Stromabnehmer der 1 in einer abgesenkten Position;
- 5 den Stromabnehmer der 1 bis 4 in einer abgesenkten Position in einer Seitenansicht und
- 6 den Stromabnehmer der 1 bis 5 in einer perspektivischen Ansicht ebenfalls in der abgesenkten Position.
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Die 1 zeigt einen Stromabnehmer 1 mit einem Grundrahmen 2, der auf einem nicht näher dargestellten Fahrzeug befestigt ist. Er kann beispielsweise im Dachbereich eines schienenungebundenen Fahrzeugs befestigt sein. An dem Grundrahmen 2 ist eine Unterschere 3 schwenkbeweglich gelagert. Die Unterschere 3 ist mit einer Oberschere 4 verbunden, die eine Stromabnehmerwippe 5 trägt. Zur Führung der Oberschere 4 und der Stromabnehmerwippe 5 sind jeweils Lenkerstangen 6, 7 vorgesehen.
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Die Stromabnehmerwippe 5 besitzt Schleifleisten 8 zur Kontaktierung einer nicht näher dargestellten stromführenden Oberleitung. Die Schleifleisten 8 sind über elektrische Leitungen mit dem nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug verbunden.
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An dem Grundrahmen 2 ist eine Höhenvorstellung 9 angeordnet, die mehrere Komponenten umfasst (2). Die Höhenverstellung 9 umfasst als zentrales Antriebselement einen elektrischen Linearantrieb 10. Durch einen Antriebsmotor wird eine Spindel 11 linear verlagert. Die Spindel 11 ist mit ihrem freien Ende mit einem Schlitten 12 verbunden, der an dem Grundrahmen 2 gelagert ist. Der Schlitten 12 ist translatorisch verlagerbar. Die Pfeile P1 und P2 in den 3 und 4 zeigen die Bewegungsrichtung. Der Schlitten 12 wird über zwei Führungsschienen 13, 14, die parallel zur Oberseite des Grundrahmens 2 verlaufen und mit dem Grundrahmen 2 verbunden sind, geführt. Die Führungsschienen 13, 14 werden von Linearlagern 15, 16 umgriffen, die mit dem Schlitten 12 verbunden sind. Der Schlitten 12 kann stufenlos zwischen einer Parkposition und einer Hubposition verstellt werden. Die 2 zeigt die Hubposition. In der Hubposition ist die Unterschere 3 und damit der Stromabnehmer 1 angehoben. Die 3 zeigt die Parkposition.
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Der Schlitten 12 ist mit einer Zugfeder 17 verbunden. Die Zugfeder 17 ist wiederum mit einem Zugmittel 18 in Form einer Gliederkette verbunden. Das Zugmittel 18 liegt an einer Kurvenscheibe 19 an und ist mit ihrem Ende mit der Kurvenscheibe 19 verbunden. Die Kurvenscheibe 19 ist mit einem unteren Querholm 20 der Unterschere 3 verbunden. Der Querholm 20 ist schwenkbeweglich über Lager 21 am Grundrahmen 2 gelagert. Wenn der Schlitten 12 in die in 2 dargestellte Hubposition verlagert wird, wird die Zugfeder 17 mitgeschleppt und gespannt. Das Zugmittel 18 übt eine Zugkraft auf die Kurvenscheibe 19 aus, wodurch der Querholm 20 verschwenkt und schließlich die Stromabnehmerwippe 5 angehoben wird.
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Die Schwenkbewegung wird durch weitere Zugfedern 22, 23 unterstützt. Diese weiteren Zugfedern 22, 23 sind über weitere Zugmittel 24, 25 und weitere Kurvenscheiben 26, 27 mit dem Querholm 20 verbunden. Sie unterstützen die erste Zugfeder 17.
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Die 2 und 3 zeigen eine Arretierung 28, die über den Schlitten 12 betätigt wird. Die Arretierung 28 umfasst eine Stange 29, die mit einem an dem Grundrahmen 2 gelagerten Schwenkhebel 30 verbunden ist, der einen Arretierhaken 31 an seinem freien Ende aufweist. Der Arretierhaken 31 befindet sich in der Darstellung der 2 und 3 in der Offenstellung.
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Die 4 bis 6 zeigen den Stromabnehmer 1 in der abgesenkten Position der Stromabnehmerwippe 5. Aus der Darstellung der 6 ist zu erkennen, dass der Schwenkhebel 30 in eine Verriegelungsposition verschwenkt wurde, und dass dadurch der Arretierhaken 31 in eine Arretierhakenaufnahme 32 an der Unterseite der Stromabnehmerwipper 5 fasst. Der Schwenkhebel 30 wurde durch die Stange 29 in die Arretierungsposition verlagert, weil sich der Schlitten 12 in einer Parkposition befindet. Die Ansichten der 3 und 4 zeigen die unterschiedlichen Schlittenpositionen. Es ist zu erkennen, dass die Führungsschienen 13, 14 bei der Darstellung der 3, d. h. in der angehobenen Position der Stromabnehmerwippe 5, auf der der Zugfeder 17 zugewandten Seite gegenüber dem Schlitten 12 vorstehen. In der abgesenkten Position, wie sie in 4 dargestellt ist, stehen die anderen Enden der Führungsschienen 13, 14 gegenüber dem Schlitten 12 vor. Die 5 zeigt in der Seitenansicht, wie kompakt der Stromabnehmer 1 in der abgesenkten Position ist. Der Stromabnehmer 1 kann auf eine Bauhöhe von beispielsweise 650 mm abgesenkt werden. Die minimale Arbeitshöhe kann bei 1.000 mm beginnen und bis ca. 2.650 mm reichen, gemessen von der Unterkante des Grundrahmens.
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Aus der Darstellung der 6 ist ferner erkennbar, dass die Stromabnehmerwippe 5 ein Erkennungssystem 33 zur Lageerkennung einer Oberleitung aufweist. Das Erkennungssystem 33 kann bei einem nicht-schienengebundenen Fahrzeug die Position der Oberleitung erkennen und durch die Positionserkennung dem Fahrer ein Signal zur Korrektur der Fahrtrichtung geben bzw. automatisiert die Fahrtrichtung korrigieren.
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In nicht näher dargestellter Weise kann die Höhenverstellung noch mit einer Dämpfung versehen sein, damit bei einem Ausfall der elektrischen Energie die Stromabnehmerwippe nicht zu schnell herunterfällt, sondern kontrolliert abgesenkt wird. Ein Dämpfungselement 34 (6) ist zwischen dem Grundrahmen 2 und der Unterschere 3 wirksam. Es ist unterhalb des Querholms 20 der Unterschere 3 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromabnehmer
- 2
- Grundrahmen
- 3
- Unterschere
- 4
- Oberschere
- 5
- Stromabnehmerwippe
- 6
- Lenkerstange
- 7
- Lenkerstange
- 8
- Schleifleiste
- 9
- Höhenverstellung
- 10
- Linearantrieb
- 11
- Spindel
- 12
- Schlitten
- 13
- Führungsschiene
- 14
- Führungsschiene
- 15
- Linearlager
- 16
- Linearlager
- 17
- Zugfeder
- 18
- Zugmittel
- 19
- Kurvenscheibe
- 20
- Querholm
- 21
- Lager von 20
- 22
- weitere Zugfeder
- 23
- weitere Zugfeder
- 24
- weiteres Zugmittel
- 25
- weiteres Zugmittel
- 26
- weitere Kurvenscheibe
- 27
- weitere Kurvenscheibe
- 28
- Arretierung
- 29
- Stange
- 30
- Schwenkhebel
- 31
- Arretierhaken
- 32
- Arretierhakenaufnahme
- 33
- Erkennungssystem
- 34
- Dämpfungselement
- P1
- Pfeil
- P2
- Pfeil
